Technologie

Naturalne budownictwo opiera się na zastosowaniu lokalnych, niskoprzetworzonych materiałów. Prezentujemy tutaj podstawowe informacje o sposobach ich stosowania.

Drewno od wieków było używane jako materiał budowlany. Tradycyjnie stosowano drewno w postaci bali struganych, z których wznoszono ściany i dach. Inna tradycyjną konstrukcja jest forma szkieletu drewnianego (słupy i belki) wypełnianego różnymi materiałami pochodzenia lokalnego (gałęzie, słoma, glina). Obecnie drewno najczęściej wykorzystywane jest do tworzenia konstrukcji dachowych (wiązarów dachowych) oraz budynków szkieletowych w tzw. systemie kanadyjskim.

Drewno jest materiałem naturalnym, ekologicznym oraz paroprzepuszczalnym (oddychającym), co sprzyja budowaniu zdrowych wnętrz (budynków otwartych na dyfuzję). Ze względu na wysokie ciepło właściwe ściana wykonana z drewna magazynuje energię cieplną (co jest bardzo korzystne), porównywalnie z budynkami murowanymi. Drewno to także materiał o dużej wytrzymałości na rozciąganie. Drewno jest dość dobrym izolatorem, ale jego lambda jest zbyt słaba, aby spełnić obecne wymagania UE dotyczące izolacyjności termicznej w ramach obowiązujących norm i grubości ścianki (aby spełnić wymagania ściana powinna mieć grubość ok. 78 cm). Dlatego nowoczesne konstrukcje drewniane są często ocieplane.

Ze względu na ograniczoną liczbę starych drzew o dużych przekrojach, których stosowanie jest wymagane w technologiach budowy z bala i częściowo szkieletowych, coraz częściej pojawiają się prefabrykowane elementy ścienne i stropowe składające się z małych elementów drewnianych klejonych (drewno klejone) lub łączonych w duże konstrukcje za pomocą klejów lub czopów. Jest to tzw. Drewno masywne. Drewno to ma mniejsza odkształcalność i większą wytrzymałość niż drewno lite (z lasu). Przykłady masywnych konstrukcji: Thoma Holz 100 (bez kleju), Massive Holtz Mauer (bez kleju), CLT (klejone).

Słoma wykorzystywana jest jako materiał budowlany od wieków. Stosowano ją w strzechach, do uszczelniania ścian w konstrukcjach drewnianych, do wyrobu cegieł gliniano-słomianych, czy wypełniania konstrukcji szachulcowych.

Nowe zastosowanie – budowa z wykorzystaniem kostek sprasowanej słomy (ang. straw bale) – odkryto pod koniec XIX wieku w związku z wprowadzeniem pras konnych. Pierwsi zastosowali słomę w celach konstrukcyjnych amerykańscy osadnicy w stanie Nebraska. Ponowne “odkrycie” tego rozwiązania nastąpiło w latach 70-tych XX wieku i od tego czasu zdobywa popularność jako ekologiczna, zrównoważona technika budowlana. W Europie najstarszy dom w tej technologii znajduje się we Francji i jest użytkowany od 1921r..

W 2000 r. w Przełomce na Suwalszczyźnie rozpoczęła się budowa pierwszego domu straw bale w Polsce (arch. Paulina Wojciechowska). Do dziś (wiosna 2023 r.) wybudowano co najmniej 350 budynków, z których część dostępna jest jako budynki rekreacyjne.

Kluczowe dla uzyskania opisywanych poniżej parametrów jest poprawne, staranne i równomierne wykonanie montażu suchej słomy w ścianie oraz odpowiedni dobór i wykonanie pozostałych jej warstw. Najczęściej są to paroprzepuszczalne tynki gliniane i/lub wapienne oraz systemy wentylowanych elewacji z deskowaniem.

Historia uprawy konopi sięga tysięcy lat wstecz. Jej przemysłowe odmiany, m.in. do wytwarzania tkanin, sznurów, spożywane jako źródło białka i tłuszczu. Dziś konopie uprawia się legalnie na tysiącach hek początku lat 90 ubiegłego wieku we Francji, szukając materiału spełniającego restrykcyjne wymagania dla renowacji budynków historycznych. Jest to mieszanina paździerzy konopnych (rozdrobnione fragmenty drewna konopnego), spoiwa na bazie wapna oraz wody. Używa się do tego celu najczęściej wapna hydraulicznego (trudno dostępne w Polsce), albo mieszanki “zwykłego” wapna powietrznego z dodatkiem ok. 8-12% cementu.

Technologia hempcrete nadaje się do budowy ścian, ocieplania stropów, dachów, podłóg oraz termomodernizacji istniejących budynków

Dziś w zachodniej Europie powstają w tej technologii setki nowoczesnych budynków różnego zastosowania. W Polsce do 2015 r. powstał mały budynek gospodarczy oraz nieliczne fragmenty innych budynków. Wraz ze wzrostem produkcji konopi w Polsce technologia betonu konopnego będzie się zapewne prężnie rozwijać.

Cechy:

Izolacyjność – współczynnik λ (przewodności cieplnej) od 0,06 do 0,09W/(mK) (w zależności od gęstości materiału)
Współczynnik przenikania ciepła U dla ściany o gr. 30 cm wynosi 0,22 (W/m2K), dla ścian o grubości 50 cm można osiągnąć wymaganą dla domów pasywnych wartość 0,15 (W/m2K)
Monolityczna struktura ścian – przy budowie w szalunku lub natryskowo
można uniknąć mostków termicznych ognioodporność
Duża pojemność cieplna ścian
Dobra izolacyjność akustyczna
Wysoka paroprzepuszczalność – zapobiega kumulowaniu się wilgoci wewnątrz ścian
Odporność na pleśnie (wysoce alkaliczny odczyn) i gryzonie
Zerowy lub ujemny ślad węglowy (w zależności od użytego spoiwa)
Odnawialność środowiskowa
Prozdrowotny mikroklimat wnętrza możliwość i satysfakcja z osobistego udziału w procesie budowy

Glina lekka to połączenie gliny z materiałem o dobrej izolacyjności cieplnej (np. słoma, paździerz konopny, keramzyt). Jest to więc materiał kompozytowy, a jego cechy zależą od proporcji mieszanki i użytych składników. W pewnym uproszczeniu można przyjąć zasadę: czym lżejsza mieszanka, tym lepsza izolacyjność a jednocześnie mniejsza wytrzymałość i masa termiczna ściany.

Wg badań izolacyjność cieplna mieści się w przedziale od λ = 0,22W/(mK) dla gęstości 800kg/m3 do nawet λ = 0,1W/(mK) dla gęstości ok 300kg/m3. Przykładowo, dostępne w handlu, produkowane w Polsce bloczki o gęstości 700kg/m3 mają współczynnik przewodności cieplnej rzędu λ =0,21W/(mK).

Glina lekka może być wykorzystywana przede wszystkim jako materiał wypełniający i izolacyjny w ścianach i stropach, najczęściej w połączeniu z drewnianą konstrukcją szkieletową.

Techniki wykonania:

murowanie z suszonych bloczków lub cegieł (do kupienia prefabrykowane, lub wykonane na budowie),
ubijanie w szalunkach.

Obydwa rozwiązania mają swoich zwolenników. Problemem z zastosowaniem gliny lekkiej w szalunku jest długi czas schnięcia, natomiast zaletą możliwość wykonania wypełnienia monolitycznej ściany o dowolnym układzie słupów konstrukcyjnych. Przygotowanie bloczków przed rozpoczęciem budowy zapewnia wyschniecie materiału w krótszym czasie, jest jednak czasochłonne.

Izolacje termiczne wykonane z włókien celulozowych zwanych też wełną celulozową lub fibrem to coraz częstszy sposób na docieplanie budynków. Celuloza ma doskonałe parametry izolacyjne. Współczynnik lambda dla celulozy (w zależności od producenta) waha się w granicach od 0,042 do 0,036 W/(m*K).

Najczęściej luźnym zasypem izoluje się stropy, zabudowy poddasza i ścian, czy inne trudno dostępne przestrzenie. Stosowana też jest metoda natrysku na mokro. W ten sposób ociepla się od dołu np. stropy piwnic.

Cechy:

ma wysoką paroprzepuszczalność
doskonale radzi sobie z wilgocią z powietrza odprowadzając ją na zewnątrz lub oddając do pomieszczeń, gdy powietrze staje się suche.
nasycenie solami boru powoduje, że jest trudno zapalna, odporna na grzyby i zupełnie nieatrakcyjna dla gryzoni
nie wywołuje podrażnień i reakcji alergicznych
wytwarzana jest przez recyking makulatury
jest metodą szybką w wykonaniu, choć wymaga specjalistycznego sprzętu do zasypu

Budowanie z ubijanej ziemi ma tradycje sięgającą początków osadnictwa i jest do dziś stosowane na całym świcie, przede wszystkich w klimatach ciepłych i suchych. W warunkach środkowoeuropejskich budowanie tą metodą jest także możliwe, pod warunkiem zapewnienia ochrony przed deszczem. W Polsce podobna technika była historycznie szeroko stosowana i rozpowszechniona pod nazwą glinobitki. Glinę ubijaną w szalunkach przeplatano ze słomą, gałęziami, żerdziami lub wrzosem układanymi poziomo w celu wzmocnienia konstrukcji.

Sztuka budowania z ziemi ubijanej (ang. rammed earth) polega przede wszystkim na odpowiednim doborze składników mieszanki: różnych frakcji kruszywa, piasku i gliny. Właściwie ustalone proporcje umożliwiają wznoszenie ścian nośnych, nawet do wysokości kilku kondygnacji, bez dodatkowych stabilizatorów np. cementu. Możliwe jest także tworzenie ciekawych efektów estetycznych poprzez stosowanie ziemi o różnych kolorach i/lub dodawanie barwników.

Współcześnie wznosi się ściany w tej technologii z wykorzystaniem szalunków. Wilgotną ziemię wsypuje się do form warstwami po 10-15cm i zagęszcza poprzez ubijanie ubijakiem ręcznym lub mechanicznym. Ściana taka ma zwykle grubość ok. 30-50 cm i znaczną gęstość objętościową, co oznacza, że dobrze akumuluje ciepło, ale jest słabym izolatorem.

Tynki wapienne były stosowane w budownictwie już od czasów starożytnych.. Najstarsze ich ślady na ziemiach polskich prowadzą na Wawel IXw. n.e. Zalety wapna były znane od pokoleń. Nie bez powodu wykończenia tego typu były jednym z najpopularniejszych rozwiązań.

Tynki te sprawdzają się zarówno na zewnątrz, jak i wewnątrz budynków. Skały wapienne wypalane do formy proszku, połączone z wodą i kruszywem, podlegają procesowi karbonatyzacji, czyli pochłaniają dwutlenek węgla z powietrza i niejako wracają do swojej formy skalnej.

Specyficznym tynkiem wapiennym jest tadelakt. W trakcie nakładania stosuje się mydło potasowe i zachodząca reakcja chemiczna tworzy wodoodporną warstwę do zastosowania w miejscach narażonych na bezpośrednie działanie wody. Każdy tynk wapienny może podnieść swoje właściwości hydrofobowe przy zastosowaniu mydła potasowego, lecz tylko tadelakt zapewnia całkowitą wodoodporność.

Tynki wapienne mają też zastosowanie konserwacyjne i czasami używa się ich do odsolenia, lub osuszenia ścian budynków.

Cechy:

wysoka alkaliczność – zapewnia antyseptyczność i zapobiega rozwojowi pleśni i grzybów domowych, co jest szczególnie ważne przy problemach alergicznych
wysoka paroprzepuszczalność i przy tym odpowiednio zrobiony tynk wapienny potrafi wyprowadzić ze ściany wilgoć, sole i inne substancje
możliwość tworzenia hydrofobowej lub całkowicie wodoodpornej powierzchni
estetyka – od gładzi po frube gaktury – z zaprawy wapiennej można przygotować nieograniczoną ilość faktur i efektów estetycznych
ekologia – wapno jest materiałem naturalnym, który może wrócić do obiegu przyrodniczego bez żadnego szkodliwego wpływu. Ich zdolność pochłaniania dwutlenku węgla z powietrza równoważy jego ilość wytworzoną przy wypalaniu wapna.

Glina jest jednym z najstarszych i najzdrowszych materiałów budowlanych szerokiego zastosowania.Stosowana powszechnie prawie na całym świecie nie ma żadnego negatywnego oddziaływania na zdrowie człowieka. Nie wymaga chemicznych dodatków, ulepszaczy, plastyfikatorów i środków konserwujących. Od tysięcy lat stosowano tynki gliniane do wykończeń wnętrz znając ich prozdrowotne właściwości, W realiach zanieczyszczonego środowiska glina pozostaje całkowicie przyjazna człowiekowi i Ziemi.

Wyjątkowa estetyka i nieograniczone wręcz możliwości faktur – od gładzi po płaskorzeźby – dają możliwość samodzielnego, kreatywnego tworzenia i zdobienia. Również dzieci mogą je wykonywać, biorąc aktywny udział w tworzeniu własnej przestrzeni. Przebywanie w glinianych wnętrzach zwiększa poczucie bezpieczeństwa i wzmacnia procesy regeneracji organizmu.

Tynki gliniane mają też zastosowanie konserwacyjne i czasami używa się ich do odsolenia, lub osuszenia ścian budynków.

bardzo wysoka paroprzepuszczalność
mikroklimat – niepowtarzalna właściwość pochłaniania z powietrza nadmiaru wilgoci i oddawania jej z powrotem do suchej atmosfery. Przy dostarczeniu odpowiedniej ilości wilgoci zapewnia to stałe, komfortowe warunki, co jest szczególnie ważne dla osób z astmą oskrzelową i alergiami oddechowymi. Odpowiednia wilgotność powietrza ma też wyraźne działanie relaksujące. W pomieszczeniach wykończonych gliną lepiej się śpi, łatwiej wypoczywa, głębiej oddycha.
redukcja pleśni i grzybów oraz roztoczy – suchy tynk gliniany nie stanowi środowiska dla rozwoju mikroorganizmów, działają antystatycznie ograniczając ilość roztoczy i kurzu w powietrzu
ograniczenie szkodliwego promieniowania elektromagnetycznego – ponieważ ziemia jest podstawową barierą dla promieniowania elektromagnetycznego, tynki gliniane wykazują również cechy neutralizowania szkodliwych dla człowieka fal, zwłaszcza wysokich częstotliwości. Im grubsza warstwa tynków, tym mniej fal dociera do wnętrza.
neutralizacja nieprzyjemnych zapachów i dymu tytoniowego
ekologia – glina to materiał w 100% naturalny, o niskim stopniu przetworzenia, często pozyskiwany lokalnie. Przy tynkowaniu nie powstają odpady – resztki gliny można po prostu wynieść do ogródka.
szeroka paleta kolorów i dodatków – złoża gliny występują w palecie kolorów od bieli przez żółcienie, czerwienie, zielenie, szarości i brązy. Dostępna jest też duża ilość pigmentów ziemnych i wulkanicznych, można zapigmentować sam tynk, lub naturalną farbę do jego malowania. Dodatki szlachetnego kruszywa, kwiatostanów, sieczki słomianej czy inne dają kolejne możliwości estetyczne.

Podłogi gliniane czyli tzw. klepiska to coraz częściej realizowana naturalna podłoga bez chemii. Klepiska są wykonywane głównie z gliny, piasku i żwiru w odpowiednich proporcjach. Czasami w posadzkach glinianych stosuje się naturalne zbrojenie rozproszone (np. sieczkę słomianą, paździerze konopne, celulozę, włókna drzewne), aby posadzka była bardziej wytrzymała na rozciąganie i spękania. Sama struktura powierzchni klepiska zależy od materiałów wykorzystanych w warstwie wierzchniej. W odczuciu klepiska są chłodne, lecz nieco cieplejsze niż płytki ceramiczne. Doznanie chodzenia po ubijanej ziemi i dotyk jej struktury jako podłogi są niebywale przyjemne.

Klepiska można układać na każdym nośnym podłożu, nawet w podłodze podniesionej, lub na stropie drewnianym w budownictwie szkieletowym. Warstwę nośną, deski lub płytę drzewną, należy oddzielić od klepiska membraną działającą jako spowalniacz pary wodnej.

Ważne jest, by izolacja termiczna pod klepiskiem była sztywna – umożliwia to odpowiednie zagęszczenie posadzki, podłoga wtedy dobrze pracuje i nie osiada. Jeśli stosujemy izolację w arkuszach należy wykonać na niej sztywną warstwę nośną (np. w postaci szprycu cementowego). Oczywiście nie można zapomnieć o membranie przeciwwodnej.

Klepisko impregnuje się powłokami przeciwwodnymi i zmniejszającymi ścieralność, czyli np. wysychającymi olejami (np. lnianym), lub naturalnymi woskami. Posadzka nie zaimpregnowana jest bardzo krucha i łatwo ją uszkodzić.

Cechy:

możliwość stosowania na różnych podłożach
twardość porównywalna do miękkiego drewna (jako alternatywa dla podłogi drewnianej)
ciężar porównywalny do posadzki cementowej
niepalność
świetnie sprawdza się przy ogrzewaniu podłogowym
naturalne składniki
szerokie możliwości estetyczne (np. bardzo gładkie klepiska uzyskujemy przy użyciu drobnego piasku i polerowania)

Anglojęzyczne terminy: stackwall i cordwood określają metodę murowania ścian z krótkich kawałków drewna (polan), dającą bardzo ciekawe efekty wizualne. Kiedy pozostawimy ścianę nieotynkowaną, przekroje drewna ładnie prezentują się na tle glinianej czy wapiennej zaprawy. Technika ta cieszy się pewnym zainteresowaniem w USA i Kanadzie, ale jej odmiany były w przeszłości rozpowszechniona w Polsce i budynki takie zachowały się na Podlasiu.

Zaletą tej techniki jest możliwość wykorzystania taniego drewna (elementy o małych gabarytach). Niestety, zapewnienie odpowiedniej termoizolacyjności wymaga budowy bardzo grubych ścian i/lub stosowania ściany dwu lub trzy warstwowej. Warto pamiętać o tym, że drewno układane włóknami w poprzek ściany ma dużo gorszą izolacyjność niż „normalnie” czyli np. w przypadku domu z bali.