Тема 16. Климат в церковных зданиях

В настоящее время все церковные здания по способу их эксплуатации могут быть разделены на три основные группы: 1) здания музейного использования (тема их эксплуатации не входит в наш курс), 2) здания совместного музейно-церковного использования и 3) действующие храмы.

Формирование микроклимата в церковных зданиях осуществляется под воздействием целого комплекса факторов.

1. Защищённость внутреннего объёма от воздействия внешних метеоусловий: техническое состояние ограждающих конструкций, оконных и дверных заполнений, защищённость от всех видов влаги, наличие или отсутствие технических средств поддержания микроклимата (систем отопления, вентиляции, кондиционирования воздуха).

2. Режим посещаемости и проветривания.

3. Ответственным моментом является изменение способа эксплуатации здания – перевод его из музейного в совместное музейно-церковное пользование или только в пользование православной церкви. Особенно бережно нужно относиться к сохранившимся в здании настенным росписям с учётом техники их исполнения.

4. При выборе оконных проёмов для установки вытяжных аэрационных устройств необходимо учитывать местную розу ветров и монтировать их в проёмах той ориентации, которые соответствуют наименьшей повторяемости направления ветра.

Здания музейно-церковного использования по своему техническому оснащению могут быть очень разными. Они могут быть отапливаемыми и неотапливаемыми, при этом могут быть различные системы отопления:

• ограниченного подогрева,

• водяного отопления,

• воздушного отопления,

• электроотопления.

Некоторые церковные здания оснащены системой кондиционирования воздуха (Успенский, Благовещенский и Архангельский соборы Московского Кремля, Софийский собор Новгорода).

Проведение церковных служб всегда сопровождается поступлением в помещение избытка влаги, тепла и различного вида загрязнений, что очень опасно для сохранившейся настенной живописи и предметов интерьера. Поэтому основная задача состоит в том, чтобы не допустить возникновения внутри храма экстремальных микроклиматических ситуаций. Это же относится и к экскурсионным потокам туристов. Режим посещения туристических групп и количество туристов, одновременно находящихся в церкви, должен быть разработан с целью разумного ограничения количества посетителей.

Если православный храм полностью передан православной Церкви и в нем постоянно проводятся богослужения, то там обычно существует система отопления. Как правило, такие храмы относятся к XVIII–ХIХ вв., но есть и более древние храмы (Софийский собор в Новгороде Великом).

Если древнее церковное здание высокой художественной ценности передаётся действующей церкви и до этого не отапливалось, но теперь переводится в режим отапливаемого здания, то для него должен быть разработан индивидуальный проект системы отопления. Чтобы обеспечить сохранность ограждающих конструкций и элементов интерьера, необходимо в течение 2–3 лет соблюдать правила перевода из неотапливаемого здания в отапливаемое. Необходимо откорректировать температуру внутреннего воздуха с таким расчётом, чтобы она, с одной стороны, была приемлема для длительного пребывания внутри здания людей (в зимний период), а с другой – не способствовала резкому снижению относительной влажности воздуха в помещении. Очень важно наличие в храме притвора (тамбура) перед входной дверью. Большее значение имеет состояние кровли, системы отвода воды с неё и от стен здания, состояние отмостки, планировка окружающей территории.

Значительное влияние на состояние сохранности оснований и несущих конструкций зданий оказывают изменения геологической среды. Около 70% всех повреждений связано с изменениями в окружающей среде, но наиболее губительными являются изменения свойств и состояния грунта основания, которые развиваются в скрытой форме. Изменение степени их влажности происходит вследствие исторического нарушения гидрогеологических условий на прилегающей территории. Реконструкция, выполненная без учёта глубины залегания фундамента, грунтовых вод, типа грунта и его естественной влажности, может привести к увеличению сезонного промерзания и уменьшению прочности несущих конструкций. Среди дефектов окружающей планировки чаще всего встречаются следующие: отсутствие необходимых уклонов от стен здания; существование рядом с ними заглублённых линз, где скапливается вода; отсутствие организованных стоков воды с участка через отверстия в окружающих каменных оградах. Верхняя граница сезонной миграции влаги может достигать 2,5 м. Снаружи большой вред зданию приносит затекание воды между стеной и отмосткой, что дополнительно способствует развитию растений, укореняющихся внутри кладки.

Непременным условием для создания нормального температурно-влажностного режима является качественное выполнение кровельных работ и система отвода с кровли атмосферных осадков. Из-за постоянных протечек в интерьере обычно происходит разрушение настенной живописи вплоть до её полной утраты на отдельных участках, создаются условия для развития микроорганизмов. После устранения протечек и просушивания на поверхности настенной живописи происходят выходы солей (высолы).

Среди дефектов сбора и отвода атмосферных осадков с кровли чаще всего встречаются следующие:

• недостаточное сечение водоприёмных лотков по периметру кровли и водоприёмных коронок;

• недостаточные углы изгиба водосточной трубы при переходе её от воронки к вертикальной части, что приводит к засорению и разрыву трубы;

• недостаточная длина водосточных труб и неудовлетворительный отвод воды из трубы на отмостку и далее на рельеф местности.

Водомёты из-за недостаточной длины выноса с кровли часто дают худший результат, т. к. массы дождевой воды, сбрасываемые с кровли с большой высоты, разбрызгиваются и увлажняют нижние ярусы наружных стен, поэтому при применении водомётов следует использовать гасители брызг.

Большое влияние на состояние сохранности нижних ярусов ограждающих конструкций и настенной живописи оказывает конструкция полов в церковном здании. Наиболее часто встречающиеся дефекты – отсутствие подпольного пространства под его покрытием и продухов для его вентиляции. В качестве покрытия пола часто применяют паронепроницаемые материалы: чугунные плиты, метлахская плитка, линолеум, которые укладываются обычно на цементной подушке. Такая конструкция мешает свободному испарению скапливающейся под полом грунтовой влаги, в результате влага вынуждена испаряться через несущие конструкции – стены и столбы, которые начинают работать как фитиль по отношению ко всей площади здания.

От качества заполнения оконных проёмов во многом зависит микроклимат здания, его защищённость от наружных климатических воздействий. Обычные оконные проёмы церковных зданий с одинарным остеклением в деревянной раме имеют множество дефектов: разбитые стёкла, щели в местах примыкания к откосам рамы, стёкол к раме, отсутствие устройств для сбора и отвода конденсата. В результате возникает постоянная неконтролируемая фильтрация воздуха. При определённых соотношениях внутренних и наружных климатических параметров происходит выпадение конденсата, в первую очередь – на стёклах и наиболее тонких участках каменных конструкций, а затем и на остальной поверхности стен с живописью. В щели неплотно примыкающих рам зимой забивается снег, который невозможно убрать. При таянии он дополнительно увлажняет кладку.

То же относится и к состоянию наружных дверных заполнений – теплопроводных свойств материала, из которого изготовлены двери, а также от плотности его примыкания к откосам дверного проёма. Наихудшими характеристиками отличается микроклимат тех зданий, где установлены одинарные металлические двери. На внутренней поверхности таких дверей в период с ноября по апрель постоянно держится толстый слой инея, а температура внутреннего воздуха приближается к наружной.

Воздух может содержать вещества, атакующие карбонат кальция: двуокись серы в присутствии влаги превращается в серную кислоту, которая, в свою очередь, превращает карбонат кальция в частично растворимый сульфат кальция. Кислоты могут быть образованы прямо на поверхности стен, когда атмосферные газы – двуокись серы и углекислый газ реагируют с влагой стены.

Влага помогает протеканию некоторых химических реакций, меняющих состав и цвет пигментов. Белая свинцовая преображается в чёрный сульфид свинца под воздействием серной кислоты. Некоторые медьсодержащие синие пигменты под влиянием влаги и образующейся в результате этого сернистой кислоты могут превращаться в окись меди. Лучистое тепло, например, от свечей, выделяемое длительное время около живописи, может преобразовать СаС03 и привести таким образом к адсорбированию влажности. Земляные жёлтые и зелёные становятся красными или коричневыми вследствие химического обезвоживания. Красная охра под влиянием теплового воздействия и химического обезвоживания может превратиться в жёлтую.

Часто недооценивается роль вибрации от проходящего мимо памятника транспорта или звона колоколов. Такая вибрация может вызвать отрыв штукатурки, если она уже отслоилась и не была своевременно укреплена. Ветер, несущий пыль и песок, – эррозирующий фактор, разрушающий наружные росписи.

Есть дни, когда регулировать посещаемость, вход и длительное пребывание людей в неотапливаемом здании невозможно: нельзя ограничить количество присутствующих на богослужении, нельзя изменить время начала и окончания службы. Это особенно касается зимнего и переходных (весеннего и осеннего периодов). Вносимая людьми влага ассимилируется с внутренним воздухом и частично поглощается ограждаемыми конструкциями. Зимой, в морозную погоду, вместе с людьми в помещение поступают массы наружного воздуха, что способствует ещё большему остыванию внутреннего объёма. Весной же и зимой во время оттепелей внутреннее помещение подвергается неконтролируемому повышению влажности и выпадению обильного конденсата, иногда в виде инея на всех поверхностях, включая иконы. Если в церквах совместного использования богослужения проводятся лишь в тёплое время года (с середины мая до середины октября), его температурный режим незначительно отличается от режима здания, находящегося только в музейном пользовании. В дни богослужений увеличиваются суточные колебания температуры и относительной влажности, но их можно значительно нейтрализовать с помощью организованного проветривания. Однако и в тёплый период существует отрезок времени (с начала мая до середины июня), когда проведение богослужений без контроля за микроклиматом может вызвать недопустимый прирост влажности и выпадение конденсата, т. к. ограждающие конструкции ещё недостаточно прогреты, а относительная влажность высока (до 80–85%). Наиболее безопасным по климатическим показателям является период с конца июля по сентябрь.

Проведение богослужений с середины октября по начало мая ведёт к резкой дестабилизации тепло-влажностного режима воздуха и ограждающих конструкций. Тепло, вносимое людьми и при горении свечей и лампад быстро поглощается ограждающими конструкциями. В результате в храме, где держатся низкие температуры, происходит кратковременный на 1–2 часа локальный подъём температуры воздуха на 0,5–1,5% и резкое повышение относительной влажности (на 8–12%) в нижней зоне, а это ведёт к повышению относительной влажности воздуха во всём здании. После каждой службы происходит обильное выпадание конденсата в виде инея, особенно в верхней зоне. Поэтому даже проведение одного богослужения во время Пасхи в конце апреля без надлежащей подготовки здания – прогрева и просушки его при помощи проветривания в течение апреля приводит к конденсации. Обильное увлажнение за счёт конденсации и медленное просушивание древесины икон и иконостаса провоцируют рост плесени.

Температурно-влажностный воздушный режим в таких храмах обычно никак не регулируется и не контролируется, поэтому все описанные выше экстремальные ситуации здесь усугубляются. Конденсационное увлажнение конструкций может наблюдаться в течение всего года, потому что поступившее во время богослужений количество влаги настолько велико, что ограждающие конструкции не успевают просохнуть в течение короткого периода – с конца июля по сентябрь. Дестабилизирующим микроклимат неотапливаемого здания фактором является и кратковременный (на 2–3 часа) локальный подогрев на время богослужения. Благодаря такому подогреву несколько улучшаются условия для людей, но в результате возрастают суточные колебания температуры и относительной влажности воздуха.

Необходимо отметить, что до революции в каждом приходе были служители, которые следили за состоянием неотапливаемых помещений и выполняли все мероприятия по регулированию климата в течение года. Так, в Смоленском соборе Новодевичьего монастыря службы зимой не проводились, здание тщательно закрывалось на зиму, с марта его начинали проветривать, постепенно готовясь к празднику Пасхи.

Температурно-влажностный режим церковных зданий, оборудованных системами отопления, зависит от уровня поддерживаемой зимой температуры воздуха. Чем выше температура, тем труднее удержать на нужном уровне относительную влажность воздуха внутри. Наиболее неблагоприятные условия для сохранения настенных росписей существуют в тех зданиях, где поддерживается комфортная для человека температура 18–25° С, а условия дополнительного увлажнения отсутствуют. Применение местных увлажнителей воздуха не даёт желаемых результатов из-за большого объёма помещения. Температурный режим, пригодный для древних храмов, не имеющих отопления, можно назвать режимом ограниченного подогрева. Он предполагает поддержание температуры воздуха в здании на таком уровне, при котором были бы невозможны промерзания несущих конструкций, конденсация водяных паров и резкое снижение относительной влажности воздуха. Температура воздуха внутри здания поддерживается в этом случае на уровне +5 – +8° С при относительной влажности 40–50%.

Системы кондиционирования зданий (в современных действующих храмах встречаются крайне редко) обеспечивают круглогодичное поддержание внутренних климатических параметров на заданном уровне. Все эти здания находятся в совместном пользовании музеев и церкви. При устройстве системы кондиционирования в церковном здании должны быть установлены герметичные оконные заполнения, в окнах барабанов – регулируемые аэрационные устройства; входной проём должен быть оборудован воздушно-тепловой завесой, которую следует установить в притворе или тамбуре.

Для получения наиболее точного представления о температуре и влажности в храме его условно разбивают на разные зоны. Для храмов крестово-купольного типа такими являются четверик, световые барабаны, хоры и алтарная апсида, отгороженная алтарной преградой. При большом объёме можно отдельно выделить нефы. В храмах бесстолпного типа со слабо расчленённым объёмом в качестве автономных зон могут рассматриваться алтарная апсида, отделённая иконостасом от четверика, и верхний объём, образованный шатровым завершением.

Для наблюдений используются измерительные приборы, записывающие параметры температуры и влажности. Для контрольных замеров используется аспирационный психрометр или электронный прибор ИВТМ, фиксирующий состояние параметров температуры и влажности. К стационарным приборам относятся те, которые служат для постоянной записи воздушных параметров (гигрографы, термографы и системы автоматического контроля), к переносным – приборы, предназначенные для разовых показаний (психрометры и портативные электронные измерительные приборы).