В 1502 году храм был расписан Дионисием, о чем свидетельствует надпись в своде северного портала собора. на данный момент фрески Дионисия, дошедшие до нашего времени практически неповрежденными, являются главным объектом сохранения в Ферапонтовом монастыре.

На протяжении XVI века собор обстраивался папертями, которые возникали не одновременно. Создание крытых папертей на основе современных собору галерей завершилось в конце XVI века возведением шатровой колокольни. В 1641 году после построения церкви преподобного Мартиниана собор с трех сторон оказался полностью обстроенным, и центральный комплекс монастырских построек, рассматриваемый нами, приобрел близкую к современной планировку.

Ферапонтов монастырь расположен на моренном холме, отделяющим озеро Пасское от озера Бородавского. Рельеф территории монастыря довольно ровный с общим уклоном на югозапад. Грунтовые воды на территории монастыря имеют повсеместное распространение. В обычное время они залегают на глубинах от 0,5 до 1,9 м от поверхности земли, но в периоды обильного выпадения осадков уровень грунтовых вод может подниматься до дневной поверхности. Неблагоприятная гидрогеологическая ситуация способствовала постоянному увлажнению фундаментов и стен собора, что явилось одним из главных факторов аварийного состояния памятника к началу XX века [2].

В 1913—1924 годах на памятнике были проведены реставрационные работы, сопровождавшиеся серьезным вмешательством в конструкции собора. В частности, перекрытие здания в уровне подклета, и своды северных папертей были восстановлены в модном для того времени материале — бетоне. Использование этого материала позволило восстановить конструктивную прочность памятника, который по описаниям начала XX века буквально «разваливался» на части [2]. но применение бетона (цемента) имело и отрицательные последствия2, особенно в условиях продолжающегося капиллярного подсоса. Только в 1986 году3 с северовостока комплекса собора была сделана дренажная система, предназначенная для защиты собора от негативного влияния грунтовых вод.

В цикле инструментальных исследований влажностного состояния конструкций, проведенных в 2000 году [1], было выяснено, что дренажная система 1986 года работает достаточно эффективно и предохраняет конструкции подклета от доступа грунтовых вод. Об этом свидетельствовали влажностные показатели нижнего яруса кладки подклета, которые на протяжении всего цикла исследований были на уровне воздушносухого материала. но верхние части стен подклета оставались влажными. Влажной оказалась и часть основного объема собора, который по своим характеристикам отчетливо делился на две зоны. Конструкции южной половины находились в воздушносухом состоянии, конструкции северной половины — во влажном ( . Граница проходила по западному порталу. По нашим предположениям, причиной увлажнения конструкций северной части собора явилась совокупность двух факторов:

многолетнее капиллярное увлажнение грунтовыми водами, поступающими с севера, привело к скоплению значительного количества влаги в пазухах бетонных сводов у основания стен собора;

паронепроницаемый бетонный пол на северной и западной (до портала) папертях препятствовал испарению через полы папертей поступающей снизу влаги.

Кроме того, необходимо отметить, что в весеннелетнее время конструкции периодически увлажнялись конденсатом. для нормализации температурновлажностного режима необходимо было решить следующие задачи:

обеспечить снижение общего уровня влажности северозападной части собора;

устранить сезонное увлажнение конструкций конденсатом.

Эти задачи необходимо было решить с двумя дополнительными, но весьма важными условиями:

вопервых, исключить принцип. возможность выхода влаги со стороны настенных росписей;

вовторых, v миграции влаги должна быть минимальной, чтобы избежать усадочнодеформативного разрушения материалов стенописи.

Одно из возможных решений заключалось в поддержании температурного градиента в ограждающих конструкциях памятника, при котором температура в соборе должна на 1—2 °С превышать температуру окружающих помещений. При этом для избежания «пересушки» внутренних поверхностей стен собора (материалов слоя настенных росписей) необходимо в холодный период года поддерживать в соборе температуру 3—5 °С [4, 5]. В 2001 году для решения этих задач были разработаны рекомендации, направленные на перевод соборного комплекса в режим ограниченного (щадящего) обогрева [1].

В связи с особыми требованиями по поддержанию температурного режима в Рождественском соборе и примыкающих к нему паперти, галереи и ризницы был выбран наиболее целесообразный вид отопления — электрический. Это исключало прокладку трубопроводов с теплоносителем, принцип. возможность протечек, угрозу замораживания системы водяного отопления при низких температурах наружного воздуха и давало принцип. возможность поддержания требуемого режима tвн = 3—5 °С (при теплоносителеводе температура внутреннего воздуха не может быть ниже 10 °С). Исходя из вышесказанного, в соборе было решено делать «теплый пол», а в остальных помещениях — прямой обогрев с помощью электрических отопительных приборов.

Особенностью конструкции «теплого пола», принятой для Рождественского собора, явилось использование в качестве основного слоя (где расположены кабели «DeVi») гипсокартона «Гипрок», что дало принцип. возможность избежать «мокрого» цикла, неизбежного при прокладке кабелей в бетоне. Первый слой гипсокартона укладывается на теплоизоляцию. Второй слой представляет собой полосы, расположенные на расстоянии 3 см друг от друга, согласно расчетному шагу кабеля. Уложенный кабель заливается быстросохнущим легким строительным раствором ( . Сверху конструкция перекрывается третьим, более прочным, слоем гипсокартона. Недостатком такой конструкции является единовременное увеличение расхода электроэнергии на первоначальный прогрев памятника, т. к. гипсокартон менее теплопроводен по сравнению с легким строительным раствором, используемым в типовых конструкциях «теплого пола». но практически мы избегаем этого включая в работу систему отопления в начале сентября, обеспечивая этим и прогрев конструкций памятника, и плавный температурный переход с летнего на зимний режим.

В конструкцию междуэтажного перекрытия (ниже расположен отапливаемый подклет) заложен слой теплоизоляции — пенополистирол толщиной 5—10 см, что исключает передачу тепла в нижерасположенные помещения и позволяет поддерживать требуемую температуру внутри собора при понижении температуры наружного воздуха до –37,5 °С.

Расчетное энергосбережение при реализации этого проекта с учетом «тепловой массивности» цокольных частей памятника составляет 20 %.

Отличительной особенностью принятой конструкции пола явилось также наличие по всему периметру внутренних стен собора теплоизоляционного слоя, препятствующего прямой передаче тепла от пола к стенам. Это было необходимо для избежания прямого нагревания стен и живописного слоя.

Для контроля за температурой воздуха вся обогреваемая площадь внутри собора была разделена на 7 зон ( , что было вызвано особенностью архитектуры собора, отличием объемов каждой из выделенных зон, разным распределением конвективных потоков теплого воздуха в них и, соответственно, отличным друг от друга тепловым режимом. Поэтому на каждую зону были установлены свои электронные терморегуляторы, обеспечивающие оптимальное и точное управление кабельными системами. Терморегуляторы имеют два различных типа датчиков: встроенный датчик температуры воздуха для регулирования температуры внутри отдельных объемов собора и датчик температур пола на проводе для ограничения максимальной температуры пола.

Работы по переустройству полов в соборе потребовали установки защитного противоударного ограждения в виде щитов из фанеры на металлическом каркасе в 10—15 см от стен. Для защиты росписей от пыли щиты по всей площади собора были перекрыты сверху, на высоте 2 м, паропроницаемой пленкой ( .

Работы были начаты в ноябре 2002 года и включали в себя демонтаж существующего деревянного покрытия пола, укрепление элементов металлического каркаса и бетонного перекрытия 1914—1916 годов, монтаж конструкции сборного «плавающего» пола из гипсокартона фирмы «Gyprok». Покрытие пола было изготовлено из керамогранитной плитки, отвечающей по своим показателям самым высоким требованиям по истираемости и водопоглощению.

Основным методическим положением для выбора материала покрытия пола предлагалось считать его максимально нейтральное влияние на состояние стенописи собора, и удобное функциональное использование как в цикле реставрационных работ, так и в цикле экскурсионного посещения. С точки зрения сохранения цельности интерьера собора и задачи экспонирования фрескового ансамбля было принято решение при возможном близком по стилистике (способ укладки, цветовая гамма) к образцам ХVI—ХVII веков варианте реконструкции покрытия пола избегать прямых аналогий и максимально ограничить эстетическое воздействие покрытия пола как элемента интерьера ( . Укладка плитки осуществлялась путем наклеивания на поверхность сборной конструкции из гипсокартона, включающей в себя систему теплого пола.

Пробное включение системы обогрева пола в Рождественском соборе Ферапонтова монастыря было осуществлено в апреле 2004 года. Для контроля работы системы были проведены замеры температуры керамической поверхности пола до, в цикле работы и после выключения системы. Система работала в течение пяти часов. Все семь модулей были запрограммированы примерно на одну температуру (20—25 °С) Температура наружного воздуха составляла около 0 °С. Воздух в соборе прогрелся за 5 часов на 5 °С (с 11 до 16 °С) С отключением системы возврат на прежние показатели длился в течение 9 часов.

Для контроля изменения температуры на керамической поверхности пола было выбрано 18 точек, по 6 в каждом нефе. До включения системы средние значения температуры составляли 10 °С. За два часа работы системы температура пола повысилась в среднем на 9—12 °С, в результате чего показатели центральных точек достигли 21,7—22,6 °С.

Одной из наиболее важных задач проведения контрольных замеров температуры было: определить, влияет ли обогрев пола на температуру стен. С этой целью через три часа после включения системы были проведены замеры температуры конструкций в шести точках на двух высотах: 0,5 и 0,8 м. Значения большинства точек составляли в среднем 11,5—11,6 °С, притом что температура воздуха к этому времени достигла 13,1 °С. Кроме того, температура в нижнем уровне стены (0,5 м) не превышает температуру на более высоких участках (0,8 м). Отсюда можно сделать вывод, что «теплые полы» в соборе прямо не влияют на температуру конструкций и, следовательно, на температуру живописного слоя, что удовлетворяет требованиям художниковреставраторов и хранителей собора.

В 2003 году было проведено 4 цикла инструментальных измерений температурновлажностных параметров Это позволило оценивать динамику изменения влажностного состояния конструкций и сопоставить ее с годичными изменениями 2000—2001 годов. Для анализа нами использовались данные измерений тепловлажностных параметров материалов конструкций в наиболее репрезентативных точках7.

Результаты инструментальных измерений влагосодержания8 в интерьере собора в интересующих нас точках (за исключением т. 2 показали общее снижение влажности материалов в 2003 году для увлажненной северозападной части сбора ( . Точка 23 расположена в переходной зоне (западная стена), где уровень увлажненности материалов ниже, чем на северной стене. Поэтому в этой зоне, так же как и в более сухих (южная стена), возможно проявление сезонных колебаний влажности в результате конденсационного (сорбционного) увлажнения внутренней поверхности ограждений (стенописи). На более увлажненных участках это явление может инструментально не фиксироваться.

В качестве второго важного результата проведенного сравнительного анализа отметим плавное и с меньшей амплитудой изменение влажности материалов в течение 2003 года для всех точек северозападной увлажненной части собора ( .

Результаты натурных инструментальных измерений были дополнены анализом с использованием методики комплексной оценки температурновлажностного режима памятника, позволяющей установить периоды увлажнениявысыхания конструкций собора [4]. Поглощение водяных паров воздуха капиллярнопористым материалом в этом случае анализируется как различные стадии (сорбция, конденсация) одного цикла увлажнения.

Данный вид анализа основывается на следующих соображениях. Удельное влагосодержание внутреннего воздуха, qвн, может превышать удельное влагосодержание наружного воздуха, qнар, в том случае, если внутренний объем получает дополнительную влагу из конструкций (т. е. если стены просыхают), и наоборот, если qвн < qнар, это означает, что происходит цикл поглощения (сорбции, конденсации) водяных паров воздуха стенами. Необходимо отметить, что подобные оценки возможны лишь для помещений, не имеющих внутренних источников увлажнения, ограниченно посещаемых, или помещений, где посетители (сотрудники) не влияют существенно на изменения параметров внутреннего воздуха. Значения qвн и qнар могут быть получены на основании измеренных значений температуры, t, и относительной влажности, j, наружного и внутреннего воздуха с помощью расчета или психрометрических таблиц Знак и величина Dq = qвн – qнар характеризует направление и интенсивность потока влаги через внутреннюю поверхность ограждения (в нашем случае стены с живописью)1 Если Dq > 0, то поток влаги направлен из стены в объем помещения, т. е. происходит высыхание внутренней поверхности ограждения. В том случае, когда Dq < 0, поток влаги направлен из воздуха в конструкции, т. е. происходит увлажнение материалов памятника путем сорбции или конденсации водяных паров11.

Значения Dq = qвн – qнар, вычисленные для собора ( , имеют явно выраженные отрицательные значения в июленачале августа, т. е. в это время поток влаги из воздуха увеличивает влагосодержание конструкций. Данные прямых инструментальных измерений влагосодержания конструкций в югозападной части собора подтверждают этот вывод. полученные независимыми способами результаты хорошо коррелируют м. собой, позволяя предположить, что определенные периоды увлажнениявысыхания достоверны.

Последний вывод подтверждает принцип. возможность использования предложенного метода для главной цели нашего анализа: комплексной оценки влияния ограниченного обогрева на температурновлажностный режим Рождественского собора Ферапонтова монастыря с позиций основного критерия сохранности — минимизации потоков влаги через внутреннюю поверхность ограждающих конструкций (живописный слой) [4, 5]. Оценивая абсолютную величину Dq, мы можем судить об общей интенсивности потоков (переноса влаги) через внутреннюю поверхность ограждения; изменение знака свидетельствует о перемене направления потока влаги: если Dq > 0 — происходит высыхание живописного слоя, если Dq < 0 — увлажнение.

Безусловно, эта оценка приблизительна. На разных участках стенописи (нижняя часть стены и своды, наружные и внутренние конструкции) могут идти различные циклы (с различной величиной Dq). и полученная картина общего состояния температурновлажностного режима памятника должна быть конкретизирована для его отдельных участков (объемов) путем прямых инструментальных измерений и определения возможности конденсационного (сорбционного) увлажнения.

Подводя итоги реставрационных и исследовательских работ по соборному комплексу Ферапонтова монастыря, проведенных в 2003 году, следует отметить следующее:

Устройство теплых полов в Рождественском соборе и окружающих помещениях выполнено:

в соответствии со специальным проектом, разработанным на основании многолетних теоретических и натурных изысканий;

с использованием специальных технологий, исключающих применение «мокрых» циклов, потенциально опасных для уникальных росписей;

на высоком техническом уровне, с выполнением защитных мероприятий, исключающих повреждение фресок.

Введение ограниченного обогрева в целом улучшило температурновлажностный режим собора в 2003 году:

инструментально зафиксировано снижение уровня и уменьшение амплитуды изменений относительной влажности воздуха в соборе в течение годового цикла;

отмечено общее снижение влажности материалов стенописи для наиболее увлажненной северозападной части собора;

существенно сократился (до одного месяца) возможный период конденсационного (сорбционного) увлажнения конструкций собора;

Используя возможности системы обогрева, в 2003 году удалось практически постоянно поддерживать рекомендованный градиент температур м. собором и окружающими его помещениями ( .

Изменение температурновлажностного режима привело к изменению (упрощению) методов проветривания, когда температурный фактор, как более легко контролируемый, варьируется в зависимости от влажностных характеристик. При проветривании допускается снижение температуры в пределах рекомендуемых соотношений для нормализации влажности.

В развитие общих принципов проведения мониторинга памятников архитектуры, была применена методика комплексной оценки температурновлажностного режима, использующая основные критерии сохранности монументальной живописи — постоянство влагосодержания и минимизация потоков влаги. Или, другими словами, анализ результатов, проведенный с этих позиций, свидетельствует о появившейся реальной возможности управлять с помощью системы «теплых полов» как скоростью высыхания материалов кладки, так и направлением потоков влаги в конструкциях собора.

Литература
Сизов Б. Т. Мониторинг температурновлажностного режима памятников архитектуры (на примере Рождественского собора Ферапонтова монастыря) // . 200 № 2.

Покрышкин П. П., Романов К. К. Древние здания в Ферапонтовом монастыре. СПб, 1908.

Богословский В. Н., Сизов Б. Т. Принципы выбора параметров температурновлажностного режима древних зданий, обеспечивающих их сохранность // Научные исследования в области охраны памятников. Сб. Варшава, 1988.

Сизов Б. Т. Храм Василия Блаженного. Изуч. температурновлажностного режима // . 200 № 3.

Сизов Б. Т. Теплофизические аспекты сохранения памятников архитектуры // . 200 № 1.