Температурно-влажностный воздушный режим
В зависимости от наличия (или отсутствия) той или иной системы климатизации церковные здания делятся на три группы:
- неотапливаемые здания:
- здания с системами отопления;
- здания с системами кондиционирования воздуха.
На состояние температурно-влажностного режима влияют также степень защищенности внутреннего объема от внешних климатических воздействий и характер использования здания. Наиболее щадящий режим для сохранности настенных росписей и иконостасов можно обеспечить при музейном использовании здания, поскольку при этом предполагается максимально возможное соблюдение всех требований, обеспечивающих сохранность интерьера. В зданиях совместного музейно-церковного использования при проведении богослужений происходят определенные отклонения температурно-влажностного режима, связанные с влиянием дополнительных возмущающих факторов.
Температурно-влажностный режим неотапливаемых зданий
В неотапливаемых церковных зданиях музейного использования службой хранительского контроля должен проводиться целый комплекс мероприятий, позволяющих регулировать микроклимат здания естественными средствами: своевременная консервация на зимний период, контролируемое проветривание помещений, регулирование посещаемости. Отказ от любого из этих мероприятий ведет к ухудшению воздушных климатических параметров и увеличивает зависимость внутреннего микроклимата от внешних факторов: скорости осеннего остывания внутреннего воздуха и ограждающих конструкций, понижения температуры внутреннего воздуха в холодный период года, а также от замедления процессов прогрева и просушки здания в весенний переходный период.
Температурно-влажностный режим в таких зданиях, где ведется постоянный хранительский контроль за его состоянием, имеет следующие характерные особенности. Типичный пример годового хода температур внутреннего воздуха и его зависимости от наружных температур показан на рис. 15.
Рис 15 Годовой ход температуры наружного (2) и внутреннего (1) воздуха в Дмитриевском соборе в о Владимире (по среднемесячным значениям)
В зимний период, когда здание находится на консервации, внутри него с середины ноября -начала декабря устанавливаются отрицательные температуры. Пик отрицательных температур в храме достигает минус 6—8°С и зависит от характера зимы. Если зимой не происходит резких потеплений, этот пик приходится на конец января -начало февраля. В начале и середине холодного периода температура внутреннего воздуха значительно превышает наружную, причем эта разница тем выше, чем массивнее ограждающие конструкции и чем лучше выполнена консервация. От этого же зависит и скорость остывания здания. При резких и затяжных наружных похолоданиях скорость остывания обычно не превышает 0,5-1 °С за сутки (рис. 15).
В течение зимы происходит остывание ограждающих конструкций. С конца февраля - начала марта в храме становится холоднее, чем снаружи, причем температура внутренней поверхности стены на 2-3°С ниже температуры внутреннего воздуха. Отрицательные температуры держатся в здании до начала - середины апреля. В среднем период стояния отрицательных температур внутреннего воздуха составляет примерно 40-45% времени года с небольшими отклонениями в ту или иную сторону. Внутренние поверхности массивных ограждающих конструкций продолжают отдавать холод внутрь вплоть до середины лета.
В марте и апреле в неотапливаемых церковных зданиях происходит постепенный прогрев внутреннего воздуха при значительном (на 3-4°С) отставании внутренних среднемесячных температур от наружных. Скорость прогрева зависит как от массивности ограждающих конструкций, так и от существующих данной весной наружных температурных условий и соблюдения правил проветривания. В весенний период, начиная с того момента, когда появляются благоприятные условия для проветривания здания, процесс прогревания стен может и должен стать управляемым. Кривые нарастания наружных и внутренних температур в период март - конец июня идут почти параллельными линиями (рис. 16), общая тенденция к повышению температуры внутреннего воздуха четко прослеживается еще и в августе. В это время в процессе повышения температуры внутреннего воздуха наступает переломный момент, когда внутри здания становится теплее, чем снаружи. Период стояния температур внутреннего воздуха на более высоком, по сравнению с наружным, уровне составляет от 40 до 50% времени года. В процессе остывания здания осенью - в начале зимы кривые падения внутренней и наружной температур также идут почти параллельными линиями, причем наружные температуры достигают рубежа 0°С на 15— 26 дней раньше, чем внутренние. Этот процесс также может стать управляемым с помощью рационального, направленного на максимальное удержание тепла, режима проветривания в осенний переходный период года и своевременной консервации здания на зимний период.
Рис. 16. График изменения температуры воздуха в период нагревания ограждающих конструкций в Христорождественском соборе в Каргополе (по среднедекадным значениям)
Суточные колебания температуры в здании, которое находится на консервации, невелики; они зависят от массивности ограждающих конструкций и качества заполнения оконных и дверных проемов. Если наружные метеоусловия стабильны, суточные колебания составляют 0-0,5°С и отмечаются только в верхней зоне храма. Резкие, в 10-15°С, суточные изменения наружной температуры вызывают понижение температуры внутреннего воздуха на 0,5-1°С через 20-24 часа. Более затяжные, в 5-10 суток, периоды резких похолоданий снижают внутреннюю температуру на 2-4°С, причем остывание начинается уже на второй день после начала похолодания. Кратковременные колебания температуры наружного воздуха в пределах 5-8°С внутри не сказываются. Если здание посещается или проветривается, суточные колебания температуры в нем более значительны — 1,5-2°С.
Распределение температуры по высоте здания неравномерно и зависит от толщины ограждающих конструкций того или иного яруса. В верхней зоне, где толщина кладки сводов, барабанов или шатров значительно меньше, чем в четверике, остывание и прогрев воздуха происходят быстрее. В результате перепад температур по высоте может составлять 2,5-4°С.
Изменения относительной влажности в здании в значительно большей степени, чем температура, зависят от состояния наружного воздуха. На уровень относительной влажности влияют не только затяжные изменения влажности снаружи, но и ее ежедневные суточные колебания, которые сказываются внутри уже через 2-5 часов. На рис. 17 представлен типичный пример годового цикла изменения относительной влажности внутреннего воздуха в неотапливаемом церковном здании.
В холодный период года относительная влажность изменяется в достаточно широком диапазоне: в морозную погоду она снижается до 60-75%, в период кратковременных потеплений — повышается до 98-100%, поэтому внутри памятника постоянно создаются условия для выпадения конденсата (инея). В сочетании с промерзанием ограждающих конструкций это явление отрицательно сказывается на состоянии настенной живописи.
Рис. 17. Годовой ход относительной влажности наружного и внутреннего воздуха в соборе Рождества Богородицы в Суздале (по среднедекадным значениям)
В течение всего весеннего переходного периода, когда начинается прогрев здания, влажностный режим воздуха становится резко неблагоприятным, преобладает относительная влажность 85-95%. Теплый наружный воздух с высокой относительной влажностью и влагосодержанием, попадая вовнутрь в результате естественной фильтрации через неплотности оконных и дверных проемов, вызывает прирост относительной влажности и влагосодержания внутреннего воздуха. Поэтому с начала марта в здании снова постоянно создаются условия для выпадения конденсата. Положение усугубляется в тех зданиях, где в марте начинается неконтролируемое, без учета влагосодержания наружного и внутреннего воздуха, проветривание, что ведет к подъему относительной влажности до 95-100% и обильному конденсационному увлажнению ограждающих конструкций. На рис. 18 показан пример типичного изменения относительной влажности внутреннего воздуха в весенний переходный период.
Рис. 18. График изменения относительной влажности воздуха в Христорождественском соборе в Каргополе в весенний и летний периоды (по среднедекадным значениям)
В теплый период года при плавном повышении температуры внутреннего воздуха к июлю -августу наблюдается общая тенденция снижения относительной влажности внутри здания, в августе ее среднемесячные значения составляют 60-68%. В августе и сентябре в неотапливаемых зданиях температурно-влажностный режим наиболее благополучен. С конца сентября постепенное снижение температуры внутреннего воздуха сопровождается постепенным повышением относительной влажности и снижением влагосодержания.
Таким образом, для влажностного режима неотапливаемых церковных зданий характерна его прямая зависимость от относительной влажности наружного воздуха в любое время года. Средние суточные колебания составляют 7-15%. Изменения относительной влажности по высоте здания непосредственно зависят от температуры.
Исследования показали, что подвижность воздуха в помещениях находится в пределах 0,1-0,3 м/сек. Были выявлены наиболее характерные зоны с малой подвижностью воздуха: скуфья барабана, малые апсиды, пониженные объемы под хорами, заглубленные аркосолии и т.д. Другая типичная особенность — интенсивное затухание скорости движения внутреннего воздуха (причем уже на расстоянии 1 - 2 м от открытого оконного и дверного проемов).
Пристройки (паперти, галереи, приделы, притворы), подклеты и чердаки способствуют сглаживанию влияния внешних метеоусловий на микроклимат основного объема. В пристройках раньше, чем в четверике, устанавливаются отрицательные и положительные температуры, поэтому процессы прогрева и остывания четверика идут более плавно. Чердак защищает от температурных перегрузок и снега наиболее тонкие участки конструкций — своды, подклет предохраняет четверик от непосредственного воздействия грунтовых вод.
Наличие в неотапливаемом церковном здании приделов, отапливаемых в холодный период года, положительно сказывается на температурно-влажностном режиме четверика, особенно тогда, когда их объемы сообщаются с четвериком (хотя бы через неплотно закрывающиеся двери). Например, поддержание зимой в двух симметрично расположенных приделах температуры +3-5°С (Благовещенский собор в Сольвычегодске) способствует снижению в зимний период верхнего порога относительной влажности до 90% в основном объеме храма. Здесь же зафиксирована и самая низкая по сравнению с другими церковными зданиями относительная влажность в весенний переходный период года. Однако, если в отапливаемом приделе зимой поддерживается более высокая температура (+12-15°С), это может оказать воздействие на состояние сохранности настенной живописи на той стене четверика, которая примыкает к теплому приделу. Такое явление наблюдается, например, в Рождественской церкви в Ярославле.