Текст книги "100 великих достижений в мире техники"

Чудеса архитектуры и строительства

«С милым рай и в шалаше», – гласит известная пословица. При этом молчаливо предполагается, что шалаш этот расположен где-то в райских кущах или, по крайней мере, в местах, где среднегодовая температура не опускается ниже 20° тепла. А когда на улице мороз, поневоле задумаешься о создании укрытия понадежнее шалаша…

Дом-термос

На обогрев жилищ человечество расходует ежегодно огромное количество топлива. Но вот ведь парадокс: чуть только в доме станет жарко-вато, мы открываем форточки, выбрасываем «лишние градусы» на улицу. Рационально ли это! Нельзя ли избыток энергии приберечь и воспользоваться им по мере надобности?

Вот как, например, попытались решить эту проблему ученые Челябинского института механизации и электрификации сельского хозяйства.

Внешне этот одноквартирный сельский дом ничем не отличается от других. Только присмотревшись внимательно, можно заметить, что ставни на окнах здесь толще, чем обычно, да дым из трубы не идет, потому что ее вообще нет. Тем не менее в доме ничуть не прохладнее, чем в соседних, даже в самые жгучие морозы. Быть может, в этом доме центральное отопление? Но где батареи? Их нет, потому что дом обогревает себя сам. А точнее, рационально распоряжается тем теплом, которое поставляет природа…

Если посмотреть на дом сверху, в плане он имеет форму квадрата. Это не случайно – именно квадрат позволяет получить минимальный периметр наружных стен, а значит, уменьшить до минимума тепловые потери. Сами стены – двойные, словно у термоса. Между двумя бетонными панелями – наружной и внутренней – находится слой термоизолирующего материала.

Необычны в этом доме и окна. Мы уже упомянули про толстые ставни. Закрывая их на ночь, хозяева уберегут свой дом от нерациональных потерь калорий. Ведь известно, что большая часть потерь тепла в обычных квартирах приходится как раз на долю окон. А вот в доме-термосе окна служат источником тепла; словно хорошие батареи, помогают дому обогреваться. Дело в том, что застеклены они специальным прозрачным материалом, который, в отличие от обычного стекла, пропускает в дом не только видимые солнечные лучи, но и ультрафиолетовые, а главное – инфракрасные, тепловые. Назад же не выпускает. В итоге срабатывает так называемый парниковый эффект, и за день воздух в комнате нагревается довольно-таки значительно.

Когда обитателям станет жарко, они не будут открывать форточки. Их в новом доме тоже нет. Хозяева приведут в действие систему вентиляции. Воздух в помещениях посвежеет, а излишнее тепло будет запасено на ночь. Об этом позаботятся тепловые насосы и теплоаккумуляторы.

Проект дома-термоса

Тепловые аккумуляторы устроены довольно просто. Это баки, заполненные специальным веществом, например глауберовой солью. Такая соль – семиводный сульфат натрия – была названа глауберовой в честь немецкого врача и химика И. Глаубера; он первым обнаружил интересное свойство этого химического соединения. Уже при температуре 24 °С соль начинает плавиться. При плавлении она активно поглощает тепло из окружающего пространства. А вот когда становится прохладнее, соль кристаллизуется и возвращает запасенное тепло.

Лучшим на сегодняшний день переносчиком тепла являются тепловые трубы. Напомним их устройство. Внутренние стенки стальной трубки выстилают пористым материалом – спеченной керамикой, металлической сеткой, фитильной тканью и стекловолокном… Пористый материал прокладки пропитывают какой-либо летучей жидкостью. После этого из трубки откачивают воздух и заглушают ее концы. Если теперь мы будем нагревать один конец трубки, жидкость станет испаряться, и пар под воздействием возникающей разности давлений (ведь при нагревании вещества расширяются) устремится к другому ее концу. Здесь он сконденсируется и отдаст тепло более холодным стенкам, а жидкость по капиллярам пористой прокладки возвратится назад, к источнику тепла.

Таким образом, с очень маленькими потерями можно регулировать перераспределение тепла во всем доме. А если вместо тепловой трубки применить тепловой насос, то сможем получать тепло даже из холода!

Его изобрел еще в середине прошлого века английский ученый Кельвин. Это своеобразный холодильник наоборот – устройство, которое еще более охлаждает и без того холодный воздух, отнимает у него тепло и передает его в помещение. Само собой разумеется, что для такой вроде бы «противоестественной» передачи нужно совершать механическую работу – скажем, перекачивать жидкость. Но, по расчетам Кельвина, выходило, что такой насос «перекачивает» большее количество тепла, чем затрачивается на механическую работу.

Кельвин в свое время построил «воздушную машину», иллюстрирующую правильность своих рассуждений. Правда, при тогдашнем уровне техники тепловые насосы получались чересчур громоздкими, ненадежными и не могли выдержать конкуренцию с паровыми машинами.

Сегодня техника без труда позволяет преодолеть эти трудности. И в современном виде тепловой насос представляет собой замкнутый трубчатый контур, в состав которого включены нагреватель, сепаратор, конденсатор, испаритель, теплообменник и некоторые другие агрегаты.

Теперь представьте себе: в саду на глубине полутора метров зарыты в землю полиэтиленовые трубы. По трубам циркулирует незамерзающая жидкость – антифриз. Ее состав можно подобрать таким образом, что даже холодная земля для нее будет теплой. В том нет никакого парадокса. Ведь в природе нет такого понятия, как «холод». Все окружающее нас пространство имеет температуру выше нуля градусов по Кельвину, а значит, в принципе может служить источником тепла. Антифриз, проходя по трубам, поступает в бак с фреоном. Фреон при взаимодействии с антифризом испаряется и сжимается компрессором. В результате вода, охлаждающая компрессор, нагревается до –50° С.

Подобная система уже опробована и оказалась вполне работоспособной.

Из чего построить дом?

Казалось бы, вопрос довольно глупый. Ведь всем известно, что здания строят из бетона, кирпича, дерева, самана, наконец… Однако последнее время дома также стали строить из пластика, соломы, даже из бумаги и картона, а также прочих подручных материалов. Почему так происходит? Какими преимуществами обладают подобные строения?

Дом для инопланетян и… собутыльников? Полвека тому назад архитекторы объявили, что дома теперь будут строить из пластиков. В СССР было разработано несколько проектов подобных домов, но ни один так и не построили. Дескать, дорого. Кроме того, пластик был признан материалов недолговечным и даже токсичным.

Это, впрочем, не помешало американскому химическому концерну Monsanto создать в 1957 году пластмассовый павильон в Диснейленде. В нем демонстрировалась также пластиковая мебель и новинки бытовой техники, в частности микроволновая печь.

Семь лет спустя французский архитектор Жан Маневаль разработал проект «мобильного» дома из полиэстеровых оболочек, покрытых цветной полиуретановой пеной. В разобранном виде его можно было перевезти на грузовике. Несколько таких домов даже возвели, но дальше этого дело не пошло – спроса на них не было никакого.

Самой удачной оказалась судьба пластмассового дома, спроектированного в конце 60-х годов финским архитектором Матти Сууроненом. Дом Futuro понравился многим потому, что был похож на… «летающую тарелку». Он стоял на четырех стальных опорах, имел вместо окон овальные иллюминаторы, а входом ему служил откидывающийся трап со ступенями.

В 1968 году финская фирма Polykem запустила Futuro в серийное производство, потом его начали производить в США и других странах. Несколько таких домов шведские ВВС купили для передвижных радиолокационных станций, а Олимпийский комитет СССР – для гостей Олимпиады. Всего было построено около сотни домов, пока нефтяной кризис 1978 года не поднял резко цены на пластик.

Дом Футуро, спроектированный Матти Сууроненом

Ныне нефть по-прежнему стоит дорого. А потому британская компания Affresol предложила использовать отходы со свалок – мусорные пакеты, пластиковые бутылки, коробки и т. д. Пластик измельчается, смешивается со смолой и разливается в формы подобно бетонным блокам.

Этот материал, который компания назвала Thermo Poly Rock (TPR), имеет отличные водонепроницаемые и огнезащитные свойства, а также обладает высокой устойчивостью против гниения. Кроме того, каждый дом, изготовленный из этого материала, сокращает на 18 т количество отходов на свалках и сохраняет древесину.

Первый такой дом уже построен в местечке Суонси, Уэльс. В дальнейшем Affresol планирует возводить по 3000 домов ежегодно в течение трех лет.

В подобном строительстве, кстати, можете принять участие и вы.

Дома из бутылок. «Вы сможете делать с пластиковой бутылкой то же, что и с кирпичом», – уверяет автор этой идеи – немец Андреас Фроес, который является основателем технологии ECO-TEC. У пластиковой бутылки куча преимуществ и только один недостаток – непривычная форма. Тем не менее из бутылок уже построено более 50 экологических домов в Гондурасе, Колумбии, Боливии.

Технология такова. Прежде всего, надо собрать побольше пластиковых бутылок. Они могут быть разной формы и не одинакового размера – это не так уж важно. Важнее другое – каждую бутылку необходимо заполнить сухим песком, трамбуя его в процессе заполнения, и закрыть бутылку пробкой.

Подготовленные строительные «блоки» используем для начала при возведение колонн.

Выройте круглую яму приблизительно 60—100 см в диаметре, чтобы сделать фундамент для опоры из камней, обломков бетонных плит и цементного раствора. Радиус опорной «подушки» должен быть по крайней мере на 20 см больше диаметра опоры.

По центру фундамента, под колонну вставляем арматуру из металлических стержней. Теперь уложите 10 или 11 бутылок вокруг арматуры. Для этого сначала положите бутылку на бетонную подушку таким образом, чтобы бутылка радиально ориентировалась к центру (то есть пробкой внутрь, к арматуре). Возьмите шпагат и обвяжите горлышко бутылки. Рядом положите и обвяжите, вторую, третью и т. д. Причем сделайте так, чтобы крышки соседних бутылок соприкасались.

Выложив первый круг, заполните промежутки между бутылками бетоном. Оставьте первую колонну на несколько часов в покое, чтобы бетон затвердел, а сами тем временем займитесь второй колонной, третьей и т. д.

Для экономии бетона при возведении колонны между бутылками можно закладывать куски битого кирпича, остатки щебня, бетонной крошки и другой строительный мусор.

Постепенно слой за слоем возведите колонны необходимой вам высоты. Дайте время на затвердевание бетона и усадку колон, после чего их можно оштукатурить.

Далее приступаем к возведению стен. Сначала опять-таки делаем фундамент. И чем шире он будет, тем лучше. Затем возводим стены. Бутылки кладем на раствор таким образом, чтобы горловины были обращены наружу. Затем, когда стены будут готовы, капроновым шпагатом или проволокой обвязываем горловины, связывая их воедино. После стены нужно поштукатурить как внутри, так и снаружи.

Еще проще иметь дело со стеклянными бутылками. Они ведь более прочные, чем пластиковые. Опять-таки заполните их песком и действуйте, как в предыдущем случае.

Пенсионер Аркадий Ольшевский из Подмосковья сначала возвел на своем дачном участке туалет шестиметровой высоты из стеклотары, а затем 12-метровую беседку из того же материала. Затем Ольшевский взялся за создание девятиметровой чаши, которая будет использована как бассейн. На создание этого архитектурного ансамбля пошло около 14 тыс. бутылок из-под водки, вина и пива.

Калининградский пенсионер Владимир Мечков соорудил из бутылок из-под шампанского (они еще более прочны) трехэтажный дом. Из бутылок же он соорудил сарай и собачью будку. Бутылочные дома возвели также Николай Татаренко из Воронежской области и Александр Тарасов из Бердичева.

Кстати, подобные дома есть не только в Европе, но и в Америке. Там первый бутылочный дом построил еще в 1902 году житель Невады Уильям Пек.

Из бумаги и картона. Недавнее землетрясение в китайской провинции Сычуань унесло жизни 70 тыс. человек и разрушило огромное количество зданий. В начале 2011 года аналогичная беда обрушилась и на Японию.

Учитывая, что землетрясения в данном регионе не редкость, китайские проектировщики предложили использовать для восстановительных работ картон. Спрессованный в форме специальных строительных труб, материал этот позволяет собирать в короткие сроки довольно большие здания. Причем прочность картонных деталей такова, что из них можно строить дома, школы и другие сооружения. Одним из достоинств этого материала считается его удивительная легкость, благодаря чему из него можно быстро создавать жилые комплексы, конструкции которых при обрушении не причинят жителям особого вреда.

Мысль европейских архитекторов работает в том же направлении, поскольку в кризисных районах они предложили строить мини-дома из бумаги. Бумажные стены домов пропитаны нетоксичной смолой и обладают необходимой прочностью, так что эти жилища будут особенно востребованы в районах с повышенной сейсмичностью. Один из первых бумажных домов планируется построить в Зимбабве, а Нигерия уже заказала 2,4 тыс. таких жилищ, площадью по 36 кв. м каждый. Стоимость каждого – не более 5000 долларов.

А в Швейцарии и Германии предполагается строительство из бумаги бюджетного, не очень дорогого жилья, рассчитанного на эксплуатацию в течение многих десятилетий. «Бумажными» стены таких домов можно назвать с некоторой натяжкой. На самом деле они представляют собой плотные панели SwissCell, похожие на детали корпусов самолетов или яхт. Различие лишь в исходном материале и, как следствие, стоимости; блоки в самолетах сделаны из алюминиевых, титановых сплавов или углеволоконных композитов, панели SwissCell – из макулатуры.

Масса из перемолотых старых книг, газет, журналов и картона перемалывается, смешивается со смолой и запекается при высокой температуре в печи. В результате получается легкий и прочный материал, из которого формируются плиты, похожие на соты. Они устойчивы к механическим воздействиям, упруги и теплостойки. А сам процесс строительства весьма похож на сборку моделей из деталей детского конструктора – раз-два и готово. По словам изобретателя этой технологии Герда Нимёллера, такое жилье идеально подходит тем, кто не может позволить себе аренду или покупку обычной квартиры.

Дизайнером бумажных панельных домов является архитектор Дирк Донат из Строительного университета Веймара. «Такое жилье по своему качеству намного лучше тех самоделок, которые можно увидеть в трущобах многих городов», – утверждает он.

Тем более что такой дом не требует покупки мебели. Одно– и двуспальные кровати, столы, скамейки, полки и т. д. уже встроены в стены. Комнаты разделены по своему функциональному назначению: душ, туалет, веранда, место для просушки белья. Дом не велик, но очень функционален. В таком доме не страшны ни холода, ни палящее солнце, ни дожди. Стена из панелей SwissCell толщиной 5 см заменяет слой пенопласта полуметровой толщины. При этом стоимость бумажных панелей по сравнению с пенопластом втрое ниже. Смола же обеспечивает высокую влагостойкость. По словам производителей, панели SwissCell пригодны даже для изготовления бассейнов.

Дешевизна бумажных домов объясняется не только низкой ценой сырья, но полной автоматизацией процесса производства. Итоговая стоимость, как заверяют представители компании The Wall, будет менее 1000 долларов.

Интересная деталь: сама компания намерена изготовлять не готовые детали, а машины для запекания сырья. Заказчики сами должны будут заготовлять макулатуру, изготовлять из нее необходимое количество деталей для домов и самостоятельно собирать их.

Многие африканские страны уже проявили интерес к изобретению швейцарских и немецких инженеров и готовятся к созданию собственных производственных линий. В дальнейшем компания планирует открыть производство в Южной и Восточной Европе, Южной Америке и Азии.

«Хижина трех поросят»

Так в шутку окрестили это строение французские газетчики. На самом же деле это вполне приличный четырехэтажный жилой дом. И тем не менее название вовсе не случайно.

«Вы помните, какие дома строят поросята в известной сказке? – спросил представителей СМИ французский архитектор Тьери Вагнер, по проекту которого и был построен этот необычный дом неподалеку от г. Реймса (Бретань). – Правильно, один дом был из соломы, второй – из хвороста и третий – кирпичный. Причем в сказке утверждается, что наилучший дом – из кирпича. Бьюсь об заклад, что это не так»…

И он повел журналистов показывать, из чего именно построен спроектированный им дом. Оказалось, что для наружных стен его были использованы саманные кирпичи – из смеси глины с соломой. А внутренние перегородки сделаны в виде решетки из досок, пустоты в которой заполнили толстым белым войлоком, а также пенькой – растительными волокнами, получаемыми из конопли.

Получилось легкое, крепкое и теплое здание, на крыше которого к тому же разместились солнечные батареи. Благодаря им здание само производит половину энергии, необходимой для подогрева воды. Несмотря на то что после таких усовершенствований цена за 1 кв. м площади оказалась довольно большой – около 3000 евро, все 43 квартиры в доме были тут же раскуплены.

И это – не случайно: экологичные дома во Франции пользуются все большим спросом. Сегодня здесь даже обычный деревянный дом – большая редкость, поскольку строят в основном из камня либо из бетона. Наиболее «продвинутые» архитекторы даже ухитряются делать дома полностью из металла с синтетическими утеплителями.

Сегодня экологичные дома пользуются повышенным спросом

Экологичная архитектура позволяет избежать многих неприятностей для здоровья. В ход идут безопасные растительные и минеральные красители, клей, в состав которого не входят растворители, все та же пенька и тщательно обработанный войлок, черепица не из пластмассы, а из обожженной глины. Широко используется в качестве утеплителя мох. Несущие конструкции делаются из бруса, который пропитывают, например, защитным составом из цитрусовых. А паркет натирают пчелиным воском.

Ну а стены из саманного кирпича вообще оказались чудом технологии: они не только гораздо «теплее» бетона, но и создают в помещении такой микроклимат, который позволяет человеку зимой комфортно чувствовать себя при 18°, а не при стандартных 25. Отсюда – значительная экономия на отоплении.

Первыми во Франции такие необычные дома стали строить для себя сами экологи. А также люди, всерьез беспокоящиеся за состояние здоровья своих детей. До массового строительства пока далеко – слишком это дорогое удовольствие: экологически чистые материалы стоят как минимум на 10 % дороже обычных. Тем не менее биоархитектура сегодня находится на подъеме.

«Скворечники» для людей

Кто в детстве не любил залезть на дерево и соорудить там нечто вроде скворечника, где можно было бы спрятаться от всех и вся? Вспомнив эту детскую забаву, француз Ален Лоран стал строить на деревьях комфортабельные дома для отдыха!

Идея сооружать дома на деревьях пришла к Алену более десятка лет тому назад. В то время он возглавлял в Париже рекламное агентство, и вечная суета, связанная с этим бизнесом, ему изрядно надоела. И он решил круто поменять свою жизнь – заняться совершенно новым для себя делом.

«Не скажу, что идея эта осенила меня вдруг, упав на голову, подобно яблоку Ньютона. Подспудно, наверное, я шел к ней с детства, – рассказал Лоран журналистам. – Дело в том, что ребенком мне ужасно нравилось с друзьями создавать на деревьях всякие сооружения. Затем, когда у меня самого появились дети, это увлечение я передал и им. Словом, в какой-то момент я все чаще начал задумываться: почему бы не попытаться строить на деревьях настоящие дома для отдыха?»

Все дома, сооруженные на деревьях, уникальны

Попытка, как известно, не пытка. Собрав группу единомышленников – ныне в его команде дюжина представителей самых разных профессий, – Ален принялся за новое дело. Первый дом на дереве был построен его бригадой в 1999 году для Янна Артю-Бертрана – популярного во Франции эколога.

Новость об этой уникальной постройке распространилась по всей стране. И к Лорану стали обращаться другие заказчики. Сегодня жилищ на дереве построено уже более трехсот. Причем не только во Франции, но и в Швейцарии, Бельгии, Италии, Испании, Португалии…

Словом, число тех, кто хотел бы отдохнуть в комфортабельном «скворечнике», растет день ото дня. Но, конечно, постоянно на дереве никто не живет. Дома-скворечники снимают, как правило, на несколько дней. Стоимость аренды от 130 до 700 евро в сутки.

Впрочем, желающие могут такой дом и купить. Цена от 15 тыс. до 80 тыс. евро в зависимости от размеров и комфорта жилища. В иных предусмотрена не только мебель, но и все мыслимые удобства, включая ванны и туалеты. Причем никаких труб – ни канализационных, ни водопроводных – не видно, их тщательно маскируют.

Все дома, сооруженные на деревьях, уникальны. Как уникально любое дерево: у каждого своя высота, ширина ствола… Чем больше, крупнее дерево, тем лучше. Особенно хороши дубы и сосны. Именно от размеров дерева зависит, каким будет дом, на какой высоте его можно расположить…

Рекорды тут такие. Самый «высотный» дом Европы расположен в 15 м от земли. Площадь самого большого из них – 45 кв. м, самого маленького – 5 кв. м.

Понятное дело, что перед началом стройки дерево тщательно осматривают – не больное ли оно, нет ли где гнили. А вот если дом в бурю рухнет с приличной высоты – радости его обитателям будет мало.

Но если дерево здорово, то Ален дает гарантию, что жилище провисит на высоте как минимум десять лет. Подвешивают его и в самом деле на системе тросов, не срезая ни единой ветки и не вбивая в ствол ни единого гвоздя.

К сказанному остается добавить, что в наши дни дома на деревьях строят не только в Европе, но и в Азии и Америке. В США, где любят все большое, поставили свой рекорд – на высоте 40 м от земли построен аж четырехэтажный дом, имеющий собственную высоту в 45 м! А в Японии построен оригинальный дом, по форме напоминающий гигантское яйцо…