Сохранить памятники: карельские ученые создали устройство, способное контролировать состояние исторических зданий

Устройство, изобретенное учеными Петрозаводского университета, позволяет исследовать состояние деревянных конструкций памятников архитектуры. Прибор, снабженный сенсорами, определяет ключевые параметры древесины и окружающей среды, напрямую влияющие на разрушение материала. Проектная разработка позволяет считывать информацию о состоянии деревянного объекта и отправляет полученные данные оператору. При этом монтиторинговая система может использоваться не только на исторических постройках, но и на современных зданиях, возведенных из древесины.

Автор проекта Тиммо Гаврилов. Фото: «Республика» / Сергей Юдин

Разрушение древесины — одна из главных проблем, с которой сталкиваются хранители памятников и строители. Считается, что чем позднее обнаружен очаг гниения, тем сложнее и дороже вести восстановительные работы. Особенность изобретенного в Карелии прибора заключается в том, что он способен оповестить о начале разрушения древесины тогда, когда следы гниения еще не видны человеческому глазу.

«Как работает система: мы датчики устанавливаем на деревянной конструкции какого-то памятника. Включаем. И они в онлайн-режиме 24 часа в сутки работают. И передают каждые 5 секунд данные по интернету любому оператору. Оператор — это может быть с планшетом, смартфоном или любым другим устройством, которое можно подключить к интернету. И он из любой точки мира может эти данные отслеживать и анализировать», — заявил автор проекта, кандидат технических наук Тиммо Гаврилов.

Автор проекта Тиммо Гаврилов. Фото: «Республика» / Сергей Юдин

Изобретение представляет собой многосенсорную систему мониторинга. Прибор состоит из модулей и системы датчиков: часть из них прикрепляется к материалу, часть — устанавливается у поверхности. Они измеряет температуру и влажность воздуха, а также содержание углекислого газа. Кроме того, ведется мониторинг непосредственно состояния древесины: фиксируется ее влажность и температура. Учет собранных данных ведет программа, созданная также авторами проекта. Софт отмечает изменение параметров материала и окружающей его среды в режиме онлайн. В частности, внимание экспертов сфокусировано на показателях по углекислому газу и влажности — именно они могут сигнализировать о начале процесса распада, который следует оперативно пресекать.

«По двум критериям можно выявить процесс гниения. Это содержание углекислого газа у поверхности древесины и влажность самой древесины. Если влажность древесины превысит 22% и содержание углекислого газа у поверхности самой древесины превысит на 26% содержание углекислого газа в окружающем воздухе, то мы делаем вывод, что гниение началось», — сообщил Гаврилов.

Крыши, подвалы и участки оконных проемов — эти фрагменты исторических зданий наиболее подвержены процессам разрушения. На крышах и вблизи окон могут происходить протечки. В подвалах скапливается влага, переходящая на древесину от грунта; способствуют гниению также проблемы с проветриванием.

Согласно разработанной методике, ученые обследуют памятник архитектуры и выявляют его наиболее уязвимые участки. На них устанавливается мониторинговая система. Затем оператор анализирует полученные с места данные. При обнаружении критических показателей следует принимать меры по устранению гниения. К примеру, можно изменить температуру и влажность окружающего воздуха — то есть создать условия, при которых не будут развиваться грибы, жизнедеятельность которых разрушает древесину.

Разработка карельских ученых отличается от изобретений конкурентов тем, что она позволяет увидеть очаг разрушения древесины максимально быстро, на самых ранних стадиях, когда дерево еще не повреждено. При этом предшествующие методики выявляют гниение уже на развитых его стадиях, когда древесина частично разрушена. Фактически проект исследователей из Петрозаводска направлен на экономию средств, которые уходят на реставрацию памятников, процесс распада которых мог быть в свое время пресечен в зачаточном состоянии.

«Например, на реставрацию Преображенской церкви в Кижах было потрачено 500 млн. Если установить мониторинговую систему, как наша, которая сможет отслеживать все данные, тогда реставрация не требуется. Только необходимо местно где-то изменять температуру и влажность. Например, открывать какие-то вентиляционные ходы, в зависимости от конструкции конкретного памятника», — пояснил автор проекта Тиммо Гаврилов.

Автор проекта Тиммо Гаврилов. Фото: «Республика» / Сергей Юдин

Создатели прибора собирали его вручную из деталей, которые пришлось заказывать в Китае. Устройство может работать как от сети, так и от аккумуляторных батарей. Опция с применением батарей вызвана тем, что на территории некоторых памятников запрещено подключение к электричеству. Бюджет проекта составил порядка 700 тысяч рублей: 500 тысяч рублей — деньги гранта главы Карелии, еще 200 тысяч ученые добавили из собственных средств. В настоящее время исследователи готовят документы, позволяющие внедрить разработку для использования ее на реальных памятниках зодчества.

Кроме того, авторы проекта намерены использовать свое изобретение и в области современного деревянного домостроения. Схема использования аппарата в таком случае будет аналогичной с тактикой мониторинга памятников: модули прибора установят на тех участках современного здания, которые наиболее подвержены процессам гниения. Предполагается, что датчики будут закреплены там на постоянной основе. Тем самым, мониторинг состояния деревянной постройки будет вестись онлайн круглые сутки. Все данные будет получать оператор, который в итоге сможет увидеть критические показатели, требующие вмешательства и спасения материала постройки от разрушительных процессов гниения.