Температурно-влажностный режим отапливаемых зданий

Температурно-влажностный воздушный режим церковных зданий, оборудованных системами отопления, зависит от уровня поддерживаемой зимой температуры внутреннего воздуха. Чем выше температура, тем труднее удержать на нужном уровне относительную влажность внутреннего воздуха. Наиболее неблагоприятные условия для сохранения настенных росписей и иконостасов существуют в тех зданиях, где зимой с помощью системы отопления поддерживается температура на комфортном для человека уровне +18-22°С, а опасность дополнительного увлажнения отсутствует. Применение местных увлажнителей воздуха не дает желаемого результата из-за большого внутреннего объема зданий.

При оборудовании церковного здания системами отопления, рассчитанными на создание комфортных условий для длительного пребывания человека, в нем формируется микроклимат, отрицательно влияющий на сохранность настенной живописи, икон и иконостасов. В зимний период при такой температуре внутри здания невозможно обеспечить параметры относительной влажности 40-45% без применения дополнительных средств увлажнения. Реально относительная влажность снижается зимой до 17-20%, а после отключения отопления в теплый период года может повышаться до 70-72%. Таким образом, годовой диапазон изменения влажности составляет 17-72%. Резкие перепады относительной влажности отрицательно сказываются на состоянии сохранности живописи, штукатурок, и, особенно, — предметов искусства, в состав которых входят целлюлозосодержащие материалы (древесина, бумага, ткани). Низкая относительная влажность ведет к потере сорбционной влаги материала. В результате усушки древесины происходит коробление и растрескивание основы икон, появляются вздутия и разрывы грунта и красочного слоя, теряется их прочность. Резкие сезонные колебания относительной влажности (выше 45-50%) представляют особую опасность для живописи, имеющей массивную основу, то есть для икон и живописи на штукатурке.

К группе церковных зданий музейного использования, где зимой поддерживается комфортная для человека температура, до начала 1990-х гг. относились, в основном, поздние постройки (XVIII-XIX вв.). В них чаще всего располагались историко-художественные и краеведческие музеи. В процессе приспособления под музей внутреннее пространство такого здания обычно подвергалось значительным перестройкам, вплоть до разделения на ряд ярусов-этажей. Здания использовались для комплексного хранения и экспонирования музейных коллекций из различных материалов. Необходимость сохранения настенных росписей в таких зданиях при проектировании системы отопления не учитывалась.

После перестройки церковного здания под музей в нем складывался микроклимат, резко отличавшийся от первоначального, при этом полностью искажался характерный для церковного здания тепло- и воздухообмен. Интенсивная работа отопительных приборов, отсутствие регулировки подачи тепла (температура в отопительный сезон до +25°С), невозможность расширения сроков отопительного сезона и проветривания приводили к резкому снижению относительной влажности воздуха (до 17-20%). Такая многолетняя эксплуатация церковного здания способствовала пересушке ограждающих конструкций.

В настоящее время многие памятники культовой архитектуры XVIII-XIX вв. переданы церкви для проведения богослужений. Системы отопления в них также рассчитаны на поддержание комфортной для пребывания людей температуры воздуха.

Однако подобные системы отопления существуют не только в зданиях поздней постройки, но и в храмах, интерьер которых не перестраивался и где имеются древние иконостасы (например, Успенский собор XVI в. с иконами XV в. в Дмитрове; церковь Ризположения XV в. в Московском Кремле; церковь Живоначальной Троицы XVII в. в Останкине и др.). Микроклимат таких зданий в зимний период, помимо повышенной температуры воздуха и низкой относительной влажности, характеризуется крайне неравномерным распределением воздушных параметров в плане и по высоте здания. На рис. 19 представлен типичный пример распределения относительной влажности в зимний период (14-31.01.1990 г.) в объеме церкви Живоначальной Троицы в Останкине. В этом случае особую тревогу вызывает большой перепад значений относительной влажности воздуха между алтарем и четвериком, что представляет опасность для состояния сохранности иконостаса.

Если церковное здание, используемое под музей, имеет автономную систему отопления, его температурно-влажностный режим более благополучен. В качестве примера можно назвать здания Каргопольского краеведческого музея (церкви св. Зосимы и Савватия и Введенская, XVIII в.). Обе церкви отапливаются с помощью электрокотлов, которые расположены внутри здания (в притворе или в подвале), работают ночью, оборудованы автоматикой. Зимой в помещениях поддерживается температура до +18°С, относительная влажность — 35-50%.

Рис.19 График изменения относительной влажности воздуха при работе системы отопления, 14-31 января, церковь Живоначальной Троицы в Останкине.

В отапливаемых церковных зданиях, где температура поддерживается на комфортном для человека уровне, отклонения температурно-влажностного воздушного режима от нормы настолько велики, что их невозможно ликвидировать доступными музею средствами — путем отключения отдельных отопительных приборов, местного увлажнения воздуха, с помощью проветривания и регулирования посещаемости. Для этого обычно необходим перерасчет системы отопления с учетом всех специфических особенностей здания, его объемно-планировочной структуры, характеристик ограждающих конструкций, а также выполнение комплекса мероприятий, направленных на нормализацию воздухообмена.

Все вышесказанное относится к тем церковным зданиям музейного использования, где отсутствует система вентиляции и существует система водяного отопления с чугунными или стальными нагревательными приборами, установленными в нижней зоне помещения. Основными недостатками этих систем отопления являются: невозможность создания равномерного температурного режима в объеме здания; пересушка живописи там, где ближе всего к стенам расположены приборы; концентрация загрязнений настенной живописи на участках стен по пути движения восходящих потоков теплого воздуха; искажение интерьера. Перепад температур внутреннего воздуха в зимний период в объеме здания по вертикали (например, при высоте подкупольного пространства 25 м) составляет от +19-20°С в нижней зоне — до +3°С в центральном световом барабане (Андреевская церковь в Киеве).

То же самое происходит при размещении труб водяного отопления под полом. В этом случае температурное поле в плане здания более равномерно, но перепады температур по его высоте, а следовательно, и перепады относительной влажности воздуха, сохраняются. Перегрев нижней зоны в отопительный период ведет к общему резкому падению относительной влажности (соборы в Вильнюсе).

При решении вопроса об оборудовании системами отопления древних церковных зданий музейного использования, имеющих настенные росписи и иконостасы, должен выполняться индивидуальный расчет температурных значений. Параметры конкретизируются с учетом специфических особенностей ограждающих конструкций здания и теплотехнических характеристик его строительных материалов. Определяется порядок вывода системы на расчетные параметры, предусматривается возможность ее круглогодичного использования.

Температурный режим, пригодный для древних церковных зданий, не имеющих отопления, можно назвать режимом ограниченного подогрева. Он предполагает поддержание температуры воздуха в здании в зимний период на таком уровне, при котором невозможны были бы промерзание ограждающих конструкций, конденсация водяных паров на поверхности живописи и внутри штукатурного слоя, а также резкое снижение относительной влажности внутреннего воздуха. Этот режим является щадящим для состояния сохранности настенных росписей в холодный период года, но не комфортным для пребывания в помещении человека. Температура внутреннего воздуха в таком здании зимой поддерживается на уровне +5-8°С, относительная влажность — 40-50%.

В церковных зданиях музейного использования с сохранившимися стенописями и иконостасами, где введена система ограниченного подогрева, необходим постоянный хранительский контроль за состоянием воздушных параметров и живописи. При этом должен выполняться комплекс мероприятий, направленных на нормализацию микроклимата: регулирование посещаемости и проветривания, консервация на зимний период. Поскольку такое здание может быть зимой открыто для посетителей, консервационные мероприятия на зиму имеют некоторые отличия от мероприятий, проводимых в неотапливаемом и непосещаемом здании. Традиционно уплотняются все щели в оконных и дверных заполнениях, не используемые для входа одинарные двери утепляются изнутри дополнительными щитами. При этом особое внимание уделяется уплотнению входной двери и организации входа людей с улицы. Внутренний объем защищается от поступления масс холодного наружного воздуха через открывающуюся дверь. Поэтому вход в здание должен осуществляться только через притвор (тамбур). Во внутренней двери, отделяющей притвор от основного объема храма, ликвидируются щели. При входе людей в помещение зимой притвор используется в режиме шлюза: при открытой наружной двери нельзя открывать дверь внутреннюю.

Температурно-влажностный режим в церковных зданиях, имеющих ограниченный подогрев воздуха в холодный период года, выгодно отличается от режима как неотапливаемых зданий, так и зданий, где зимой температура поддерживается на комфортном для человека уровне (+18-20°С).

При ограниченном подогреве удается избежать промерзания ограждающих конструкций в холодный период года и выпадения конденсата весной и в периоды зимних оттепелей. На 10-15° уменьшается диапазон сезонных колебаний температуры: в неотапливаемых храмах температура внутреннего воздуха изменяется в течение года в диапазоне +10-19°С, в храмах с ограниченным подогревом +5-19°С.

Таблица 1

Диапазон колебаний температуры и относительной влажности воздуха в течение года (в зависимости от уровня поддерживаемой зимой температуры воздуха)

Тип здания	Декабрь-февраль	Март-май	Июнь-август	Сентябрь-ноябрь
t°C	ϕ%	t°C	ϕ%	t°C	ϕ %	t°C	ϕ%
Неотапливаемое здание	-10÷-1	60-98	+1÷+10	80-100	+10÷+19	60-85	+10÷-1	65-80
Здание с ограниченным подогревом (+5÷+8°С)	+5÷+8	40-55	+6÷+12	50-65	+12÷+19	60-70	+12÷+5	50-65
Отапливаемое здание (+18÷+20°C)		17-45	+16÷+20	30-65	+18÷+20	60-70	+12÷+20	30-65

Уменьшаются также сезонные колебания относительной влажности внутреннего воздуха, которые происходят в более безопасном для состояния настенных росписей и иконостасов диапазоне. В течение года относительная влажность в неотапливаемом храме в течение года изменяется в диапазоне 60-100%, в храме с ограниченным подогревом — 40-70%. В начале весны, пока здание находится на консервации, относительная влажность держится на уровне 50-65%, суточные колебания зависят от качества консервации. В начале мая, когда здание открывается для посещения, влажностный режим в большей степени зависит от наружных метеоусловий. Для его поддержания на требуемом уровне необходимо контролируемое проветривание и регулирование посещаемости. В условиях холодного влажного лета для снижения относительной влажности внутреннего воздуха используется подогрев. В постоянном режиме система ограниченного подогрева начинает работать осенью, в конце сентября - начале октября, когда температура внутреннего воздуха в процессе остывания здания достигает +10-8°С.

Сравнение приведенных в таблице данных показывает, что в зданиях с ограниченным подогревом относительная влажность удерживается в требуемом диапазоне (40-60%) естественным путем, в то время как в зданиях, где поддерживается более высокая, комфортная для пребывания человека температура, требуется дополнительное увлажнение внутреннего воздуха. Однако это может иметь отрицательные последствия для сохранности настенных росписей в верхних тонкостенных зонах памятника (своды, барабаны), где в зимнее время возможно образование конденсата, способствующее активизации микроорганизмов.

Зимой здание с ограниченным подогревом может быть открыто для посещения, особенно в том случае, если его внутренний объем достаточно хорошо защищен с помощью притвора от проникновения холодного воздуха при входе людей. При этом необходимы постоянный контроль и регулирование посещаемости. В сильные морозы (-10°С и ниже), когда поступление наружного воздуха с низкими температурами и влагосодержанием способствует охлаждению воздуха и ограждающих конструкций, а также общему снижению относительной влажности, посещаемость должна ограничиваться.

Указанные системы отопления успешно используются для нормализации температурно-влажностного режима в Спасо-Преображенском соборе Мирожского монастыря XII в. и соборе Рождества Богородицы Снетогорского монастыря XIV в. в Пскове.

В Спасо-Преображенском соборе система ограниченного подогрева существует более 10 лет. С помощью регулирования температуры электронагревателей, посещаемости, контролируемого проветривания и консервационных мероприятий удается поддерживать круглогодично относительную влажность в здании на уровне 40-65%.

В соборе Рождества Богородицы система ограниченного подогрева была установлена во время проведения комплексных исследований микроклимата, выполнявшихся специалистами ГосНИИР. Появилась возможность оценить ее влияние на формирование температурно-влажностного режима в сравнении с предыдущим холодным периодом, когда храм был еще неотапливаемым. При этом учитывалось, что при оборудовании здания системой ограниченного подогрева не были выполнены все мероприятия, направленные на повышение его тепловой устойчивости. Не были отремонтированы и заменены двойными одинарные оконные и дверные заполнения, не были установлены аэрационные устройства в барабане, отсутствовал притвор (или тамбур) у входной двери. Однако даже в таких условиях введение ограниченного подогрева в сочетании с комплексом защитных мероприятий (консервация, замена сплошных многоярусных лесов для реставрации настенной живописи на облегчающие воздухообмен конструкции, проветривание) дало положительный результат.

Вывод системы отопления на расчетные параметры +6-8°С предполагалось осуществить в течение двух холодных сезонов: первый этап — +4-6°С,второй — +6-8°С.

Уже на первом этапе ограниченного подогрева с расчетной температурой +4-6°С радикально изменился характер формирования температурно-влажностного режима в соборе. Влажностный режим храма сформировался под влиянием влаги наружного воздуха, поступающей через неплотности оконных и дверных заполнений, а также в результате проникновения сверхсорбциошюй влаги высыхающих ограждающих конструкций. Определить степень влияния каждого из этих источников влаги на температурно-влажностный режим оказалось невозможно из-за плохого качества деревянных оконных рам, откосов и дверного полотна. Проводившийся одновременно контроль за влажностным состоянием ограждающих конструкций показал, что подогрев способствовал уничгожению сверхсорбциошюй влаги, приближая увлажненность стен к пределам сорбционного диапазона. Подогрев способствовал также постепенному снижению относительной влажности воздуха в зимний период до уровня 65-70%. Благодаря подогреву холодным и влажным летом 1993 г. удалось постоянно поддерживать относительную влажность на уровне 60-70%.

Однако расчетные температуры первого этапа +4-6°С при некачественных заполнениях окон и дверных проемов не могли обеспечить равномерное распределение положительных температур во всех объемах соборного комплекса при затяжных наружных похолоданиях (до -10°С), когда температура внутреннего воздуха в барабане и в северном рукаве трансепта опускалась до 0,5-1°С. При февральском похолодании до минус 20-25°С в течение недели температура в барабане снизилась до отрицательных значений (до -2,5°С), а в нижней зоне храмА — до -0,2°С.

Следует отметить, что при выводе здания из отрицательных температур (с начала марта) условия для выпадения конденсата отсутствовали: в течение марта - апреля во всех объемах собора относительная влажность была в пределах нормы 62-69% при температуре внутреннего воздуха к 1апреля +5,1-5,3°С во всех объемах здания.

Таким образом, опыт эксплуатации собора Рождества Богородицы Снетогорского монастыря, имеющего плохие оконные заполнения, показал:

- при системе ограниченного подогрева можно поддерживать внутреннюю температуру на положительном уровне (за исключением барабана, который охлаждается больше);

- относительная влажность внутреннего воздуха при этом не выходит за пределы нормируемых значений как в период снижения температуры внутреннего воздуха до отрицательных значений, так и в последующий за ним период прогрева здания; условия для конденсационного увлажнения конструкций отсутствуют.

Итак, на основании результатов работы можно сделать вывод о целесообразности введения систем ограниченного отопления в неотапливаемых храмах. Подогрев в холодный период года положительно сказывается на состоянии температурно-влажностного режима воздуха и ограждающих конструкций, а следовательно, и на состоянии настенной живописи.

Дата добавления: 2015-06-28