Параметры температурно-влажностного режима
При определении оптимальных климатических параметров в церковных зданиях необходимо исходить из того, что объектами хранения являются не только находящиеся там иконы, настенная живопись, церковная утварь, но и само здание. В древних храмах часто сосуществуют настенные росписи, выполненные в различных техниках (фресковая, комбинированная, клеевая, масляная живопись), иконостасы и отдельные иконы, а также предметы декоративно-прикладного искусства. Происходящие в ограждающих конструкциях процессы переноса тепла и влаги непосредственно влияют как на состояние сохранности самих конструкций, так и на все, что находится внутри здания.
Требования, предъявляемые к климатическим параметрам в церковных зданиях, находятся в прямой зависимости от технических возможностей их поддержания на необходимом уровне в каждом конкретном здании. Нормирование параметров температуры и влажности может осуществляться только в тех зданиях, где есть системы климатизации — отопления, вентиляции или кондиционирования воздуха. Однако реально во многих храмах, особенно в древних, имеющих большую историко-культурную ценность, технические средства для поддержания режима на требуемом уровне отсутствуют. Поэтому к определению допустимых (или оптимальных) параметров температуры и влажности воздуха для отапливаемых и неотапливаемых зданий следует подходить дифференцированно. При этом необходим постоянный контроль за состоянием воздушной среды в церковных зданиях, поскольку отсутствие информации не дает возможности оперативно влиять на состояние микроклимата и тем самым — на состояние сохранности настенных росписей и иконостасов.
Неотапливаемые церковные здания
Эти здания существуют в естественном воздушно-тепловом режиме. Внутренняя температура в них в течение года изменяется в диапазоне от -6-8°С до +18-21°С, относительная влажность воздуха — в диапазоне 50-100%. Наибольшую опасность для настенных росписей и иконостасов представляют температура воздуха ниже 0°С и относительная влажность выше 70%. Снижение температуры ниже 0°С ведет к промерзанию и повреждению кладки, разрушению древесины, грунтов и красочного слоя живописи. Повышение относительной влажности выше 70% создает условия для развития микроорганизмов и конденсационного увлажнения настенных росписей.
Зона допустимых параметров для зданий без систем климатизации показана I-d диаграмме (рис. 37) между кривыми I = 50% и I = 70% и прямыми t = 0°С и t = +21°С. Чем ближе по отношению к зоне, заштрихованной на I-d диаграмме, находятся реально существующие в здании параметры t и ф, тем благоприятнее микроклимат в здании. Внутри заштрихованной зоны должны быть более высокие значения температуры воздуха и приближающиеся к 50% значения относительной влажности.
Влиять на состояние климатических параметров в неотапливаемом храме в нужном направлении можно только при условии консервации здания на зимний период, регулировании проветривания и режима посещаемости.
Рис 37. I-d диаграмма
Отапливаемые церковные здания
Основным критерием при выборе оптимальных параметров температуры и относительной влажности воздуха в отапливаемых церковных зданиях является требование обеспечить минимальное изменение влагосодержания материалов внутреннего слоя ограждающих конструкций, штукатурки, красочного слоя настенной живописи, а также основания и красочного слоя икон. Иными словами, параметры температуры и относительной влажности должны изменяться таким образом, чтобы создавалось неизменное равновесие влагосодержания воздуха и перечисленных материалов.
Судя по результатам химико-технологических, биологических и климатологических исследований, оптимальными параметрами температуры и влажности воздуха в здании на начальном этапе введения отопления могут быть приняты значения: t = +5°С, ф = 40-45%. Такие показатели обеспечивают защиту материалов внутреннего слоя ограждающих конструкций от морозного разрушения и минимизацию прохождения потоков влаги через внутреннюю поверхность ограждений. Все это способствует повышению устойчивости материалов кладки и штукатурки к солевому и биологическому разрушению. На первоначальном этапе введения отопления должны постоянно проводиться наблюдения за состоянием кладки, настенных росписей, процессами солеобразования и биологическими процессами. Посещаемость храма в зимний период должна быть ограничена.
С целью уменьшения теплопотерь и неконтролируемой фильтрации воздуха к отоплению здания следует приступать только после установки качественных оконных и дверных заполнений. При отрицательных наружных температурах высокая степень фильтрации приводит к резкому падению относительной влажности воздуха. Для нормализации воздухообмена в барабане должны быть установлены незадуваемые аэрационные устройства.
Однако к начальному этапу введения подогрева в церковном здании можно приступить и тогда, когда выполнение в нем всех требуемых инженерно-строительных мероприятий по объективным причинам задерживается, а состояние ограждающих конструкций, настенной живописи и иконостаса требует принятия срочных мер для нормализации температурно-влажностного режима. В этом случае необходимо иметь в виду, что хотя обеспечить расчетные параметры в таком здании с помощью системы отопления будет трудно, введение подогрева положительно скажется на температурно-влажностном режиме храма в холодный и весенний переходный периоды. А это, в свою очередь, окажет положительное влияние на состояние находящихся там икон и настенной живописи (что подтвердилось в соборе Рождества Богородицы Снетогорского монастыря в Пскове).
После стабилизации тепло-влажностного режима ограждающих конструкций можно ставить вопрос о более активном круглогодичном использовании церковных зданий. Для этого в системе отопления необходимо предусмотреть возможность регулирования температуры воздуха в зимний период в диапазоне от +5 до +16°С.
Перевод церковного здания на максимальные температурно-влажностные параметры должен осуществляться в течение нескольких лет. Изменения параметров температуры и влажности воздуха в переходный период должны происходить таким образом, чтобы их сочетания обеспечивали минимальные колебания влагосодержания материалов и прохождение минимальных потоков влаги через внутренние слои конструкций. Это может быть достигнуто, если изменять сочетания температуры и относительной влажности в соответствии с таблицей 5 [5].
Таблица 5
t°c |
5 |
8 |
12 |
15 |
16 |
ф% |
40 |
45 |
50 |
55 |
58 |
Хранение икон при отрицательных температурах, особенно в условиях повышенной относительной влажности воздуха, ведет к деструктивным изменениям материалов, входящих в их состав.
Идеальной температурой для хранения целлюлозосодержащих материалов считается температура +4-6°С, что должно быть обеспечено на первом этапе введения отопления. Годовые изменения температуры воздуха на этом, начальном, этапе будут происходить в диапазоне от +5°С (зимние параметры) до 18°С (летние параметры). Рассмотрим приведенные в таблице 6 значения сорбции и десорбции парообразной влаги в иконной доске при температуре +17-19°С и +7°С и изменения относительной влажности воздуха от 20 до 100%.
Таблица 6
Материал |
|
t°C |
Ф% |
|||
Иконная доска (липа, XIX в.) |
18-19 |
20 |
40 |
60 |
80 |
100 |
3,3 |
6,5 |
8,5 |
13,0 |
24,0 |
||
7 |
3,7 |
8,6 |
11,2 |
17,1 |
|
|
3,2 |
6,9 |
9,0. |
13,5 |
25 |
||
4,0 |
9,0 |
11,2 |
11,2 |
|
||
Сравнение этих данных показывает, что изменение температуры воздуха в означенном диапазоне при одинаковой относительной влажности воздуха практически не влечет за собой изменения материала. Следовательно, изменение температуры воздуха в течение года в диапазоне +5-18°С при длительном периоде поддержания расчетной температуры 5°С не вызовет избыточных напряжений в материалах иконы.
Диапазон изменения относительной влажности 40-60% можно назвать безопасным для хранения икон. При определении границ этого диапазона учитывалось, что увлажнение материала происходит по изотерме сорбции, а высыхание — по изотерме десорбции. Установлено, что из-за изменения относительной влажности воздуха в пределах от кривой сорбции до кривой десорбции влажностное состояние материала икон не нарушается [6]. Столь же безопасны подобные изменения относительной влажности воздуха и для настенной живописи.
Указанный диапазон является годовым, нижние значения влажности — 40-45% — должны поддерживаться в церковном здании в течение отопительного сезона. После отключения отопления летом влажность воздуха возрастет до ~ 60%. Суточные колебания относительной влажности, которые летом, при активной посещаемости храмов, могут достигать 8-10%, вполне приемлемы для хранения икон.
При устройстве систем отопления или кондиционирования воздуха (ОВК) в церковных зданиях, где имеются настенная живопись, иконостасы и произведения декоративно-прикладного искусства, необходимо руководствоваться требованиями, предъявляемыми к условиям сохранения ограждающих конструкций, интерьера храма, а также специфическими эстетическими требованиями. Условия комфорта для посетителей и персонала, являющиеся вторичными, создаются лишь тогда, когда они не противоречат требованиям сохранения здания. Говоря о требовании комфорта, подразумевают, прежде всего, поддержание на достаточном для человека уровне температуры внутреннего воздуха, в то время как оптимальные условия для сохранения произведений искусства предполагают в первую очередь поддержание стабильного влагосодержания. А это достигается путем поддержания определенных соотношений температуры и относительной влажности воздуха внутри храма.
Оборудование церковного здания только системой отопления, которая выводится на комфортный для человека уровень t = +18-20°С, неминуемо ведет к снижению относительной влажности в зимний период до 17-25%, что совершенно неприемлемо для сохранения икон и стенописей. Поэтому каждый раз приходится искать компромиссные решения в зависимости от того, какой способ климатизации выбран для конкретного церковного здания. Незыблемым должно оставаться требование поддержания относительной влажности воздуха в зимний период не ниже 38-40%, а летом — не выше 60-62%. При этом температура внутреннего
воздуха должна определяться с учетом возможностей конкретной системы климатизации удерживать зимой относительную влажность воздуха в требуемом диапазоне.
Разработке проекта систем ОВК должно предшествовать изучение температурно-влажностного режима церковного здания, определение возмущающих факторов и степени их влияния на воздушный режим. Это позволит осуществить оптимальный переход от естественного температурно-влажностного режима к режиму, формируемому системой ОВК, и оценить впоследствии эффективность работы системы.
Итак, при оборудовании церковного здания системой климатизации можно рассматривать следующие параметры.
1) Здание имеет систему отопления — «ограниченный подогрев».
Холодный период года: t = +5-8°С, ф = 40-50% При поддержании температуры воздуха на заданном уровне относительная влажность, как правило, удерживается в ограниченном диапазоне естественным путем. Этими параметрами характеризуется «ограниченный подогрев». Их следует придерживаться в течение первых 1-3 лет на первом этапе ввода отопления в ранее не отапливавшемся храме, особенно если настенные росписи и убранство интерьера имеют историко-художественную ценность.
Однако в режиме ограниченного подогрева здание может существовать и постоянно. В этом случае для создания более комфортных для человека условий можно применять кратковременный (на время проведения богослужений, например) локальный подогрев с помощью установки нагревателей в алтаре или других помещениях. Более комфортные для людей условия могут быть созданы путем подогревания пола.
Теплый период года: I = +12-20°С, ф = 40-60% Систему ограниченного подогрева (электроотопление) можно использовать и в теплый период года для поддержания параметров воздуха в указанном диапазоне.
2) Здание имеет только систему отопления или отопление, совмещенное с вентиляцией.
Холодный период года: t = +12-16°С, ф = 40-50% При поддержании температуры на данном уровне достаточно сложно удержать относительную влажность в течение всего отопительного сезона в заданном диапазоне, особенно если температура приближается к +15-16°С. Снижение относительной влажности ниже 40% происходит при затяжных периодах низких отрицательных температур наружного воздуха (t < -15°C). Возникает необходимость дополнительного увлажнения воздуха с помощью системы вентиляции.
Теплый период года: t = +12-20°С, ф = 40-60%
Системы климатизации не функционируют. Необходимо следить за тем, чтобы относительная влажность воздуха не превышала 65%. Периоды, когда относительная влажность достигает верхних значений (65-68%) в сочетании с верхними значениями температурных параметров, должны быть очень короткими, так как подобное состояние воздушной среды является благоприятным для развития микроорганизмов.
3) Церковные здания, оборудованные системами кондиционирования воздуха:
Холодный период: t = +18°С, ф = 45-50%.
Теплый период: t = +20°С, ф = 50-55%.
Эти воздушные параметры можно считать оптимальными, отвечающими требованиям музейного хранения. Однако поддерживать их можно только в тех церковных зданиях, где имеется полная система кондиционирования воздуха, оконные заполнения — герметичные, ограждающие конструкции обладают достаточным уровнем сопротивления теплопередаче, в барабанах установлены регулируемые аэрационные устройства, а вход оборудован воздушно-тепловой завесой, предотвращающей резкое проникновение в здание больших масс наружного воздуха.
При несоблюдении всех перечисленных условий, стремление удержать относительную влажность воздуха зимой на уровне 40-45% при температуре воздуха +18°С (следовательно, при его высоком влагосодержании) приведет к образованию конденсата в оконных заполнениях барабанов, на оконных откосах и тонких участках ограждающих конструкций. Это будет способствовать развитию микроорганизмов на настенных росписях и внутри оконных заполнений.
Итак, к выбору воздушных параметров при отоплении церковных зданий необходимо подходить дифференцированно, с учетом не только историко-художественной ценности каждого конкретного храма, но и возможностей применяемой в нем системы климатизации. А выбор возможных вариантов должен осуществляться в диапазонах допустимых параметров температуры и относительной влажности воздуха в здании.