Системы микроклимата для исторических зданий 

Шерон С. Парк, член Американского архитектурного института

Во многих исторических зданиях с устаревшими системами обогрева и вентиляции или даже при их отсутствии сохраняется тепловой комфорт в условиях суточных и сезонных колебаний температуры и влажности наружного воздуха; сами здания и находящиеся в них музейные коллекции не понесли какого-либо ущерба. Архитектурные решения таких зданий изначально выбирались с учетом особенностей местного климата. Внедрение новых высокопроизводительных систем в это сложившееся равновесие приводит к большим изменени-ям - как физическим, так и визуальным. В обязанности управляющих таких зданий входит тщательное наблюдение за сохранностью старинных материалов, которые могут быть испорчены, изменены или вообще утрачены при монтаже новых систем микроклимата.

Требования к микроклимату, выдвигаемые сотрудниками музеев при проектировании новых систем, могут быть достаточно сложными. Руководящие указания по данной проблеме, известные под названием "Стандарт для реставрации интерьеров, представляющих историческую ценность"¹⁾, содержат требования по сохранности старинных материалов и архитектурного облика зданий. Даже если системы отопления и вентиляции способствуют сохранности конструкции здания и музейных экспонатов, они редко отвечают современным требованиям к микроклимату помещений. В действительности проектирование систем микроклимата для исторических зданий связано с принятием множества компромиссов. В некоторых особых случаях лучше отказаться от установки современных систем в усадебных зданиях, если это влечет за собой разрушение старинных материалов или изменение восприятия здания посетителями. Некоторые организации, например, Национальный трест по охране памятников, на основании результатов многолетних наблюдений принимают решения о недопустимости установки систем ОВК в таких памятниках архитектуры национального значения, как Дрейтон Холл, вблизи г. Чарльстон, Южная Каролина.

Эта короткая статья не содержит определенного ответа на вопрос, какие именно системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха наиболее целесообразны для исторических зданий, так как существует широкая возможность выбора на основе производительности и стоимости систем. Поскольку каждое старинное здание имеет особые свойства, то система, хорошо зарекомендовавшая себя в одном месте, может быть неприемлема в другом. Однако есть некоторые общие соображения, которые следует принимать во внимание при проектировании новых инженерных систем для старинных зданий, основанные на необходимости обеспечения одновременно сохранности здания и музейных коллекций. Ключевые принципы сводятся к следующему:

• Существующие старинные системы могут быть эффективно использованы.
• Динамическая нагрузка, создаваемая новыми инженерными системами, может повредить соприкасающиеся с ними материалы и конструкции.
• Воздействие увлажнения, создаваемого новыми системами, должно быть нейтрализовано.
• Старинные материалы, используемые в отделке зданий, обычно изношены; их утрата приведет к необратимой потере исторического облика зданий.
• Ограждающие конструкции здания должны обеспечивать стабильность внутреннего микроклимата, в условиях которого хранятся музейные коллекции.
• Следует принимать во внимание возможность изоляции экспонатов в герметичных витринах или использование специальных зданий для музейных экспозиций.
• Реставраторы и хранители музеев в настоящее время выдвигают менее жесткие требования к параметрам микроклимата, чем в недавнем прошлом.

¹⁾ Стандарт для реставрации (наиболее часто применяемый нормативный документ) содержит требование сохранения старинных материалов при реконструкции здания. В связи с установкой инженерных систем это означает сохранение отделки интерьеров. Элементы систем ОВК (камеры, воздуховоды, решетки) и установленное оборудование не должны изменять исторический облик здания.

Историческая справка

В конце ХХ века, одновременно с возрастанием интереса к высоконадежному проектированию, возникла новая оценка естественных или "пассивных" теплозащитных решений, которые использовали наши предки для того, чтобы сделать здания комфортабельными. Мы часто замечаем, что расположение зданий, включение в архитектурный ансамбль крытых галерей, ставен и других солнцезащитных элементов, размещение широколиственных деревьев вокруг дома представляют собой разумные энергосберегающие мероприятия древних архитекторов. Исторические здания напоминают нам о том, что дом должен быть надежным кровом для его владельца и должен обеспечивать ему наибольший комфорт. Эти сведения из истории архитектуры и инженерных систем не стоит забывать при реставрации или переоборудовании здания для нового использования.

Рисунок 1. В исторических зданиях часто присутствуют полезные конструктивные элементы, которые могут быть использованы для снижения нагрузок на обогрев и охлаждение здания новыми системами ОВК. В этом здании калифорнийской миссии - массивные каменные стены, большие нависающие козырьки черепичной кровли, крытые галереи, колокольня и высокий неф. Все это рассчитано на снижение теплопоступлений в здание и на обеспечение свободного проветривания. Архитекторы и инженеры могут учитывать влияние этих пассивных теплозащитных средств при расчете нагрузки на систему ОВК.

Строители XVIII века и их последователи использовали простые элементы зданий (без спецтехники) для того, чтобы приспособиться к климату. Как только территория становилась доступной для заселения, выбирались места под застройку с учетом господствующего направления ветра, грунтовых вод, суточного и сезонного солнечного освещения, ландшафта и растительности. Здания в холодном климате планировались компактными, с размещением жилых помещений вокруг печи, находящейся в центре; площадь стен, как правило, превышала площадь остекления. Здания для жаркого и влажного климата строились максимально открытыми, со сквозным проветриванием; часто сооружался купол, который выполнял функцию вытяжной шахты. Жалюзи и ставни обеспечивали затенение, не препятствуя при этом вентиляции. В пустынных засушливых районах дома строились с массивными стенами из глинобитного необожженного кирпича и c небольшими проемами, чтобы сохранять ночную прохладу в течение дня. Внутренние дворики обеспечивали тепловой комфорт в дневное время как во влажном, так и в засушливом климате. Выбор строительных материалов и конструкций производился в соответствии с местными условиями и, как правило, был обоснован с точки зрения здравого смысла. Эти здания удивительным образом сохраняют максимально возможную комфортность в течение всего года (см. рис. 1).

С наступлением промышленной революции ХIХ века архитектурные формы зданий изменились, появились механические системы, которые были способны управлять микроклиматом. Центральное отопление с применением паровых и водяных радиаторов, использование в качестве теплоносителя подогретого воздуха с выпуском через декоративные решетки в полу или иными способами воздухораспределения освободило строителей от необходимости размещения жилых помещений вокруг печи. Высокие купола и башни, крытые внутренние дворы и зенитные фонари позволили повысить комфортность помещений, особенно в жарком климате. Новые инженерные системы, включающие противопожарные мероприятия, сантехнику и вентиляцию, обеспечивали улучшение условий жизни, необходимую санитарию и другие важные для здоровья аспекты. Эти системы могут быть использованы и в настоящее время, как свидетельствует Центр Торо в Сан-Франциско.

Развитие технологии в двадцатом столетии способствовало отрыву архитектурных решений от природного окружения. Инженерные системы стали полностью интегрироваться с конструкцией здания и предназначаться для создания микроклимата. В 20-е годы в больших театральных залах и аудиториях впервые появились простейшие системы кондиционирования воздуха, а после Второй мировой войны здания стали оснащать системой воздуховодов для подачи как нагретого, так и охлажденного воздуха. Стало очевидно, что музеи нуждаются в защите хрупких объектов - тканей, мебели, картин - от воздействия окружающей среды. Преимущества использования увлажнения воздуха для сохранения коллекций способствовали формированию соответствующих требований к системам ОВК; таким образом вырабатывались нормативы для современных музейных зданий. По мере того как старинные здания превращались в музеи - в нашей стране это происходило на протяжении последних двухсот лет - системы централизованного увлажнения воздуха становились стандартом. Многие из этих систем работают до сих пор, хотя уже нуждаются в замене.

Рисунок 2. Система естественной вентиляции весьма эффективна в условиях мягкого климата. В Сан-Франциско в новом Центре Торо, размещенном в реконструированном деревянном здании военного госпиталя, использованы регулируемые окна для охлаждения и сквозного проветривания, слуховые окна и трубы для создания вертикальной циркуляции воздуха в здании, современные отопительные котлы для старинной системы радиаторного отопления. В конструкции и отделке почти везде использованы устойчивые материалы. Единственный кондиционер расположен в центральной зоне здания и обслуживает компьютерные системы.

В настоящее время инженерам необходимо находить приемлемые решения, учитывая требования охраны окружающей среды и энергосбережения, а также принимая во внимание агрессивно-разрушительное воздействие влаги на строительные конструкции здания. Специалисты стараются подобрать такие системы, которые обладали бы высокой надежностью, возможностью зонального регулирования, поэтапного отключения, при наличии системы предупреждающей аварийной сигнализации, а также возможностью утилизации остаточных энергоресурсов для других нужд потребителя. Система микроклимата должна быть скомпонована с конструкцией здания и должна соответствовать имеющимся у владельца ресурсам с точки зрения финансирования, обслуживания и ремонта. При этом требования к проекту не должны формально переноситься из техдокументации по оборудованию, иначе новая система может получиться похожей на что-то вроде портфеля с реактивным двигателем.

Критические моменты при выборе типа систем микроклимата

Установка систем микроклимата в исторических зданиях, как правило, сопряжена с большими затратами, поэтому выбору системы должно предшествовать решение следующих основополагающих вопросов:

1. Воздействие системы микроклимата на восприятие объекта посетителями.
2. Наличие разных требований к системе: с точки зрения музейных экспонатов и с точки зрения здания.
3. "Скрытая" установка оборудования без нарушения интерьера.

Владельцы здания и проектировщики несут ответственность за то, чтобы установка новой системы микроклимата не нанесла ущерба ни зданию, ни экспозиции музея.

Воздействие системы микроклимата на восприятие объекта

Владелец исторического здания на начальном этапе работы должен определить возможное воздействие системы микроклимата на посетителей с привлечением для этого сотрудников музея. Если, например, здание является частью экспозиции по истории строительства жилых домов, владельцы должны выяснить, допустимо ли наличие современной системы ОВК в данном случае. Если посетители входят в кондиционируемое помещение, а им при этом экскурсоводы рассказывают о тяжелых условиях жизни первых переселенцев, то тождественное восприятие объекта нарушается. В этой ситуации лучше обойтись пассивными теплозащитными средствами или естественной вентиляцией во имя соблюдения исторической достоверности. Хороший специалист может предложить соответствующие технические решения, базируясь на существующих элементах конструкции здания и используя современные разработки по системам естественной вентиляции. Примером может служить музей Shelburne в штате Вермонт, где используется ряд простых решений, обеспечивающих адекватное восприятие истории и одновременно позволяющих поддерживать сохранность коллекций (см. рис. 3).

Рисунок 3. Музей Shelburne - музей истории и искусства под открытым небом в штате Вермонт. Здесь скрыто установлены вентиляторы с пылевыми фильтрами. Вентиляторы, управляемые регуляторами влажности, используются для охлаждения и осушения воздуха в зданиях в теплый период года. В зимнее время, когда музей закрыт, температура снижается с соответствующим увеличением относительной влажности. Система обогрева, также управляемая регуляторами влажности, используется для снижения влажности в здании во время холодной сырой весны, при дождях и снегопадах.

Различие в требованиях к микроклимату с точки зрения здания музея и его экспозиции

Требования, предъявляемые к микроклимату для обеспечения сохранности как здания, так и коллекций, являются основным пунктом разногласий между работниками музея и реставраторами здания при выборе системы. Не существует таких значений температуры и относительной влажности, которые были бы идеально подходящими для любого старинного здания. Тот, кто уверенно рекомендует использовать в старинном доме-музее систему с поддержанием температуры на уровне 70°F (21°С) при относительной влажности 50% с допустимыми отклонениями соответственно 10°С и 2%, вряд ли анализирует, какие именно параметры микроклимата являются оптимальными для здания, а какие - для коллекции. Сложившийся стандарт, ранее считавшийся оптимальным, очень редко удается реализовать на практике. Поддержание такого режима связано с большими энергозатратами и, как показывает опыт, может вызвать конденсацию влаги и повреждение строительных конструкций. К сожалению, многие страховые компании до сих пор придерживаются этого стандарта при оформлении документов для передвижных выставок и для передачи экспонатов во временное пользование. Таким образом, эти жесткие требования увековечиваются для многих старинных зданий-музеев.

В настоящее время реставраторы и специалисты по охране памятников архитектуры готовы допустить более широкий диапазон значений температуры и относительной влажности воздуха. При этом главное - контроль относительной влажности и регулирование температуры по заданному графику в течение года. При комплексной оценке всех возможных ситуаций диапазон изменения температуры составляет от 45°F (7°C) зимой до 80°F (27°C) летом, относительной влажности - от 30% зимой до 75% летом. Сезонные колебания параметров микроклимата регулируются таким образом, чтобы не допускать резких перепадов (см. рис. 4).

Рисунок 4. На этой диаграмме показано расчетное изменение температуры и относительной влажности для музея "Дом и студия Фрэнка Ллойда Райта", Оук Парк, Иллинойс. В помещении студии температура плавно изменяется от 60°F (16°C) в январе до 74°F (23°C) в июле. Соответственное изменение относительной влажности - от 33% в январе до 50% в июле. Посетители музея зимой обычно остаются в пальто, а сотрудники музея приходят только для проведения экскурсий. Такой широкий диапазон изменения параметров микроклимата принимается многими музеями, когда необходимо одновременно обеспечивать сохранность здания музея и его экспозиции.

Многие музейные коллекции могут сохраняться при этих значениях параметров воздушной среды, либо они могут экспонироваться в закрытых витринах. Здания, как правило, хорошо сохраняются в этих условиях, но охлаждение ниже 50°F (10°C) может привести к избыточному накоплению влаги и повреждению некоторых строительных конструкций. Температурные деформации строительных материалов, особенно заметные в элементах, скомпонованных из разных материалов, наблюдаются при температуре свыше 80°F (27°C) или в случае промерзания зданий.

Картины, деревянные панели, инкрустированная мебель, изделия из слоновой кости и другие хрупкие предметы могут быть сильно повреждены в зимний период при наличии обогрева и низкой относительной влажности. Если же влажность чересчур высока, то на кожаной обивке, тканях, бумаге появляется плесень или грибок. Таким образом, во многих случаях необходима постоянная проверка параметров воздушной среды. При этом обязателен контроль температуры точки росы, так как этот показатель непосредственно связан с конденсацией влаги на поверхностях. Достаточным средством для предотвращения конденсации в зданиях при высокой температуре и высокой влажности внутреннего воздуха может служить простая система вентиляции с автоматическим поддержанием заданной влажности.

Скрытое размещение систем микроклимата

Для определения наилучшего способа размещения инженерных систем в историческом интерьере необходимо к работе архитекторов привлечь реставраторов. Не следует забывать, что основной задачей музея является сохранение старинных материалов и исторического облика здания. Качество проекта системы определяется тем, насколько будут затронуты имеющиеся материалы и конструкции, удастся ли вписаться в общую планировку здания и использовать уже существующие переделки. Выгораживание значительной части интерьера для того, чтобы спрятать приточные устройства и воздуховоды, наносит большой ущерб старинному зданию.

Таким образом, разработчик систем микроклимата совместно с дизайнерами и историками должен использовать для размещения систем всевозможные ниши, мезонины, лестничные клетки, дымоходы, кладовые и другие подсобные помещения, имеющиеся в здании. Старинные отдушины в полу или в потолке, изначально предназначенные для подачи нагретого воздуха, также используются в качестве приточных и вытяжных вентиляционных отверстий. Новые решетки могут устанавливаться у плинтусов или карнизов, при этом их внешний вид оформляется в соответствии со стилем всей обстановки помещения. Существующие чердачные окна могут использоваться для забора и удаления вентиляционного воздуха. В некоторых домах-музеях сохранились радиаторы, и это создает видимость старинной системы отопления, хотя в действительности ее заменяет современная система воздушного отопления.

Поиск способов размещения оборудования и экономии энергии на систему микроклимата должен начинаться с осмотра здания. Выясняется возможность доступа в нижнюю часть здания (цокольный этаж), обследуются существующие вентиляционные каналы на предмет их повторного использования. Кроме того, можно проверить все углубления, соединительные отверстия между комнатами, проемы для загрузки угля, дымовые трубы и другие полости, которые могут быть использованы в новой системе.

На верхних этажах здания также можно найти помещения для скрытой установки оборудования. В некоторых зданиях предыдущие переделки маскируют камины, вытяжку от плит, органные трубы, своды перекрытий. Часто для установки оборудования можно использовать большие встроенные шкафы, буфеты, чуланы или оконные ниши. Большое удобство представляют собой крытые галереи и балконы, которые затеняют помещение в летнее время, но зимой, при низком солнце, не препятствуют естественному солнечному прогреву. Открывание и закрывание ставен и жалюзи можно включить в повседневные обязанности персонала - это способ регулирования теплопоступлений и одновременно защита коллекций от повреждения ультрафиолетовым излучением.

Продвигаясь далее вверх по зданию, можно увидеть купола и башенки над лестничными клетками и внутренними двориками - это признак наличия естественной системы вентиляции. Чердаки и мансарды, имеющие оконные проемы, могут быть использованы для воздухозабора и размещения приточных камер. Совместная работа с архитекторами-историками поможет выявить все подсобные помещения, пригодные для размещения оборудования без нарушения общего вида здания.

Требование совместимости с историческим интерьером предъявляется также к различным датчикам, термостатам, пожарной и охранной сигнализации и т. п., так как они не должны отвлекать внимание от экспозиции. В зависимости от того, как помещение просматривается посетителями, размещать датчики рекомендуется непосредственно над экспонатами или позади них. Консультанты помогут в выборе надлежащего места для этих важных устройств. Также не должны бросаться в глаза воздухозаборные решетки, кожухи вентиляторов, приточные установки, градирни и остальное оборудование. В большинстве случаев для размещения всех компонентов систем ОВК как внутри, так и снаружи здания от группы разработчиков требуется адекватное восприятие всего исторического ансамбля. Вспомогательные здания и хозяйственные постройки, например, гаражи или конюшни, превращенные в помещения для экспозиции, допускают большую свободу для размещения систем ОВК. В этих случаях могут быть заметны воздуховоды или современные воздухораспределители.

При интеграции новых инженерных систем с историческим интерьером требуется творческий подход. В том случае, если это монументальное сооружение, наилучшим решением может быть использование вертикальных элементов - пилонов или колонн, как в "Union Station" в Вашингтоне, или расположение приточных устройств в стенах над деревянными резными панелями. При этом изящные старинные решетки вполне могут выполнять свои функции в новых системах (см. рис. 5).

Совместная разработка проекта группой инженеров, архитекторов и других специалистов позволит найти новые нетрадиционные решения, выгодно отличающиеся от обычных пристенных коробов, спускающихся с потолка софитов и квадратных вентиляционных решеток, так часто уродующих элегантные старинные интерьеры.

Эффективность систем

При разработке систем ОВК для исторических зданий важно ставить перед собой реально достижимые цели с точки зрения простоты, эффективности, удобства обслуживания и целесообразности применения на данном объекте. Комплексный подход, включающий оценку возможности адаптации здания без изменения его исторического облика и тщательное обследование, сводит к минимуму возможность каких-либо повреждений. Не следует упускать из вида возможность использования естественных способов регулирования микроклимата. Инженеры должны искать способы экономии энергии на нужды систем ОВК путем повышения эффективности систем, уменьшения теплопоступлений через наружные проемы, от освещения и оборудования, путем использования жалюзи, ставен, теплозащитных панелей, систем автоматического терморегулирования и других энергосберегающих средств. Соответствующее влияние на расходование энергии системами ОВК могут оказать решения администрации о разделении здания на зоны в соответствии с различными требованиями к микроклимату или в соответствии с различным влиянием сезонных изменений параметров наружного воздуха.

Выбор типа системы

Для исторических зданий могут быть использованы различные инженерные системы, однако каждый тип имеет свои недостатки. Выбор в каждом случае зависит от стоимости системы, "совместимости" со зданием, возможности регулирования, создаваемого комфорта. Многие современные системы ОВК заменяются после 25 лет эксплуатации, поэтому предлагаемая система, не наносящая ущерба историческому облику и допускающая возможность усовершенствования, должна также обладать свойством простоты демонтажа после износа. В настоящее время все чаще применяются системы подогрева с утилизацией выбросного тепла здания. Во всех системах для музейных зданий рекомендуется использовать различные устройства, регистрирующие параметры микроклимата (например, гигротермографы), позволяющие фиксировать температуру точки росы и выпадение конденсата, появление плесени и другие аналогичные явления, повреждающие экспозицию. Такие системы обычно управляются компьютерами и требуют соответствующей подготовки и более высокой квалификации персонала, а также предусматривают наличие договоров с поставщиками по обслуживанию систем управления. Некоторые владельцы зданий просят совмещать существующую систему горячего водоснабжения с вновь устанавливаемой системой кондиционирования. Системы воздушного отопления и охлаждения также весьма популярны, так как позволяют осуществлять регулирование в широком диапазоне параметров и, кроме того, легко компонуются с увлажнительными устройствами, однако прокладка длинных воздуховодов наносит физический ущерб зданию и портит интерьер. Наличие нескольких местных агрегатов вместо центральной системы является лучшим решением, так как позволяет осуществлять зонирование микроклимата и размещать оборудование в прилегающих подсобных помещениях (в чуланах, под лестницами и т. п.).

Рисунок 5. Часто имеется возможность использования существующих решеток для подачи и удаления воздуха. На рисунке показан снимок из музея Миллс в штате Нью-Йорк, где для современной системы микроклимата используются существующие каналы и старинные решетки.

Использование систем с водяным теплоносителем вполне допустимо в исторических зданиях, так как трубы занимают гораздо меньший объем, чем система громоздких воздуховодов. Обычно применяются вентиляторно-калориферные агрегаты или тепловые насосы. Вентиляторно-калориферные агрегаты шкафного типа обычно не имеют встроенных увлажнителей, поэтому они больше подходят для административных помещений или для таких климатических зон, где влиянием влажности воздуха можно пренебречь. Однако многие музеи оснащены вентиляторно-калориферными агрегатами, установленными в подсобных помещениях, с короткой системой воздуховодов и дополнительными воздухоувлажнителями. Такая система успешно используется в музее "Дом и студия Фрэнка Ллойда Райта" в Оук-Парк, штат Иллинойс; здесь интерьер не загроможден никакими современными механическими системами (см. рис. 6).

Однако водяные системы требуют ежедневного обслуживания по удалению конденсата и представляют опасность в случае протечки. Трубопроводы водяного теплоносителя для систем ОВК, так же как и другие сантехнические трубопроводы, не должны прокладываться непосредственно над выставочными залами и помещениями для хранения коллекций.

Вентиляторно-калориферные агрегаты могут быть подключены к центральному водоохладителю или могут представлять собой отдельные сплит-системы с соответствующим количеством наружных охладителей. Используются или уже существующие воздуховыпускные решетки, или изготовленные в старинном стиле. Оборудование обычно размещается на чердаке или в подвале; использование нескольких отдельных агрегатов позволяет уменьшить суммарную длину воздуховодов и количество необходимых отверстий в перекрытиях. Каминные трубы и вытяжные каналы из подсобных помещений могут использоваться в качестве вертикальных участков вентсистемы, как видно на примере старинных зданий в колониальном стиле, в которых имеются массивные печные трубы, расположенные в центре здания (см. рис. 7).

Наиболее широко используются подземные погреба, так как в них могут быть размещены большие приточные камеры и другое громоздкое оборудование, в том числе для обслуживания нескольких зданий. Американский фонд архитектуры (филиал Американского архитектурного института) недавно выполнил реставрацию здания ХVIII века "Octagon House" в Вашингтоне, при этом все громоздкое оборудование было убрано из цокольного этажа и с чердака и размещено в специально для этого сооруженном подвальном помещении. Цокольный этаж после этого был превращен в часть экспозиции - подсобное помещение исторического здания.

Рисунок 6. Показана система подачи воды к вентиляторным воздухоохладителям ("Дом и студия Фрэнка Ллойда Райта", Оук Парк). Установки размещены в цокольном этаже дома, снабжены увлажнителями. Подача воздуха в помещения первого этажа осуществляется короткими воздуховодами; выпуск воздуха - через стенные шкафы и другую встроенную мебель. Кроме того, воздух может подаваться через любые решетки, ответстия, пазы. На верхних этажах со сводчатыми потолками приточные решетки замаскированы полосами орнамента.

Эксплуатационные расходы оказывают влияние на выбор типа системы. Был проведен оценочный расчет для территории Средне-Атлантического региона. Удельные затраты на системы ОВК для зданий музеев составляют: $ 0,5/фут²/год ($ 5/м²/год) для обычного отопления и механической вентиляции, $ 1,0/фут² ($ 10/м²) для центрального отопления и охлаждения, $ 2/фут² ($ 20/м²) для системы ОВК с увлажнением, $ 4/фут² ($ 40/м²) для высокотехнологичной многозональной системы ОВК с автоматическим контролем и регулированием параметров воздушной среды. Владельцы зданий должны быть осведомлены как об эксплуатационных, так и о капитальных затратах на систему.

Системы с компьютерным управлением должны обслуживаться специально подготовленным персоналом, кроме того, необходимо иметь дорогостоящий ежегодно возобновляемый контракт для оказания сервисных услуг по компьютерам и программному обеспечению. Если установлено, что из-за сложных климатических условий для здания требуется система постоянного контроля и регулирования параметров воздуха, то целесообразно включить в контракт на поставку оборудования специальное обучение обслуживающего персонала.

Совместимость системы ОВК со зданием

Совместимость системы ОВК и здания важна с двух точек зрения. Первое - визуальное совмещение, о котором говорилось выше. Второе - соответствие заданных параметров микроклимата оптимальному тепловому режиму здания. Это означает, что система регулирования микроклимата должна обеспечивать параметры воздушной среды в соответствии с требованиями сохранности как коллекции музея, так и здания, в котором она размещена.

Конструктивные решения зданий

Изменения, вносимые в конструкции зданий - памятников архитектуры с целью улучшения их теплотехнических свойств, не должны приводить к повреждению или утрате старинных материалов. Это особенно важно в отношении наружных стен. Например, многие кирпичные здания, не представляющие исторической ценности, при реконструкции были покрыты теплоизоляцией и затем оштукатурены. Такая обработка непригодна для домов-музеев, так как сильно изменяет их внешний облик.

Также не следует удалять обои и внутреннюю отделку помещений или наружную деревянную обшивку для установки тепло- и пароизоляции. Энергосберегающие теплозащитные мероприятия должны быть ограничены утеплением чердачных помещений и проемов, установкой вторых оконных переплетов в соответствующем стилю здания исполнении и уплотнением швов каменной или кирпичной кладки наружных стен. Защита конструкций от переувлажнения из-за водостока с крыши или канализационной системы также весьма важна, так как влажность фундамента и стен оказывает влияние на режим работы систем ОВК.

Поскольку устойчивое поддержание заданных параметров в помещении в конечном счете зависит от ограждающих конструкций здания, проектная группа должна проанализировать влияние многих факторов. В их состав входят плотность наружных ограждений, тепло- и влагопроводность материалов здания и материалов экспозиции, ожидаемый режим эксплуатации здания и количество посетителей, климатические условия данного района, требования к параметрам микроклимата в помещении. Поскольку во многих музеях имеются собственные системы местного увлажнения, контроль за их работой должен входить как неотъемлемая часть в общий проект системы микроклимата. Наибольшую опасность при этом представляет переувлажнение. Обычно причиной сбоя является вентиль, регулирующий подачу воды. Кирпичная кладка обладает большей влагоустойчивостью по сравнению с деревянно-каркасными зданиями и позволяет обеспечивать защиту внутренних помещений при больших значениях перепадов влажности снаружи и внутри здания. Каркасные здания с изоляцией имеют, к сожалению, большое количество внутренних полостей, в которых может скапливаться конденсат, если влажность внутреннего воздуха высока, а пароизоляция недостаточно надежна.

Рисунок 7. Централизованная система воздушного отопления и охлаждения была использована в здании ХVIII века Ганстон Холл, Вирджиния. Как видно, помещение не загромождено ни коробами, ни решетками, ни осветительными софитами. Для подачи воздуха служит каминная труба. В этом доме-музее размещена коллекция старинной мебели, однако в системе ОВК не используются увлажнители. Зимой относительная влажность иногда опускается ниже 25%, однако обследование показывает, что повреждения экспонатов не происходит. Здание обогревается в зимнее время, потому что сотрудники музея находятся в нем целый день. Особо хрупкие экспонаты музея размещены в специальном помещении с регулированием микроклимата.

Одним из признаков, по которым можно судить о возможности конденсации влаги внутри ограждающих конструкций, является запотевание холодных поверхностей, например, оконных стекол. Другим признаком служит деформация обоев вокруг приточных решеток, что может свидетельствовать о конденсации влаги на металлических поверхностях воздуховодов. В зданиях, имеющих внутренний двор, при наличии градиента влажности по высоте конденсация может наблюдаться только на верхних этажах. Вообще конденсация обычно возникает одновременно в нескольких местах.

Особые способы влагозащиты следует применять для непрочных ограждающих конструкций. В деревянно-каркасных зданиях рекомендуется обеспечивать такой тепловлажностный режим помещения, чтобы во внутренней зоне, где размещена экспозиция, воздух был увлажнен, а вблизи наружных стен формировалась буферная зона с более низкой влажностью. Именно в этой зоне должны находиться посетители и обслуживающий персонал. В некоторых случаях, как, например, в Национальном музее Фредерика Лоу Олмстеда около Бостона, где хранится коллекция материалов первого американского ландшафтного архитектора, выделены две зоны с различными параметрами микроклимата. Архив записей и чертежей находится в подвальном помещении со специальной климатической установкой. Другие помещения музея оснащены системой радиаторного отопления для зимнего времени и системой механической вентиляции для лета, что соответствует рассматриваемому историческому периоду.

Другое направление в разработке микроклимата - использование закрытых витрин с поддержанием внутри заданных условий. Это целесообразно для тех случаев, когда увлажнение воздуха во всем объеме помещения затруднительно, а некоторые предметы экспозиции (книги, ткани) нуждаются в этом. Некоторые музейные комплексы в настоящее время имеют отдельную зону для посетителей и размещения экспозиций с полным кондиционированием воздуха, в то время как само историческое здание остается в первоначальном состоянии.

Выводы

Для разработки проекта системы ОВК в исторических зданиях специалисты по микроклимату и другие члены группы проектировщиков должны ясно представлять себе здание в историческом контексте и творчески подходить к решению своих задач. По требованию заказчика могут сооружаться системы обогрева, охлаждения, увлажнения, осушения, вентиляции с установкой различных типов оборудования без изменения исторического облика здания. В здании при этом бывают пассивные средства для создания микроклимата, такие как крытые галереи, навесы, слуховые окна, открытые лестничные клетки, которые могут быть задействованы новой системой. В проектируемой системе микроклимата рекомендуется использовать для воздухораспределения существующие внутристенные каналы, решетки, проемы. Если в историческом здании размещен музей, задача проектировщиков становится более сложной. Одной из основных проблем является регулирование влажности. Новая система микроклимата должна обеспечивать условия, необходимые для экспонатов, без нанесения ущерба конструкциям здания. Когда дело касается исторического здания, не следует спешить при выборе окончательного решения, пренебрегая предварительным исследованием. Нередко проектировщикам требуется проводить наблюдение за тепловым режимом здания в течение года, чтобы получить исходную информацию для разработки проекта систем ОВК. Поскольку система должна служить долгие годы, необходимо тщательно изучить все особенности данного здания, прежде чем выбрать тот или иной тип системы.

Ввиду того что проектные решения для исторических зданий, как правило, основаны на компромиссах, разработчики должны ставить перед собой реальные цели. Практика показывает, что многие здания были серьезно повреждены при создании систем микроклимата для сохранения экспонатов. Сейчас мы знаем, что многие музейные коллекции могут выдержать колебания температуры и влажности воздуха в значительно более широком диапазоне, чем предполагалось ранее. Это является основанием для выбора компромиссных решений, позволяющих сохранить одновременно и здание, и предметы экспозиции музея.

Хорошей базой для разработки проекта новой системы может служить изучение существующих условий микроклимата в здании и, по возможности, использование уже имеющихся элементов исторического интерьера. Для проектировщиков необходимо понимание того обстоятельства, что система предназначается для долголетней эксплуатации и проект нельзя считать удачным, если систему будет трудно обслуживать или если она окажется не по средствам владельцу здания. При комплексном подходе к своей задаче проектировщики приобретут познания в истории и одновременно смогут избежать многих ошибок недавнего прошлого.

Литература

1. Эрнест А. Конрад. Влияние изоляции на образование конденсата. -"Старинные здания", 1996, май/июнь.

2. Форум. -Журнал Национального фонда истории и реставрации. Вашингтон, 1998, 12(4). В это издание включен ряд статей по установке систем ОВК в исторических зданиях.

3. Ричард Л. Кершнер. Практический подход к выбору параметров микроклимата для музеев, размещенных в старинных зданиях. -Журнал Американского института Реставрации (JAIC), том 31, 1992.

4. Музеи в исторических зданиях (специальный выпуск). Бюллетень APT. -Журнал Ассоциации по технологии реставрации. Вильямсбург, 1996, т. 26, №3.

5. Контроль влажности в зданиях под ред. Хайнца Р. Трешела. Филадельфия: Американское общество испытания материалов (справочники ASTM: MNL18), 1993. (См. разделы, написанные Вильямом Роузом и Шерон Парк).

6. Шерон С. Парк. Обзор по проблемам реставрвции 24: Отопление, вентиляция и охлаждение в исторических зданиях: Проблемы и рекомендации. Вашингтон, Государственное издательство, 1991.

7. Шерон С. Парк. Обзор по проблемам реставрации 39: Продолжение темы: Контроль излишнего увлажнения в исторических зданиях. Вашингтон, Государственное издательство, 1996.

Благодарность

Автор выражает благодарность за помощь в подготовке данной публикации Эрнесту А. Конраду, P. E., (Landmark Facilities Group, Inc), Ричарду Кершнеру и Питеру Маршу (Музей Shelburn), архитектору Карен Суини (Музей "Дом и студия Фрэнка Ллойда Райта").

Перепечатано из журнала ASHRAE, апрель, 1999 г.

Перевод с английского О. П. Булычевой