МИКРОКЛИМАТ ЦЕРКОВНЫХ ЗДАНИЙ

Девина Р.А., Илларионова И.В., РебриковаН.Л., Бойко В.А., Кронфельд Я.Г., Дорохов В.Б., Логачева Т.В.

В пособии рассматриваются проблемы создания микроклиматических условий, оптимальных для сохранения церковных зданий и элементов декоративного убранства их интерьеров (настенных росписей, иконостасов, икон и др.). В книге обобщены результаты многолетних теоретических и натурных исследований, проводившихся коллективом сотрудников Лаборатории музейной климатологии ГосНИИ реставрации.

Предназначено для музейных хранителей, реставраторов, архитекторов инженеров, студентов факультетов музеологии, работников служб охраны памятников, а также для церковных служителей, которые должны выполнять необходимые мероприятия по регулированию микроклимата церковных зданий.

Одобрено Ученым советом ГосНИИР (протокол № 11 от 17.12.1997 г.) Председатель Ученого совета А.В. Трезвов. Научный редактор Б.Т. Сизов. Рецензент Л.И. Лифшиц. Редактор Н.Л. Подвигина. Художник В.В. Зверев

Первоисточник: МИКРОКЛИМАТ ЦЕРКОВНЫХ ЗДАНИЙ. Основы нормализации температурно-влажностного режима памятников культовой архитектуры. ГосНИИР, М., 2000

Содержание

• ВВЕДЕНИЕ

• ОБЩИЕ ЧЕРТЫ И ИНДИВИДУАЛЬНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ЦЕРКОВНЫХ ЗДАНИЙ. Типология древнерусских церковных зданий

• Особенности внешней аэродинамики

• Способы эксплуатации церковных зданий

• Виды разрушений ограждающих конструкций

• Причины старения настенной живописи и икон

• ТЕМПЕРАТУРНО-ВЛАЖНОСТНЫЙ ВОЗДУШНЫЙ РЕЖИМ

• ТЕМПЕРАТУРНО-ВЛАЖНОСТНЫЙ РЕЖИМ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

• БИОЛОГИЧЕСКИЕ РАЗРУШЕНИЯ НАСТЕННОЙ ЖИВОПИСИ И СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

• ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ И ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ПРИЧИНЫ РАЗРУШЕНИЯ ФУНДАМЕНТОВ И СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

• СОЗДАНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ УСЛОВИЙ ДЛЯ СОХРАНЕНИЯ ЦЕРКОВНЫХ ЗДАНИЙ. Обследование зданий

• Архитектурно-строительные мероприятия для нормализации температурно-влажностного режима

• Параметры температурно-влажностного режима

• Системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха. Тепло- и холодоснабжение

• Проветривание как способ нормализации температурно-влажностного режима

• Приложение. Клапанное устройство в соборе Рождества Богородицы Ферапонтова монастыря

• ЛИТЕРАТУРА

Введение

Большинство памятников архитектуры, сохранившихся на территории Российской Федерации, составляют культовые здания разных периодов строительства, начиная с XI в. вплоть до наших дней. В связи со стремительным изменением условий окружающей среды значительно быстрее стало происходить старение несущих и ограждающих конструкций зданий. На эти процессы влияет множество различных факторов: естественное старение материалов, биопоражения, антропогенные воздействия, эксплуатация зданий, их перестройки, крайне неблагоприятные инженерно-геологические и гидрогеологические условия.

Для обеспечения долговременной сохранности необходимо создавать внутри зданий оптимальные климатические условия. Этой важной проблемой почти три последних десятилетия занимается коллектив сотрудников Лаборатории музейной климатологии Государственного научно-исследовательского института реставрации Министерства культуры РФ (ГосНИИР)¹.

Результаты исследований 1975-1980 гг., проводившихся по широкой комплексной программе совместно со специалистами Киевского инженерно-строительного института (В.А. Бойко) и Национального института памятников культуры Болгарии (Цв. Кадийски), легли в основу разработки методических рекомендаций по оптимизации температурно-влажностного режима в памятниках архитектуры [1, 2]. Многочисленные фактические данные были получены при натурном изучении микроклимата в ряде церковных зданий, таких как Спасо-Преображенский собор и церковь Ильи Пророка в Ярославле, Андреевская и Кирилловская церкви в Киеве, собор Рождества Богородицы в Козельце и ряд памятников Болгарии, в том числе и древнейшая Боянская церковь близ Софии. Параллельно проводились теоретические и лабораторные исследования, а также экспериментальные работы.

Исследования этих лет впервые показали огромное преимущество комплексного подхода к проблеме: была предложена типология памятников, дающая ключ к разработке «в первом приближении» технических решений для конкретных объектов; исследована аэродинамика церковных зданий на модели; изучены возможные схемы воздухообмена; определены теплотехнические коэффициенты для древних строительных материалов.

В дальнейшем полученные данные широко использовались, проверялись и дополнялись в процессе исследования микроклимата конкретных церковных зданий: собора Рождества Богородицы Ферапонтова монастыря, Благовещенского собора в Сольвычегодске, Пантелеймоновского собора в Новом Афоне, Дмитриевского собора во Владимире, Спасо-Преображенского собора Мирожского монастыря и собора Рождества Богородицы Снетогорского монастыря в Пскове, Троицкого собора Троице-Гледенского монастыря в Великом Устюге, Христорождественского собора в Каргополе, церкви Вознесения в Коломенском, Рождественского собора в Суздале, церкви Бориса и Глеба в Кидекше, Благовещенского, Успенского и Архангельского соборов и церкви Ризположения в Московском Кремле, Благовещенского собора в Казани, Троицкого собора Ипатьевского монастыря в Костроме, Успенского собора в Дмитрове, собора Рождества Богородицы Пафнутьев-Боровского монастыря в Боровске, Рождественского собора Саввино-Сторожевского монастыря и церкви Успения на Городке в Звенигороде, церкви Живоначальной Троицы в Останкине, церкви Спаса на Ильине и Георгиевского собора Юрьева монастыря в Новгороде, Георгиевского собора в Юрьеве-Польском и др. Исследования проводились сотрудниками ГосНИИР при участии специалистов института «Спецпроектреставрация» (Т.В. Логачева) и НИИ строительной физики (В.Б. Дорохов). Результаты исследований позволили конкретизировать и детализировать разработанные ранее рекомендации.

Основной задачей настоящего исследования является разработка методов создания климатических условий, необходимых как для сохранения самих зданий-памятников культовой архитектуры, так и для предметов изобразительного и декоративно-прикладного искусства, хранящихся в их интерьерах. В церковных зданиях к объектам хранения, требующим поддержания определенных микроклиматических условий, относятся настенные росписи, выполненные в различных техниках; архитектурный декор интерьера (белокаменные, гипсовые рельефы, изразцы); иконы и резные золоченые или полихромные иконостасы; мелкая пластика, книги, ткани, предметы церковной утвари.

Изменение климатических условий внутри здания является основной причиной старения настенной живописи и всего убранства интерьера. Следовательно, проблема сохранения церковного здания и его интерьера не может рассматриваться и решаться в отрыве от проблемы нормализации в нем климатических условий. Решение этой задачи должно осуществляться комплексно: предполагается одновременное изучение температурно-влажностного воздушного режима и состояния ограждающих конструкций, выявление причин их увлажнения и других факторов, дестабилизирующих температурно-влажностный режим здания. Результаты разработок и рекомендации по проведению инженерно-строительных мероприятий, направленных на нормализацию внутреннего воздухообмена в здании, повышение его тепловой устойчивости, снижение неконтролируемой фильтрации воздуха и защиту от различных видов влаги, должны обсуждаться и затем осуществляться на практике при постоянном контролировании состояния температурно-влажностного режима.

Оптимальным является вариант, когда изучение микроклимата и разработка предложений по его нормализации ведутся одновременно с архитектурной реставрацией. В этом случае имеется возможность постоянного согласования в рабочем порядке предложений архитекторов и климатологов с целью поиска наилучшего решения и быстрого внедрения рекомендаций.

Отечественная практика ведения реставрационных работ в церковных зданиях свидетельствует об отсутствии четких критериев при определении их очередности. Чаще всего работы в храме начинаются с реставрации настенной живописи и иконостаса, что обычно связано с их аварийным состоянием. При этом не уделяется должного внимания предварительному изучению и устранению причин разрушения живописи. Храм обычно бывает не подготовлен к проведению в нем реставрационных работ: не устранены причины увлажнения ограждающих конструкций, не обеспечена необходимая защита внутреннего объема от воздействия наружных метеоусловий, не нормализованы температурно-влажностный воздушный режим и внутренний воздухообмен. В таких условиях вновь отреставрированная живопись продолжает подвергаться воздействию всего комплекса факторов, вызывавших ранее ее разрушения, что приводит к необходимости новых реставрационных вмешательств. Любые повторные реставрационные мероприятия приводят, в конечном счете, к новым повреждениям живописи и, кроме того, требуют значительных дополнительных материальных затрат.

Сказанное выше подтверждается результатами исследований. В Троицком соборе Троице-Гледенского монастыря (XVII в., Великий Устюг) полностью отреставрированный иконостас XVIII в., украшенный золоченой по левкасу деревянной резьбой, находился в храме, где не был нормализован температурно-влажностный режим. Трещины в ограждающих конструкциях храма, протечки в кровле, одинарное остекление оконных проемов с множественными дефектами (щели, сколы, составные стекла), плохое примыкание деревянных рам, сильно переувлажненные конструкции паперти — все это привело к резкому ухудшению микроклимата в здании. В условиях повышенной относительной влажности внутреннего воздуха и затрудненного воздухообмена возникла опасность развития на иконостасе колоний плесневых грибов.

В 1989 г. в Христорождественском соборе в Каргополе (XVI в.) без проведения архитектурной реставрации и нормализации температурно-влажностного режима были начаты работы по реставрации иконостаса. Помимо главного многоярусного иконостаса (XVIII в.), есть еще иконостасы в приделах собора, иконы в деревянных киотах вдоль стен и столбов, а также хранилище музейных икон и резного дерева, размещенное в алтарной части и в южном приделе. Исследования режима, начатые в 1990 г., показали, что в соборе практически отсутствуют условия, приемлемые для хранения иконостасов. На иконах и резьбе вследствие неблагополучного температурно-влажностного режима развиваются колонии плесневых грибов. В результате биоцидной обработки рост их на отреставрированных участках иконостаса в основном приостановился, однако в некоторых местах он продолжался. Температурно-влажностные условия в соборе были чрезвычайно благоприятными для активизации этого процесса. Поэтому вероятность повторного развития колоний на отреставрированной поверхности иконостаса оказалась вполне реальной.

Перечисленные выше, как и многие другие отрицательные примеры из практики ведения реставрационных работ, позволяют утверждать, что нельзя начинать реставрацию настенной живописи и иконостасов, если температурно-влажностный режим в церковном здании не нормализован. В случае необходимости можно выполнить лишь аварийные консервационные мероприятия для укрепления живописи, обеспечив тем самым защиту внутреннего объема от воздействия внешних метеоусловий. После этого следует немедленно приступить к комплексным работам по нормализации температурно-влажностного режима.

В комплексной программе реставрации церковного здания, имеющего настенные росписи и иконостасы, должны учитываться все факторы, влияющие на формирование его микроклимата. Здание следует рассматривать во взаимосвязи с окружающей средой. Фактически речь идет о создании динамического равновесия системы «окружающая среда — здание — внутренняя воздушная среда», где среднее звено — «здание» — должно обеспечивать максимально возможную стабильность внутренней воздушной среды и защиту ее от внешних климатических воздействий.

Оптимальной можно считать следующую последовательность работ:

- выявление дефектов ограждающих конструкций, выяснение причин деформаций, разработка предложений по повышению прочностных характеристик фундаментов и ограждающих конструкций, разработка задания на архитектурную реставрацию;

- выявление причин увлажнения нижней зоны ограждающих конструкций, создание и осуществление проекта защиты здания от грунтовых, паводковых вод и верховодки;

- выявление причин увлажнения верхних зон ограждающих конструкций; устранение причин замачивания стен и сводов здания атмосферными осадками, модернизация системы отвода воды с кровли здания;

- разработка предложений по повышению тепловой устойчивости здания и защите его от метеовлаги;

- разработка проекта архитектурной реставрации с учетом предложений по повышению тепловой устойчивости здания и защите его от метеовлаги; реализация проекта;

- биологическое обследование настенной живописи, иконостасов и ограждающих конструкций;

- организация наблюдений за внутренним температурно-влажностным воздушным режимом, выявление дифференцированных зон формирования микроклимата; изучение внутреннего воздухообмена; изучение аэродинамики здания и выбор проемов для размещения вентиляционных устройств;

- обоснование необходимости использования технических средств для нормализации температурно-влажностного режима;

- начало работ по реставрации живописи; если решено здание отапливать, желательно вводить подогрев одновременно с началом живописных реставрационных работ, с тем чтобы акклиматизация живописи проходила под наблюдением реставраторов;

- разработка методики проветривания здания и ее внедрение;

- определение оптимального режима эксплуатации здания (режим посещаемости, сроки консервации).

При выполнении комплекса исследовательских работ необходимо привлечение специалистов для гидрогеологических и инженерно-геологических изысканий, специалистов по ограждающим конструкциям, биологов и климатологов. Рекомендации по нормализации режима в церковном здании должны разрабатываться с учетом мнения всех специалистов при обязательном участии ответственного за объект архитектора.

В последние годы возникла новая проблема, связанная с проведением в храмах богослужений, в результате чего полностью меняется способ эксплуатации зданий, а следовательно, и их температурно-влажностный воздушный режим. В связи с этим возникла необходимость дополнить соответствующие разделы данной работы предложениями по способам нормализации режима в применении к церковным зданиям, где проводятся богослужения. Речь идет в первую очередь о культурно-исторических памятниках с сохранившимися настенными росписями и иконостасами, которые прежде долгие годы находились в музейном использовании.

Следует особо подчеркнуть, что при климатизации церковных зданий нельзя опираться лишь на опыт климатизации зданий другого предназначения (жилых, гражданских и др.) из-за их абсолютно не сравнимой специфики организации внутреннего пространства, массивности ограждающих конструкций и т.п.

¹ До 1992 г — Всесоюзный научно-исследовательский институт реставрации Министерства культуры СССР (ВНИИР).

ОБЩИЕ ЧЕРТЫ И ИНДИВИДУАЛЬНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ЦЕРКОВНЫХ ЗДАНИЙ. Типология древнерусских церковных зданий

При изучении микроклимата церковных зданий и разработке рекомендаций по созданию технических средств для его нормализации необходимо учитывать объемно-планировочные особенности зданий и теплотехнические свойства их ограждающих конструкций.

От специфики организации внутреннего пространства церковного здания, его площади, высоты, конфигурации зависит применение той или иной системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха для создания оптимального микроклимата.

Внутреннее пространство церковного здания усложнено как в плане, так и по вертикали целым рядом характерных архитектурных элементов, к числу которых относятся апсиды, барабаны, несущие столбы, хоры и т.п. Именно благодаря им внутренний объем имеет сложную конфигурацию, что не может не влиять на формирование в нем температурно-влажностных полей и струйных течений.

Церковные здания отличаются от других тем, что имеют чрезвычайно массивные ограждения и малые площади оконных и дверных проемов. У всех конструктивных элементов, в том числе и каменных (стены и своды), — весьма различающиеся теплофизические характеристики: сопротивление теплопередаче, воздухо- и влагопроницаемость, тепло- и влагоемкость, что также оказывает определенное влияние на формирование микроклимата.

Объемно-пространственная композиция церковного здания обусловлена его функциональным назначением. На протяжении нескольких столетий ни утилитарные требования, ни идеологическая установка по существу не менялись. Эволюция церковных зданий в значительной степени зависела от вторичных причин: изменений эстетических вкусов, социальных требований, экономических условий, уровня строительной техники и т.д. Поэтому мы имеем дело с небольшим количеством устойчивых типов церковных зданий.

Конфигурация внутреннего пространства здания зависит от ряда формообразующих элементов: композиции плана, наружных и внутренних несущих конструкций и перекрытий. По этой причине стилистические признаки, традиционно рассматриваемые в специальной литературе, нами в расчет не принимаются.

По признаку организации внутреннего пространства древнерусские церковные здания должны быть разделены на два принципиально различающихся между собой типа:

- храмы со сложно расчлененным внутренним объемом — крестово-купольные (рис. 1-3);

- храмы со слабо расчлененным внутренним объемом — бесстолпные (рис. 4-6).

Внутреннее пространство храмов каждого из этих типов отличается устойчивой характерностью. В бесстолпных храмах мы имеем дело с единым нерасчлененным пространством той или иной конфигурации, зависящей, главным образом, от конструктивного решения наружного ограждения. В крестово-купольных храмах внутреннее пространство усложнено в зависимости от композиции плана. Наличие иконостаса в храме любого типа усложняет его объемно-пространственную структуру.