V Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2013

Научное внимание к вопросам температурно-влажностного режима памятников архитектуры, оптимальным параметрам и способам их поддержания возникло в 60-х годах прошлого века. В обсуждении и разработке этой проблемы приняли участие специалисты естественнонаучных, гуманитарных и технических областей знаний: музейные работники, архитекторы, теплофизики, инженеры-строители, историки, искусствоведы. Многолетняя полемика между представителями «музейного» хранения, предлагающими в качестве оптимальных постоянные во времени температуру и относительную влажность внутреннего воздуха (t=12÷16°C и j=30÷45% для холодного периода и j=30÷60% для теплого периода года [1]), и сторонниками «естественного» бытования неотапливаемых зданий сопровождалась масштабными научными исследованиями. В 1970–1980-х годах были изучены механизмы разрушения древних материалов под воздействием различных тепловлажностных условий, проведены натурные исследования температурно-влажностного режима ряда памятников (соборы Московского Кремля, памятники Ленинградской, Владимирской, Нижегородской областей и других регионов России), собраны исторические сведения о режимах содержания древних зданий, которые приведены в работах Сизова Б.Т. [3,8]:

Теплофизические методы сохранения направлены на стабилизацию термодинамического состояния конструкций (камня, кирпича, фресковых штукатурок и т. д.) как сложной гетерогенной системы [5,7]. Известно, что интенсивность процессов переноса энергии (теплоты) и вещества в твердом теле, обуславливающих его старение, связана с изменением параметров окружающей среды. Под параметрами среды понимают температуру и относительную влажность воздуха, которые можно регулировать определенным образом, позволяющим снизить интенсивность процессов старения материала и обеспечить его сохранность [6]. В музейных условиях это требование выполнить сравнительно просто. Достаточно в помещении или витрине, где находятся экспонаты, поддерживать постоянные температуру и относительную влажность воздуха.

Учет одного из основных природных факторов — геологического — во многом объясняет особенности конструкций оснований и фундаментов зданий Древней Руси.

С XIV века в храмах появляется такая часть здания, как подклет, роль которого, наряду с эстетической, состояла в защите основных помещений от капиллярного и конденсационного увлажнения. Это изобретение русских зодчих было достаточно «апробировано» к середине XVI века.

Позднее подклет трансформируется в низкий зимний храм. Отопление, которого в холодный период создает тепловлажностные условия, способствующие сохранению верхней церкви и ее убранства. Примерами такого решения служат Владимирская церковь в селе Куркино и Троицкая церковь, что в Марчугах, поселке Фаустово (Московская обл.), церковь Покрова в Филях XVII в. в Москве (рис. 1).

Система отопления в храмах применялась воздушная, совмещенная с панельно-лучистым отоплением. Примером данной системы отопления служит Собор Боголюбской Божьей матери в рабочем поселке Боголюбово Владимирской области.

Судя по сохранности материалов большинства конструкций подклетов, в них была прекрасно организована система естественного проветривания. Иногда смотрители для борьбы со сквозняками подручными средствами закрывают вентиляционные продухи (рис.2), что, конечно, нарушает и без того изменившуюся схему аэрационного воздухообмена.

Большинство каменных культовых построек (соборов и церквей), возведенных до XVIII в., были не отапливаемыми. Единственным способом поддержания микроклимата неотапливаемых зданий было и остается регулируемое проветривание. Поэтому можно выделить два режима их содержания.

Большие по размерам отдельно стоящие здания, как правило, закрывались на зиму («от Покрова до Пасхи», то есть с 14 октября по апрель – начало мая по новому стилю). В этот период службы обычно проводились в расположенной рядом небольшой отапливаемой церкви. Подобные примеры можно видеть в соборе Св. Георгия ХII в. в Старой Ладоге, приходской церкви Козьмы и Дамиана в Суздале (конец XVII в.) (рис. 3).

Соборы и церкви, имеющие теплые пристройки (трапезные палаты, приделы и т. д.), функционировали и в зимнее время, ограниченно обогреваясь с помощью теплого воздуха, поступающего через дверные проемы из этих помещений. Однако в ряде случаев, особенно на севере Руси, применение такого способа обогрева заставляло вносить изменения в конструкции интерьера здания.

Однако описанный древний способ проветривания не принимают во внимание особенностей конденсации водяных паров в капиллярно-пористых материалах. Исследования сорбционных свойств древних материалов показали, что влагосодержание этих материалов начинает резко возрастать при относительной влажности окружающего воздуха 85–90%. При такой относительной влажности воздуха начинается капиллярная конденсация. Для предотвращения (снижения интенсивности) этого процесса было предложено проветривать памятник в такие периоды, когда точка росы наружного воздуха (t_т.р.н.в.) на 1,5–2,0 °С ниже температуры стены (t_ст), иными словами, когда величина относительной влажности наружного воздуха при соприкосновении его с холодной внутренней поверхностью стены будет возрастать не до 100, а только до 80–85% [2,4].

Метод ограниченного подогрева, который базируется на двух положениях: температура внутреннего воздуха должна изменяться в течение года, обеспечивая заданную относительную влажность, а ее величина выбирается с учетом климатических особенностей места расположения памятника. Это была первая попытка рассмотреть условия сохранения памятника в единстве с окружающей средой.

Этот способ нормализации микроклимата применим в зданиях, оснащенных только системой отопления без увлажнения или кондиционирования воздуха.

Неизменность влагосодержания материалов (основной критерий их сохранности) можно достичь несколькими путями. Необходимо поддерживать постоянными или менять температуру и относительную влажность воздуха таким образом, чтобы их сочетание обеспечивало неизменное равновесное влагосодержание материала.

Другим (динамическим) критерием для выбора параметров внутреннего воздуха является минимизация потоков теплоты и влаги через определенный слой ограждения. В качестве такого слоя обычно принимают внутреннюю поверхность стен, сводов с находящимися на них монументальными росписями или декором [1,5,7].

Для снижения градиента влажности от наружной к внутренней поверхности стены предлагается применить электроосмотическое устройство, которое воздействует электромагнитным полем на коллоидную жидкость, находящуюся в порах кирпича.

При создании и поддержании температурно-влажностного режима подклета православного храма сталкиваются со сложностью расчета теплотехнических характеристик ограждающих конструкций из-за отсутствия точных сведений о свойствах древних материалов, неодинаковой толщиной ограждающих конструкций по высоте здания, необходимостью приведения строительной конструкции в состояние равновесной влажности, которая приводит к увеличению срока службы материала, снижению теплопотерь и, следовательно, повышению энергоэффективности. Так же оказывает влияние неравномерный режим использования помещений (количество прихожан в будние дни и по православным престольным праздникам может отличаться в десятки раз).

Библиографический список

1. СП 31-103-99. Здания, сооружения и комплексы православных храмов / Госстрой России. – М., АХЦ "Арххрам", ГУП ЦПП, 2000. – 34 с.

2. Кочев, А. Г. Основные зависимости для расчета тепловлажностных характеристик, влияющих на микроклимат и сохранность подклетов православных храмов / А.Г. Кочев, О.В. Пасякина // Прив. научн. журнал. - 2007. - № 3. - С. 75-82.

3. Кочев, А.Г. Задачи, решаемые при разработке микроклиматических условий в церквах / А.Г. Кочев // Известия вузов. Строительство. 1999. № 6. С. 88-93.

4. Кочев, А.Г. Инженерная методика расчета требуемого воздухообмена в православных храмах / А.Г. Кочев, Ю.В. Осипов // Известия вузов. Строительство. - 2004. - № 3.- С. 63-67.

5. СНиП 23-02-2003. Тепловая защита зданий / Госстрой России. – М., ФГУП ЦПП, 2004. – 26 с.

6. СНиП 41-01-2003. Отопление, вентиляция и кондиционирование / Госстрой России. – М., ФГУП ЦПП, 2004. – 76 с.

7. СТО 00044807-001-2006. Теплозащитные свойства ограждающих конструкций зданий.

8. Сизов, Б. Т. Теплофизические аспекты сохранения памятников архитектур / Б. Т. Сизов // АВОК. 2002. № 1. – С. 24-28.