1. HISTORIA BUDOWNICTWA W ZIEMI.
Jedyna właściwa architektura to taka, której nie widać – twierdzi architekt Malcolm Wells. Zamiast zalewać ziemię asfaltem, piętrzyć kolejne sterczące, z trudem ogrzewane molochy, wystarczy zanurzyć dom w ziemi i pozwolić naturze żyć własnym życiem przekonuje Wells. Kiedy ulicę, przy której stało jego biuro, zamieniono na początku lat 60 na sześciopasmową autostradę, architekt w pierwszym odruchu wybudował mur odgradzający. W drugim przeniósł biuro pod ziemię. Dom o szklanych ścianach postawiony jest na środku podwórka wykopanego trzy metry pod ziemią. Dach pokrył metrową warstwą ziemi. Tony liści, które Wells przywiózł z pobliskiego śmietnika, posłużyły jako kompost i zamieniły dach w łąkę. Wells już nigdy więcej nie zaprojektował niczego na ziemi. Zaczął projektować natomiast pod ziemią : domy mieszkalne, biura, a nawet porośnięte trawą i krzakami stacje benzynowe. Obecnie uważany jest za prekursora architektury podziemnej [1] .Pomysł został podchwycony przede wszystkim przez hippisów. Zapragnęli żyć bliżej natury, dosłownie wmontowując się w krajobraz, ukrywając domy w pustynnych piaskach Arizony. Tak właśnie zamieszkał Mike Oehler, hipis z Idaho, który wybudował swój dom za 50 dolarów i napisał o tym książkę. Dom powstał w 1971 roku, miał 36 m2. Metoda, którą zastosował, była bardzo prosta: trzeba wykopać jamę w zboczu, zagłębić w ziemi słupy, obić je drewnem, opakować całość z zewnątrz polietylenem (folią) i zasypać ziemią. Cztery lata później dom za 50 dolarów Oehler zamienił na dom za 500 dolarów i zbudował na jego tyłach patio, które stało się dodatkowym źródłem światła i jednocześnie ogrodem. Ciepły zimą, chłodny latem, cieszy oko, jasny, z pięknym widokiem, niewidoczny z daleka, tani w budowie i użytkowaniu – wymienia jego zalety. Mimo że w domu nie było bieżącej wody i elektryczności, jego projekt i porady zawarte w książce znalazły wielu naśladowców, szczególnie wśród hipisów, którzy wcielali w życie ideę powrotu do natury.
W latach osiemdziesiątych pojedyncze ziemianki powstały w Anglii, Francji i Holandii.
We Francji architekt Dominique Perrault, autor między innymi Francuskiej Biblioteki Narodowej, zamieszkał jako pierwszy pod ziemią w 1994 r. Natura jest materiałem takim samym jak beton, stal czy szkło. Lubię ją wykorzystywać, wprowadzać do budynków i na budynki tłumaczy architekt. Chcę projektować nie budynki, lecz krajobrazy. Widać to również w innych jego projektach. Zaprojektowany przez niego basen olimpijski z góry wygląda jak ogromny przycisk wciśnięty w zielone boisko, a campus przy uniwersytecie dla kobiet w Seulu – jak wycięty pośrodku parku wjazd do parkingu podziemnego.
William Morgan, architekt z Florydy, wybudował ( fot. 1) Dom Wydmowy. Stwierdził , że nie będzie psuł sąsiadom widoku na ocean i dlatego wybudował dom pod ziemią . Zamiast kolejnej typowej nadmorskiej willi zaproponował równiutko przystrzyżony trawnik, pod którym znajduje się nowoczesne, przestrzenne wnętrze z widokiem na ocean .
1.1 BUDOWNICTWO W ZIEMI W POLSCE.
W Polsce metoda budowania pod ziemią jest praktycznie nieznana .Dopiero w 2008 roku rozpoczęła się budowa pod Bełchatowem pierwszego domu ukrytego w ziemi. Zdzisław Bolanowski, malarz i rzeźbiarz zaprojektował swoją ziemiankę razem z bratankiem ,który jest architektem .Budowla składa się z pięciu mieszkań, garaży i pomieszczeń gospodarczych ,ukryta w skarpie na głębokości 3 metrów. Ściana południowa będzie częściowo odsłonięta i będzie miała okna .Ma być zainstalowane ogrzewanie podłogowe , pompa cieplna ,okna wyższe, aby światło dzienne bez trudu docierało w głąb pomieszczeń od strony południowej [2].
Inny projekt podziemnego domu powstał w katowickiej pracowni znanego z kontrowersyjnych pomysłów architekta Roberta Koniecznego , ale nie został jeszcze zrealizowany. Nowatorstwo tego domu polega na tym, że wjazd jest ukryty w ziemi i zamaskowany ruchomą klapą o wymiarach 8 x 20 metrów, pokrytą trawą. Taka innowacja będzie pierwszą na świecie.
Trudno powiedzieć, czy dom w ziemi sprawdzi się w surowszym polskim klimacie, ale obydwa projekty przyczynią się niewątpliwie do popularyzacji ekologicznego i oszczędnego budownictwa, jakim jest budownictwo podziemne.
2. ZALETY I WADY DOMU ZBUDOWANEGO POD ZIEMIĄ .
Przede wszystkim domy podziemne nie psują krajobrazu , lecz harmonijnie współgrają z otoczeniem . Są częściowo zagłębione najczęściej w zboczu góry, pokryte warstwą ziemi i roślin lub całkowicie schowane pod ziemią, najczęściej z atrium wpuszczającym światło. Wbrew skojarzeniom z wilgotną piwnicą są jasne, ponieważ zazwyczaj jedna strona lub dach są ze szkła . Często w dachu wycięte jest kilka dość dużych otworów, na których wznoszą się ?szklane piramidy?. Spełniają one podwójną funkcję: są źródłem naturalnego światła oraz stanowią ?zbiornik? energii słonecznej. Dzięki takiemu rozwiązaniu znacznie spada wykorzystanie energii elektrycznej. Dom nie jest też narażony na huśtawki temperatury wynikające ze zmiany pogody. Jest doskonale ogrzany, mimo że ziemia sama w sobie nie jest dobrym izolatorem i szybko oddaje ciepło. Sekret leży w stałej temperaturze ziemi. Gdy na zewnątrz jest zero stopni, w odizolowanym betonem domu podziemnym będzie około 14 stopni w zależności od strefy geograficznej. Badania uniwersytetu w Bath przeprowadzone w Mole Manor, jednym z pierwszych domów podziemnych w Anglii, dowiodły, że zużywa on średnio 25 % energii potrzebnej do ogrzania domu naziemnego. Domy podziemne mogą być w 100 % samowystarczalne energetycznie. Bez pieców, prądu elektrycznego nie przyczyniają się do emisji dwutlenku węgla. Tak jest w przypadku skupiska domów wybudowanych w angielskim Hockerton .Energię zapewnia im słońce i wiatr przez kolektory słoneczne i turbiny wiatrowe, woda pitna to filtrowana deszczówka. Woda używana do mycia i prania powraca rurami do toalety, a następnie jest filtrowana przez trzcinową oczyszczalnię, która znajduje się w stawie.
Wadą może być wlewanie setek ton betonu pod ziemię .Na pewno nie jest to do końca przyjazne środowisku, ale na razie nie ma lepszego rozwiązania. Beton wykorzystujemy praktycznie wszędzie. W zasadzie każdy naziemny dom, o którym mówimy, że jest z cegły albo drewna, fundamenty i konstrukcję ma z betonu .
Następną przeszkodą może być psychologiczna bariera przed zamieszkaniem w tak nietypowych warunkach .W prawdzie życie pod ziemią jest równie stare jak sama ludzkość , ale mieszkanie w ziemi odstrasza potencjalnie zainteresowanych .
3. PIERWSZY PODZIEMNY DOM CUMBRII .
Budynki w ziemi , obecnie awangardowe i niekonwencjonalne nie mają jeszcze dużej rzeszy zwolenników . W Wielkiej Brytanii takich budynków jest zaledwie 30. Jeden z nich powstał w pięknej i dzikiej krainie leżącej pomiędzy Preston, a Carlise jadąc autostradą M6 na północ w kierunku Szkocji. . Dom powstał w nieużywanym od ponad stu lat kamieniołomie piaskowca w dolinie Eden .Budynek będzie wpasowany w naturalny kształt kamieniołomu (fot. 2).
Ekologiczny dom z trzema sypialniami będzie wstawiony w zbocze i przykryty tonami ziemi,która posłuży za izolację.Aby zyskać możliwie dużo światła, południowa elewacja będzie wykonana całkowicie ze szkła. Budynek będzie składał się z dwóch kondygnacji.Sypialnie znajdą się na parterze za wielkim krytym atrium. Pokoje dzienne na górze.W głębi domu gdzie może być ciemno, będą zainstalowane świetliki ,które doprowadzą światło do pomieszczeń w głębi domu. Taki rozkład oznacza ,że z głównego poziomu mieszkalnego będzie się roztaczać wspaniały widok na panoramę pobliskiej doliny .
Idealny przyjazny dla środowiska projekt rozpoczyna się od przygotowania miejsca dla budynku tzn. należy pogłębić istniejącą wnękę kamieniołomu do wymiarów projektowanego budynku . Aby projekt budynku mógł być zrealizowany w tym miejscu należy usunąć około 7 m nawierzchni i wkopać się 3 m w głąb ziemi . Ze względu na wykorzystanie ciężkiego sprzętu ta faza prac ziemnych jest dość kosztowna, dlatego musi być wykonana dość szybko i sprawnie .W domu nie będzie ogrzewania , gdyż nie będzie ono potrzebne .Zaprojektowano grubą izolację termiczną , która ma zagwarantować odpowiednią temperaturę. Dodatkowo z góry budynek będzie przysypany ziemią .Na dnie wykopu układa się kilku centymetrową wylewkę z chudego betonu .Izolację termiczną układa się na tak przygotowanym podłożu. Będzie to 30 cm warstwa styropianu . Taka izolacja jest sześć razy lepsza niż w zwykłym domu. Następnie na izolacji termicznej układana jest warstwa hydroizolacji. Pierwsze prawo podziemnego budynku to wodoszczelność . Jest to bardzo ważne, ponieważ później każdy przeciek może mieć katastrofalne skutki .Po zasypaniu budynku ziemią nie ma możliwości jego naprawy .Dlatego staranne i prawidłowe wykonanie hydroizolacji jest tak ważne . Starannym nałożeniem nachodzących na siebie warstw zajmuje się wyspecjalizowania firma . Na izolacji układa się dolne zbrojenie płyty fundamentowej. Fundamenty to bardzo ważna część domu , ponieważ przenoszą na grunt wszystkie obciążenia z budynku. Od sposobu ich zaprojektowania i wykonania zależy więc trwałość, a czasem i bezpieczeństwo całego domu. Płyta rozkłada ciężar budynku na całą powierzchnię zabudowy, dzięki czemu na każdy centymetr obciążonego gruntu przypada znacznie mniejszy nacisk. Z tych względów tę metodę fundamentowania stosuje się wtedy, gdy podłoże stanowią grunty o małej nośności. Jest to dobre rozwiązanie także wtedy, gdy są niejednorodne warunki gruntowe. Taki typ podłoża powoduje bowiem nierównomierne osiadanie budynków. Płyta fundamentowa może wtedy uchronić dom przed uszkodzeniem.
W tym przypadku dom posadowiony jest na płycie grubości 30 cm , ponieważ cały dom po wybudowaniu ma warzyć 250 ton czyli około 2.5 razy więcej od zwykłego .
W piątym tygodniu prac budowlanych , zaczęto budować ściany fundamentowe zewnętrzne (fot.3). Ściany fundamentowe to konstrukcyjne elementy domu, przekazujące obciążenia ze ścian, stropów i dachu na płytę fundamentową . Od ich wytrzymałości i trwałości zależy bezpieczeństwo całej budowli. Muszą być nie tylko poprawnie zaprojektowane, ale i właściwie wykonane.
Ściany są budowane z bloczków betonowych , które ważą około 13 kg jeden .Całość konstrukcji będzie składać się z 4.5 tysiąca bloczków .Każdy pustak posiada dwa otwory wewnętrzne, przez które przechodzą pręty wypuszczone z wylanej płyty fundamentowej (rys 4).Tak ułożone pustaki łączy się dodatkowo strzemionami .
Następnie otwory wypełnia się betonem. Jest to rozwiązanie opłacalne, a przede wszystkim wygodniejsze niż stawianie ścian monolitycznych. Ściany z elementów tak wymurowanych są bardzo wytrzymałe, odporne na wilgoć, są jednak bardzo ciężkie.
Ściany muszą wytrzymać poziomy nacisk wielu ton gruntu, którym później będzie budynek obsypany .Dodatkowo takie ułożenie ma stanowić coś na kształt zbiornika ciepła. Ściany mają wchłonąć całe ciepło ,które przez dzień trafi do budynku .
Dalszym etapem pracy jest wykonanie stropu nad pierwszą kondygnacją. Wznoszenie domu poniżej poziomu gruntu , niesie za sobą dużo problemów np. trzeba inaczej skonstruować stropy .
Dalej wykonujemy hydroizolację ścian zewnętrznych (fot. 5).Najpierw kładzie się emulsję bitumiczną stosowaną jako preparat gruntujący pod samoprzylepną izolacę bitumiczną. Warstwa bitumiczna jest to samoprzylepna folia składająca się ze zmodyfikowanych bitumów z dodatkiem gumy dla elastyczności , lepkości i przyczepności naniesionego na nośną folię zbrojoną ,która nadaje mu stabilność przy aplikacji na ścianie. Folia bardzo dobrze przykleja się do podłoża .Wcześniej gruntowane jest podłoże do którego będziemy ją przyklejali. Podkład toleruje wilgoć ,
dlatego możemy go kleić także na mokro. Warstwa wierzchnia posiada pokrycie z folii PE , warstwa spodnia folii uszczelniającej stanowi bitumiczno – kauczukową warstwę samoprzylepną. Technika montażu folii na zakład sprawia, że nie są potrzebne żadne specjalne narzędzia lub specjalne przygotowania na budowie przed montażem. Folie takie są samoprzylepne, przykleja się je na zimno. Odpadają uciążliwe przerwy technologiczne i następne etapy robót mogą być wykonywane bez straty czasu. Montaż takiego materiału bez podgrzewania i agregatów ciśnieniowych jest czysty i nie zagraża środowisku .Folia będzie chronić budowlę przed wilgocią i wodą gruntową, a także wodą opadową i użytkową, jest nieprzepuszczalna dla powietrza i stanowi barierę dla radonu, a przy tym jest wysokoelastyczna i pokrywa rysy do 5 mm .
Dalszym etapem jest izolacja termiczna ścian .Zostają ułożone nieporęczne 30 cm bloki styropianu (fot. 6), które otulają budynek by izolowały i amortyzowały go wśród otaczających go skał i gruntu .Następnie układana jest warstwa folii kubełkowej dla lepszego osuszania ściany . Tłoczenie ma za zadanie umożliwić szybkie odparowanie wilgoci na wysokości całej izolowanej ściany zagłębionej w ziemi. Idea pracy tej membrany oparta jest na wykorzystaniu szczeliny powietrznej, powstałej pomiędzy konstrukcją budynku, a izolacją. Szczelina ta zapewnia odprowadzenie wody i pary wodnej, co pozwala zabezpieczyć materiały budowlane przed nadmierną wilgocią i przed tworzeniem się ciśnienia hydrostatycznego. Folia przeznaczona jest do zabezpieczenia zewnętrznej izolacji przeciwwilgociowej fundamentów, ścian przed uszkodzeniem mechanicznym w czasie zasypywania wykopów i osiadaniem ziemi. Dalszym etapem pracy jest podciągnięcie drugiej kondygnacji i zakończenie jej stropem. Ostatnim etapem pracy jest zasypanie ziemią na równi ze szczytem wzniesienia .Zasypywanie przebiega etapami .Najpierw do poziomu pierwszego pietra. Miękka piaszczysta ziemia z placu budowy jest ubijana wokół domu. Ziemia ta również odegra rolę zbiornika słonecznego ciepła ogrzewając się stopniowo ku jesieni i oddając ciepło na wiosnę .Dzięki temu opóźnieniu dom zachowa stałą przyjemną temperaturę .
Budynek ma być bardzo spokojny i dyskretnie wkomponowany w środowisko . Ludzie zazwyczaj myślą że skoro budynek okrywa ziemia i ma on tylko jedną widoczną elewacje to będzie ciemny w środku ? nic mylnego. Światło dzienne zostanie doprowadzono w głąb domu przy pomocy świetlików zamontowanych nad stropem ostatniej kondygnacji .Mają one rozjaśnić mrok w pokojach na piętrze oraz pomóc sztucznemu światłu w budynku . Świetlik rurowy(świetlik tunelowy) to świetlik z giętką rurą światłonośną, która pozwala omijać przeszkody konstrukcyjne w budynkach (np. przewody wentylacyjne, belki). Takie rozwiązanie pozwala na doprowadzenie światła dziennego do pomieszczeń, które nie mają lub mają ograniczony dostęp do dachu lub ścian zewnętrznych.
Zasada działania świetlika rurowego jest prosta. Promienie słoneczne padające pod różnymi kątami są absorbowane przez zainstalowaną na zewnątrz kopułę, która kieruje je do rury światłonośnej (wykonanej z najwyższej klasy materiału refleksyjnego o zwiększonym współczynniku odbicia, nie tracącego swoich właściwości wraz z upływem czasu). Następnie na zasadzie odbić lustrzanych światło przenoszone jest na rozpraszacz pryzmatyczny lub matowy. Nie spolaryzowane światło wpadające do pomieszczenia równomiernie je doświetla, nie powodując przy tym refleksów na gładkich powierzchniach (np. monitorów, ekranów) .Niezależnie od panujących na zewnątrz warunków atmosferycznych światło w pomieszczeniu ma dużo wyższy współczynnik oddawania barw (światło ciepłe) ,niż jakiekolwiek inne źródło światła sztucznego. Świetliki charakteryzują się wysoką trwałością i odpornością na warunki atmosferyczne, są łatwe w montażu, a ich eksploatacja nie wiąże się z żadnymi dodatkowymi kosztami. Można je instalować praktycznie na każdym rodzaju dachu również na dachach płaskich niezależnie od zastosowanego pokrycia. Lekka i elastyczna konstrukcja świetlika umożliwia ominięcie przeszkód, ułatwiając montaż w dowolnym miejscu. Pozwala to efektywnie wykorzystać każdą ilość światła wpadającego do świetlika. Wysoka wartość izolacji termicznej nie powoduje nadmiernego nagrzewania czy wychłodzenia pomieszczenia, jak to ma miejsce w przypadku zastosowań okien. Producent twierdzi, że w letni dzień każdy świetlik będzie rozpraszał tyle światła co 500 watowa żarówka .
Budując budynek w ziemi należy przestrzegać dwóch zasad : wodoszczelności oraz zapewnienia jakości powietrza wewnętrznego .
Dom ma okna tylko z jednej strony i nieświeże powietrze, które może się gromadzić w takim budynku, trzeba usuwać. Ponieważ budynek nie będzie miał własnego ogrzewania to ciepło zawarte w starym powietrzu jest bardzo ważne dla całego budynku .Jedynym rozwiązaniem jest stosowanie systemów wentylacyjnych , które na to pozwolą .Taką możliwość mają systemy scentralizowanej wentylacji. W systemie takim wszystkie przewody nawiewne i wywiewnej łączą się w jednym przewodzie zbiorczym. To pozwala na podłączenie ich do centrali wentylacyjnej z wymiennikiem ciepła. Dzięki niemu możemy odzyskiwać ciepło z powietrza usuwanego i przekazywać je do powietrza pobieranego z zewnątrz zimą, powietrze wchodzące do budynku jest zimne, a powietrze wychodzące ciepłe, dlatego w wymienniku powietrze wchodzące ogrzewa się od wychodzącego. Latem proces jest odwrócony – wewnątrz domu powietrze jest chłodniejsze, na zewnątrz gorące. Powietrze wchodzące do budynku schładza się od powietrza wychodzącego.
Następnie został oszklony front budynku – jedyna ściana jaka będzie widoczna (fot. 7) z zewnątrz. Po ustawieniu stalowych ram zaczęto wykonywać szklenie atrium. Oszklenie atrium jest jednym z ważniejszych elementów budynku. Ma za zadanie zamknąć atrium, a co za tym idzie odciąć budynek od warunków panujących na zewnątrz .Budynek zyskuje kształt i wygląd ostateczny. Ciężkie podwójne szyby wykonano ze specjalnego doskonale izolującego termicznie szkła. Wewnętrzne szyby mają refleksyjne pokrycie, które odbija z powrotem ciepło do wnętrza domu . Jej zalety to zmniejszenie strat ciepła nawet o 30% (w stosunku do zwykłej szyby) oraz ograniczenie zjawiska kondesacji pary wodnej w wyniku podwyższenia temperatury szyby.
Na koniec zamontowano baterie słoneczne by wytwarzać trochę własnej energii elektrycznej i biologiczną oczyszczalnie ścieków z osadnikiem trzcinowym .
4. PODSUMOWANIE
Sam pomysł mieszkania pod ziemią jest stary jak sama ludzkość .Już jaskiniowcy mieszkali pod ziemią .Chronili się przed środowiskiem. Dzisiaj ludzie chcą zamieszkać pod ziemią by chronić środowisko przed człowiekiem .
Budując dom wtopiony w ziemię, wykorzystujący jej ciepło i promienie słoneczne, zbliżamy się do natury pod względem estetycznym i technicznym .
Budując w zalesionym, pięknym terenie dajemy sobie odpoczynek, a ukształtowanie terenu (wynikające z założeń projektu domu) zapewnia nam oszczędność i wysoką energooszczędność. Minimalizujemy ogrzewanie budynku przy zachowaniu efektywności ekonomicznej .Dlatego możemy powiedzieć , że budynki podziemne to nowoczesne i energooszczędne budownictwo.
Największą przeszkodą może się okazać jednak bariera psychologiczna przed zamieszkaniem w tak nietypowych warunkach .Dlatego ważną rzeczą jest doprowadzenie jak najwięcej naturalnego światła . Wpływa ono korzystnie na samopoczucie i zdrowie , zapobiega uczuciu senności, znużenia i depresji. Badania naukowe jednoznacznie wykazują bardzo korzystny wpływ światła naturalnego na organizm człowieka (poprawa samopoczucia, odporność na stres itd. ).
W przyszłości ta ostatnia przeszkoda , może stać się priorytetem do rozwiązania. Szybko znikające zasoby naturalne naszej planety, ich ciągle rosnące ceny oraz konieczność oszczędności energii przy budowie i w trakcie eksploatacji domu mogą zmusić nas do zrewidowania konwencjonalnego podejścia do budownictwa i zmiany naszych poglądów .
Marek Kamieniarz
Katedra Budownictwa Ogólnego i Przemysłowego
Wydział Inżynierii Lądowej, Politechnika Krakowska
5. LITERATURA
[1] Czasopismo ? Wysokie obcasy ? – czerwiec 2008
[2] www.bolan.pl/blog/tag/dom-pod-ziemia/
[3] www.dv.is/wiadomosci/2008/10/16/wspanialy-dom-pod-ziemia/
