W 4 publikacjach, które zamieszczone zostały w niniejszym miesięczniku w roku 2015 przedstawiono sprawy rzutujące na wybór ogrzewania kościołów i wpływ przyjętego rozwiązania na mikroklimat panujący we wnętrzu świątyni. Wymagane parametry klimatu wewnętrznego różnią się w swoich wartościach w zależności od strefy (prezbiterium, nawa, itp.), ale przede wszystkim od specyfiki kościoła wynikającej z architektury i stanu ochrony cieplnej.
Kolejny, piąty artykuł, zawiera podsumowanie artykułów wcześniejszych, jako wprowadzenie do prezentacji systemów grzewczych.
Uwagi ogólne dotyczące ogrzewania kościołów
Celem ogrzewania kościołów jest uzyskanie wewnętrznego stanu cieplnego odpowiadającemu dobremu samopoczuciu cieplnemu osób przebywających w kościele.
Doprowadzenie ciepła do wnętrza kościoła zmienia wcześniejszy stan mikroklimatu, stan równowagi klimatu z temperaturą i wilgotnością różnych przedmiotów oraz elementów konstrukcyjnych kościoła. Zmianie temperatury odpowiada wydłużanie lub kurczenie cieplne, wzrost wilgotności wywołuje pęcznienie, a zmniejszenie wilgotności- kurczenie różnych elementów, szczególnie drewnianych. Wzrost temperatury wewnętrznej łączy się zawsze z obniżeniem wilgotności względnej powietrza wewnętrznego.
Wynikiem spadku wilgotności względnej jest wysychanie różnych przedmiotów wyposażenia wewnętrznego, głównie drewnianych, obrazów, pokryć rożnych powierzchni, również zmniejszenie wilgotności elementów konstrukcyjnych kościoła. Z tym wiąże się tworzenie rozwarstwień drewna, pękanie powłok itd.
Szkody wynikają również ze zmian objętości różnych fragmentów przedmiotów, głównie obszarów powierzchniowych i rdzeni i związane są z powstającym naprężeniem na skutek różnych zmian objętości. Przeciwdziałanie tym szkodom może nastąpić przez znaczne ograniczenie prędkości zmian temperatury i wilgotności.
Zmiana temperatury piszczałek organowych prowadzi do emisji innej długości fal, a więc zmienia głosy piszczałek. Zmiana temperatury powietrza również przyczynia się do zmiany emitowanych długości fal. Efektem jest pogorszone brzmienie organów.
Intensywne ogrzewanie, prowadzące do wyższej temperatury wewnętrznej, wywołuje oczywiście większe zmiany temperatury oraz wilgotności względnej powietrza i zwiększenie zmian temperatury i wilgotności przedmiotów oraz elementów konstrukcyjnych.
Sprawę ogrzewania kościołów zabytkowych należy rozważyć bardzo starannie z uwzględnieniem opinii odpowiednich specjalistów i stanowiska właściwego konserwatora. Ze względu na zachowanie stanu budowli i przedmiotów wewnętrznych najlepszym rozwiązaniem jest rezygnacja z ogrzewania kościołów zabytkowych. Inne rozwiązanie tego problemu wynika jednak z wymagań osób uczestniczących w nabożeństwach odbywających się w kościele. Określenie właściwego rozwiązania kompromisowego w tej materii nie jest sprawą łatwą.
W ciągu minionego stulecia obserwuje się stałą dążność do zwiększenia intensywności ogrzewania kościołów. Jest to wynikiem zmian sposobu naszego życia. Wzrost zamożności i standardu zamieszkiwania powoduje wzrost wymagań dotyczących komfortu cieplnego w miejscach naszego pobytu. Wysoki komfort cieplny w miejscach naszego mieszkania sprawia przyzwyczajenie do określonej temperatury. Pokonywanie różnych odległości przy pomocy samochodów powoduje zmiany w naszym ubiorze w okresie zimy. Nosimy ogólnie na sobie lżejsze ubrania, bowiem w okresie niskich temperatur zewnętrznych krótko przebywamy na zewnątrz. To powoduje, że również w czasie naszego pobytu w kościele jesteśmy lżej ubrani, niż bywało to w przeszłości. Około 120 lat temu jeszcze uważano temperaturę wewnętrzną w kościele około + 7°C za wystarczającą. Trzydzieści lat później oczekiwano już w okresie zimy temperatury około + 10°C, a 50 lat temu za temperaturę właściwą uważano +12°C. Obecne oczekiwania związane są z temperaturą +15°C i więcej.
Wraz z podnoszeniem temperatury wewnętrznej obserwuje się jednak wzrost uszkodzeń różnych przedmiotów i zdobień wywołanych zwiększaną i niefrasobliwie podwyższaną temperaturą oraz zmniejszoną w ten sposób wilgotnością względną powietrza. W wielu przypadkach zauważono silną korelację pomiędzy stanem temperatury wewnętrznej w czasie sezonu grzewczego w kościele a nakładami na renowację kościołów.
Ze względu na właściwości niektórych przedmiotów (organy) najlepszym rozwiązaniem sposobu ogrzewania byłoby utrzymywanie temperatury wewnętrznej na stałym poziomie. Taki sposób funkcjonowania instalacji grzewczej, przy stosunkowo wysokiej temperaturze wewnętrznej, prowadzi jednak do uszkodzeń innych przedmiotów. Uzyskanie racjonalnych kosztów ogrzewania wskazuje na inny sposób ogrzewania, z utrzymywaniem w okresie grzewczym stosunkowo niskiej podstawowej temperatury powietrza i wyższej temperatury w okresie Mszy Świętych, nabożeństw i innych spotkań w kościele.
Ogrzewanie zawsze jest ingerencją w naturalny mikroklimat wewnętrzny kościoła. Zastosowany system grzewczy i sposób ogrzewania powinny umożliwiać nieprzekroczenie akceptowanego, dopuszczalnego dla danego kościoła stopnia tej ingerencji. Stopień dopuszczalny ingerencji w mikroklimat jest zależny od właściwości konstrukcyjnych, budowlanych kościoła oraz cech przedmiotów jego wyposażenia i dekoracji. Dążenie do coraz lepszych warunków cieplnych osób przebywających w kościele na ogół wiąże się ze wzrostem zmian klimatu wewnętrznego. Przyjęcie odpowiednio dobranego do konkretnego kościoła systemu grzewczego i zastosowanie właściwej regulacji jego pracy może istotnie zminimalizować oddziaływanie ogrzewania na mikroklimat kościoła. Często jednak stopień zmian tego klimatu wynika z przyjęcia nieprawidłowego systemu ogrzewania i nienależycie prowadzonego ogrzewania kościołów.
Wskazanie dla konkretnego kościoła właściwego systemu ogrzewania związane jest z indywidualnymi cechami architektonicznymi i budowlanymi kościoła, wyposażeniem wewnętrznym oraz jego użytkowaniem.
Bilans cieplno-wilgotnościowy osób przebywających w kościele
Mikroklimat wewnętrzny, ze względu na samopoczucie cieplne osób przebywających w kościele, określają ogólnie 4 parametry: temperatura powietrza, wilgotność powietrza, prędkość powietrza i średnia temperatura wewnętrznej powierzchni przegród otaczających. Wielkościami wpływającymi na wymagany stan wymienionych parametrów jest izolacyjność cieplna ubioru osób przebywających i ich aktywność fizyczna. Istnieją wprawdzie różnice dotyczące tej aktywności w odniesieniu do wiernych, celebransa (celebransów) nabożeństw i ministrantów, ogólnie jednak można tę aktywność uważać za umiarkowaną. Opowiada jej strumień ciepła tworzącego się w naszym organizmie na skutek procesów metabolicznych zbliżony do 140W/osobę. Ten strumień ciepła jest przekazywany z naszego organizmu do otoczenia, w którym się znajdujemy. Przekazywanie ciepła odbywa się głównie wprost do otaczającego nas, poruszającego się powietrza (konwekcja), do powierzchni otaczającej nas konstrukcji budowlanej -ścian, okien, stropów innych elementów- oraz przedmiotów (promieniowanie), a także pośrednio, wraz ze strumieniem pary wodnej przenikającego do okalającego nas powietrza. Przenoszenie ciepła z parą wodną zawiązane jest z odparowaniem wilgoci z naszego organizmu, z czym związane jest pochłonięcie przez odparowującą wilgoć ciepła parowania. Odpowiednie proporcje między wymienionym strumieniami wynikają ze stanu temperatury, wilgotności i prędkości otaczającego powietrza, średniej temperatury wewnętrznej powierzchni otaczających przegród oraz rodzaju ubioru (jego izolacyjności cieplnej) uczestników nabożeństw. Ubiór wiernych odpowiada obecnie używanym okryciom zimowym. Ogólnie, ze względu na ubiór pojawia się konflikt wymagań związanych z komfortem cieplnym wiernych, a celebransa, ministrantów, organisty i innych osób z lekkim okryciem. Jeśli do ogrzewania nie jest wykorzystywane ogrzewanie powietrzne i zadbano o unikanie przeciągów, prędkość powietrza w strefach przebywania wiernych nie powinna przekraczać 0,2m/s i jeśli tylko temperatura powietrza wewnętrznego i wilgotność jego względna zbliżone są do 13°C i 50%, to strumień pary wodnej przekazywanej przez jedną osobę do powietrza wewnętrznego wynosi około 30g w czasie godziny (30g/h). Tej wartości odpowiada strumień ciepła zużyty na odparowanie około 21W. Wobec tego strumień ciepła przekazywany przez konwekcję i promieniowanie zbliżony jest do 120W.
Wymagane parametry klimatu wewnętrznego dla kościoła w okresie ogrzewania
Jeśli wymagania d
otyczące mikroklimatu nie są narzucone wymaganiami obiektów zabytkowych lub cennych przedmiotów wyposażenia wewnętrznego, racjonalne ogrzewanie kościoła można prowadzić z założeniem utrzymywania w kościele dwóch poziomów temperatury. Niższa wartość temperatury dotyczy temperatury podstawowej. Powinna ona być zapewniona w okresie braku wykorzystywania kościoła. Jej wartość dobrze jest przyjąć w zakresie od 6°C do 8°C. Temperatura właściwa powietrza powinna panować w czasie Mszy Świętych i nabożeństw. Jej wartość z kolei należałoby wybrać z zakresu od 12°C do 16°C – zalecana wartość zależy od architektury i kubatury kościoła, izolacyjności jego przegród zewnętrznych, stopnia i rodzaju przeszklenia tych ścian.
Prędkość zmiany temperatury zawiązana z jej wzrostem i obniżaniem nie powinna wykraczać poza zakres: 0,5ً°C/h – 1,5 ً°C/h. Podane wartości temperatury właściwej nie pozwolą na uzyskanie komfortu cieplnego dla celebransa, ministrantów, organisty i innych osób z lekkim okryciem.
Wilgotność względna powietrza powinna być zawarta w przedziale od 40% do 65% (75%). Wilgotność mniejsza od 40% zagraża organom z piszczałkami drewnianymi i dziełom sztuki. Wilgotność przekraczająca 65% (75%) może spowodować rozwój pleśni szkodzącej również organom, dziełom sztuki i substancji budowlanej.
Właściwe funkcjonowanie organów związane jest zazwyczaj ze stabilnymi warunkami cieplno- wilgotnościowymi otoczenia, a więc i powietrza w obszarze organów. Dopuszczalnym zmianom warunków powinno towarzyszyć zachowanie granic dozwolonych prędkości tych zmian.
Przy opracowaniu artykułu wykorzystano m. innymi:
[1] Drzazga E.: Optymalna strategia ogrzewania budynków sakralnych. Nowoczesna Plebania.www.nowoczesnaplebania.pl,
[2] Ackermann F.: Kirchenheizung: Schutz von Orgeln und Kunstwerken – Energiesparen und Klimaschutz gehen Hand in Hand. Umweltnetzwerk Kirche Rhein-Mosel e.V. (UNK). 2011.
[3] Giezendanner E.: Heizschäden in Kirche. Titelbild.
[4] Köllisch J.: Kirchenheizung. Arbeitsstelle Frieden und Umwelt. Tagung für Energiebeauftragte.
[5] Hinweise zum Heizen und Lüften von Räumen mit Orgeln in der kalten Jahreszeit. Merkblatt an alle Kirchenvorstände, Pfarrer/innen, Küster/innen und Organisten/innen der Evangelischen Kirchen von Kurhessen-Waldeck.
