الحماية الأرضية هي استخدام الأرض ضد جدران المباني لتوفير كتلة حرارية خارجية، لتقليل فقدان الحرارة، والحفاظ بسهولة على درجة حرارة ثابتة للهواء الداخلي. يمكن أن يؤدي هذا إلى تقليل الكمية المطلقة من الحرارة التي يحتاجها المبنى.
محتويات
تعريف
- "يمكن وصف المبنى بأنه محمي بالأرض عندما يكون به كمية كبيرة من التربة أو الركيزة الحرارية على اتصال بغلافه الخارجي." [1]
- "الهياكل المبنية باستخدام كتلة الأرض ضد جدران المبنى ككتلة حرارية خارجية، مما يقلل من فقدان الحرارة ويحافظ على درجة حرارة الهواء الداخلي ثابتة طوال المواسم." [2]
مقدمة
يتم امتصاص حوالي 50٪ من الحرارة من الشمس على السطح. [3] وبالتالي، تتغير درجة الحرارة في الطبقات العليا من الأرض اعتمادًا على دورة الليل والنهار وإلى حد أقل الطقس (على سبيل المثال، في الشمس الكاملة، يتلقى السطح المزيد من الحرارة، بينما إذا كان الجو غائمًا جدًا، فإن الطاقة التي تصل إلى السطح أقل). إن مرور الفصول له التأثير الأكبر على درجة الحرارة في الطبقات السطحية من الأرض. يمكن أن تكون تقلبات درجة حرارة الهواء على السطح سريعة (مثل غروب الشمس أو عاصفة مطيرة). ومع ذلك، تستغرق الأرض وقتًا لامتصاص الحرارة وإطلاقها (الأرض مثل الكتلة الحرارية ). [4] على الرغم من أن الطبقات السطحية جدًا من التربة تمتلك العديد من جذور النباتات والمساحات الهوائية، إلا أنها تعمل كعازل. [4] ولكن بعد هذه الطبقة، تكون التربة السطحية صلبة ومضغوطة وكثيفة. [4] تم تحديد التربة بقيمة R تبلغ حوالي 0.65-R لكل سنتيمتر (0.08-R لكل بوصة)، [5] أو 0.25-R لكل بوصة. [4] تعتمد الاختلافات في قيمة R للتربة أيضًا بشكل كبير على مستوى رطوبة التربة، مع انخفاض قيم R مع زيادة مستوى الرطوبة. [5] كلما تعمقت أكثر، أصبحت الاستجابة لتغيرات درجة حرارة الهواء السطحي أبطأ وأكثر حدة. عند عمق معين، تكون درجة الحرارة في الأرض ثابتة طوال العام. تؤثر التقلبات الموسمية في درجات الحرارة على عمق كبير من الأرض، وتتساوي، وهذا يعادل تقريبًا متوسط درجة حرارة الهواء السطحي السنوية خلال الشتاء والصيف. [3] [5]
يضع البعض عمق درجة حرارة الأرض الثابتة العميقة هذه عند 6 أمتار، [5] والبعض الآخر عند 15 مترًا. [3] أيضًا، ستختلف هذه الدرجة الحرارة اعتمادًا على الموقع الجغرافي. على سبيل المثال، 7 درجات مئوية في مونتانا، الولايات المتحدة الأمريكية. [5] يمكن أن تتراوح درجة حرارة الأرض الثابتة العميقة في أجزاء مختلفة من المملكة المتحدة بين 8 - 11 درجة مئوية. [3] تشير مصادر أخرى إلى أن درجة حرارة الأرض الثابتة العميقة (والتي يتم وصفها من حيث عامل تصحيح السعة، والسعات التي تشير إلى التقلبات في درجة حرارة التربة بين الشتاء والصيف) تختلف أيضًا اعتمادًا على مستوى رطوبة التربة (4.25 م و 5.5 م و 6.7 م للتربة الجافة والمتوسطة والرطبة على التوالي). [6]
تحت هذا ترتفع درجة حرارة الأرض تدريجيًا بنحو 2.6 درجة مئوية لكل 100 متر لأن هناك أيضًا حرارة تتصاعد من داخل الأرض. [3]
أنواع
طرق تطبيق التغطية الترابية على المنزلهناك نوعان رئيسيان من المباني المحمية بالأرض (انظر أيضًا الرسم التخطيطي). الساتر الترابي هو المكان الذي يتم فيه بناء المنزل بالقرب من الدرجة الأصلية ويتم تكديس الأرض على جوانب المنزل. [7] يمكن وضع طبقة رقيقة من الأرض فوق الهيكل لتشكيل سقف حي . [7] عند تطبيق تصميم الطاقة الشمسية السلبية على تخطيط منزل تحت الأرض، يُترك جانب الهيكل المواجه لخط الاستواء بدون ساتر للسماح بجمع الإشعاع الشمسي. المنزل تحت الأرض ذو الغرف هو المكان الذي يكون فيه المنزل بالكامل أسفل الدرجة الأصلية، وهذا النوع أكثر ندرة. [7] يوفر الساتر الترابي للمنزل 90 - 95٪ من ميزة الطاقة الحرارية لمنزل تحت الدرجة تمامًا. [4] تتطلب المنازل المحاطة بالأرض أيضًا حفرًا أقل ويجب أن يتحمل سقفها حمولة أقل، مما يعني أنها ستكون أرخص وأسهل في التصميم والبناء.
عادة ما تكون الملاجئ الترابية من طابق واحد، [4] ربما لأن الهيكل يجب أن يتعامل بالفعل مع وزن التربة فوقه، مما يجعل إضافة طابق إضافي يتطلب عناصر تحمل حمولة باهظة الثمن بشكل مفرط. ومع ذلك، تم بناء بعض الملاجئ الترابية المكونة من طابقين، في بعض الأحيان بسبب موقع التل شديد الانحدار مما يجعل هذا الشكل يعمل بشكل جيد. [4]
سفن الأرض
المنازل الشمسية الأرضية هي نوع من المنازل الشمسية السلبية المحمية من الأرض والمصممة للعمل بشكل مستقل . تصنع المنازل الشمسية الأرضية باستخدام إطارات مملوءة بالأرض أو أكياس رمل.
تُصنع الإطارات (إذا استُخدمت) عن طريق دقها بالتراب، وبالتالي تحويلها إلى "طوب" قابل للاستخدام. هذه طريقة بناء بسيطة ومعقولة التكلفة وتنتج جدرانًا ذات قدرة تحمل كبيرة. تُصنع الإطارات في سفينة ترابية بشكل عام في مكانها، لأنه عند تصنيعها بشكل صحيح، يصل وزنها إلى 300 رطل وقد يكون من الصعب جدًا نقلها.
المميزات والعيوب
يمكن أن يؤدي التظليل الأرضي إلى زيادة الكتلة الحرارية للمبنى. ومع ذلك، في المناخات المعتدلة والقطبية، يجب التأكد من إضافة طبقة عازلة. يعتمد سمك هذه الطبقة على عمق التربة (انظر المنزل الشمسي السلبي ). إذا لم يتم وضع طبقة عازلة في هذه المناطق، فسوف تتسرب الحرارة إلى التربة في أوقات من العام عندما تبرد الأرض.
نظرًا لأن معظم الحرارة تميل إلى التسرب عبر السقف (وكذلك عبر الشقوق، انظر المنزل الشمسي السلبي) بدلاً من الجدران الجانبية، فمن الأفضل تغطية السقف بالتربة لتحقيق أقصى قدر من الكفاءة. ومع ذلك، بالنسبة للعديد من الأشخاص، قد يكون لهذا تأثير خانق. في هذه الحالات، يسمح تغطية الجدران حتى 1.6-1.8 متر فقط بوضع نافذة بحيث يمكن القضاء على هذا التأثير الخانق (عند الوقوف). بالإضافة إلى هذه الطريقة، من الممكن أيضًا تغطية الجدران بالكامل، ولكن تنفيذ سقف زجاجي مسطح.
يمكن أن تمنع التحوطات المصنوعة من النباتات التي لا تكون كثيفة الخضرة فحسب، بل وأيضًا مليئة بالأشواك، الوصول إلى المساحة خلف النباتات. راجع إدارة الآفات المتكاملة وحماية المحاصيل المحيطة.
عوامل في الاعتبار
- تكلفة وطاقة بناء المباني المحمية بالتراب مقارنة بالمباني التقليدية. يتطلب الأمر جهدًا أكبر لإزالة التراب، ولكن يتم توفير الجهد من خلال عدم الحاجة إلى توفير لمسة نهائية جذابة للأسطح المغطاة بالتراب.
- الشكل المختلف والتأثير البصري - على سبيل المثال، قد يكون للمباني المحمية من الأرض تأثير أقل، وتكون أقل تقليدية في المظهر، وتخلق ظلاً أقل (وبالتالي تسمح بمزيد من الشمس والمساحة لنمو النباتات - انظر الزراعة الحضرية ).
- يمكن أن توفر الأرض حماية من درجات الحرارة و/أو العزل.
- المباني المنخفضة المستوى أكثر عرضة للفيضانات - وهو أمر مهم إذا كان هناك أي خطر كبير للفيضانات (حتى لو أخذنا في الاعتبار الفيضانات النظرية مرة واحدة كل 1000 عام، مع ملاحظة أن المخاطر الفعلية قد تكون أعلى من المخاطر النظرية، إذا تم تجاهل عامل الخطر).
تخزين درجة الحرارة
من الفوائد التي يزعم البعض أن الملاجئ الأرضية توفر حاجزًا حراريًا معتدلاً بين المنزل والبيئة. هل هذا صحيح؟
صحيح أن درجة حرارة الأرض تكون في كثير من الأحيان أكثر اعتدالاً من الهواء - على سبيل المثال 10 درجات مئوية (50 درجة فهرنهايت) عندما تكون درجة حرارة الهواء -25 درجة مئوية (-10 درجات فهرنهايت). ومع ذلك، فإن انتقال الحرارة W لا يعتمد فقط على فرق درجات الحرارة، بل يعتمد أيضًا على التوصيل الحراري للوسط.
السؤال: على مدى نطاق درجات الحرارة التي يتعرض لها المنزل في مناخ معين (على سبيل المثال، مناخ بارد أو معتدل أو استوائي) ما هو الفرق في تدفق الحرارة بين جدار معرض للهواء وجدار معرض للأرض؟ يمكن التعبير عن ذلك في صيغة، وتصويره في الرسوم البيانية. [ بحاجة لتوسيع ] بالطبع من المتوقع أن يختلف هذا حسب نوع التربة ومحتوى الماء.
مراجع
- ↑ صفحة المنازل المحمية بالأرض على موقع Lowimpact.org
- ↑ AJ Anselm (2012). Earth Shelters؛ مراجعة لخصائص الحفاظ على الطاقة في المساكن المحمية بالأرض، (فصل في: الحفاظ على الطاقة، AZ Ahmed، IntechOpen، DOI: 10.5772/51873
- ↑انتقل إلى الأعلى:3.0 3.1 3.2 3.3 3.4 موقع هيئة المسح الجيولوجي البريطانية (BGS) [1]
- ↑انتقل إلى الأعلى:4.0 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 المنازل المحمية بالأرض: كيفية بناء منزل تحت الأرض بأسعار معقولة. آر روي. دار نشر نيو سوسايتي، 2006
- ↑انتقل إلى الأعلى:5.0 5.1 5.2 5.3 5.4 التخزين السنوي السلبي للحرارة : تحسين تصميم الملاجئ الأرضية. جون هيت. 2013
- ↑ المعدات الميكانيكية والكهربائية للمباني. والتر ت. جروندزيك، أليسون ج. كوك 2014
- ↑انتقل إلى الأعلى:7.0 7.1 7.2 ما هو المسكن المحمي بالأرض؟ مدرسة Earthwood Building School
أنظر أيضا
- مبنى ووفاتي البيئي
- سفينة الأرض
- المنازل والأحياء المستقلة
روابط خارجية
- مقالة عن الووفاتي والساتر الترابي في richsoil.com
- W (مقالة حماية الأرض على ويكيبيديا)
- منازل فعّالة محمية من الأرض على Energy.gov
- الاستخدام المعماري للمساحات تحت الأرض: القضايا والتطبيقات، كينيث ب. لابس
- [2]
- [3] أرشيف أخبار أمنا الأرض للمقالات حول المنازل المحمية من الأرض
