Создание и поддержание требуемых микроклиматических

Создание и поддержание требуемых микроклиматических условий в
помещениях и подклетах православных храмов
А. Г. Кочев, канд. техн. наук, доцент кафедры отопления и вентиляции Нижегородского государственного архитектурно-строительного университета
http://www.abok.ru/for_spec/articles.php?nid=3348
Опубликовано в журнале AВОК №6/2006
Рубрика: Микроклимат в помещениях
Основными мероприятиями для предотвращения конденсации водяных паров на незаглубленных и заглубленных поверхностях наружных
ограждений подклетов (цокольных или подвальных помещений) храмов являются: осушка переувлажненных конструкций до равновесной влажности,
дополнительное утепление наружных ограждений, конструирование систем отопления и вентиляции, а при наличии оконных проемов – установка
дополнительного ряда оконных рам (двойное или тройное остекление) с подачей теплого воздуха от нагревательных приборов к окнам с помощью
декоративных направляющих экранов.
Влажностный режим в подвальных помещениях церквей и соборов колеблется в достаточно широких пределах. Максимальная относительная
влажность внутреннего воздуха наблюдается в период оттепелей.
Применение для осушения стен церквей и храмов общепринятых методов гидроизоляции (закладки гидроизоляционных слоев) с интенсивным
вентилированием нагретым воздухом эффективно для помещений общественных и производственных зданий без специальных требований, а в храмах
этот метод не возможен из-за потери существующего исторического слоя росписей, штукатурки, отделки, лепнины и несущей способности стен и
сводов. Для осушения ограждений храмов можно применить методы пассивного и активного электроосмоса.
Электроосмотический метод осушения стен заключается в том, что в стенах горизонтально заделывают проводник в виде медной проволоки, который
благодаря заземлениям, проходящим в фундаменте, создает полярность, обратную естественно возникающей между ограждениями подвала у
подошвы фундамента и стенами на уровне поверхности. Поэтому электроосмотические силы перемещают влагу из конструкций фундамента в
направлении, обратном действию капиллярных сил.
Рисунок 1.
Рождественская церковь в Нижнем Новгороде
Принципиальная схема устройства установки электроосмотического осушения представлена на рис. 2. Кирпичная кладка из глиняного
обыкновенного кирпича кладется в металлической ванне и с одной боковой стороны ограждается металлическим коробом.
Размеры 1 030 x 1 030 x 1 040 мм. Ванна перед началом возведения кладки и металлический короб после строительных работ засыпаются песком.
Целью устройства такой конструкции является создание искусственной разности электрических потенциалов между грунтом и кирпичом, естественно
возникающей в реальных условиях.
Под действием капиллярных и электроосмотических сил влага из грунта проникает в кирпич. Миграция влаги в кубе кладки происходит в сторону
свободной боковой поверхности. Водяные пары со свободной поверхности кладки диффундируют в помещение за счет разности потенциалов
относительного давления водяных паров на поверхности ограждения и в воздушной среде.
Введя внизу медный электрод с положительным потенциалом, а вверху алюминиевый – с отрицательным, замкнув их накоротко между собой, мы
создаем условия протекания тока I" по внешней цепи от медного электрода к алюминиевому. Согласно теории замкнутой цепи внутри кирпича
должен существовать разностный ток I, направленный от алюминиевого электрода к медному:
I – I" = I'.
Поскольку ток короткого замыкания I" значительно больше капиллярного тока I', то ток I является рабочим током, который создает условия
обратного движения жидкости сверху вниз. Таким образом, конструкция из штырей способствует удалению влаги и может выполнять роль
гидроизоляции.
В большинстве храмов Владимирской, Пермской, Ивановской и Нижегородской областей заглубленные конструкции восстанавливаемых и
реконструируемых храмов находятся в переувлажненном состоянии.
Температурное поле наружной стены вблизи оконных проемов изменяется. Это изменение тем значительнее, чем толще стена и чем меньше
расстояние между оконными переплетами. При этом температура внутренней поверхности стены несколько повышается по мере приближения к углу
проема, а на откосах проема резко понижается.
В зонах с отрицательными значениями температуры в толще конструкций стен и откосов оконных проемов подклетов происходит замерзание
конденсата и влаги, что приводит к разрушению структуры материала и снижению его прочностных характеристик.
Переувлажненные ограждающие конструкции вызывают дополнительные теплопотери через зоны регулярных (сезонных) температурных колебаний.
Однако при расчетах отопления эти дополнительные теплопотери не учитываются, что приводит к понижению значению температуры в помещениях
подклетов ниже точки росы и конденсации водяных паров на внутренних поверхностях наружных стен и пола в храмах. Теплопотери через
ограждающие конструкции подклетов храмов оказываются больше на 10–20 % от расчетных.
Рисунок 2.
Схема экспериментальной установки
электроосмотического осушения стен
В результате экспериментальных исследований, проведенных в нескольких храмах Нижнего Новгорода и Нижегородской области за период 1994–
2006 годов (Спасская церковь и cобор Cвятого Александра Невского Нижнего Новгорода, Крестовоздвиженский cобор Пермской области, Троицкая
церковь г. Заволжье и Церковь Cвятой Троицы деревни Ясенцы Нижегородской области), получены положительные результаты по снижению
теплопотерь подклетов. Величины снижения теплопотерь DQ через ограждающие конструкции подклетов до Qпод1 и после Qпод2 их осушки,
проведении защитных мероприятий и наличии инженерных систем приведены в табл. 1 для стен подклетов толщиной dо = 1,04–1,81 м и температурах
внутреннего воздуха tв = 12–14 °С, наружного воздуха tн = –25 ч ÷ –34 °С.
Данные результаты свидетельствуют о том, что только за счет осушки переувлажненных конструкций подклетов с обеспечением требуемого
паропроницания, гидроизоляции и защитой стен от атмосферных осадков и при создании требуемых метеорологических условий инженерными
системами можно достичь экономии тепловой энергии в храмах порядка 2,5–5 % от общих теплопотерь здания.
При температуре внутреннего воздуха в подклетах (за пределами хранилищ овощей) tв = 12–16 °С и относительной влажности jв = 50–75 % значение
температуры точки росы tт.р. = 3,0–11,5 °С, что приводит к постоянному выпадению конденсата на стенах и откосах в холодный период года. В
результате изменяются теплозащитные характеристики материалов в конструкциях пола, стен, оконных откосов и на их поверхности, образуется
плесень, грибок, портятся фрески и роспись.
Повышение температуры на поверхности стен будет способствовать сохранности фресок и художественной росписи интерьера подклетов.
В процессе восстановления или реконструкции основными мероприятиями для предотвращения конденсации водяных паров на поверхностях
наружных стен помещений храмов являются установка дополнительного ряда оконных рам (тройное остекление) и подача теплого воздуха от
нагревательных приборов систем отопления в объем помещения и к окнам.
Рисунок 3.
Собор Святого Александра Невского в Нижнем
Новгороде
Православные храмы круглогодичного действия в регионах с расчетной температурой наружного воздуха t н ≤ –25 °С имеют в основном однослойную
конструкцию стен из глиняного обыкновенного кирпича толщиной в пределах dст = 0,9–1,54 м.
В восстановленных и реконструированных храмах Владимирской, Пермской, Ивановской и Нижегородской областей оконные блоки с двойными
деревянными раздельными переплетами располагаются на расстоянии dок = 0,10–0,25 м от наружной поверхности стены.
Температурное поле наружной стены вблизи оконных проемов изменяется. Это изменение тем значительнее, чем толще стена и чем меньше
расстояние между оконными переплетами. При этом температура внутренней поверхности стены несколько повышается по мере приближения к углу
проема, а на откосах проема резко понижается.
Низкие температуры на поверхности откосов оконных проемов вызывают дополнительные теплопотери через оконные проемы, возрастающие с
увеличением толщины стены. Однако при расчетах отопления эти дополнительные теплопотери также не учитываются, что приводит к заниженным
значениям расчетных теплопотерь через окна в церквях.
Соотношение площадей остекления храмов к общей площади ограждающих конструкций составляет:
Поэтому расчетные мощности систем отопления церквей оказываются на 10–12 % меньше от требуемых.
При температуре внутреннего воздуха в церквях tв = 12–14 °С и относительной влажности jв = 30–60 % значение температуры точки росы tт.р. = 2,0–
6,6 °С, что приводит к постоянному выпадению конденсата на откосах. В результате изменяются теплозащитные характеристики материалов в
конструкциях оконных откосов и на их поверхности, образуется плесень, грибок, портятся фрески, роспись и станковая живопись.
В результате экспериментальных исследований в вышеприведенных храмах Нижнего Новгорода и Нижегородской области получены величины
снижения теплопотерь для двойных оконных переплетов dок = 0,15 м при переносе оконных коробок в процессе реконструкции из положения d1 / dо =
0,862 (с потерями теплоты Qок1) в положение d2 / dо = 0,345 (с теплопотерями Qок2) в стенах толщиной dо = 1,04–1,16 м и температурах tв = 14 °С, tн= –
27 ÷ –30 °С.
Полученные опытные данные приведены в табл. 2.
Таблица 1
Относительное уменьшение теплопотерь через ограждающие
конструкции подклетов храмов
Общие
Снижение
потери
потерь теплоты
Наименование храма
теплоты Qо, ΔQ = Qпод1 –
кВт
Qпод2, кВт
1
2
3
Спасская церковь
133,5
3,22
Собор Святого Алек403,43
6,6
сандра Невского
Относительное
уменьшение потерь
теплоты, %
ΔQ / Qпод2 ΔQ / Qo
4
5
20
2,4
11
1,6
Крестовоздвиженский собор
Церковь Святой
Троицы
Троицкая церковь
350,9
7,897
15,3
2,25
28,7
0,553
14,4
1,9
57,024
1,277
16,8
2,2
Таблица 2
Относительное уменьшение теплопотерь через зону оконного откоса
церквей
Наименование
храма
1
Спасская церковь
Собор Святого
Алек-сандра
Невского
Преображенский
собор
Церковь Святой
Троицы
Троицкая церковь
Общие
потери
теплоты Qо,
кВт
2
133,5
Относительное
Снижение
потерь теплоты уменьшение потерь
ΔQ = Qок1 – Qок2, теплоты, %
кВт
ΔQ / Qок2 ΔQ / Qo
3
4
5
7 895
25,6
5,9
403,43
23 633
29
5,9
150,9
10 600
28,9
7
28,7
1 000
17,8
3,5
57,024
3 607
27,6
6,3
Из этого следует, что только за счет рационального расположения оконного переплета можно достичь экономии тепловой энергии в храмах порядка
3,5–7 % от общих теплопотерь здания.
Экономия тепловой энергии в храмах только за счет вышеперечисленных мероприятий составляет порядка 10–12 % от общих теплопотерь здания. К
этому следует добавить, что уменьшенная величина зоны возможной конденсации на поверхностях откосов будет способствовать сохранности
фресок, художественной росписи и интерьера храмов.