ТЕМПЕРАТУРА И ВЛАЖНОСТЬ ВОЗДУХА
1. Вводная часть
Температура воздуха — величина, которая отражает степень нагрева воздуха.
Влажность — показатель содержания воды в физических телах или средах.
Влажность воздуха — это величина, характеризующая содержание водяных паров в атмосфере Земли. Одна из наиболее существенных характеристик погоды и климата.
Измерение влажности разделяется на абсолютную влажность и относительную влажность.
Абсолютная влажность (физическое тело) — количеством воды, отнесённое к единице массы сухой части материала.
Абсолютная влажность воздуха (f, среда) — это количество водяного пара, фактически содержащегося в 1 м3 воздуха. Определяется как отношение массы содержащегося в воздухе водяного пара к объёму влажного воздуха. Обычно используемая единица абсолютной влажности — грамм на метр кубический, [г/м3]
Относительная влажность (физическое тело) — содержание влаги по сравнению с максимальным количеством влаги, которое может содержаться в веществе в состоянии термодинамического равновесия или при возникновении равновесной влажности. Измеряется в процентах (%) от абсолютной влажности.
Относительная влажность воздуха (φ, среда) — это отношение его текущей абсолютной влажности к максимальной абсолютной влажности при данной температуре.
Таблица 1. Значение температуры и абсолютной влажности от −30°C до 60°C |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Температура t, °C |
−30 |
−20 |
−10 |
0 |
10 |
20 |
30 |
40 |
50 |
60 |
|||||||||||||||||||||||||||||
|
Максимальная абсолютная влажность fmax, (г/м3) |
0,29 |
0,81 |
2,1 |
4,8 |
9,4 |
17,3 |
30,4 |
51,1 |
83,0 |
130 |
|||||||||||||||||||||||||||||
|
Точка росы — температура газа, при которой газ насыщается водяным паром °C. Относительная влажность газа при этом составляет 100 %. С дальнейшим притоком водяного пара или при охлаждении воздуха (газа) появляется конденсат. Таким образом, хотя роса и не выпадает при температуре −10 или −50 °C, выпадает изморозь, иней, лёд или снег, точка росы в −10 или −50 °C существует и соответствует 2,361 и 0,063 г воды на 1м3 воздуха или другого газа под давлением одна атмосфера Конденса́т— продукт конденсации парообразного состояния жидкостей, то есть продукт перехода вещества при охлаждении из газообразной в жидкую форму. Другими словами, конденсат — это жидкость, образующаяся при конденсации пара или газа. Таблица 2. Значение температуры и абсолютной влажности от −45°C до 44°C Таблица абсолютной влажности воздуха Таким образом, относительная влажность — это процент от показателей абсолютной влажности при определенной температуре. Так как температура и влажность в атмосфере Земли — первичны, вся остальная температура и влажность предметов, зданий и помещений напрямую взаимодействует со влажностью атмосферы, так как воздух является средой, в которую помещено все на Земле. Поэтому когда мы говорим о температуре и влажности предметов, мы должны помнить, что если они регулируются специально человеком, то соответствуют природному климату. Мы может разделить влияние температурно-влажностного режима (ТВР) на 3 типа: 2. Влияние ТВР на внутренние конструкции зданий (климат внутри) 3. Влияние ТВР на предметы внутри зданий (микроклимат) К пункту 1 относятся места разрушений ограждающих конструкций: — окружающая территория. Отмостка
— кровля. Система отвода атмосферных осадков — чердак. Тонкие участки несущих конструкций- полы. Подпольное пространство — оконные проемы — дверные проемы, притворы и тамбуры К пункту 2 относятся типы помещений:
1. Неотапливаемые помещения — самый древний вид помещений (зданий), напрямую зависят от ТВР климата атмосферы.
2. Помещения с системой отопления — помещения, где можно управлять температурой воздуха засчет отопления. Отопление происходит в течении сезона осень-весна.
3. Помещения с системой кондиционирования — помещения, где можно управлять как влажностью воздуха. Встречается как в отапливаемых, так и не отапливаемых помещениях. Если помещение отапливаемое и с системой кондиционирования, оно может быть подготовлено под музейные требования — +18±1оС при относительной влажности 55-60%.
Также к пункту 2 относятся помещения:
1. Без хранительского контроля — отсутствие контроля за ТВР в помещении и сохранностью предметов.
2. С хранительским контролем — контроль за ТВР с помощью термометра и/или гигрометра и визуальный осмотр сохранности предметов.
К пункту 3 относятся:
1. Влияние ТВР на материалы. 2. Влияние ТВР на конструкции.
Конструкции у предметов делятся на два типа:
1. Односоставные — конструкция состоит из одного материала (например, мебель). Условия хранения являются регулятором скорости химических процессов старения, протекающих в воздухе: окисления, гидролиза, полимерилизации и т.д.
2. Многосоставные — конструкция состоит из разных материалов (многокомпонентны, например, икона: дерева, ткань, мел, пигменты, лак) и слоев (многослойные). Условия хранения становятся регулятором не только физико-химического, но и физико- механического старения.Поскольку влияние ТВР касается всех зданий и предметов в нем, общее исследование влияние ТВР учитывает огромное количество факторов. Например, если исследуется храм, то храмы бывают:
1. ТВР на улице (годовой круг ТВР)Годовой круг температурно-влажностного режима связан с временами года:
– осень,
– зима, – весна, – лето.Времена года связаны с календарным годом, а с температурно-влажностным. Это означает, что в разных местах Земли времена года будут начинаться в разное время. Однако, зная универсальные особенности времен года мы можем вычленить несколько параметров, позволяющих нам исследовать динамику ТВР при работе в конкретном месте. Для осени характерно — положительные температуры и высокая влажность. При этом в течении времени температура и влажность будут постепенно понижаться. В течении суток будут происходить резкие колебания между температурой — отличие могут достигать 10 и более градусов в сутки. Для северных регионов осенью характерны ночные заморозки и выпадение конденсата утром. Переход между осенью и зимой характеризируется не только снижением среднесуточной температуры, но и снижением среднесуточной влажности воздуха (в грамм на м3). Приход зимы характеризуется устойчивым сухим воздухом. Для зимы характерны положительные или отрицательные температуры со средней или низкой влажностью воздуха (как абсолютной, так и относительной). Если и происходят температурные колебания в течении суток, низкая влажность воздуха остается низкой, так как содержание влаги в воздухе все равно незначительно. Таким образом, зима всегда характеризуется сухим воздухом (с низким содержанием влаги) при самых нижних температурах, характерных для данного региона. Переход с зимы на весну характеризуется повышением и среднесуточной температуры воздуха и резким повышением влажности воздуха, что начинает вызывать ежедневно конденсат из-за резких колебаний температуры и влажности. Для весны характерно постепенное повышение температуры при резком повышении влажности воздуха. Особенно в самом начале весны. Поэтому весна характеризуется положительными температура с резкими скачками в течении суток и постоянно возрастающей влажностью воздуха. Относительная влажность повышается, приближаясь к абсолютной. Переход с весны на лето характеризуется стабильными показателями температуры в течении суток, средней или повышенной влажностью воздуха с небольшими колебаниями. Для лета характерны стабильные положительные температуры, стабильная относительная влажность в течении сезона. Переход с лета на осень характеризуется понижением температуры с повышением относительной влажности воздуха. 2. ТВР в помещении2.1. Неотапливаемые помещенияЗимаНесмотря на то, что температура в неотапливаемом здании следует за температурой на улице, существует ряд особенностей. Во-первых, температура внутри неотапливаемого помещения всегда отличается от уличной температуры на несколько градусов из-за ограждающих конструкций (стены, потолок, пол и так далее). Во вторых, максимальный пик температуры в неотапливаемом здании достигает минус 6-8°С. При этом скорость остывания помещений храма — 0,5-1°С за сутки1. В-третьих, температура стен в помещении на 2-3°С ниже температуры воздуха. В северных широтах России время отрицательных температур воздуха в здании может достигать 40-50% от времени года, то есть около 5-6 месяцев. Для иконы это означает, что большую часть времени она находится в сухом воздухе. ВеснаПоскольку за зиму стены помещений накапливают холод, то процесс их остывания длится дольше, чем воздуха в здании. В северных широтах отдача холода от стен церкви может продолжаться даже до середины лета. Относительно сохранности произведений такое положение дел означает, что микроклимат, находящихся у стен будет иной, чем в центре помещения. Прогрев внутреннего воздуха помещений отличается от уличной температуры на 3-4°С. В весенний период особенно важно, что разница между уличной температурой здания, стен и воздуха внутри вызывает конденсат, который напитывает влагой стены, пол, потолок и предметы, а затем высыхает. Именно выпадение конденсата считается мерой, приводящей к разрушению предметов. ЛетоВесной и летом (зависит от полосы России) температура внутри здания начинает превышать наружную после того, как прогрелись ограждающие конструкции. Это означает, что влажность внутри здания превышает влажность на улице. И для снижения влажности и температуры в помещении используют проветривание. Влажность воздуха в этот период — 60-68%, что благоприятно для сохранности предметов, хотя и приближается к значению, при котором развиваются плесень и насекомые-вредители. ОсеньОсенью происходит постепенный процесс остывания температуры на улице и в здании. Остывание происходит почти одинаково, но достижение 0°С в воздухе помещения происходит на 15-26 дней позже из-за остывания стен. Именно осенью необходимы меры по как можно длительному удержанию тепла в помещении. Одна из мер — законопачивают окна, сразу закрывают двери при входе в помещение. В этом же время подготавливают и здание на консервацию. Осенне-весенний периодТемпературы Если с осени по весну здание в основном стоит закрытое и его не протапливают, то температурно-влажностный режим в помещении почти не изменяется — суточные колебания не более 0-0,5°С . Что положительно сказывается на сохранности предметов в помещениях, достигающих с воздухом состояния равновесной влажности. Даже резкие перепады климата на улице в 10-15°С приводит к изменению температуры в помещениях через сутки только на 0,5-1°С. Если колебания уличной температуры воздуха в течении суток не более 5-8°С, то изменений в климате помещений нет. Если изменения уличной температуры затяжные — похолодание или потепление в 5-10 суток, то изменения воздуха внутри помещения происходит на 2-4°С со вторых суток. Если помещения посещаются или проветриваются, то в течении суток температура воздуха в помещении меняется на 1,5-2°С4. Если же помещение протапливается, то происходит короткий подъем температуры (до суток) до +18-25°С, вызывающий сначала повышение влажности воздуха в помещении и конденсат на предметах, потом увлажнение предметов, набухание материала (если он состоит из волокон), после чего следует остывание воздуха в помещении, испарение влаги из предметов, вызывающее их усыхание. Такие скачки температуры и влажности негативно сказываются на сохранности предметов в помещении. Влажность В осенне-весенний период относительная влажность в неотапливаемом помещении меняется в широком диапазоне: в морозную погоду она снижается до 60-75%, в период коротких потеплений — повышается до 98-100%. Такие скачки в помещении приводят к выпадению конденсата и образованию инея на стенах и предметах. В сочетании с промерзанием стен, висящие на них предметы еще больше подвергаются короблению (если материал подвержен набуханию и усушке). Самый резкий скачок относительной влажности в воздухе здания происходит весной, когда средний показатель становится 85-95%. Это происходит потому что в помещение через щели окон и дверей попадает снаружи попадет теплый и влажный воздух. Начинается весеннее выпадение конденсата, который впитывается материалами помещения и предметов. Если в этот период повышенной влажности начинается неконтролируемое проветривание, то относительная влажность в помещении достигает до 95-100% и конденсат выпадает уже по всем стенам помещения. Таким образом, даже если здание находится на консервации, предметы и материалы в помещении будут испытывать различные коробления из-за периодического выпадения конденсата. Кратковременное протапливание помещений увеличивает количество случаев выпадение конденсата, а в зимний период приводит к образованию инея на стенах и предметах. Снижение скачков ТВР внутри помещений возможно с введением должности хранителя, который будет заниматься своевременным проветриванием помещений или постепенным нагревом и остыванием воздуха. 2.2. Влияние кратковременного протапливания помещений на ТВР неотапливаемого здания / помещенийПоследствия кратковременного прогрева воздуха в помещении вызывают классические виды разрушений: 1) Отставание, расслоение и утраты красочного слоя и грунта. Особенно такие разрушения появляются после кратковременного (2-3 часа) локального подогрева помещения (богослужения в храме, бытовое использование). Такие места в помещении — рядом в печью и в местах, у которого ставят обогревательный прибор. В результате короткого прогрева помещения тепло поглощается ограждающими конструкциями и через 0,5-1,5 часа температура снижается до значения исходной. Однако, влажность воздуха возрастает, и в увлажненных предметах начинается быстрые процессы усыхания. Повторение таких циклов с осени по весну ухудшает сохранность предметов. Второй период, когда требуется контроль при прогреве воздуха помещения и проветривании — с начала по конец весны. В это время внутри помещений влажность воздуха высокая и приближается к 100%, а температура стен и предметов ниже на 2-3°С, что вызывает выпадение конденсата. Подогрев воздуха и временный обогрев помещений в этот период еще больше повышают количество влаги в помещении, но почти не изменяют температуру ограждающих конструкций и предметов. В результате чего выпадение конденсата еще более увеличивается, вплоть до того, что по стенам начинает течь вода. Обильное увлажнение и долгое высыхание дерева приводит к росту микроорганизмов в течение всей весны и лета. Поэтому при наличии хранительского контроля важно следить за постепенным снижением температуры внутри помещения, что возможно при монтаже в храме регулируемой системы отопления. 3. ТВР в конкретном месте (микроклимат) и его влияние на предметы. Влияние ТВР на многокомпонентные конструкцииОгромное значения для всех многокомпонентных систем, особенно на стыке материалов (нередко более существенное, чем результаты физико-химического старения), может приобретать изменение механических свойств. Изменение температуры приводит к линейным и объемным деформациям предметов, характер которых зависит от природы материалов. Серьезные повреждения и разрушение материалов могут вызваны понижением температуры ниже 0°С, особенно во влажной атмосфере. Все это отрицательно сказывается на прочности живописного слоя и состоянии кладки стен. С тепло-влажностным состоянием воздуха и ограждающих конструкций связаны также причины и последствия биологического разрушения материалов. Повышение температуры приводит к ускорению химических и многих биохимических процессов, увеличивает скорость диффузионных процессов газо- и влагообмена, влияет на влагоемкость материалов. Низкая влажность вызывает усушку всех материалов живописного слоя и штукатурки, их деформацию, растрескивание. Они становятся ломкими. Повышенная влажность, как правило, ускоряет химические процессы гидролиза, деструкции материалов, выцветания красителей, обусловливает газо- и паропроницаемость гидрофильных объектов и, как следствие, оказывает косвенное влияние на скорость химических реакций. Этим определяются также границы и интенсивность биопоражения материалов. Относительная влажность, превышающая 70%, — основная причина биологических повреждений. Физические процессы, происходящие в материале и обусловленные изменением содержания воды, ведут к изменению объема материала — его набуханию или сжатию. Скорость объемных изменений зависит от процесса движения воды в капиллярной структуре материала. Изменение влажностного состава воздуха сразу не сказывается на влагосодержании всего объекта. Это может привести к неравномерности влагосодержания в пограничных участках разных по гигроскопичности материалов, соединенных в одном объекте, и, как следствие, — к неравномерному набуханию и сжатию материалов. Такие напряжения часто приводят к наружным деформациям и оставляют следы в виде трещин, что особенно опасно для неэластичного материала. Когда разные по гигроскопичности материалы соединяются в одном и том же объекте (например, пигментный слой и штукатурка, красочны слой, левкас и доска;, сжатие одного из них вызывает деформацию другого. Изменения относительной влажности ведут к разным объемным изменениям связанных между собой материалов создавая недопустимые силы сжатия и растяжения. Равновесная влажность устанавливается в результате влагообмена между ним и воздухом, при этом количество влаги, выделяемое в единицу времени, будет равно количеству влаги, поглощенному из воздуха, то есть влажность предметов при данным атмосферных условиях практически не изменится. Степень поглащения влаги из воздуха (сорбция) и отдача ее обратно (десорбция) определяются температурой и относительной влажностью воздуха. Следовательно, основное правило, котоое должно соблюдаться, — сведение до минимума поглощения и выделения влаги, то есть достижение термо- и влагодинамического равновесия в материалах.
Список источниковИздания сотрудников ГосНИИР1. Алешо Н.А., Буракова О.В., Лютикова Л.И., Проворова И.Н. Насекомые — вредители продовольствия, кормов и материалов. — Москва: Маска, 2021. — 184 с. 2. Насекомые в музеях. (Биология. Профилактические заражения. Меры борьбы). — Москва: Товарищество научных изданий КМК, 2007. — 220 с., 16 л. ил. 3. Микроклимат церковных зданий (основы нормализации температурно-влажностного режима памятников культовой архитектуры) / Р.А. Девина, И.В. Илларионова, НЛ. Ребрикова, В.А. Бойко, Я.Г. Кронфельд, В.Б. Дорохов, Т.В. Логачева. — Москва: ГосНИИР, 2000. — 120 с. 4. Ребрикова Н.Л. Биология в реставрации. — Москва: ГосНИИР, 1999. — 184 с. 5. Федосеева Т.С., Белявская О.Н., Гордюшина В.И., Малачевская Е.Л., Писарева С.А. Реставрационные материалы. Курс лекций. — Москва: Индрик, 2016. — 232 с. 6. Шемаханская М.С. Хранение в музеях экспонатов из металла. — Ижевск: ГосНИИР, 2017. 53 с. Остальные издания7. Единые правила организации комплектования, учета, хранения и использования музейных предметов и музейных коллекций // Приказ Министерства культуры Российской Федерации от 23 июля 2020 года No827. Электронный доступ: https://docs.cntd.ru/document/542672925 (дата обращения: 06.10.2022 года) 8. Монтаж и сохранность музейных предметов в экспозиции. Материалы семинара «Принципы монтажа и обеспечения сохранности музейных предметов в постоянной экспозиции: Методическое пособие. — Москва: ГИМ, 2007. — 136 с.: ил. 9. Томсон Г. Музейный климат. — Санкт-Петербург: Скифия, 2005. — 288 с. |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
