Оценка термического сопротивления стен собора

Информация о значении термического сопротивления стен здания необходима для теплотехнических расчётов системы отопления и температурно-влажностного режима строительных конструкций.

Ввиду разнообразия применявшихся при строительстве и перестройках храма материалов произвести расчет коэффициента термического сопротивления такой сложной конструкции при столь малом объёме исходной информации с помощью аналитического или численного методов не представляется возможным. Невозможен также стандартный отбор образцов материалов для испытаний (необходимы образцы размерами 25 х 25 х 10 см). Приведенные в литературе результаты лабораторного исследования основных физико-механических характеристик строительных материалов собора (объемный вес, плотность, пористость и т.п.) позволили обнаружить схожесть этих характеристик с материалами псковских соборов, которые изучались нами в 1988-1991 гг.

На основании изучения неполных, в том числе и литературных, данных о структуре стен собора и расположении различных материалов нам удалось выяснить, что термическое сопротивление стен собора R может изменяться в пределах от 0,95 до 1,2 [м² * С/Вт]. Этот диапазон значений относится к стене, все материалы которой обладают сорбционной влажностью. Однако влагосодержание материалов на обширных участках стен до высоты 1,5-2 м в несколько раз превышает сорбционный предел.

Для определения теплофизических характеристик материалов при максимально возможном насыщении мы сравнили литературные данные и результаты исследования механических свойств материалов собора, проведенного нашими предшественниками, с результатами наших натурных и лабораторных исследований. Сопоставление всех этих данных позволило оценить термическое сопротивление стен при максимальном водонасыщении в диапазоне от R = 0,85 [м²* С/Вт] (при отрицательных температурах) до R = 1,0 [м²* С/Вт] (при положительных температурах).

Следует отметить локальные конструктивные аномалии термического сопротивления стен, связанные с наличием заложенных арок на восточных стенах притвора и в западной части стен апсид (жертвенника и дьяконника). Арки образовались в результате поздних перестроек. Толщина стен здесь на 40-60% меньше толщины основных стен. Необходимо утеплить эти арки, заложив их изнутри.

Гораздо сложнее вопрос, связанный с низким термическим сопротивлением тонких стенок аркосолиев. Ввиду наличия там древней живописи заделать их невозможно. При снижении влажности стен вблизи аркосолиев может быть достигнуто некоторое улучшение теплозащитных качеств и, как следствие этого, уменьшение коэффициента теплопроводности материалов стен.

Выводы

1) Сравнение результатов проведенных нами исследований влаго- и солесодержания материалов конструкций в интерьере с результатами, полученными в 1984 г. нашими предшественниками, позволяют сделать вывод, что влагосодержание и засоленность материалов строительных конструкций на высоте до 20-30 см от уровня пола незначительно снизились. Очевидно, это произошло благодаря улучшению гидроизоляции фундаментов. Но в аркосолиях, тонкие стены которых отличаются малой тепловой инерционностью, из-за неблагоприятного температурного режима значения влажности и солесодержания материалов остались высокими.

2) Применение для ремонта собора цементной штукатурки, обладающей высокими паро- и гидроизолирующими свойствами, привело к увеличению влажности и засоленности па соседних участках с древней настенной живописью (на известковом грунте). Это явление обнаружено визуально практически на всех аркосолиях и подтверждено неразрушающими методами измерения уровня влажности и лабораторным анализом образцов материалов.

3) Высокие значения влагосодержания материалов отмечены на поверхности пилястр, расположенных в углах примыкания к основному объему храма северного и южного притворов. Зоны увлажнения расположены здесь выше, чем на других участках ограждающих конструкций. Это обусловлено прежде всего тем, что в углы, образованные фасадами четверика и притворов, постоянно попадает атмосферная влага. Одной из основных причин проникновения атмосферной влаги в эти углы является несовершенство системы водоотвода с кровель южного и северного притворов. Кроме того, трещины и выпирания блоков на вертикальной поверхности стен также способствуют поглощению влаги. Те же причины вызывают увлажнение стен на большой высоте внутри здания, а также в местах сопряжения апсид.

4) Необходимо тщательно проверять качество примыкания кровли северного и южного притворов к вертикальной поверхности стен основного объема. По-видимому, именно недостаточно плотное примыкание кровли привело к выпадению большого куска штукатурки с красочным слоем со свода (сечение 50) в южном притворе, находившегося рядом с недавно оштукатуренным участком. Образец выпавшей штукатурки обладает высоким солесодержанием, что как раз и связано с соседством свежей штукатурки.

5) Значительное превышение концентрации солей в кладочных растворах, по сравнению с материалами кладки на внутренней поверхности по-прежнему свидетельствует о неблагополучном температурно-влажностном состоянии стен, что способствует переносу влаги и выносу солей на внутреннюю поверхность. Степень засоленности кладочного раствора как наиболее эффективного проводника влаги является индикатором интенсивности такого переноса.

6) Измерения влагосодержания материалов на участках стен с разрушенной и сохранившейся масляной живописью показали, что уровень влажности на участках с разрушенными стенописями значительно выше, чем на соседних участках стен с остатками росписей. Это связано с пароизоляционными свойствами масляной живописи. Из-за неравномерного поглощения конденсирующейся влаги в штукатурном слое возникают влажностные напряжения, что приводит к дальнейшему разрушению как живописи, так и штукатурки.

7) Измерения температурного режима оконных откосов контактным и дистанционным методами показали наличие значительных градиентов температуры по откосу, что является свидетельством низкого качества оконных заполнений. Подобные измерения температур на откосах северных и южных ворот, а также на прилегающих участках стен позволили утверждать, что состояние заполнений дверных проемов столь же неудовлетворительное.

8) По результатам тепловизионных измерений температурных полей на внутренней поверхности сводов апсид можно сделать вывод о низкой теплоустойчивости их конструкций, сводов южного притвора и центральной части западного нефа. При ремонте кровель эти своды нуждаются в утеплении.

9) Полученные в апреле - июне 1995 г. данные о температурах в толще и на поверхности стен позволили оценить температурный режим конструкций в период наибольшей опасности выпадения конденсата. При контролировании температурно-влажностного режима собора, помимо данных о воздушном режиме, необходимо учитывать результаты измерений температуры стен. Это позволит снизить риск выпадения конденсата.

10) Арки, сохранившиеся после переделок середины XX в. в восточных стенах северного и южного притворов, а также в стенах дьяконника и жертвенника, следует заложить. Они представляют собой участки резко сниженного термического сопротивления, и при введении даже ограниченного подогрева ухудшат тепло-влажностный режим прилегающих стен. Выбор материала и конструкция кладки после уточнения допустимой толщины дополнительной стенки согласовываются с архитектором.