ОСОБЛИВОСТІ збереження і регенерації історико-архітектурного СЕРЕДОВИЩА в умовах надмірної вологості та радонових забруднень

Краткое содержание

Розділ 1. “Огляд і аналіз стану досліджень щодо збереження і регенерації історико-архітектурного середовища в умовах дії надмірної вологості і радону”. У розділі узагальнені досягнення попередників у дослідженні впливу вологості і радону на архітектурне середовище будівель, їх конструктивні частини і архітектурні деталі та забезпечення їх захисту. Класифікації води, яка впливає на архітектурне середовище та споруди, силам які спричиняють рух води, транспортуванню вогкості в капілярному середовищі, електрохімічним впливам присвячені праці Beisetzer L., Bielek M., Chrobak, Koš з Словаччини, Dаvydov S., Kutnar Z. з Чехії, Grunau E.B., Massari G. з Франції. Місцями проникання води в конструкції будинків та споруд на мінусових відмітках займалися Kos J. – Šereda M., Moritz K. з Чехії, а дослідженнями радону – Tomas I., Burian I. з Чехії та спеціалісти з ООН. Питаннями впливу радону на умови проживання та характером його джерел займався Tomas I., питаннями загрози знищення архітектурного середовища через погіршання екологічних умов займався Janusz Lehmann з Польщі.

Аналіз наукових статей та дослідницьких робіт з впливу дії вологості і радону та захисту від них будівель, споруд, історично сформованого середовища міст дає можливість встановити класифікацію вод, виконати теоретичний аналіз сил, які зумовлюють рух води в зовнішніх архітектурних конструкціях, виявити причини наявності радону в просторі приміщень, а також зрозуміти передумови і принципи захисту від нього. Узагальнення та систематизація цих джерел дозволили ввести в науково-дослідницький обіг все, що вже висвітлене у попередніх дослідницьких працях в комплексному вигляді. Слід зауважити, що архітектурно-планувальні засоби захисту внутрішнього матеріального середовища, особливо від радону, висвітлені та розкриті в цих працях недостатньо. Встановлено, що аналогічних досліджень ні в Україні, ні в Словаччині в комплексному вигляді не проводилося, хоча були написані і захищені дисертації, присвячені архітектурно-містобудівельному аспекту впливу води (Крижанівський О.А. – “Розміщення житлової забудови на наливних територіях відносно динаміки підземних вод”) та робота Вадимова В.М. “Методологічні основи еколого-містобудівельного освоєння прирічкових урбанізованих територій (в умовах України) ”, в яких були висвітлені динаміка підземних вод, екологічні обмеження для покращання стану середовища урбанізованих територій, зон, житлових районів і окремих груп. В минулому питаннями проблем історичного середовища займалися в СРСР – ЦНДІП Містобудування, Київ НДПІ Містобудування, ЦНАІЕПІМ Б.С.Мезенцева та інші інсититути. В сучасній Україні такими питаннями займаються КиївНДПІ Містобудування, КиївЗНДІЕП, ДНДІ теорії та історії архітектури і містобудування. Стратегічним напрямкам розв’язання існуючих протиріч у архітектурному середовищі міст присвячені роботи В.А.Абизова, Н.М.Дьоміна, В.І.Єжова, Н.П.Красильнікова, Г.І.Лаврика, І.М.Смоляра, В.П.Мироненко, А.М.Рудницького, В.О.Тимохіна, О.І.Фоміна; спеціальним аспектам архітектурного житлового середовища роботи – В.Ю.Дурманова, І.П. Гнеся. Відомі роботи присвячені спеціальним питанням раціонального природокористування прирічкових територій (А.Лавакяна, В.Максимчука, В.Плотникова і ін.), роботи присвячені устрою прирічкових територій (В.Воробйова, Л.Рубан, Н.Титамірова, Т.Устенко і ін.); роботи присвячені питанням збереження і спадкоємного розвитку архітектурної спадщини – Бевза М.В., Рибчинського О., Казанцевої Т. та ін. (в Україні), Tajovsky V. (Словаччина), J. Nowicki, A. Bohm, H. Buszko (Польща). Проте у всіх наведених роботах відсутні аспекти захисту середовища і будівель від сумісної дії радону та води.

Аналіз результатів дослідження радону в окремих країнах доводить, що існують країни з підвищеною концентрацією радону в архітектурному середовищі, будинках і спорудах, це перед усім Бельгія, Чехія, Данія, Фінляндія, Франція, Угорщина, Словенія, Іспанія, Польща та ін. Також є країни, які мають низьку концентрацію радону – Австралія, Єгипет, Кувейт, Нова Зеландія. До країн з підвищеною концентрацією радону можна віднести Україну та Словаччину де переважають міста історико-культурної спадщини, в яких для захисту архітектурного середовища і споруд зовсім недостатньо виключно інженерних заходів санації з метою усунення вологості. Проте дотепер пошукові дослідження захисту будівель і середовища міст від спільної дії вологості і радону не проводилися ведучими НДІ України і Словаччини. Отже, існує необхідність досліджен­ня цієї проблематики з точки зору впровадження архітектурно-конструктивних засад захисту від дії вологи і радону в об'єктах історико-культурної спадщини.

Розділ 2. Теоретичні основи проведення досліджень впливу дії вологості і радону в архітектурно-історичному середовищі. У роботі використо­вувалися як загальнонаукові методи дослідження – емпіричні (спостереження, обстеження, опис), теоретичні (аналіз, синтез, абстрагування, узагальнення та ряд інших), так і спеціальні професійні архітектурні методи, серед яких – прикладні експерименти в натурі. Вибір методів дослідження ґрунтувався на попередньому аналізі методик, що застосовуються у дослідженнях архітектурних об'єктів, забудови сформованих частин міст, а також в оцінці експлуатаційної якості архітектурного середовища та будівель житлового призначення.

Для виконання поставлених завдань у дисертації був визначений перелік загальнонаукових методів дослідження та послідовність їх застосування:

·        аналіз та систематизація наукової літератури, що торкається, зокрема, поширення вологи і радону в будинках і спорудах історично-культурної цінності;

·        метод структурного і порівняльного аналізу, в якому розглянуто понад 580 об'єктів архітектурної спадщини в Центральній Європі, переважно Словаччини, що спрямований на вивчення джерел вологи і радону, як домінуючих компонентів шкідливого впливу на архітектурне середовище.

Для вимірювання вологості використовувались методи: ваговий, карбіду кальцію, гіпсового блоку, нейтронний метод. Визначення середнього рівня об’ємної активності радону (OAR) або еквівалентної об’ємної активності радону (EOAR) в житлових приміщеннях здійснювалось довгостроковим (від 3 до 12 місяців) інтегральним методом детекції слідів у твердій фазі (DSPF) з використанням дифузійних камер. В процесі діагностики (комплексу вимірювань) радону в житлових приміщеннях, в ґрунтовому повітрі довкола споруди, будівельних матеріалах, у воді використовувались сцинтиляційні камери, електрети, а також двофільтровий метод і метод поглинання радону активованим вугіллям.

До спеціальних, архітектурно-професійних методів, належить запропонований автором метод математичної моделі дифузійних експериментів по визначенню характеристик матеріалів, які використовують в якості протирадонових дифузійних бар'єрів у відповідності до конкретних умов досліджуваного об'єкту. З поміж 580 архітектурних об'єктів житлової забудови історично сформованого середовища міст різного часового, стилістичного, архітектурно-просторового та конструктивно-будівельного походження для ілюстрації досліджень автором були відібрані 187 об’єктів пам’яток архітектури у чотирьох історичних містах Словаччини. Було встановлено зонування (місто, історична частина, центр) та структурні рівні досліджуваних об’єктів (центр, зона центру, вузол, будівля, двір).

Розділ 3. Засоби захисту архітектурного середовища від сумісної дії вологості і радону. В першій частині розділу представлений аналіз класичних конструктивних методів захисту і усунення вологості: додаткове горизонтальне ізолювання в поступово пробиваній стіні; прорізання кладки і додаткове горизонтальне ізолювання шляхом втискання в утворену шпарину покрівельного пергаменту, товстої плівки, скла або рифленої жерсті із нержавіючої сталі; влаштування вертикальних повітряних прошарків шляхом зведення передстінка з магнезитової цегли по зовнішньому периметру підвальної стіни.

Перевіреними конструктивними засобами осушування стін над рівнем рельєфу є, зокрема: прорубування або просвердлення до 2/3 товщини стіни скісних каналиків у формі V; влаштування каналиків Кнаппена з розміщенням в стіні брусків з поруватого керамічного матеріалу з кроком 50...100 см; використання каналиків Тайовського з двома-трьома рядами горизонтальних отворів з кроком 60…100 см, оснащених дренажними трубками діаметром 5...6,5 мм; використання каналиків К.Моріца із заповненням отворів в стіні металевими або пластмасовими перфорованими трубками; розміщення в каналиках електропровідників. Вибір кожного рішення був обґрунтований попереднім детальним обстеженням об’єктів. Ефективність застосування класичних методів додаткового усунення вологи із стін всупереч складності та великим витратам виправдані і сьогодні, оскільки сучасні методи просушування стін також трудомісткі й ще більш дорогі.

Методика осушування конструкцій мурованих стін будівель і споруд шляхом утворення хімічних гідроізоляційних бар’єрів основана на використанні трьох основних видів інфузійних речовин: таких, що мають ущільнюючий характер (калієве чи натрієве скло), гідрофобізуючий (розчин органіко-кремнистих сполук в органічних розчинниках – словацький “Сілгел”, угорський SILICOPHOB–ANHYDRO, англійський P.COX і німецький AIDA) та просочувальний характер (при методах “Тізол” і “ГЕРМЕТИК” водні розчини рідкого скла – натрієвого для звичайних будівель і калієвого – для пам’яток архітектури – з домішками силіконових або силанолатових гідрофобізаторів). Ізоляційні хімічні бар’єри відокремлюють стіну від джерела вологості шляхом насичення її прошарків ущільнювачем, який подається через спеціально просвердлені отвори.

До сучасних, порівняно дорогих інфузійних речовин належать “XYPEX” i “FREEZTEQ” (Канада), які утворюють ефективні кристалізаційні газо– і вологонепроникні бар’єри в конструкціях стін і фундаментів. В наших експериментах використання системи “XYPEX” обмежувалось санацією зволожених стін архітектурних пам’яток, поверхні яких в процесі попередніх реконструкцій були вкриті шаром бетону, а система “FREEZTEQ” – для об’єктів історико-архітектурного середовища з цегляними стінами, в яких просвердлювались отвори і вкладались таблетки замороженого водного розчину силікатів. В процесі розморожування активно діюча речовина утворює водонепроникний бар’єр, який унеможливлює подальше проникнення вологи до стін і забезпечує поступове їх висушування. Доведена висока ефективність цих двох методів для санації і захисту об’єктів архітектурного середовища від сумісної дії вологості і радону, але висока ціна обмежує їх широке застосування.

В другій частині розділу розглянуто програму експериментальних досліджень визначення методів захисту від спільної дії вологості і радону на 580 об’єктах історичної забудови міст Бардейова, Прешова, Михаловце і Поздішовце. Вибору методів передувало детальне обстеження об’єктів з метою встановлення причин зволоження, наявності радону, виду матеріалу стін і фундаментів, архітектурно-планувальних і конструктивних рішень, а також їх технічного стану. В результаті одержаних даних було сформовано 5 груп об’єктів для перевірки і опрацювання найбільш доцільних методів захисту або санації конструкцій і внутрішнього матеріального середовища будівель від дії вологості (групи 1 – 4) і радону (група 5 на об’єктах 1-ої і 2-ої груп):

1-ша група складалась з 3-х об’єктів з влаштуванням додаткової горизонтальної гідроізоляції шляхом прорізання кладки і вкладання скла або рифленої жерсті з нержавіючої сталі, охоронної примурівки і повітряних вентиляційних прошарків; 2-га група – з 3-х об’єктів з просушуванням стін каналиками Кнаппена, Тайовського, К.Моріца; 3-я – з 2-х об’єктів з використанням інфузійних методів – “Тізол”, “ГЕРМЕТИК”, “DPC” і “Ін’єктолу Е”; 4-а – з 2-х об’єктів, у яких для просушування цегляної кладки стін застосували інфузійний метод “FREEZTEQ”. На об’єктах цих же груп перевірено ефективність протирадонових бар’єрів з різних матеріалів. Вимірювання вологості здійснювалось ваговим методом, а об’ємної активності радону (OAR) – методом детекції слідів у твердій фазі (DSPF).

Розглянуто спеціальні методи визначення характеристик матеріалів для протирадонових бар’єрів в залежності від їх дифузійних властивостей, OAR і градієнта тиску повітря в довкіллі, а також представлено математичну модель опису дифузійних експериментів. В результаті вимірювань встановлено коефіцієнт дифузії D, дифузійну довжину R і товщину h для бар’єрів з 12-ти різних матеріалів: паперового фільтру, гуми, поліетилену, скловолокна, поліпропілену, ПВХ, алюмінієвої фольги, модифікованого асфальту з алюмінієм.

За детальною програмою досліджень спеціальних засобів захисту архітектурного середовища було виконано великий обсяг пошукових обстежень об’єктів житлового комплексу Східної Словаччини по вивченню радонових забруднень з врахуванням впливу конкретних факторів оточуючого середовища, об’ємно-планувальних і конструктивних рішень будівель та впровадженню протирадонових бар’єрів. З дослідженої кількості 3 657 житлових будинків 409 перевищували показник еквівалентної об’ємної активності радону (EOAR) 200 Bq · m^–3, тобто припустиму норму, встановлену Розпорядженням МОЗ СР. Максимальний зареєстрований рівень EOAR був 1 500 Bq · m^–3.

Результати вимірювань свідчать, що житлові приміщення з перевищенням припустимої норми знаходяться переважно в приватних однородинних будинках, і лише два – в багатоквартирних будинках.

Серед приміщень, в яких перевищено припустиму норму, переважають старі будинки, оскільки ймовірність пошкодження їхнього ізолювання від основи є більшою. Приватні однородинні будинки з підвалами, або частковими підвалами, мають нижчі показники EOAR, ніж приватні будинки без підвалів.

Приміщення на першому поверсі однородинних приватних будинків, які розташовані над підвалом, мають вдвічі нижчі показники EOAR, ніж приміщення, що лежать безпосередньо над основою. Розподіл EOAR в приміщеннях приватних будинків згідно з поверхами доводить, що вищі показники EOAR в приватних будинках зареєстровано в підвальних приміщеннях і розташованих на першому поверсі, ніж на вищих поверхах. Найбільшого негативного впливу радону та його похідних зазнають території Східної Словаччини. Найвищі показники EOAR були зареєстровані в старих приватних будинках, які не мали підвалів, переважно на нижньому поверсі. На підставі одержаних результатів можна висловити припущення, що головним джерелом радону в житловому фонді СР є радон, який знаходиться в ґрунтовому повітрі і який пов’язаний з кількістю урану в основі та геологічною структурою території.

В зв’язку з цим нами виконано додаткові пошукові обстеження об’єктів в м. Бардейов та в регіонах Східної Словаччини – в Прешовському і Михаловецькому округах – з метою вибору захисних бар’єрів в залежності від допустимої норми радонових забруднень. Співставлення зареєстрованих величин в приміщеннях однородинних і багатоквартирних будинків показує, що в однородинних будинках рівень EOAR вищий ніж в багатоквартирних; однак приміщення з підвищеним рівнем EOAR реєстрували також в однородинних будинках. Розподіл приміщень у відповідності до їхнього розташування в однородинних будинках свідчить, що перевищення припустимого рівня EOAR мають приміщення першого поверху. Приміщення першого поверху, які знаходяться безпосередньо над фундаментом, мають вищій середній показник EOAR, ніж ті, що розташовані над підвалами. Порівняння наведених даних підтверджує той факт, що головним джерелом радону в досліджуваних округах є ґрунт. Тому підвищену увагу треба приділити як обстеженню ґрунту перед початком будівельних робіт, так і застосуванню протирадонових бар’єрів, які перешкоджають проникненню радону в приміщеня.

В залежності від об’ємно-планувальних рішень, потужності джерела радону і матеріалів стін та фундаментів було обрано 9 об’єктів для дослідження ефективності бар’єрів подвійної ізолюючої властивості: від шкідливої сумісної дії вологості і радону. Бар’єри були виготовлені з гуми; поліетилену 1; поліетилену 2; поліпропілену; ПВХ 1; ПВХ 3; ПВХ Р; алюмінієвої фольги; модифікованого асфальту з метою виявити найбільш сприятливі умови їх впровадження в залежності від потужності джерела і характеру проникнення радону в приміщення.

Враховуючи подібність гідрогеологічних умов Східної Словаччини та західних регіонів України і беручи до уваги результати наукових досліджень, отриманих у роботі автора, слід рекомендувати внести в Державні Норми і Правила України по проектуванню житлових і громадських будинків категорії ризику радонових забруднень.

Розділ 4. Рекомендації щодо захисту архітектурного середовища та пам’яток архітектури від вологи, радону та їх сумісної дії. Дослідження по впливу вологості та радону і захисту від них архітектурного середовища історичної забудови міст є невід’ємною складовою усіх інших архітектурних заходів. Загальна методика захисту історичного середовища міст, будівель, споруд від дії вологості, радону та їх сумісної дії враховує головні архітектурні методи захисту, що їх слід проводити паралельно з іншими: містобудівні, архітектурно-конструктивні і конструктивні.

Містобудівні методи і засоби захисту середовища від сумісної дії вологості і радону відносяться до спеціальних, серед яких важливе місце займає захист містобудівних територій і об’єктів від надмірного зволоження їх при високому рівні ґрунтових вод, спричиненого будівництвом нових споруд, неправильною їх експлуатацією, а також зміною планувальної структури міст (засипка оборонних ровів, каналів). Більшість захисних заходів – суто інженерні: підвищення планувальних позначок територій, влаштування горизонтальних, вертикальних, комбінованих мереж дренажів. До них слід віднести і архітектурно-інженерні – підняття рівня підлоги і гідроізоляція підземних споруд, організація поверхневого стоку. Єдиним заходом захисту від затоплення містобудівних територій, що історично постали, розвивались або опинились на прибережних територіях, на заплавинах рік, морів, водоймищ – це відведення їх під рекреаційні зони, зони відпочинку, паркові зони, а також заборона проектування і будівництва на цих територіях.

Для захисту середовища малопровітрюваних дворів будинків і кварталів в історичних містах слід передбачати включення в конструкції покрить доріг, тротуарів, паркових алей ізоляційних матеріалів (поліетилену, поліпропілену, алюмінієвої фольги, модифікованого асфальту). Всі заходи по водовідводу слід проектувати на проїжджу частину і потім у закриті водовідводи, а водоприймання з дахів – у вертикальні закриті системи з подальшим направленням у закриті горизонтальні мережі.

До загальних заходів захисту ландшафту і мереж слід віднести вибір типів зелених насаджень, які сприяють захисту від газів і пилу. Перевагу слід віддавати зеленим насадженням, які частково висаджені в ґрунт, або ізольовані від нього, за рахунок розміщення на конструкціях та в спеціальних пристроях – кашпо, що роблять озеленення не тільки ізольованим, але і мобільним в середовищі міста, кварталу, подвір’я.

Архітектурно-планувальні прийоми формування будівель і споруд із врахуванням захисту від сумісної дії вологості і радону, в тому числі перебудови, перепланування поверхів, вставки, пасажі – застосовуються з врахуванням збереження і спадкоємного розвитку пам’яткової забудови. Прийоми захисту базуються на композиційній єдності старого і нового, на використанні вихідних елементів для нового середовища в тотожному вигляді стосовно кожного конкретного архітектурного елементу в кожному конкретному випадку (при використанні старих фасадів будівель, або конструктивних схем будівель без фасадів). Захист може здійснюватися поясами по контурах стін (надбудова), стелями, екранами при підземній урбаністиці.

Захист від сумісної дії вологості і радону можна досягати архітектурно-функціональними заходами, які потрібні при переобладнанні старих будинків, новому пристосуванні житлових будинків під громадські функції, змінах функцій окремих поверхів. В цих випадках для захисту слід використовувати протирадонові бар’єри у вигляді перекрить, козирків, несучих конструкцій, огороджуючих стін.

Заходи захисту з використанням приміщень-комунікацій необхідно поширити як на горизонтальні комунікації – тамбури, фойє, коридори, лоджії, антресолі, рекреації, так і на вертикальні – пандуси, підйомники, ескалатори, ліфти. Всі перелічені вище приміщення необхідно обладнувати дверима з автоматичними системами відкривання–закривання.

Конструктивні засоби захисту від сумісної дії вологості і радону повинні враховувати архітектурно-естетичні рішення: конструкції і елементи захисту повинні гармонійно вписуватися в пропорційні, кольористичні палітри міста, пейзажу або їх фрагменти, і мати вигляд оригінальних конструкцій споруди, тобто матеріал захисту повинен бути замаскованим під оригінал. Щодо архітектурно-конструктивних заходів, то вони повинні забезпечити видалення вологості і запобігати проникнення радону.

Тимчасові заходи захисту стосуються спеціальних павільйонів, навісів, куполів та інших тимчасових споруд і об’єктів. Їх необхідно влаштувати за рекомендаціями аналогічними до авторських протирадоновим бар’єрів у поєднанні з засобами запобігання дії вологості.

Рекомендації з видалення вологості із конструкцій стін існуючих будівель і споруд розроблені на основі натурних випробувань різних типів горизонтальної ізоляції, вентиляційних каналиків, інфузійних і аналогових методів на об’єктах 1-ої, 2-ої і 3-ої груп. Найбільш ефективними методами визнані: додаткове горизонтальне ізолювання за допомогою рифленої жерсті з нержавіючої сталі, вентиляційні каналики конструкції К.Моріца та інфузійні типу «Тізол». Використання різних типів матеріалів для влаштування бар’єрів подвійного захисту від дії вологості і радону на основі проведених досліджень наведено в табл. 1 і 2.