Промышленная резка бетона: rezkabetona.su
На главную  Энергоучет 

Мониторинг температурно

(на примере собора Рождества Богородицы Ферапонтова монастыря)
Настоящая работа касается лишь одного из направлений комплексного мониторинга состояния памятников Ферапонтова монастыря – изучения температурновлажностного режима.

 

Наблюдения за температурновлажностным режимом (ТВР) собора Рождества Богородицы Ферапонтова монастыря ( 1, были начаты в 70е годы прошлого века. Традиционно эти исследования, как и в большинстве других памятников с настенными росписями, проводились путем регистрации температуры и относительной влажности воздуха внутри собора, окружающих его помещений и сравнением этих данных с параметрами наружного воздуха за определенный период (сутки, месяц, сезон, год). Характер (плавность) изменений температуры и относительной влажности воздуха, и пределы этих изменений – насколько они близки оптимальным с точки зрения музейного хранения – служили оценкой состояния ТВР памятника. говоря о ТВР собора Рождества Богородицы, объективно мы могли судить лишь о воздушном режиме памятника, особенностях его формирования под влиянием внешних климатических факторов и осуществляемых нами мероприятий: архитектурностроительных мер, регулируемого проветривания и т. д. [1–3] Косвенным показателем температурновлажностного состояния конструкций, включая материалы стенописей, является их микробиологическая оценка ( Тем не менее, следуя правилам музейного хранения, многие специалисты и по сей день предполагают тождественность м. состоянием микроклимата внутри памятника и температурновлажностным режимом его конструкций, не имея каких либо объективных (количественных) данных о реальном состоянии последних. Чаще всего мы имеем принцип. возможность оценивать это состояние на стадии уже видимых разрушений поверхностного слоя стенописей визуально с применением микроскопии и специальных видов фотосъемки ( 2.

 

Можно назвать две основные первопричины такого «визуальноповерхностного» подхода к оценке состояния сохранности конструкций памятника и физически связанных с ними стенописей.

 

Инерционность наших представлений. Понадобилось более двух десятилетий, чтобы высказанные в 1970х годах [4] и разработанные в 1980х годах [5] принципы выбора оптимальных параметров ТВР для памятников архитектуры (отличные от музейного хранения)3 [6] стали учитываться при проектировании и создании систем обогрева памятников архитектуры. Этот крайне медленный цикл внедрения теоретических разработок в практику в последние годы и вовсе затухает. Особенно это относится к памятникам, находящимся в ведении церкви. В большинстве из них не прекращается борьба за создание в храмах «комфортных условий», т. е. поддержания в них в зимний период температур 18–20 °C и более, совершенно недопустимых с точки зрения обеспечения сохранности самих памятников и их убранства [7]. На сохранность памятников могут влиять не только высокие температуры внутреннего воздуха. Даже при умеренных значениях температур в зимний период неправильное их распределение во внутреннем объеме памятника, имеющего сложную планировку и окруженного пристройками, может вызвать в его конструкциях потоки влаги, приводящие к переувлажнению стенописей и декора. К сожалению, именно таким примером явилась предпринятая несколько лет назад попытка создать без каких либо научных обоснований систему обогрева собора Рождества Богородицы.

 

Иными словами, принципиальное различие в подходах к сохранению музейных экспонатов и памятников архитектуры [6] (стенописей, элементов декора) недостаточно учитывается как на стадии исследования и оценки состояния объектов, так и при проектировании и реализации систем нормализации ТВР памятников архитектуры.

 

Вторая причина – недостаточное распространение неразрушающих методов оценки влажностного состояния материалов памятников архитектуры. Традиционно широко известный весовой (термогравиметрический) метод определения влажности материалов не мог получить распространения, т. к. его применение связано с отбором образцов, т. е. разрушением памятника. и сведения о влагосодержании материалов собора Рождества Богородицы, полученные в 1970–80е годы, носили отрывочный характер и не давали возможности проследить годовой ход изменения влажности конструкций, сопоставив его с параметрами наружного и внутреннего климата, т. е. реально проанализировать закономерности формирования температурновлажностного режима материалов конструкций (стенописей) собора.

 

Появившееся в последние годы оборудование для неразрушающего контроля влажности строительных (каменных) материалов позволило восполнить этот пробел в изучении собора Рождества Богородицы.

 

в настоящее время мы имеем принцип. возможность на качественно ином уровне объективно (инструментально) анализировать температурновлажностный режим конструкций (стенописей) памятника, влияние на него наружного и внутреннего микроклимата, оценивать влияние реставрационноконсервационных вмешательств, включая устройство дренажной системы, введение системы обогрева соборного комплекса и более ранние мероприятия.

 

Исследование температурновлажностного режима конструкций
Неразрушающие методы изучения влажностного состояния материалов применительно к памятникам архитектуры стали использовать в нашей стране сравнительно недавно. Учитывая разнообразие применяемого для этих целей оборудования и отсутствие унифицированных методик, целесообразно кратко изложить основные положения, использованные нами при проведении исследований и анализе полученных результатов.4

 

Методика оценки температурновлажностного состояния конструкций
Метод неразрушающего исследования температурновлажностного состояния конструкций архитектурного объекта основывается на выявлении пространственных и временных зависимостей распределения в них влаги (температуры). При подобном подходе учитываются, главным образом, не абсолютные значения влагосодержания материалов (вследствие затруднительности точной калибровки влагомеров), а динамика их изменения на разных участках конструкций. Конечным результатом исследования предполагается достаточно полная картина распределения влаги и температуры в конструкциях памятника во времени. Это позволяет установить основные источники увлажнения, наиболее уязвимые части конструкций, дать необходимые рекомендации по нормализации температурновлажностного режима памятника и оценивать эффективность их реализации.

 

Подробнее следует остановиться на интерпретации результатов определения влагосодержания материалов, полученных в условных единицах, величина которых будет различна в зависимости от типа влагомера и не совпадает с привычными для нас абсолютными значениями влажности, определяемыми весовым методом. В работах [8, 9] показано, что «нормальная или допустимая» влажность даже одного вида материала (кирпича, штукатурки), выраженная в весовых или объемных %, не может быть одинакова для различных памятников, отличающихся временем возведения, технологией изготовления материалов, степенью разрушения и т. д. Поэтому в качестве нормальной влажности памятников из камня на открытом воздухе предложено считать сорбционную влажность материалов, соответствующую среднегодовой относительной влажности окружающего воздуха.5

 

Иными словами, в качестве нормальной, допустимой (пороговой) влажности мы принимаем влажность, которую приобретает материал в результате сорбции водяных паров воздуха в отсутствие других источников увлажнения (капиллярного подсоса, протечек кровли и т. д.). Учитывая, что величина сорбционной влажности материалов зависит от температуры (чем ниже температура, тем выше сорбционная влажность), и принимая во внимание естественную неоднородность свойств строительных материалов, правильнее говорить о некотором интервале значений нормальной влажности.

 

При исследовани температурновлажностного режима архитектурного объекта выбирается определенное число точек в интерьере и на фасадах. Их количество и расположение зависит от конкретных особенностей объекта, его состояния и целей исследования6.

 

Весьма важным результатом первоначального инструментального обследования памятника является определение интервала нормальной (пороговой) влажности материалов конструкций, выраженной в условных единицах влагомера, используемого для исследований. Величина нормальной влажности соответствует результатам измерений на участках, не доступных прямому увлажнению, выявленных при визуальном осмотре памятника. При правильном определении указанных участков результаты полученных на них измерений имеют наименьшие значения и незначительный разброс.7

 

Общий цикл измерений при изучении температурновлажностного режима памятников архитектуры составляет, не менее одного года. В сложных памятниках, в случае аномальных метеорологических условий, и при оценке эфф. реставрационных вмешательств цикл измерений может составлять до нескольких лет.

 

Изуч. температурновлажностного состояния конструкций в соборе Рождества Богородицы Ферапонтова монастыря проводили с февраля 2000 по август 2001 года при помощи влагомера ВСКМ12+ (фирма «ВНИР», Москва), реализующего диэлькометрический метод измерения влагосодержания и малоинерционного «Термометра 1503» (фирма «ДанаТерм», г. Зеленоград). На основе предварительного обследования были выбраны определенные точки для постоянных замеров температурновлажностных параметров конструкций ( .

 

Каждая точка соответствует вертикали на поверхности стены, начинающейся в подклете и продолженной в соборе первоначально до высоты 2,5–3,0 м. Измерения влагосодержания проводились по этой вертикали с интервалом 0,2–0,5 м. В ходе дальнейших исследований верхние отметки замеров составляли около 2,0 м от уровня пола в соборе. Выше влагосодержание оставалось более менее постоянным и не превышало определенной нами ранее пороговой величины: 3–5 единиц влажности при измерении на 4 канале влагомера ВСКМ12+.

 

Анализ результатов изучения температурновлажностного состояния конструкций
Первоначально авторы работы ставили перед собой следующие задачи:

 

определить основные источники увлажнения, выявить возможное влияние бетонного перекрытия8 нижнего яруса собора на температурновлажностный режим памятника;

 

оценивать эффективность работы дренажной системы, восстановленной в 1986 году в северозападной части соборного комплекса.

 

Уже первые измерения влажности внутренней поверхности стен собора в 2000 году выявили существенную разницу во влагосодержаниях северной и южной частей храма. Граница двух зон влажности проходит по западному порталу ( . Зона высокой влажности продолжается вплоть до северной апсиды. Разница была весьма значительна: на южной и югозападной стене средние показатели влагосодержания не превышают (за исключением августа) 6–7 единиц, на севере влажность значительно выше и в весенние месяцы достигает 35 единиц. Это позволило предположить существование разных температурновлажностных условий для указанных зон памятника. Предварительные данные позволили уточнить и дополнить направление дальнейших исследований Ферапонтового комплекса:

 

Ограничивается ли существование двух влажностных зон основным объемом собора или распространяется на прилегающие к нему помещения папертей, ризницы, подклета.

 

Как изменяются влажностные показатели обеих зон в течение года, то есть, является ли влажностный контраст постоянным.

 

Чем определяется высокая влажность конструкций северозападной части собора.

 

Параллельно с проведением исследований (2000 г.) по инициативе местных властей (без консультаций и согласования со специалистами) в подклете и окружающих собор пристройках (западной и северной папертях, ризнице), т. е. во всех помещениях, кроме основного объема собора, была смонтирована система электроотопления. Это неожиданное «вмешательство» поставило перед нами так же одну безотлагательную задачу – необходимость оценки результатов введения в действие смонтированной системы обогрева.

 

Первый цикл измерений в 2000 году проходил в условиях неотапливаемого храма. В ходе исследований были получены ответы на большинство поставленных вопросов и сделаны предварительные выводы.

 

По внешнему периметру храма, со стороны папертей и ризницы, наличие двух зон прослеживается, но слабее. Подобную ситуацию можно объяснить не только лучшим проветриванием стен собора со стороны западной паперти, но и тем, что температура внутренних поверхностей стен несколько ниже, чем наружных. Это вызывает миграцию влаги внутрь собора, что приводит к увлажнению внутренних поверхностей стен и фресок.

 

Снижение измеренных значений влагосодержания материалов в зимние месяцы отмечено практически во всех точках. Это может быть связано не только с общим просыханием конструкций собора к зиме, но и с частичным замерзанием влаги в капиллярах, что может влиять на результаты инструментальных измерений. При этом как в феврале, так и в августе, контраст влажности в отмеченных нами двух зонах сохраняется, хотя и в несколько меньшей степени ( . наличие двух зон проявляется постоянно и не связано только с сезонными климатическими воздействиями. Ниже уровня пола – в подклете, исследования, проведенные в 2000 году, не выявили большего увлажнения северозападного угла и северной стены по сравнению с остальными конструкциями. В подклете явно выражена тенденция увеличения влагосодержания кладки от пола к перекрытию ( . Влажность кладки на высоте 1,8 м в 2–3 раза выше, чем на высоте 0,3 м. Учитывая общую тенденцию уменьшения влажности к полу подклета, и отсутствие большей увлажненности северной части (в отличие от основного объема храма), можно сделать вывод, что подсос не является источником высокой влажности кладки северозападной части стен собора.

 

Отсутствие возможности увлажнения грунтовыми водами при наблюдаемом увеличении показателей влагосодержания в подклете по мере удаления от пола неизбежно привело к предположению о влиянии перекрытия подклета, а именно, как единственно возможном факторе увлажнения северозападной части собора. Собственно бетонное перекрытие не может давать подобный негативный эффект, т. к. зона высокой влажности охватывает лишь часть горизонтального сечения собора. распространенное мнение об отрицательном влиянии «бетонного пола» на температурновлажностный режим собора можно считать неверным.

 

После специальных исторических и натурных исследований северозападного угла и его возможных отличий от югозападного было выяснено следующее. Грунтовые воды в течение множественных веков существования собора заливали его фундаменты и увлажняли стены с севера. Это привело к тому, что северная часть храма пострадала особенно сильно, что было отмечено П. П. Покрышкиным и К. К. Романовым. «Особенно плох цоколь в подвале северовосточной части собора; здесь, фактически на треть толщины стены, кирпич высыпался, и выше появились трещины. Думается, причину такой сильной порчи северной части собора следует искать в подземном ключе»9.

 

Ими были предприняты и первые работы по укреплению и реставрации соборного комплекса в XX веке. Одной из мер стало восстановление сводов подклета северной и частично западной папертей. Своды были восстановлены в цементе, материале, получившим в то время широкое распространение. Следы дощатой опалубки, служившей формой для заливки цемента, хорошо видны до сих пор. По ним четко видна граница нового бетонного и древнего кирпичного сводов, проходящая под западным порталом храма. Технология выполнения сводов из бетона предполагает принцип. возможность скопления значительных масс бетонной массы в пазухах сводов (количество бетона зависит от высоты свода). В этом случае, после твердения, объем бетона может служить «влагонакопителем» и в дальнейшем увлажнять стены собора. по предварительным выводам 2000 года, высокие значения влагосодержания материалов в северозападной части собора, полученные по результатам инструментальных измерений, напрямую связаны с большим количеством бетона, введенным в конструкции памятника (уровень пола) во время реставрационных работ 1913–1915 годов1 Подобное предположение подтверждается всеми вышеприведенными данными.

 

Второй цикл исследований был проведен в условиях отапливаемого храма. Обогрев подклета был начат осенью 2000 года, обогрев папертей и ризницы – в конце марта – начале апреля 2001 года. мы имели принцип. возможность оценивать результаты влияния подобного вмешательства на температурновлажностный режим памятника.

 

Влияние системы отопления
По предварительным данным 2000 года был сделан вывод о высоком влагосодержании конструкций северозападном части собора в уровне пола. В такой ситуации обогрев основного объема собора снаружи и снизу должен был привести к миграции всей скопившейся в кладке влаги внутрь собора.

 

аналитический анализ данных двух лет подтвердил правильность высказанных опасений. На 9 видно, что «высыхание» материалов подклета в точке 17* происходит одновременно с увеличением влажности внутренней поверхности северной стены собора. Иными словами, за счет градиента температур, созданного системой отопления, влага мигрирует из подклета в конструкции основного объема собора. Подобную ситуацию можно наблюдать не только в северозападном углу, но и на западной стене собора в точке 23, где до включения обогрева влагосодержание материалов было в допустимых пределах. После пуска системы его уровень возрос фактически в два раза ( . Подобный результат свидетельствует о постепенном «выдавливании» влаги за пределы северозападной части собора.

 

Ухудшило ситуацию и включение в конце марта – начале апреля обогрева ризницы и папертей. До этого момента влага, поднимающаяся снизу, из подклета, могла испаряться не только внутрь собора, но и наружу. Теперь вся влага мигрировала к внутренним поверхностям стен, испаряясь через фрески.

 

Результаты исследования температурновлажностного воздушного режима
Исследования воздушного режима основного объема собора и пристроек (западной и северной папертей, подклета, ризницы) проводили по стандартным методикам с использованием самопишущих термографов и гигрографов недельного действия11.

 

Традиционный анализ полученных данных показал улучшение, с точки зрения музейного хранения, параметров воздушного режима собора после введения системы обогрева (зима 2000/01 г.):

 

снижение общего уровня относительной влажности воздуха;

 

отсутствие отрицательных температур в соборе, за исключением конца февраляначала марта 2001 года, чему предшествовало длительное похолодание наружного воздуха.

 

Дополнительно был проведен так же один вид анализа, основанный на сопоставлении значений удельной влажности (влагосодержания) наружного и внутреннего воздуха в различные периоды года. Удельная влажность q величина безразмерная.

 

Этой величиной удобно пользоваться при теоретических оценках. По мнению А. Х. Хргиана, «она тождественна по существу концентрации водяного пара в воздухе. Так, например, уравнение диффузии водяного пара в воздухе описывает изменения именно удельной влажности. Последняя, кроме того, не меняется при нагревании и охлаждении, при сжатии и расширении воздуха, если только не происходит конденсация водяного пара. Поэтому во множественных случаях можно рассматривать распределение q в атмосфере, отвлекаясь от происходящих в ней изменений температуры и давления» [10].

 

Влажностный воздушный режим собора Рождества Богородицы Ферапонтового монастыря формируется, в основном, за счет инфильтрации наружного воздуха и воздуха окружающих помещений, и выделения (поглощения) влаги конструкциями. Влаговыделением людей (посетителей, сотрудников), особенно в зимний период, в этом балансе можно пренебречь. Определяя разницу удельного влагосодержания внутреннего и наружного воздуха (D=qвqн), мы можем оценивать периоды увлажнениявысыхания конструкций, интенсивность этих циклов, и эффективность проветривания того или иного помещения. В те периоды, когда эта разница (D) положительна, происходит высыхание конструкций, когда же она отрицательна, стены увлажняются, т. е. происходит конденсация (сорбция) водяных паров воздуха материалами.

 

Более подробно остановимся на сравнительном анализе величины Dq в соборе для зимневесенних периодов 2000 и 2001 годов ( . В 2000 году при отсутствии отопления, т. е. когда температуры внутренней и наружной поверхностей стен м. собором и окружающими пристройками близки, вклад влаги конструкций во влажностный воздушный режим собора меньше и носит знакопеременный характер. В 2001 году в результате обогрева окружающих собор помещений установился непрерывный градиент температур в ограждающих конструкциях, что привело к преимущественному перемещению влаги к внутренней поверхности стен (результаты инструментальных измерений влагосодержания конструкций) и ее последующему испарению внутрь собора (результаты сравнительного анализа данных наблюдений за воздушным режимом). значит обогрев окружающих собор помещений увеличил влагоперенос через штукатурный и красочный слои13 и, следовательно, возросла опасность солевого, усадочнодеформативного и других механизмов их разрушения.

 

Последний вывод представляется нам весьма важным в методическом отношении, так сделан на основе совместного рассмотрения экспериментальных данных изучения температурновлажностных режимов воздуха и конструкций.

 

Выводы и рекомендации
В настоящей работе намечен новый подход к оценке состояния памятников архитектуры (монументальной живописи), основанный на совместном рассмотрении результатов температурновлажностных исследований воздушной среды и материалов конструкций.

 

Выполненное на основе такого подхода изуч. ТВР соборного комплекса Ферапонтова монастыря, проведенное в 2000–2001 годах позволяет сделать следующие основные выводы.

 

Реставрационные работы 1913–1915 годов, связанные с устройством железобетонного перекрытия и восстановлением сводов подклетов, существенно повлияли на влажностный режим северной и северозападной стен основного объема собора. Наблюдаемая в настоящее время повышенная влажность внутренней поверхности стен северозападной части собора (уровень полотенец) обусловлена поступлением влаги из своеобразных «резервуаров», какими являются массивы стен и бетонных перекрытий северной и частично западной папертей. Накопление влаги в объемах указанных конструкций могло происходить за счет как многолетнего капиллярного подсоса, так и конденсации водяных паров в массивных (преимущественно бетонных) конструкциях памятника. В настоящее время количественно трудно оценивать объем этой влаги и время нормализации режима конструкций. Можно лишь наметить способы ее удаления наиболее безопасные с точки зрения сохранения стенописей.

 

По результатам инструментальных наблюдений, дренажная система, выполненная в 1986 году с северной стороны центрального комплекса, работает удовлетворительно, т. е. памятник защищен от подсоса грунтовых вод.

 

Устранение второго источника увлажнения – конденсата и нормализацию ТВР соборного комплекса в целом, критерием которой является минимизация потоков влаги через слой фресок, можно обеспечить введением в нем ограниченного обогрева. но смонтированная в 2000 году система отопления была признана неудовлетворительной: обогрев окружающих базовой объем пристроек увеличивает разницу температур на наружной и внутренней поверхностях стен собора, что усиливает миграцию влаги к внутренней поверхности стены и последующее ее испарение через слой живописи.

 

Несмотря на указанное в п. 3 неудовлетворительное качество системы отопления, в целом введение тепла оказало положительное влияние на воздушный режим соборного комплекса.

 

На основе проведенных исследований было рекомендовано разработать проект обогрева соборного комплекса с помощью теплых полов, обеспечивающих следующие параметры внутреннего воздуха в помещениях соборного комплекса:

 

Собор, северная и западная паперти, ризница Для того чтобы исключить принцип. возможность выхода влаги (солей) из стены через настенные росписи, должно быть обеспечено условие:

 

tпаперт и tризн < tсобора.

 

Оптимальным на первом этапе является соотношение:

 

tпаперт и tризн = 3–5 °C;

 

tсобора = 5–7 °C.

 

При этом, например, сочетание

 

tпаперт и tризн = 3 °C и tсобора = 7 °C не допускается.

 

Введение обогрева в основном объеме собора должно сопровождаться постоянным наблюдением за влажностным режимом конструкций и состоянием настенных росписей, осуществляемого опытными реставраторами.

 

Подклет Температуру следует поддерживать на уровне 5–7 °C, но не выше температуры в основном объеме собора.

 

В настоящее время проект на основе этих рекомендаций выполнен и начаты работы по монтажу системы обогрева (теплых полов) соборного комплекса Ферапонтова монастыря.

 

Работы по архитектурной реставрации и созданию системы поддержания микроклимата зданий Ферапонтового монастыря проводятся под руководством специалистов Центральных научнореставрационных проектных мастерских (главного архитектора проектов С. Б. Куликова и главного инженера проектов Н. С. Краснощековой).

 

Литература
Сизов Б. Т. Наблюдения за температурновлажностным режимом собора Рождества Богородицы Ферапонтова монастыря // Реставрация, исследование и хранение музейных художественных ценностей: Реф. сб. М.: Информкультура, 198 Вып. 2.

 

Девина Р. А., Илларионова И. В., Сизова Е. А., Бойко В. А. Нормализация температурновлажностного режима собора Рождества Богородицы Ферапонтова монастыря с помощью проветривания // Реставрация, исследование и хранение музейных художественных ценностей: Экспрессинформация. М.: Информкультура, 198 Вып. 3.

 

Гордеев Ю. И., Илларионова И. В., Сизова Е. А. Аэрационные устройства для зданийпамятников культовой архитектуры (клапаныхлопушки) // Вопросы температурновлажностного режима памятников истории и культуры: Сб. науч. тр.

 

Зворыкин Н. П. Итоги Римского коллоквиума, посвященного вопросу влажности каменной кладки памятников архитектуры // Сообщения Научнометодического совета по охране памятников культуры Министерства культуры СССР. М., 197 Вып. V.

 

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. Теплофизические аспекты сохранения памятников архитектура // . 200 № С. 24–31.

 

стандарт. Храмы православные. Отопление, вентиляция, кондиционирование воздуха. М., 2002.

 

Sasse H.R. Snethlage R. The Methods for the Evaluation of Stone Conservation Treatments. Dahlem Workshop Reports ES 2 John Wiley and Sons, Chichester, New York, 199 P. 223–243.

 

Sizov B. Evaluation of moisture content measurements in stone. 8th International Congress on Deterioration and Conservation of Stone. Berlin, 199 Vol. P. 437–441.

 

1 Хргиан А. Х. Физика атмосферы. М., 195 С. 60–61.

 

Данная работа проводится по инициативе и при финансовой поддержке отдела музеев Министерства культуры РФ.

 



Водоснабжение жилых зданий – проблема учета и расчетов Водоснабжение. Проблемы развития энергетики Москвы Энергосбережение. Требования инженеров к стандартам вентиляционных систем Вентиляция. Холодильные системы для супермаркетов Микроклимат в помещениях.

На главную  Энергоучет 





0.0038
 
Яндекс.Метрика