– проведения достаточного объема исследований температурно-влажностного режима (ТВР) конструкций и микроклимата;
– определения условий сохранности здания и его интерьера.
Есть ключевые соображения [1, 2], которые следует принимать во внимание при проектировании новых систем климатизации для старинных церковных зданий:
1) необходимо провести изучение и анализ применимости существующих старинных систем и их отдельных элементов, которые в ряде случаев могут быть эффективно использованы;
2) механическая нагрузка, создаваемая элементами новых систем, может повредить соприкасающиеся с ними материалы и конструкции – следует помнить, что старинные материалы, находящиеся в конструкциях зданий, имеют малую прочность; воздействие новых систем может привести к их необратимой потере и потерям в историческом облике зданий;
3) ограждающие конструкции здания должны обеспечивать стабильность задаваемых новой системой параметров внутреннего микроклимата.
Указанные соображения зачастую подводят к выводу о том, что следует отказаться от установки современных систем ОВК и после соответствующих исследований ограничиться техническими решениями с минимальным вмешательством в архитектурный облик здания.
Рассмотрим возможности применения ряда технических решений по климатизации церковных зданий, получивших распространение в разработках ГосНИИР и других организаций. Эти решения не требуют создания масштабных систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, минимизируют вмешательство в облик зданий, создают условия сохранности для конструкций, настенной живописи и интерьера и при этом обеспечивают комфортное пребывание посетителей в церкви в течение длительного времени. К таким решениям, в первую очередь, следует отнести теплые полы.
Теплые полыВ настоящее время получили распространение теплые полы двух видов – с жидкостным теплоносителем (вода или незамерзающие жидкости) и с электрическим нагревом. Теплые полы находят применение для систем климатизации в зданиях различного назначения [3, 4]. При применении в церковных зданиях теплый пол обладает рядом значительных преимуществ по сравнению с другими видами отопления.
В зимний период при функционировании отопления основная проблема для сохранения живописи и иконостаса – это пересушивание воздуха. Теплые полы обеспечивают близкий к оптимальному максимально возможный уровень относительной влажности и температуру комфортную для находящихся в храме людей.
При функционирующей системе теплых полов температура плавно снижается от пола к потолку (ноги в тепле, голова в холоде). Применение радиаторов, а особенно конвекторов, дает обратный эффект. В помещении, оборудованном теплыми полами, люди не будут жаловаться на замерзшие ноги, что весьма часто случается в помещениях с конвективным отоплением.
Теплые полы обеспечивают экономичность отопления – энергия тратится максимально экономно.
Так как пол греется равномерно по всей площади, уменьшается интенсивность конвекционных потоков, а следовательно, и сквозняков – т. е. этот метод отопления гигиеничен.
Теплый пол не занимает полезную площадь и позволяет свободно распоряжаться пространством церкви.
Последние несколько лет авторы данной статьи принимали участие в отработке режимов отопления при помощи теплых полов, проводили экспертизу проектов отопления и просто наблюдали за функционированием отопления храмов при помощи теплых полов. Среди этих храмов – Знаменский собор Великого Новгорода (частичная реализация конструкции теплых полов, музейное использование, 1990-е гг.), Софийский собор Вологды (музейное использование, с 2007 г. – совместное церковно-музейное использование), Успенский собор Свято-Троицкой Сергиевой Лавры в Сергиевом Посаде (церковное использование), Рождественский собор Ферапонтова монастыря Вологодской области (музейное использование), церковь Вознесения (Исидора Блаженного) XVI в. в Ростове Великом (приходской храм, проведена экспертиза проектных предложений по созданию теплого пола).
Следует заметить, что с каждым годом увеличивается число проектных предложений по использованию теплых полов в церковных зданиях – зачастую в угоду моде, без подробного теплофизического обоснования преимуществ этого вида отопления именно для данного здания.
Обобщим возможности и ограничения применения теплых полов в церковных зданиях, основываясь на наших наблюдениях за использованием теплых полов и анализе литературных источников.
I. Установка теплых полов возможна лишь в ситуациях, когда исключен подсос почвенной влаги в конструкции здания. При возможности подсоса установка теплых полов не допускается – надо принимать меры для исключения поступления почвенной влаги в конструкции. Знаменский собор Великого Новгорода, Успенский собор Свято-Троицкой Сергиевой Лавры в Сергиевом Посаде, Рождественский собор Ферапонтова монастыря Вологодской области стоят на подклетях – проведен необходимый объем гидрогеологических работ и возможность поступления грунтовой влаги в конструкции отапливаемых помещений исключена. В Софийском соборе Вологды создана система дренажа собора, теплый пол установлен на столбах, подпольное пространство вентилируется. В церкви Вознесения Ростова Великого проектные предложения по устройству теплых полов предусматривали заливку сплошной бетонной подушки на грунт без производства вентиляционных продухов и без проведения дренажных работ по фундаментам и основаниям храма. Такая ситуация послужила одной из причин отрицательных результатов экспертизы проектных предложений по устройству теплых полов.
II. Возможности управления для электрического варианта теплых полов более широки (в отличие от жидкостного) и позволяют достигать требуемых температурно-влажностных условий в храме при значительных колебаниях параметров наружной среды. Преимущество систем с жидким теплоносителем – они более дешевы в эксплуатации, могут работать от любых котельных.
III. Необходима разработка системы расположения датчиков температуры и влажности воздуха в храме по результатам предварительных исследований ТВР воздушной среды и конструкций.
IV. Порядок действий при введении любой системы отопления в памятниках архитектуры должен реализовать концепцию плавного и контролируемого перехода памятника из одного тепловлажностного состояния в другое, более близкое к оптимальному. Такой переход позволяет минимизировать температурно-влажностные напряжения в конструкциях, на монументальной живописи и предметах интерьера. Кроме того, появляется возможность вести наблюдения за медленно меняющимся состоянием различных фрагментов здания и, при необходимости, вводить коррективы в режим климатизации даже при незначительных ухудшениях состояния.
Следующим принципиальным элементом щадящей климатизации является естественная вентиляция.
Естественная вентиляция церковных зданийОснащение автоматическими системами кондиционирования и вентиляции – дорогостоящее мероприятие, а в ряде случаев просто невозможное по архитектурным и другим соображениям. Кроме того, в процессе эксплуатации такой системы значительны затраты на электроэнергию и зарплату обслуживающего технического персонала.
Комплекс устройств для организации полноценной естественной вентиляции должен состоять из следующих элементов:
I. Аэрационные устройства (АУ) в световых барабанах – при достаточном количестве и правильном расположении обеспечивают достаточную вытяжку воздуха из внутреннего пространства храма.
II. Форточки или (и) вентиляционные клапаны в нижнем ярусе окон собора для обеспечения поступления свежего воздуха.
Первые работы по исследованию и созданию АУ клапанного типа в церковных зданиях («клапаны-хлопушки») были начаты Н. П.Зворыкиным (Спасский собор Спасо-Андроникова монастыря) в 60-х годах.
При кажущейся простоте АУ представляет собой достаточно сложную механическую систему, работающую в условиях воздействия переменных циклических (возникающих при открытии – закрытии заслонок АУ) нагрузок, в широком диапазоне изменения температуры и влажности воздушной среды.
Современные модели АУ, разработанные при участии ГОСНИИР [5, 6], имеют модульную конструкцию – модуль жалюзи и клапанный модуль соединены между собой с помощью технологического винтового устройства, в результате АУ представляет собой самостоятельную сборочную единицу и легко монтируется во фрагменты оконных рам непосредственно на объекте вместо стекольного заполнения (см. ил.). При этом не требуется на месте проводить работы по подгонке и настройке, а необходимо лишь заранее согласовать посадочные размеры АУ.
Разработанная конструкция АУ не нарушает архитектурный облик здания, проста в монтаже и надежна в эксплуатации. Количество, расположение и конструкция АУ определяются объемно-пространственной композицией и особенностями внешней аэродинамики здания, «розой ветров», устройством оконных рам и рядом других факторов. Как правило, АУ устанавливаются снаружи в верхних фрагментах оконных рам барабанов. Возможно использование АУ также и для организации проветривания в более низких зонах здания. В этом случае АУ устанавливаются во фрагментах фасадных оконных рам вместо стекол.