Dom podziemny

Podziemny dom

Za prekursora architektury podziemnej uważa się architekta Malcolma Wellsa, który w reakcji na wybudowanie w okolicy jego biura sześciopasmowej autostrady najpierw postawił mur odgradzający, a następnie przeniósł biuro pod ziemię.

Na środku podwórka wykopanego trzy metry pod ziemią postawił dom o szklanych ścianach z dachem pokrytym metrową warstwą ziemi. Na dachu ułożył tony liści, które posłużyły jako kompost i zamieniły dach w łąkę.

Wells od tej pory projektował już tylko domy podziemne:

• domy mieszkalne,
• biura,
• stacje benzynowe.

Pomysł został podchwycony przede wszystkim przez hippisów, którzy zapragnęli żyć bliżej natury. Swoje domy postanowili ukrywać w pustynnych piaskach Arizony. Tak właśnie zamieszkał Mike Oehler – hipis z Idaho, który wybudował swój dom za 50 dolarów i opisał go w swojej książce.

Dom powstał w 1971 r. i miał powierzchnię 36 m². Metoda, którą zastosował, była bardzo prosta: wykopał jamę w zboczu, zagłębił w ziemi słupy, obił je drewnem, opakował całość z zewnątrz folią z polietylenu i zasypał ziemią.

Cztery lata później dom za 50 dolarów Oehler zamienił na dom za 500 dolarów – zbudował na jego tyłach patio, które stało się dodatkowym źródłem światła i jednocześnie ogrodem.

O zaletach budynku Oehler mówił w następujący sposób:

„Ciepły zimą, chłodny latem, cieszy oko, jasny, z pięknym widokiem, niewidoczny z daleka, tani w budowie i użytkowaniu”.

Mimo że w domu nie było bieżącej wody i elektryczności, jego projekt i porady autora zawarte w książce znalazły wielu naśladowców.

W latach 80. pojedyncze ziemianki powstały w Anglii, Francji i Holandii. W 1994 r. we Francji architekt Dominique Perrault, autor m.in. Francuskiej Biblioteki Narodowej, wybudował dom pod ziemią i w nim zamieszkał.

W Polsce metoda budowania pod ziemią jest praktycznie nieznana. Dopiero w 2008 r. rozpoczęła się budowa pod Bełchatowem pierwszego domu ukrytego w ziemi. Jego projektantem jest Zdzisław Bolanowski – malarz i rzeźbiarz.

Budowla składa się z 5 mieszkań, garaży i pomieszczeń gospodarczych, a ukryta jest w skarpie na głębokości 3 m. Ściana południowa będzie częściowo odsłonięta i będzie miała okna. W budynku ma być zainstalowane ogrzewanie podłogowe oraz pompa ciepła, planowane jest zamontowanie wyższych okien, aby światło dzienne bez trudu docierało w głąb pomieszczeń od strony południowej [1].

Inny projekt domu podziemnego powstał w katowickiej pracowni znanego z kontrowersyjnych pomysłów architekta Roberta Koniecznego, jednak nie został on jeszcze zrealizowany. Nowatorstwo tego domu polega na tym, że wjazd jest ukryty w ziemi i zamaskowany ruchomą klapą o wymiarach 8×20 m, pokrytą trawą. Takie zastosowanie będzie pierwsze na świecie.

Trudno powiedzieć, czy dom w ziemi sprawdzi się w surowszym polskim klimacie, jednak obydwa projekty przyczynią się niewątpliwie do popularyzacji ekologicznego i energooszczędnego budownictwa, jakim jest budownictwo podziemne.

Zalety i wady budownictwa podziemnego

Domy podziemne przede wszystkim 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. Często mają atrium, przez które wpada światło. Wbrew skojarzeniom z wilgotną piwnicą pomieszczenia w takich domach są jasne, ponieważ zazwyczaj jedna strona budynku lub jego dach wykonane są ze szkła.

Często w dachu wyciętych 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, dom nie jest też narażony na huśtawki temperatury wynikające ze zmiany pogody.

Sekret leży w stałej temperaturze ziemi. Gdy na zewnątrz temperatura wynosi 0°C, w odizolowanym betonem domu podziemnym będzie równa ok. 14°C 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 zapewniają im słońce przez baterie słoneczne i wiatr przez turbiny wiatrowe, natomiast źródłem wody pitnej jest filtrowana deszczówka. Woda używana do mycia i prania powraca rurami do toalety, a następnie jest filtrowana przez oczyszczalnię trzcinową, która znajduje się w stawie.

Wadą tego rozwiązania może być wlewanie setek ton betonu pod ziemię, jednak na razie nie ma lepszego rozwiązania. Obecnie praktycznie w każdym naziemnym domu fundamenty i konstrukcja wykonane są z betonu. Następną przeszkodą może być bariera psychologiczna przed zamieszkaniem w tak nietypowych warunkach, choć życie pod ziemią jest równie stare jak sama ludzkość.

Pierwszy dom podziemny w 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 przy autostradzie M6, w nieużywanym od ponad stu lat kamieniołomie piaskowca w dolinie Eden. Budynek jest wpasowany w naturalny kształt nieczynnego kamieniołomu.

Ekologiczny dom z trzema sypialniami został wkomponowany w zbocze i przykryty tonami ziemi. Aby zapewnić w budynku możliwie dużo światła, architekt zaproponował wykonanie południowej elewacji całkowicie ze szkła. Budynek składa się z dwóch kondygnacji. Sypialnie znajdują się na parterze za wielkim krytym atrium, pokoje dzienne na górze. W głębi domu, gdzie może być ciemno, zainstalowano świetliki, które doprowadzają światło do pomieszczeń w głębi domu. Dzięki takiemu rozkładowi z głównego poziomu mieszkalnego roztacza się wspaniały widok na panoramę pobliskiej doliny.

W budynku nie będzie ogrzewania, gdyż nie będzie ono potrzebne. Zaprojektowano grubą izolację termiczną, która ma zagwarantować utrzymanie odpowiedniej temperatury.

Przygotowanie terenu pod budowę

Budowę domu rozpoczęto od przygotowania miejsca dla budynku, tzn. pogłębiono istniejącą wnękę kamieniołomu do wymiarów projektowanego budynku – usunięto ok. 70 m² nawierzchni i wkopano się 3 m w głąb ziemi. Ze względu na wykorzystanie ciężkiego sprzętu ta faza prac ziemnych była dość kosztowna, dlatego musiała być wykonana dość szybko i sprawnie.

Izolacja termiczna na gruncie i hydroizolacja

Na dnie wykopu ułożono kilkucentymetrową wylewkę z chudego betonu, a następnie izolację termiczną, którą stanowi 30-centymetrowa warstwa polistyrenu ekstrudowanego (XPS). Na izolacji termicznej ze szczególną starannością ułożono warstwę hydroizolacji. Jest to bardzo ważne, ponieważ po zasypaniu budynku ziemią nie ma możliwości jego naprawy, więc każdy przeciek może mieć katastrofalne skutki. Starannym wykonaniem hydroizolacji zajęła się wyspecjalizowana firma wykonawcza.

Płyta fundamentowa

Na tak wykonanej izolacji ułożono 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 fundamentowa 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 podłożem są grunty o małej nośności. Jest to dobre rozwiązanie także wtedy, gdy występują niejednorodne warunki gruntowe. Taki typ podłoża powoduje bowiem nierównomierne osiadanie budynków. Płyta fundamentowa może wtedy uchronić dom przed uszkodzeniem.

W tym wypadku dom posadowiono na płycie o grubości 30 cm, ponieważ cały budynek ma ważyć 250 t, czyli ok. 2,5 razy więcej od zwykłego.

Ściany fundamentowe i strop

W piątym tygodniu prac budowlanych zaczęto budować ściany fundamentowe zewnętrzne, czyli elementy konstrukcyjne domu, przekazujące obciążenia ze ścian, stropów i dachu na płytę fundamentową. Wykonano je z bloczków betonowych ważących 13 kg/szt. (do całej konstrukcji użyto 4,5 tys. bloczków). Każdy pustak ma dwa otwory wewnętrzne, przez które przechodzą pręty poprowadzone z wylanej płyty fundamentowej. Tak ułożone pustaki łączy się dodatkowo strzemionami. Następnie otwory wypełnia się betonem.

Wykonanie ścian fundamentowych z bloczków betonowych jest rozwiązaniem opłacalnym, a przede wszystkim wygodniejszym niż stawianie ścian monolitycznych. Ściany z elementów tak wymurowanych są bardzo wytrzymałe, co jest bardzo istotne, ponieważ muszą wytrzymać poziomy nacisk wielu ton gruntu, którym później będzie budynek obsypany. Są też odporne na wilgoć. Ich wadą jest to, że są bardzo ciężkie. W dalszym etapie wykonano strop nad pierwszą kondygnacją.

Hydro- i termoizolacja ścian zewnętrznych

Najpierw nałożono emulsję bitumiczną stosowaną jako preparat gruntujący pod hydroizolację.

Hydroizolację stanowi folia uszczelniająca, której wierzchnia warstwa ma pokrycie z folii PE, warstwa spodnia natomiast to bitumiczno-kauczukowa warstwa samoprzylepna. Folia układana była na zakład, dzięki czemu nie były potrzebne specjalistyczne narzędzia ani specjalne przygotowania na budowie przed montażem.

Takie folie są samoprzylepne, przykleja się je na zimno. Nie ma uciążliwych przerw technologicznych, dlatego następne etapy robót mogą być wykonywane bez straty czasu. Montaż takiego materiału bez podgrzewania i agregatów ciśnieniowych jest czysty i nie zagraża środowisku.

Folia chroni 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 było wykonanie izolacji termicznej ścian. Ułożono płyty z polistyrenu ekstrudowanego o grubości 30 cm.

Następnie ułożono warstwę folii kubełkowej w celu zabezpieczenia zewnętrznej izolacji przeciwwilgociowej fundamentów, ścian przed uszkodzeniem mechanicznym w czasie zasypywania wykopów i osiadaniem ziemi. Folia ta ma tłoczenia, które umożliwiają 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.

Dalszym etapem pracy było wykonanie drugiej kondygnacji i zakończenie jej stropem.

Zasypanie wykopu

Ostatnim etapem budowy było zasypanie budynku ziemią. Zasypywanie przebiegało etapami. Miękka piaszczysta ziemia z placu budowy była ubijana wokół domu. Ziemia ta odegra rolę zbiornika ciepła słonecznego, które ogrzeje się i zmagazynuje ciepło w ciepłych porach roku, by oddać je w chłodnych.

Doświetlenie pomieszczeń

Opinia o domach podziemnych jest taka, że skoro budynek pokryty jest ziemią i ma tylko jedną widoczną elewację, to będzie ciemny w środku. Nic mylnego. Światło dzienne jest doprowadzane w głąb domu za pomocą świetlików zamontowanych nad stropem ostatniej kondygnacji.

Świetlik rurowy (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 dostępu lub dostęp do dachu bądź ścian zewnętrznych jest ograniczony.

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, nietracącego swoich właściwości wraz z upływem czasu). Następnie na zasadzie odbić lustrzanych światło przenoszone jest na rozpraszacz pryzmatyczny lub matowy.

Niespolaryzowane światło wpadające do pomieszczenia równomiernie je doświetla, a przy tym nie powoduje 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 i ułatwia montaż w dowolnym miejscu. Pozwala to efektywnie wykorzystać każdą ilość światła wpadającego do świetlika.

Zapewnienie odpowiedniej jakości powietrza wewnętrznego

Opisywany dom ma okna tylko z jednej strony, dlatego nieświeże powietrze, które może się gromadzić w takim budynku, trzeba usuwać. Ponieważ budynek nie będzie miał własnego ogrzewania, ważne jest, by odzyskać ciepło zawarte w zużytym powietrzu. Do tego celu musi być zastosowany odpowiedni system wentylacyjny.

Taką możliwość mają systemy scentralizowanej wentylacji. W takim systemie wszystkie przewody nawiewne i wywiewne łączą się w jednym przewodzie zbiorczym, co pozwala na podłączenie ich do centrali wentylacyjnej z wymiennikiem ciepła. Dzięki niemu można odzyskiwać ciepło z powietrza usuwanego i przekazywać je do powietrza pobieranego z zewnątrz zimą.

Latem proces jest odwrócony – wewnątrz domu powietrze jest chłodniejsze, na zewnątrz gorące. Powietrze wchodzące do budynku schładza się od powietrza wychodzącego.

Oszklenie atrium, baterie słoneczne, oczyszczalnia ścieków

Jednym z końcowych etapów było oszklenie frontu budynku, czyli jedynej ściany, która jest widoczna z zewnątrz. Ustawiono stalowe ramy i 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.

Dzięki niemu budynek zyskuje kształt i wygląd ostateczny. Ciężkie podwójne szyby wykonano ze specjalnego, doskonale izolującego termicznie szkła. Wewnętrzne szyby mają pokrycie refleksyjne, które odbija ciepło do wnętrza domu. Jego zalety to zmniejszenie strat ciepła nawet o 30% (w stosunku do zwykłej szyby) oraz ograniczenie zjawiska kondensacji pary wodnej w wyniku podwyższenia temperatury szyby.

Na koniec zamontowano baterie słoneczne, które będą wytwarzać część energii elektrycznej, a także biologiczną oczyszczalnię ścieków z osadnikiem trzcinowym.

Podsumowanie

Szybko znikające zasoby naturalne naszej planety, ich ciągle rosnące ceny oraz konieczność oszczędzania energii przy budowie i w trakcie eksploatacji budynków mogą zmusić nas do zrewidowania konwencjonalnego podejścia do budownictwa i większego zainteresowania nowoczesnym i energooszczędnym budownictwem, jakim jest budownictwo podziemne.

Literatura

1. Strona internetowa: www.bolan.pl/blog/tag/dom-pod-ziemia/.
2. Strona internetowa: www.dv.is/wiadomosci/2008/10/16/wspanialy-dom-pod-ziemia/.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!