Numerical study of the heat and moisture transfer in subterranean historic structures and regulation of the conditions for protection and sustainable management

Abstract

Cultural heritage can be considered as a non-renewable resource of values for humanity. Aiming to protect and safeguard this resource for future generations, the concept of “sustainability” should be applied in the management of monuments and historical sites, considering that the preservation of cultural heritage is a topic of the UNESCO Sustainable Development Goals (SDGs). This dissertation is a reference to the case study of Macedonian tombs in north Greece which are monuments of great historic importance and precious educational value. They are dated from the late 4th to the 2nd century B.C. and they are valuable examples of architecture and painting of this era, since they are the only buildings of this period that have survived intact and many of them are decorated with frescoes. About a hundred Macedonian tombs have been excavated in a relatively small geographical area and the majority of them are not widely known. Macedonian tombs present particularities in their hygrothermal status. Systematic monitoring and evaluation of the indoor climatic conditions has shown that the deterioration processes are mainly caused by cyclical changes of temperature and relative humidity when the monuments are exposed to the environment and the presence of visitors. Protection against future deterioration can only be assured through proper interventions to stabilize the indoor microclimate. Underground burial monuments have been the subject of research for at least 60 years, studies and proposals have been made to protect them, many of which have been implemented and are case study examples today, to draw valuable conclusions. What is important and remarkable is that all researchers on this subject worldwide agree that the protection of these monuments lies in the proper regulation of their indoor microclimatic conditions. This doctoral dissertation is a step towards raising awareness for the protection of Macedonian tombs and focuses on the issue of deterioration processes in their structural elements. The first part of this research deals with the understanding of the problem of damage to underground monuments and in particular the Macedonian tombs. Investigating the state of the enclosure created within the Macedonian tombs and understanding the effect of these particular microclimatic conditions on the processes of damaging the exposed walls of the tombs. Understanding the problem of deterioration of Macedonian tombs is attempted by the help of building physics. Then, a literature review is done about the “ideal” conditions for temperature and relative humidity set-points which are proposed by the international guidelines and standards for museum environments. This dissertation provides an evaluation methodology that is based on computer simulation, with which the decision making will be done having full understanding of the monument's behavior and the contribution of each individual factor to the deterioration processes. That way, decision making for strategic management and control of the microclimate in the tombs’ shelter will be based on the result of the evaluation, which can assess strategies using a simulation program. More precisely, through data collection, analysis, simulation and interpretation of the results, this research provides an assessment methodology of microclimate control strategies aiming to protect Macedonian tombs and proposes a framework for evaluation of the hygrothermal behavior of underground monuments that can simulate, evaluate and assist in management decisions, providing a view of the actual contribution of each microclimate selection. A methodology proposed that can be applied in all the Macedonian tombs: -First step is the investigation of the microclimatic conditions of the Macedonian tombs, with recordings in selected monuments, their evaluation and conclusions. To achieve this goal, three Macedonian tombs were selected which are very close geographically, at Pella and Agios Athanasios area. A specific recording methodology was followed, which lasted for at least three years. Thermo-hygrograph digital recorders with sensors were used. -Simulation in the computer and visualization of the deterioration processes using the simulation program WUFI©, based on the recordings. The simulation program provides data which, after analysis and interpretation, support the assessment the existing hygrothermal performance of the tombs’ structural elements. -Then, the same simulation program runs again to assess new control strategies, supposing a built shelter over the tomb, using as a museum. As input there are used the museum microclimate set-points for control classes proposed by the international guidelines and standards. These set-points are considered as the microclimate inside a hypothetical built shelter over the tomb. -Finally, the interpretation of the results lead to conclusions about the effect of the applied microclimate on the hygrothermal performance of the tomb and consequently, on the resulting deterioration processes. General principles are proposed that can be applied to similar monuments. This dissertation will contribute to the following aspects: -Raising awareness on the issue of the protection of the value of Macedonian tombs and promote the scientific research on their preservation issues. -Point out the sustainable approach to management and decision making for underground heritage structures. -Contribute to the standards, adding new parameters. -Contribute to the adaptation to climate change, according to the IPCC, that identifies four main categories of adaptation measures: technological, behavioral, managerial and policy. This study refers mainly to the managerial category, which includes monitoring and maintenance. -Finally, this dissertation deals with adaptation measures suggested by the UNESCO and by the ICOMOS that recommend increasing research, knowledge, education, engagement, the upgrading of management plans, including risk assessments and monitoring procedures to increase the resilience of the heritage sites.

Η πολιτιστική κληρονομιά μπορεί να θεωρηθεί ως μη ανανεώσιμος πόρος αξιών για την ανθρωπότητα. Προκειμένου να προστατευθεί και να διαφυλαχθεί αυτός ο πόρος για τις μελλοντικές γενιές, η έννοια της αειφορίας πρέπει να εφαρμοστεί στη διαχείριση των μνημείων και ιστορικών χώρων, δεδομένου ότι η διατήρηση της πολιτιστικής κληρονομιάς συμπεριλαμβάνεται στους στόχους του ΟΗΕ για την αειφόρο ανάπτυξη. Η παρούσα έρευνα αφορά στην μελέτη περίπτωσης των Μακεδονικών τάφων στη βόρεια Ελλάδα, που είναι μνημεία μεγάλης ιστορικής σημασίας και πολύτιμης εκπαιδευτικής αξίας και παρουσιάζουν ιδιαιτερότητες στην υγροθερμική συμπεριφορά τους. Η συστηματική παρακολούθηση και αξιολόγηση των εσωκλιματικών συνθηκών στους Μακεδονικούς τάφους έδειξε ότι οι διεργασίες φθοράς προκαλούνται κυρίως από κυκλικές μεταβολές της θερμοκρασίας και της σχετικής υγρασίας όταν τα μνημεία εκτίθενται στο περιβάλλον και την παρουσία επισκεπτών. Η προστασία από τη μελλοντική φθορά μπορεί να εξασφαλιστεί μόνο με κατάλληλες επεμβάσεις και λήψη μέτρων για τη σταθεροποίηση του μικροκλίματος. Σκοπός της παρούσης διατριβής είναι να δείξει ότι πριν από την τελική λήψη αποφάσεων για την προστασία των Μακεδονικών τάφων είναι πολύ σημαντικό να αποκτηθούν δεδομένα με συστηματικές επιτόπιες καταγραφές και να γίνει επεξεργασία τους με υπολογιστικά συστήματα. Προτείνεται η χρήση εργαλείου προσομοίωσης ώστε να προκύψουν αριθμητικά δεδομένα και διαγράμματα, τα οποία μετά από ανάλυση και αξιολόγηση θα δώσουν τις βασικές αρχές για τη ρύθμιση των εσωκλιματικών συνθηκών. Τα παραπάνω βήματα είναι απαραίτητο να προηγούνται της λήψης στρατηγικών αποφάσεων για την προστασία και τη μελλοντική διατήρηση των υπό μελέτη μνημείων. Η προτεινόμενη μεθοδολογία μπορεί να εφαρμοστεί σε όλους τους Mακεδονικούς τάφους. 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ: Οι Μακεδονικοί τάφοι είναι μνημεία τα οποία έχουν ανασκαφεί στην περιοχή της βόρειας Ελλάδας. Χρονολογούνται από τα τέλη του 4ου έως και τον 2ο αιώνα π.Χ. και αποτελούν πολύτιμα δείγματα αρχιτεκτονικής και ζωγραφικής, αφού είναι τα μοναδικά κτίσματα της εποχής που σώθηκαν ακέραια και συνήθως κοσμούνται με τοιχογραφίες. Χαρακτηριστικό στοιχείο αυτών των ταφικών μνημείων αποτελούν οι ιδιαίτερες συνθήκες εσωκλίματος που δημιουργούνται στο εσωτερικό τους. Οι Μακεδονικοί τάφοι αποτελούν μια πολύ ειδική κατηγορία χώρων προς μελέτη, διότι καλύπτονται από τεχνητή επίχωση, τον τύμβο. Η υγροθερμική συμπεριφορά τους είναι μια σύνθετη λειτουργία, που εξαρτάται από πολλούς παράγοντες. Για την κατανόησή της είναι απαραίτητη η συμβολή και άλλων τομέων της επιστήμης (φυσική, χημεία, κλιματολογία, γεωλογία, βιολογία, υδρολογία). Η υγροθερμική τους συμπεριφορά, σχετίζεται με ημερήσιους και εποχιακούς κύκλους, και συγκεκριμένα με τους παρακάτω παράγοντες: -τη θερμική ενέργεια που μεταφέρεται διαμέσου του χώματος στα δομικά στοιχεία (δάπεδο, τοίχοι, οροφή) και στη συνέχεια από τα δομικά στοιχεία στον αέρα του εσωτερικού χώρου.-τις ανταλλαγές νερού, σε όλα τα στάδια της συγκέντρωσής του, οι οποίες βρίσκονται σε στενή σύνδεση με τις ανταλλαγές θερμικής ενέργειας. Επομένως η φθορά σχετίζεται με τις ροές θερμότητας και υγρασίας διαμέσου της μάζας των δομικών στοιχείων, οι οποίες προκαλούνται από τη διαφορά δυναμικού που καθορίζεται από τις οριακές συνθήκες στις δύο επιφάνειες του δομικού στοιχείου. Ύστερα από τα παραπάνω, τίθενται τα εξής ερωτήματα: •Πώς ακριβώς προκαλείται η φθορά στα δομικά υλικά των μνημείων; •Ποιες είναι εκείνες οι μη ορατές με το ανθρώπινο μάτι διαδικασίες που οδηγούν στην μεταβολή των χαρακτηριστικών και των αρχικών ιδιοτήτων των υλικών και καθορίζουν τη διάρκεια ζωής τους μετά την ανασκαφή; •Είναι δυνατόν να ελεγχθούν οι διαδικασίες αυτές ώστε να αποφευχθεί η φθορά και ποιες είναι οι απαραίτητες ενέργειες για τον έλεγχό τους; Αυτή η διατριβή έρχεται να συμβάλλει στον τομέα της προστασίας των μνημείων που βρίσκονται κάτω από τη γη και ειδικότερα των Μακεδονικών τάφων, με την προσέγγιση των προβλημάτων που αυτά παρουσιάζουν λόγω της επίδρασης των συνθηκών του περιβάλλοντος. Η παρούσα διατριβή σκοπεύει να βοηθήσει στην καλύτερη αντίληψη των διαδικασιών της φθοράς. Θα προτείνει μια διαδικασία αξιολόγησης με την οποία οι κάθε φορά μελετητές και φορείς για την προστασία αρχαιοτήτων θα μπορούν να παίρνουν αποφάσεις έχοντας πλήρη αντίληψη της συμπεριφοράς του μνημείου. Για να εφαρμοστεί η διαδικασία αξιολόγησης, αυτή η διατριβή αυτή προτείνει μια συγκεκριμένη μεθοδολογία για την ανάλυση των δεδομένων με τη χρήση ενός εργαλείου προσομοίωσης, που αποτελεί το κυρίως καινοτόμο σημείο της.Με τη συλλογή στοιχείων, την ανάλυση, την προσομοίωση και την αξιολόγηση, παρέχει στρατηγικές ελέγχου και βασικές αρχές σχεδιασμού με στόχο την προστασία των υπόγειων μνημείων. Λόγω του μεγάλου αριθμού παραμέτρων που πρέπει να ληφθούν υπόψη στην ανάλυση των εναλλακτικών λύσεων, η χρησιμοποίηση ενός λογισμικού είναι βασική ώστε να επιτευχθεί ο στόχος. Ο υπολογιστής μπορεί να κάνει επαναλαμβανόμενους κύκλους δοκιμών με προσομοίωση και επιπλέον δίνει τη δυνατότητα πειραματισμών με εναλλακτικές προσεγγίσεις. Η συμβολή της διατριβής στο συγκεκριμένο επιστημονικό πεδίο είναι ότι η προτεινόμενη μεθοδολογία μπορεί να εφαρμοστεί σε όλους τους Μακεδονικούς τάφους. Κύριοι στόχοι αυτής της εργασίας είναι: A. Να παρουσιάσει μια επισκόπηση των Μακεδονικών τάφων, συμπεριλαμβανομένων των γενικών κατασκευαστικών τους χαρακτηριστικών και των κυριότερων προβλημάτων που αφορούν τη διατήρησή τους. Β. Να διερευνήσει τις ιδιαίτερες κλιματικές συνθήκες στους Μακεδονικούς τάφους και να κατανοήσει την επίδρασή τους στις διαδικασίες φθοράς των δομικών τους υλικών. Γ. Να αναλύσει τις καταγεγραμμένες μικροκλιματικές συνθήκες και με χρήση λογισμικού προσομοίωσης να αποκωδικοποιήσει τις διαδικασίες φθοράς. Δ. Να επαναλάβει την προσομοίωση χρησιμοποιώντας τα διεθνή πρότυπα βέλτιστων μικροκλιματικών συνθηκών, ώστε να αξιολογήσει την επίδρασή τους στην υγροθερμική συμπεριφορά των Μακεδονικών τάφων. Ε. Να καταλήξει σε συμπεράσματα σχετικά με τις βασικές αρχές για τη βέλτιστη διαχείριση των σημαντικών αυτών μνημείων, με στόχο την αειφορία. Για την υλοποίηση των ανωτέρω στόχων επιλέχθηκαν για έρευνα πεδίου τρεις Μακεδονικοί τάφοι της περιοχής Πέλλας και Αγίου Αθανασίου. Οι τάφοι βρίσκονται γεωγραφικά στην ίδια περιοχή της πεδιάδας της Θεσσαλονίκης, υπό τις ίδιες κλιματικές συνθήκες. Τα στοιχεία για το κλίμα αποκτήθηκαν από τον επίσημο μετεωρολογικό σταθμό στη Χαλκηδόνα.Το μικροκλίμα μέσα στους θαλάμους των τάφων καταγράφηκε χρησιμοποιώντας φορητές ψηφιακές συσκευές καταγραφής, με αισθητήρες θερμοκρασίας και σχετικής υγρασίας. Τα ωριαία δεδομένα που αποκτήθηκαν μεταφέρθηκαν σε υπολογιστή. Η μεθοδολογία: Διεξήχθη έρευνα πεδίου που διήρκεσε τουλάχιστον τρία χρόνια και περιελάμβανε επιτόπιες καταγραφές θερμοκρασίας και σχετικής υγρασίας μέσα στους ταφικούς θαλάμους καθώς και στο περίβλημα των προσωρινών προστατευτικών στεγάστρων που κατασκευάστηκαν μετά την ανασκαφή. Η επεξεργασία στον υπολογιστή του μεγάλου αριθμού δεδομένων που καταγράφηκε σε ωριαία βάση κατά τη διάρκεια των τριών ετών, οδήγησε σε γραφήματα που έδωσαν συγκρίσιμα στοιχεία των συνθηκών. Η αξιολόγηση των εξαγόμενων δεδομένων κατέληξε σε συμπεράσματα σχετικά με τη υγροθερμική κατάσταση των μνημείων και τις διακυμάνσεις κατά τη διάρκεια του ημερήσιου και ετήσιου κύκλου. Το επόμενο βήμα ήταν να εισαχθούν τα δεδομένα σε ένα πρόγραμμα προσομοίωσης το WUFI© που χρησιμοποιήθηκε για την επεξεργασία και την αξιολόγηση των στοιχείων των δομικών στοιχείων. Το πρόγραμμα χρησιμοποιεί διαφορικές εξισώσεις για τον υπολογισμό των ροών θερμότητας και των ροών νερού μέσα στη μάζα των τοιχωμάτων και επιπλέον εντοπίζει τις περιόδους συμπύκνωσης και υπολογίζει την περιεκτικότητα σε νερό στη μάζα. 2. ΕΠΙΣΚΟΠΗΣΗ ΣΤΟΥΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΚΟΥΣ ΤΑΦΟΥΣ: Οι Mακεδονικοί τάφοι είναι μνημεία που βρίσκονται στην περιοχή της βόρειας Ελλάδας. Χρονολογούνται από τα τέλη του 4ου έως τον 2ο αι. π.Χ. και είναι πολύτιμα παραδείγματα αρχιτεκτονικής και ζωγραφικής της περιόδου αυτής. Περίπου εκατό Μακεδονικοί τάφοι έχουν ανασκαφεί στη βόρεια Ελλάδα και ελάχιστοι έχουν προστατευθεί με στέγαστρα που συμπεριλαμβάνουν μηχανικά συστήματα για τον έλεγχο του εσωτερικού μικροκλίματος. Ακολουθούν μελέτες περίπτωσης: οι Βασιλικοί τάφοι στη Βεργίνα, ο Μακεδονικός τάφος στο Δερβένι, ο Μακεδονικός τάφος στον Φοίνικα και ο Μακεδονικός τάφος στον Άγιο Αθανάσιο. 2.1 Τυπολογία - Δομικά χαρακτηριστικά: Τυπολογικά, δεν υπάρχει κατηγορία ταφικών μνημείων στην Ελλάδα που να μπορεί να θεωρηθεί του ίδιου τύπου ή πρόδρομος για τους Μακεδονικούς τάφους. Εμφανίστηκαν ξαφνικά στη Μακεδονία κατά τον 4ο π.Χ. αιώνα όταν για οικονομικούς και κοινωνικούς λόγους ο απλός κιβωτιόσχημος τάφος έγινε μεγαλύτερος σε σχέση με οποιοδήποτε άλλο μέρος της Ελλάδας. Η Μακεδονία είχε ακμάσει τα επόμενα χρόνια, όπως αποδεικνύεται από την εξέλιξη των ταφικών μνημείων από απλές σε πλουσιότερες και πιο περίτεχνες κατασκευές. Αυτές οδήγησαν σε λιγότερο από μισό αιώνα στον σχηματισμό των ταφικών κατασκευών γνωστών ως Μακεδονικών τάφων. Προφανώς, τα μέλη της αριστοκρατικής και στρατιωτικής κοινωνίας της Μακεδονίας ήθελαν με αυτόν τον τρόπο να μεταφέρουν τον πλούτο και τη γοητεία της καθημερινής τους ζωής στη μεταθανάτια κατοικία τους. Βασικά στοιχεία που χαρακτηρίζουν τους Μακεδονικούς τάφους είναι: Α. Η καμάρα, Β. Η πρόσοψη, Γ. Ο τύμβος Α. Η καμάρα ήταν μια τυπική εξέλιξη που διαμόρφωσε τον τύπο του Μακεδονικού τάφου. Η επιλογή αυτή για την αντικατάσταση της ξύλινης οροφής δεν ήταν τυχαία, ούτε καν για αισθητικούς λόγους. Η τοξωτή δομή πρόσφερε δύο σημαντικά πλεονεκτήματα στη συγκεκριμένη περίπτωση ταφικών κατασκευών:-υψηλή στατική αντοχή φορτίου από το υπερκείμενο βάρος του τύμβου, το οποίο μεταδίδεται στα πλευρικά τοιχώματα, σε αντίθεση με την οριζόντια οροφή που συνήθως κατέρρεε κάτω από το βάρος του χώματος.-ανθεκτικότητα του δομικού υλικού, σε αντίθεση με το ξύλο που αποσυντίθεται. Β. Η πρόσοψη του Μακεδονικού τάφου, στην απλούστερη μορφή της, είναι απλή χωρίς διακοσμητικά στοιχεία, με μόνο ένα λειτουργικό στοιχείο, στην είσοδο. Στις περισσότερες περιπτώσεις, ωστόσο, μιμείται την πρόσοψη των αρχαίων ναών με δωρικούς ή ιωνικούς κίονες, επιστύλιο, τρίγλυφα και μετόπες ή ζωφόρο και αέτωμα. Μια διατομή δείχνει σαφώς ότι η πρόσοψη είναι ακριβώς αυτό: μια επιφάνεια διακοσμητικά τοποθετημένη στον τοίχο, χωρίς αναφορά στα δομικά στοιχεία πίσω από αυτήν, προκειμένου να αποκρύψει την αψίδα, ένα αρχιτεκτονικό μέλος του οποίου η ύπαρξη ηθελημένα αποσιωπάται στους Μακεδονικούς τάφους (υπάρχουν εξαιρέσεις). Το μπροστινό μέρος της πρόσοψης στην πρώτη φάση καταλήγει σε μια ζωφόρο και στη συνέχεια παίρνει το σχήμα ενός αετώματος, που θυμίζει πρόσοψη του ναού. Γ. Ένα άλλο σημαντικό χαρακτηριστικό των Μακεδονικών τάφων είναι η τεχνητή κατάχωση με χώμα σε μορφή κωνικού τύμβου. Ο λόγος για τη δημιουργία του τύμβου μπορεί να ήταν τοπικές θρησκευτικές πεποιθήσεις και ταφικά έθιμα. Σύμφωνα με τον Όμηρο, ο τύμβος είναι ένα "τηλεφανές σήμα" (το σημάδι που φαίνεται από απόσταση) και σύμφωνα με τον Μανώλη Ανδρόνικο είναι “η επιτύμβια στήλη μιας σημαντικής ταφής”. Εκτός από τη λειτουργία αυτή, υπήρχαν σίγουρα και πρακτικοί λόγοι που οδήγησαν στην κατασκευή του τεχνητού τύμβου, που είναι οι εξής: •προστασία για τα πολύτιμα κτερίσματα από την κλοπή, και •προστασία των δομικών υλικών του τάφου από την φθορά λόγω των συνθηκών του περιβάλλοντος. Επομένως, με την κατασκευή του τύμβου, οι αρχαίοι τεχνικοί είχαν ως στόχο να προστατεύσουν την ταφή από την βεβήλωση και την κατασκευή από την φθορά. Ο τύμβος πρέπει να θεωρηθεί ως τεχνικό επίτευγμα για την εποχή αυτή, λαμβάνοντας υπόψη τις τεράστιες ποσότητες χώματος που έπρεπε να μεταφερθούν και να στρωθούν, με τη χρήση μέσων μεταφοράς, ανυψωτικών μηχανημάτων και την επίπονη εργασία εκατοντάδων ανθρώπων. Οι αρχαίοι οικοδόμοι γνώριζαν πολύ καλά τα χαρακτηριστικά του εδάφους και την επίστρωσή του. Οι παρατηρήσεις σχετικά με τον τρόπο κατασκευής του τύμβου οδηγούν στο συμπέρασμα ότι δεν πρόκειται μόνο για μια τυχαία συσσώρευση χώματος, αλλά είναι ένα σωστά σχεδιασμένο έργο, με διαρθρωτική συνέπεια για να αντέχει το χρόνο και διαστρωμάτωση τέτοια που να εξασφαλίζει την απορροή του βρόχινου νερού προς την περιφέρειά του και την ελάχιστη εισροή στον τάφο. Αυτό επιτυγχάνεται με την εναλλαγή διαδοχικών στρωμάτων λεπτόκοκκου και χονδρόκοκκου υλικού. Το συμπυκνωμένο λεπτόκοκκο στρώμα έχει χαμηλό βαθμό διαπερατότητας στο νερό. Επομένως, δεν επιτρέπει στα όμβρια ύδατα να διεισδύσουν σε βάθος αλλά να συγκεντρώνονται στην επιφάνεια του. Το στρώμα του χονδρόκοκκου υλικού επιτρέπει την ελεύθερη ροή του νερού, το οποίο λόγω της κλίσης ρέει προς στην περίμετρο του τύμβου και απομακρύνεται από τον τάφο πριν διεισδύσει στα χαμηλότερα στρώματα. Επιπλέον, ο όγκος του συσσωρευμένου χώματος με τη μεγάλη του θερμοχωρητικότητα διασφαλίζει τη σταθερότητα της θερμοκρασίας και της σχετικής υγρασίας μέσα στο μνημείο, διότι το απομονώνει από τις εξωτερικές κλιματικές συνθήκες. 2.2 Υγροθερμική συμπεριφορά και φθορά: Μια υπόγεια κατασκευή επηρεάζεται από τους εποχιακούς κύκλους αλλά όχι από τους ημερήσιους. Η εξέλιξη της υγρασίας μέσα σε έναν υπόγειο χώρο σχετίζεται με τους ακόλουθους παράγοντες: 1.τη θερμική ενέργεια που μεταφέρεται μέσω του εδάφους στα στοιχεία του κτιρίου (δάπεδο, τοίχοι, στέγη) και στη συνέχεια μέσα από τα δομικά στοιχεία στον αέρα του εσωτερικού. 2. τις ανταλλαγές νερού σε όλα τα στάδια συγκέντρωσης, με παρόμοιο τρόπο μεταξύ εδάφους και αέρα εσωτερικού χώρου. Αυτές βρίσκονται σε στενή σχέση με τις ανταλλαγές θερμικής ενέργειας. Στην αρχαιότητα, οι μέθοδοι στεγανοποίησης των τάφων ήταν γνωστές όχι μόνο στους αρχαίους Μακεδόνες. Η χρήση πηλού αποδίδεται τόσο στην πρόθεση στεγανοποίησης του τάφου, όσο και στη στατική ενίσχυση της οροφής. Τα υλικά των Μακεδονικών τάφων απορροφούν εύκολα την υγρασία λόγω της πορώδους σύνθεσής τους και ξηραίνονται εύκολα με την εξάτμιση προς το περιβάλλον. Γενικά, υποβάλλονται σε ετήσιο κύκλο διαδικασιών ύγρανσης - ξήρανσης. Ο ίδιος κύκλος δημιουργείται καθημερινά στα δομικά στοιχεία του τάφου που παραμένουν εκτεθειμένα στις μεταβολές των κλιματικών συνθηκών. Οι μεταβολές έχουν μεγαλύτερη ένταση σε συγκεκριμένες περιόδους, κυρίως κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού και λιγότερο κατά τη διάρκεια του χειμώνα. Η εξάτμιση ευνοείται ιδιαίτερα κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού και μόνο σε ειδικές συνθήκες μέχρι αργά το φθινόπωρο. Το φαινόμενο της συμπύκνωσης λαμβάνει χώρα κυρίως την άνοιξη. Γενικά, η μεγαλύτερη ένταση των φαινομένων παρατηρείται στα εκτεθειμένα δομικά στοιχεία. Η φθορά των τοιχογραφιών εντοπίζεται κατά την ταχεία ξήρανση, όταν αποκαλύπτονται κατά την ανασκαφή. Οι ανταλλαγές αέρα μεταξύ εσωτερικού και εξωτερικού χώρου είναι ένας σημαντικός παράγοντας της διαδικασίας φθοράς. Η κίνηση του αέρα μπροστά στις τοιχογραφίες, προκαλεί εξάτμιση και το αποτέλεσμα είναι η μετακίνηση αλάτων από το εσωτερικό του δομικού στοιχείου προς την επιφάνεια. Επίσης φθορά προκαλεί και το φαινόμενο της επιφανειακής συμπύκνωσης, όταν δημιουργούνται σταγόνες νερού πάνω στις ζωγραφισμένες επιφάνειες. Η παρουσία των επισκεπτών και ο τεχνητός φωτισμός προκαλούν γρήγορες αλλαγές θερμοκρασίας και υγρασίας μέσα στον τάφο. Τα επίπεδα θερμοκρασίας και υγρασίας αυξάνονται λόγω των ανθρώπινων σωμάτων. 3. ΕΡΕΥΝΑ ΠΕΔΙΟΥ - ΚΑΤΑΓΡΑΦΕΣ: Οι διακυμάνσεις της θερμοκρασίας και της σχετικής υγρασίας καταγράφηκαν στη διάρκεια τριών χρόνων μέσα σε τρεις Μακεδονικούς τάφους που ανασκάφηκαν στην περιοχή της Πέλλας και του Αγίου Αθανασίου. Οι τάφοι καλύφθηκαν με προσωρινά στέγαστρα και κατά τη διάρκεια των καταγραφών δεν ήταν ανοικτοί σε επισκέπτες παρά μόνο για εργασίες συντήρησης. Αφού ολοκληρώθηκαν οι καταγραφές, ακολούθησε συγκριτική ανάλυση των δεδομένων. 3.1 Δύο Μακεδονικοί τάφοι στην ΠέλλαΟι δύο Μακεδονικοί τάφοι Γ΄ και Δ΄, όπως αριθμήθηκαν από την αρχαιολογική υπηρεσία, βρίσκονται κοντά στην πόλη της αρχαίας Πέλλας, η οποία ήταν η πρωτεύουσα της Μακεδονίας στην εποχή του Μεγάλου Αλεξάνδρου. Α. Ο τάφος Γ΄ σκεπάζεται από τύμβο με διάμετρο 35μ. και ύψος 5μ. Είναι ταφικό κτίσμα με δύο θαλάμους, ιωνική πρόσοψη και "δρόμο" και βρέθηκε σε βάθος περίπου 6μ. από την κορυφή του τύμβου. Ο προσανατολισμός της πρόσοψης είναι προς τα ανατολικά. Ο τάφος χρονολογείται στις αρχές του 3ου αι. π.Χ. Β. Ο τάφος Δ΄ σκεπάζεται από τύμβο με διάμετρο 60μ. και ύψος 9μ. Είναι ταφικό κτίσμα με δύο θαλάμους, δωρική πρόσοψη και βρέθηκε σε βάθος 4,30μ. από την κορυφή του τύμβου. Ο προσανατολισμός της πρόσοψης είναι νότιος. Ο τάφος χρονολογείται στα τέλη του 4ου αι. π.Χ. 3.2 Ο Μακεδονικός τάφος στον Άγιο Αθανάσιο. Το αρχαίο νεκροταφείο του Αγίου Αθανασίου σχετίζεται με τον οικισμό του γειτονικού τύμβου Τοψίν, στην ανατολική πλευρά του ποταμού Αξιού, όπου υπάρχουν ενδείξεις κατοίκησης από τη Νεολιθική έως την ύστερη Ελληνιστική περίοδο, που μπορούν να ταυτιστούν με την αρχαία πόλη της Χαλάστρας. Ο μεγάλος τύμβος έχει διάμετρο 100μ. και ύψος 18μ. Μετά από ανασκαφική έρευνα στον τύμβο βρέθηκε ένας σημαντικός μονοθάλαμος Μακεδονικός τάφος με ζωγραφισμένη πρόσοψη, με νοτιοανατολικό προσανατολισμό της πρόσοψης. Χρονολογείται από τον 4ο αι. π.Χ. Χαρακτηρίζεται από τις τοιχογραφίες στην πρόσοψη, σημαντικό δείγμα ζωγραφικής στην αρχαία Μακεδονία. 3.3 Θέση των Μακεδονικών τάφων και τοπικές κλιματικές συνθήκες. Τα υπό μελέτη μνημεία βρίσκονται γεωγραφικά στην πεδιάδα Θεσσαλονίκης, ΒΔ από τον Θερμαϊκό κόλπο. Οι τοπικές κλιματολογικές συνθήκες παρουσιάζουν τα χαρακτηριστικά του μεσογειακού κλίματος. Η θερμοκρασία του αέρα κατά τη διάρκεια του έτους δείχνει μια απλή διακύμανση, με μέγιστο τον Ιούλιο και ελάχιστο τον Ιανουάριο. Οι βροχές συνήθως πέφτουν αργά το φθινόπωρο και την άνοιξη. Έτσι, τους χειμερινούς και τους ανοιξιάτικους μήνες υπάρχει περίσσεια νερού και υψηλή υγρασία, ενώ το καλοκαίρι συμβαίνει πολύ έντονη εξάτμιση. 3.4 Ανάλυση υλικών: Οι Μακεδονικοί τάφοι κτίστηκαν με πορώδη ασβεστόλιθο, μια τοπική πέτρα της Πέλλας που χρησιμοποιήθηκε σε πολλά κτίσματα κατά την Ελληνιστική περίοδο. Στρώσεις ασβεστοκονιάματος (εξωτερικά και εσωτερικά) καλύπτουν τον λίθο, που έχει πάχος 40εκ. Κατόπιν αδειοδότησης από το Υπουργείο Πολιτισμού για τη λήψη περιορισμένων δειγμάτων από τους τάφους, θραύσματα πέτρας και κονιάματος που είχαν αποκολληθεί από τους τοίχους των δύο τάφων της Πέλλας στάλθηκαν για ανάλυση στο Εργαστήριο Δομικών Υλικών του Α.Π.Θ.Η ανάλυση περιελάμβανε βασικά δεδομένα, μηχανικά και φυσικά χαρακτηριστικά των δειγμάτων, όπως: •Προσδιορισμός αντοχής σε θλίψη •Προσδιορισμός του πορώδους •Προσδιορισμός του ειδικού βάρους •Προσδιορισμός της απορρόφησης •Edyn - Δυναμικό Μοντέλο Ελαστικότητας (Dynamic Elasticity Model). 3.4.1 Ανάλυση του λίθου: Το υλικό βασίζεται στην άσβεστο (Ca). Η περιεκτικότητα του Ca(OH)2 κυμαίνεται μεταξύ 46% και 57%. Βρέθηκε επίσης πυρίτιο (SiO2) σε υψηλό ποσοστό (22- 42%) που καθιστά το υλικό μη καθαρή άσβεστο. Φαίνεται να εμπεριέχει επίσης ποζολανικά συστατικά. Αναλυτικότερα, οι εργαστηριακές αναλύσεις περιελάμβαναν: Α. Χημική ανάλυση Β. Άλατα στη μάζα Γ. Μικροσκοπική ανάλυση Δ. Μηχανικά και φυσικά χαρακτηριστικά. Οι αναλύσεις όσον αφορά τον λίθο έδειξαν ότι είναι ασβεστόλιθος (CaCO3) που περιέχει πυρίτιο. Εξωτερικά, έχει υποστεί βιολογική φθορά. Το ίδιο είδος λίθου χρησιμοποιήθηκε ως οικοδομικό υλικό σε πολλά άλλα μνημεία της Αρχαίας Πέλλας. Το δείγμα που αναλύθηκε βρέθηκε στο επίπεδο του εδάφους του τάφου που αποσπάστηκε από έναν μεγαλύτερο λίθο. Όσον αφορά τα διαλυτά άλατα, δεν υπάρχει σημαντική ποσότητα αλάτων στη μάζα της πέτρας. Η περιεκτικότητα σε νερό, που μετρήθηκε στο δείγμα λίθου που έφτασε στο εργαστήριο, ήταν 1%. Μικροσκοπική ανάλυση δείχνει την ύπαρξη ενός παχέος ιστού φλεβών και πόρων σε υψηλό ποσοστό 5-7%.Η καταγεγραμμένη πυκνότητα του λίθου είναι χαμηλή, σε σχέση με τη θλιπτική αντοχή των πετρωμάτων που χρησιμοποιούνται για άλλα μνημεία της Πέλλας. Στις αναλύσεις αναφέρεται ότι η φθορά του λίθου είναι σημαντική. Τα αποτελέσματα της ανάλυσης των μηχανικών και φυσικών χαρακτηριστικών περιλαμβάνονται σε πίνακα. Οι ιδιότητες των υλικών που χρησιμοποιήθηκαν για την προσομοίωση περιλαμβάνονται σε πίνακα. 3.5 Καταγραφή των συνθηκών του εσωτερικού χώρου: Η ακριβής υγροθερμική κατάσταση αποτυπώθηκε με καταγραφές θερμοκρασίας και σχετικής υγρασίας στον αέρα του εσωτερικού χώρου και στο στέγαστρο, καθώς και των επιφανειακών θερμοκρασιών στους εσωτερικούς τοίχους των θαλάμων και στο δομικό στοιχείο της πρόσοψης το οποίο κυρίως εκτίθεται στο εξωτερικό κλίμα. Συγκεκριμένα, οι μεταβολές της υγροθερμικής κατάστασης των μνημείων καταγράφηκαν σε ημερήσια και ετήσια βάση, και συγκριτικά όσον αφορά την οριζόντια κατεύθυνση (θάλαμος-προθάλαμος) και την κατακόρυφη κατεύθυνση (δάπεδο - μεσαία στάθμη - οροφή). Οι καταγραφές έγιναν με την τοποθέτηση αισθητήρων σε συγκεκριμένα σημεία και ήταν σε ωριαίο βήμα. 4. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΤΗΣ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗΣ: Οι καταγραφές που έγιναν κατά τη διάρκεια τριών ετών ήταν πολυάριθμες και έπρεπε να γίνει επεξεργασία τους ώστε να μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την εξαγωγή αποτελεσμάτων. Βρέθηκαν οι μέσοι όροι των τιμών σε ημερήσια, μηνιαία και ετήσια βάση και διαμορφώθηκε η «μέση ημερήσια διακύμανση» για τον κάθε μήνα. Περίπου 8.600 ωριαίες τιμές θερμοκρασίας και σχετικής υγρασίας δημιούργησαν το μέσο έτος. Ο σκοπός των καταγραφών είναι να χρησιμοποιηθούν ως εισαγόμενα δεδομένα στο λογισμικό που κάνει προσομοίωση της υγροθερμικής συμπεριφοράς των δομικών στοιχείων, το οποίο ονομάζεται WUFI© και κατασκευάστηκε στο Ινστιτούτο Δομικής Φυσικής Fraunhofer στη Γεμανία. Σκοπός της προσομοίωσης είναι η εξαγωγή δεδομένων βασισμένων σε διαφορικές εξισώσεις, δηλαδή αριθμητικών δεδομένων και διαγραμμάτων για τη θερμοκρασία, τη σχετική υγρασία, την περιεκτικότητα της μάζας σε νερό και τις ροές θερμότητας και υγρασίας διαμέσου των δομικών στοιχείων. 4.1 Το πρόγραμμα προσομοίωσηςΤο WUFI© (Wärme-Und Feuchtetransport Instationär) είναι ένα πρόγραμμα που κάνει μονοδιάστατη ανάλυση της μεταφοράς θερμότητας και υγρασίας δια μέσου των δομικών στοιχείων. Υπολογίζει την ταυτόχρονη μεταφορά θερμότητας και υγρασίας μέσα στα δομικά στοιχεία με την επίλυση ενός συνόλου διαφορικών εξισώσεων. Για την επίλυση αυτών των εξισώσεων απαιτείται μια σειρά οριακών και αρχικών συνθηκών. Στο πρόγραμμα προσομοίωσης WUFI© οι μη σταθερές (non-steady state) διεργασίες μεταφοράς θερμότητας και υγρασίας σε κατασκευαστικά στοιχεία περιγράφονται από τις ακόλουθες διαφορικές εξισώσεις: Μεταφορά θερμότητας Μεταφορά υγρασίας DW [m² / s] Συντελεστής μεταφοράς υδρατμών H [J / m³]Ενθαλπία υγρού δομικού υλικού hv [J / kg]Ενθαλπία εξάτμισης νερούp [Pa]Μερική πίεσηu [m³ / m³]Περιεκτικότητα σε νερόδ [kg / msPa]Συντελεστής διάχυσης υδρατμών στον αέρα [°C]Θερμοκρασίαλ [W / mK]Αγωγιμότητα θερμότητας υγρού υλικούμ [-]Συντελεστής αντίστασης διάχυσης υδρατμών ξηρού υλικού ρw [kg / m³]Πυκνότητα νερούφ [-]Σχετική υγρασία 4.2 Εισαγωγή δεδομένων: Α. Ωριαίες τιμές θερμοκρασίας και σχετικής υγρασίας για το αντιπροσωπευτικό έτος που προέκυψε από τις καταγραφές στο εσωτερικό των τάφων και τις καταγραφές στο στέγαστρο. Β. Ωριαίες τιμές θερμοκρασίας και σχετικής υγρασίας για το εξωτερικό κλίμα που έχουν αποκτηθεί από τον μετεωρολογικό σταθμό της Χαλκηδόνας. Γ. Μηχανικά και φυσικά χαρακτηριστικά των υλικών, που λήφθηκαν από την εργαστηριακή ανάλυση του λίθου και του κονιάματος των μνημείων, καθώς και από τη βάση δεδομένων του WUFI©. 4.3 Εξαγωγή δεδομένων: Τα εξαγόμενα από το πρόγραμμα είναι πίνακες αριθμητικών δεδομένων και διαγράμματα, που δείχνουν: •Την εξέλιξη της θερμοκρασίας και της σχετικής υγρασίας στον αέρα - εξωτερικό και εσωτερικό (οριακές συνθήκες). •Την εξέλιξη της θερμοκρασίας και της σχετικής υγρασίας στο εσωτερικό του δομικού στοιχείου της πρόσοψης. •Την περίοδο συμπύκνωσης. •Την περιεκτικότητα σε νερό στη μάζα της πρόσοψης. •Τις ροές θερμότητας και τις ροές υγρασίας στη μάζα της πρόσοψης. 4.3.1 Εξέλιξη της θερμοκρασίας και της σχετικής υγρασίας στον αέρα - εξωτερικό και εσωτερικό (οριακές συνθήκες)Οι διακυμάνσεις της θερμοκρασίας και της σχετικής υγρασίας στο εσωτερικό δεν ήταν έντονες, συγκρινόμενες με εκείνες του περιβάλλοντος. Μέσα στους θαλάμους των τριών τάφων υπήρχε ένα πολύ σταθερό μικροκλίμα κατά τη διάρκεια του έτους. Ο δωρικός Μακεδονικός τάφος παρουσίασε τις πιο σταθερές συνθήκες. 4.3.2 Η θερμοκρασία και σχετική υγρασία στο εσωτερικό του δομικού στοιχείου της πρόσοψης. Το πρόγραμμα προσομοίωσης δημιουργεί μια οριζόντια τομή, ένα προφίλ του δομικού στοιχείου (πρόσοψη) και στη συνέχεια καταγράφει τις μεταβολές της θερμοκρασίας, της σχετικής υγρασίας και της περιεκτικότητας σε νερό, από ένα σημείο εκκίνησης αμέσως μετά την ανασκαφή και για ένα χρόνο, σε συγκεκριμένες θέσεις παρακολούθησης. Στη συνέχεια εξάγει διάγραμμα που δείχνει την εξέλιξη της θερμοκρασίας κατά τη διάρκεια ενός έτους (Ετήσιο Θερμοκρασιακό Εύρος). Το μέγιστο εύρος διακύμανσης παρουσιάζεται στο εξωτερικό επίχρισμα της πρόσοψης και το ελάχιστο στο εσωτερικό επίχρισμα. Η εξωτερική πλευρά υπόκειται στη μεγαλύτερη φθορά. 4.3.3 Η περιεκτικότητα σε νερό στη μάζα του δομικού στοιχείου της πρόσοψης. Η εξέλιξη της περιεκτικότητας σε νερό στη μάζα δείχνει ότι υπάρχει μεγάλος κίνδυνος φθοράς στο δομικό στοιχείο της πρόσοψης. Σημαντική είναι η περίοδος αμέσως μετά την ανασκαφή, όταν συμβαίνει απότομη ξήρανση των εξωτερικών δομικών στοιχείων. Η πρόσοψη έχει ιδιαίτερη σημασία όταν είναι ζωγραφισμένη με τοιχογραφίες. 4.3.4. Η περίοδος συμπύκνωσης: Μπορεί να προκύψει συμπύκνωση στις επιφάνειες των τοίχων ή μέσα στη μάζα τους. Αυτό το φαινόμενο μπορεί να συμβεί κατά τη διάρκεια του χειμώνα ή τη νύχτα το καλοκαίρι και αν η σχετική υγρασία του εσωτερικού αέρα είναι υψηλή. Το πρόγραμμα προσομοίωσης WUFI© δίνει ένα ετήσιο διάγραμμα της θερμοκρασίας και του σημείου δρόσου μέσα στην μάζα του δομικού στοιχείου, δείχνοντας την πιθανή περίοδο συμπύκνωσης. Η κρίσιμη περίοδος είναι όταν οι δύο καμπύλες είναι πολύ κοντά μεταξύ τους. Όταν η θερμοκρασία του αέρα πέσει κάτω από τη θερμοκρασία σημείου δρόσου τότε συμβαίνει συμπύκνωση. Οι μήνες Ιούλιος, Αύγουστος και Σεπτέμβριος είναι η περίοδος με τον υψηλότερο κίνδυνο. 4.3.5 Οι ροές υγρασίας στη μάζα του δομικού στοιχείου της πρόσοψης. Οι ροές υγρασίας μεταβάλλονται στη διάρκεια του έτους. Κατά τη διάρκεια του Ιουνίου από αρνητικές (εξωτερικό προς εσωτερικό) μετατρέπονται σε θετικές (εσωτερικό προς εξωτερικό), ενώ τον Σεπτέμβριο αντιστρέφονται και πάλι. 5. ΣΥΖΗΤΗΣΗ: Η διαφορά την υγροθερμική συμπεριφορά των τριών Μακεδονικών τάφων φαίνεται να είναι μικρή λόγω της όμοιας κατασκευής των λίθινων τοίχων. Αυτή η κατασκευή, η οποία αποτελείται από τρία διαφορετικά στρώματα υλικών - εξωτερικό επίχρισμα, λίθο, εσωτερικό επίχρισμα - παρουσιάζει κυκλική συμπεριφορά κατά τη διάρκεια του έτους, που χαρακτηρίζεται από υγρές περιόδους και ξηρές περιόδους. 5.1 Παρατηρήσεις σχετικά με τις περιοδικές διακυμάνσεις. Η σύγκριση μεταξύ των τριών μνημείων, δείχνει τα εξής: Όλοι οι τάφοι παρουσιάζουν παρόμοια υγροθερμική συμπεριφορά: μειωμένο εύρος θερμοκρασίας και σχετικής υγρασίας στον εσωτερικό τους χώρο σε σχέση με τις εξωτερικές περιβαλλοντικές συνθήκες και καθυστέρηση φάσης λόγω της αυξημένης θερμικής αγωγιμότητας των δομικών τους υλικών και του χώματος του τύμβου. Η πιο σταθερή κατάσταση του μικροκλίματος υπάρχει στον Δωρικό τάφο της Πέλλας. Σε σύγκριση με τους υπόλοιπους τάφους, είναι ο μεγαλύτερος σε μέγεθος και καλύπτεται από τον δεύτερο σε μέγεθος τύμβο. Ο δεύτερος ως προς τη σταθερότητα είναι ο Ιωνικός τάφος της Πέλλας. Είναι ο δεύτερος σε διαστάσεις και καλύπτεται από τον μικρότερο τύμβο. Ο μικρότερος σε μέγεθος είναι ο Μακεδονικός τάφος του Αγίου Αθανασίου. Ένα μεγάλο τμήμα του δομικού οργανισμού του κτιρίου εκτέθηκε στο περιβάλλον επειδή μεγάλο μέρος του τύμβου αποχωματώθηκε για στατικούς λόγους. Έτσι, εκτός από την πρόσοψη, και μεγάλο τμήμα της οροφής παρέμεινε απροστάτευτο. Για τον λόγο αυτό παρουσιάζει τη μεγαλύτερη αστάθεια εσωκλίματος. Σε όλους τους τάφους, το δομικό στοιχείο της πρόσοψης είναι κυρίως ευάλωτο στις κυκλικές μεταβολές της περιεκτικότητας σε νερό, ειδικά στην εξωτερική στρώση κονιάματος, η οποία συχνά αποτελεί το υπόστρωμα τοιχογραφιών. Τα προφίλ των τριών διαφορετικών στρωμάτων της κατασκευής - εξωτερικό κονίαμα, λίθος, εσωτερικό κονίαμα - δείχνουν ότι η υγροθερμική συμπεριφορά της πρόσοψης εξαρτάται από τις οριακές συνθήκες (θερμοκρασία και σχετική υγρασία μέσα στο θάλαμο του τάφου και στο προστατευτικό στέγαστρο). Οι ροή της υγρασίας αλλάζει από αρνητική σε θετική κατά τη διάρκεια του Ιουνίου. Κατά τη διάρκεια του Σεπτεμβρίου αντιστρέφεται ξανά σε αρνητική. Οι θετικές ροές σημαίνουν ότι το νερό μετακινείται προς την εξωτερική πρόσοψη του τάφου και εξατμίζεται προκαλώντας απολέπιση του επιχρίσματος. Οι αρνητικές ροές σημαίνουν ότι το νερό μετακινείται προς το εσωτερικό του τάφου, που γίνεται και πάλι υγρό. Έτσι, συμβαίνει ένας ετήσιος κύκλος φθοράς. Κατά τη διάρκεια της περιόδου με υψηλό κίνδυνο συμπύκνωσης θα πρέπει να προβλεφθούν επιπλέον ρυθμίσεις για την προστασία από υψηλή περιεκτικότητα σε νερό. 5.2 Παρατηρήσεις σχετικά με τις διακυμάνσεις που οφείλονται στην ανθρώπινη παρουσία. Αύξηση της σχετικής υγρασίας στον εσωτερικό αέρα των μνημείων μπορεί να συμβεί λόγω της ανθρώπινης παρουσίας. Επιπλέον, η μετακίνηση στρώσεων αέρα έχει ως αποτέλεσμα την εξάτμιση από τους τοίχους. Τα ρεύματα αέρα μπορεί να προκληθούν από το άνοιγμα της εισόδου. Επίσης μπορεί να προκληθούν από αύξηση της πίεσης μπροστά από την είσοδο. Όταν αυτή γίνεται υψηλότερη από την εσωτερική προκαλείται κίνηση του αέρα λόγω διαφοράς πίεσης. Προκειμένου να εξαλειφθούν οι ανεπιθύμητες ροές αέρα και η αύξηση της σχετικής υγρασίας, ενδείκνυται να μειωθεί ο αριθμός των επισκεπτών και να ελαχιστοποιηθεί η περίοδος παραμονής τους στον χώρο. Όσο περισσότεροι είναι οι επισκέπτες και ο χρόνος που αυτοί παραμένουν στον εσωτερικό χώρο, τόσο μεγαλύτερες είναι οι μεταβολές του μικροκλίματος. 5.3 Η χρονική περίοδος της ανασκαφής. Έγινε σύγκριση της μεταβολής της περιεκτικότητας νερού στη μάζα σε τρείς διαφορετικές περιόδους υποθετικής ανασκαφής. Διαγράμματα δείχνουν το άνοιγμα του τάφου την 1η Απριλίου (περίπτωση 1), την 1η Σεπτεμβρίου (περίπτωση 2) και την 1η Ιανουαρίου (περίπτωση 3). Προκύπτει ένα σημαντικό συμπέρασμα: Η περίοδος ξήρανσης έχει διάρκεια 1 μήνα στις περιπτώσεις 1 και 2. Αυτό σημαίνει ότι το δομικό στοιχείο της πρόσοψης του τάφου, το οποίο είναι το κυρίως εκτεθειμένο στις εξωτερικές κλιματικές συνθήκες μετά την εκσκαφή, στεγνώνει αμέσως και οι τοιχογραφίες που πιθανώς φέρει αποκολλώνται πολύ γρήγορα. Η περίοδος ξήρανσης επεκτείνεται περισσότερο στην περίπτωση 3, όταν η υποθετική ανασκαφή αρχίζει τον Ιανουάριο. Σε αυτή την περίπτωση, το δομικό στοιχείο της πρόσοψης του τάφου γίνεται στεγνό μετά από τρεις μήνες. Αυτό σημαίνει ότι ο ρυθμός ξήρανσης είναι πιο αργός, επομένως υπάρχει χρόνος για την εφαρμογή μέτρων προστασίας και κατασκευών, για να επιτευχθεί σταθερό μικροκλίμα γύρω από το μνημείο. 6. ΣΥΣΤΑΣΕΙΣ ΓΙΑ ΒΕΛΤΙΣΤΗ ΔΙΑΤΗΡΗΣΗ: Με στόχο την προστασία από τη φθορά με την δημιουργία σταθερών συνθηκών, ακολουθούν συστάσεις για τη βέλτιστη διατήρηση και την αειφόρο διαχείριση των Μακεδονικών τάφων. 6.1 Συνιστώμενες ενέργειες για τον έλεγχο του μικροκλίματος-Το στέγαστρο πρέπει να εξασφαλίζει τον έλεγχο των συνθηκών μικροκλίματος και τη σωστή ρύθμισή τους για την προστασία από μη ορατές απειλές, αντιληπτές μόνο από τα αποτελέσματά τους. -Θερμομόνωση στο στέγαστρο απαιτείται για την προστασία από υπερθέρμανση το καλοκαίρι και παγετό το χειμώνα. -Επαρκής θερμική χωρητικότητα των υλικών του στεγάστρου ώστε να επιτυγχάνεται χρονική καθυστέρηση, δηλαδή η μεταβολή της θερμοκρασίας να μεταδίδεται μειωμένη στο εσωτερικό με καθυστέρηση φάσης, ώστε να αποφεύγεται η συμπύκνωση εσωτερικά κατά τις χειμερινές νύχτες και να καθυστερεί η αύξηση της θερμοκρασίας κατά τις ώρες αιχμής. -Δυνατότητα διαχείρισης της υγρασίας που παράγεται στο εσωτερικό (αντοχή στη διάχυση υδρατμών, φράγμα υδρατμών, αφύγρανση). -Προθάλαμος στο στέγαστρο με διπλή είσοδο, έτσι ώστε η μια πόρτα να κλείνει όταν ανοίγει η άλλη, προκειμένου να ελαχιστοποιηθούν οι ανταλλαγές αέρα. -Στην περίπτωση μηχανικών συστημάτων που λειτουργούν για τη ρύθμιση της θερμοκρασίας και της σχετικής υγρασίας, πρέπει να λαμβάνεται υπόψη η κατανάλωση ενέργειας, καθώς και η συνεχής συντήρηση και καλή λειτουργία. Ο τύπος του στεγάστρου προκαθορίζει σε σημαντικό βαθμό το εσωτερικό κλίμα και το κόστος των συστημάτων υποστήριξης. -Η διατήρηση σταθερού εσωκλίματος μπορεί να βελτιωθεί με επεμβάσεις στη γύρω περιοχή για την τροποποίηση του μικροκλίματος, χρησιμοποιώντας τεχνητά εμπόδια και κατάλληλη φύτευση για σκίαση και αλλαγή της κατεύθυνσης και ταχύτητας των ανέμων. 7. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ: Αειφόρος διαχείριση σημαίνει ότι τα μνημεία της πολιτιστικής μας κληρονομιάς πρέπει να σωθούν για τις επόμενες γενιές. Η διατήρηση μπορεί να επιτευχθεί με την υπεύθυνη και βασισμένη σε επιστημονικά δεδομένα διαχείρισή τους. Οι Μακεδονικοί τάφοι είναι μνημεία με ιδιαιτερότητες όσον αφορά την υγροθερμική τους κατάσταση πριν και μετά την ανασκαφή. Η συστηματική έρευνα και αξιολόγηση των συνθηκών μικροκλίματος τους έδειξε ότι η φθορά προκαλείται κυρίως από τις κυκλικές μεταβολές της θερμοκρασίας και της σχετικής υγρασίας όταν τα μνημεία παραμένουν εκτεθειμένα στο περιβάλλον. Διεξήχθη έρευνα πεδίου σε τρεις Μακεδονικούς τάφους και αναλύθηκαν τα καταγεγραμμένα δεδομένα. Τα συμπεράσματα που προέκυψαν από τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων έχουν ως εξής: Μικρές διαφορές εμφανίζονται στην υγροθερμική συμπεριφορά των τριών τάφων, λόγω της όμοιας κατασκευής από λίθο. Οι διαφορές σχετίζονται κυρίως με το μέγεθος και τον τρόπο αποχωμάτωσης του τύμβου. Το δομικό στοιχείο της πρόσοψης των τάφων είναι κυρίως ευάλωτο στις κυκλικές εναλλαγές της περιεκτικότητας σε νερό, ιδιαίτερα στην εξωτερική στρώση, πάνω στην οποία υπάρχουν συνήθως τοιχογραφίες. Η προσομοίωση με βάση τις διατομές των τριών διαφορετικών στρωμάτων της κατασκευής – εξωτερικό επίχρισμα, λίθος, εσωτερικό επίχρισμα - δείχνει ότι η υγροθερμική συμπεριφορά της πρόσοψης εξαρτάται από τις συνθήκες μικροκλίματος μέσα στον ταφικό θάλαμο και το στέγαστρο (οριακές συνθήκες). Η πιο κρίσιμη περίοδος του έτους για τις διεργασίες φθοράς είναι από Ιούνιο έως Σεπτέμβριο, επειδή υπάρχει υψηλός κίνδυνος συμπύκνωσης και επιπλέον οι ροές υγρασίας αντιστρέφονται από το εξωτερικό προς το εσωτερικό, με αποτέλεσμα την αύξηση της περιεκτικότητας σε νερό στη μάζα του δομικού στοιχείου. Η υγροθερμική συμπεριφορά της πρόσοψης μπορεί να αλλάξει με τον έλεγχο του μικροκλίματος. Η βέλτιστη περίοδος ανασκαφής είναι αυτή που ευνοεί την αργή ξήρανση των τοιχογραφιών. Μετά τις προσομοιώσεις με βάση τα δεδομένα των καταγραφών, το πρόγραμμα εκτέλεσε εκ νέου προσομοιώσεις εφαρμόζοντας τα σημεία αναφοράς (set points) που προτείνονται στα διεθνή πρότυπα, και συγκεκριμένα εφαρμόζοντας τις κατηγορίες ελέγχου AA, A και B που προτείνονται από τα πρότυπα ASHRAE. Αυτά τα σημεία αναφοράς θεωρήθηκαν ως το μικροκλίμα μέσα σε ένα υποθετικό στέγαστρο που κατασκευάζεται πάνω από τους Μακεδονικούς τάφους και λειτουργεί ως μουσειακός χώρος με δυνατότητα εισόδου επισκεπτών. Στη συνέχεια αναλύθηκαν τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων και έγινε συγκριτική αξιολόγηση. Η ερμηνεία των αποτελεσμάτων οδήγησε σε συμπεράσματα σχετικά με την επίδραση του κάθε φορά εφαρμοζόμενου μικροκλίματος στην υγροθερμική συμπεριφορά του μνημείου. Η κατηγορία AA προστατεύει τα δομικά στοιχεία. Δεν παρουσιάζεται αύξηση της περιεκτικότητας σε νερό και ο κίνδυνος συμπύκνωσης στη μάζα του λίθου τείνει να μειωθεί. Η τάξη Α φαίνεται να προστατεύει το εσωτερικό και εξωτερικό κονίαμα από συμπύκνωση. Όμως, στο κέντρο της μάζας του λίθου συμβαίνει συμπύκνωση, αν και μέχρι το τέλος του έτους οι δύο γραμμές θερμοκρασίας και σημείου δρόσου τείνουν να διαχωριστούν. Επιπλέον, υπάρχει αύξηση της περιεκτικότητας σε νερό στο εξωτερικό κονίαμα κατά τους μήνες του καλοκαιριού. Η κατηγορία Β προστατεύει το εσωτερικό και εξωτερικό κονίαμα από συμπύκνωση. Ωστόσο, το διάγραμμα για τον λίθο δείχνει ότι η συμπύκνωση συμβαίνει στη μέση της μάζας, αν και μέχρι το τέλος του έτους οι δύο γραμμές αρχίζουν να διαχωρίζονται. Επιπλέον, υπάρχει αύξηση της περιεκτικότητας σε νερό στο εξωτερικό κονίαμα κατά τους μήνες του καλοκαιριού.Το εποχιακό σημείο για την ψυχρή περίοδο του έτους φαίνεται να προστατεύει τον εσωτερικό και εξωτερικό σοβά από τη συμπύκνωση. Δεν υπάρχει αύξηση της περιεκτικότητας σε νερό.Το εποχιακό σημείο ρύθμισης για τη θερμή περίοδο του έτους φαίνεται να προστατεύει το εσωτερικό και εξωτερικό κονίαμα από τη συμπύκνωση. Ωστόσο, μέσα στην πέτρα υπάρχει μια τάση να αυξάνεται η περιεκτικότητα σε νερό. Συνοψίζοντας, τα αποτελέσματα που προέκυψαν αποκάλυψαν τη σημασία της εφαρμογής εργαλείων προσομοίωσης στη λήψη αποφάσεων για τη διαχείριση των υπό μελέτη μνημείων. Συμβολή της διατριβής αποτελεί η προτεινόμενη μεθοδολογία η οποία, συνοπτικά, έχει τα παρακάτω βήματα:- Το πρώτο βήμα είναι η διερεύνηση των μικροκλιματικών συνθηκών των Μακεδονικών τάφων, με επί τόπου καταγραφές και αξιολόγησή τους. - Δεύτερο βήμα είναι η προσομοίωση στον υπολογιστή και οπτικοποίηση των διαδικασιών φθοράς, με βάση τις καταγραφές. Το πρόγραμμα προσομοίωσης εξάγει δεδομένα τα οποία, μετά από ανάλυση και ερμηνεία, κάνουν εφικτή την αξιολόγηση της πραγματικής υγροθερμικής συμπεριφοράς των δομικών στοιχείων.- Στη συνέχεια, το ίδιο πρόγραμμα προσομοίωσης εκτελείται ξανά για να αξιολογήσει νέες στρατηγικές ελέγχου, υποθέτοντας ότι κατασκευάζεται ένα στέγαστρο πάνω από το μνημείο που χρησιμοποιείται ως μουσείο. Ως σημεία αναφοράς για τη ρύθμιση του μικροκλίματος χρησιμοποιούνται οι τάξεις ελέγχου που προτείνονται από τις διεθνείς οδηγίες και πρότυπα. Αυτά τα σημεία αναφοράς θεωρούνται το μικροκλίμα μέσα στο υποθετικό στέγαστρο.- Τέλος, η ερμηνεία των αποτελεσμάτων οδηγεί σε συμπεράσματα σχετικά με την επίδραση του εφαρμοζόμενου μικροκλίματος και αποτελεί τη βάση για λήψη αποφάσεων με στόχο την ελαχιστοποίηση των διαδικασιών φθοράς. Τέλος, αυτή η διατριβή έρχεται να συμβάλει στους παρακάτω γενικότερους τομείς: -Να ευαισθητοποιήσει σχετικά με την μοναδική αξία των Μακεδονικών τάφων και να προωθήσει τη επιστημονική έρευνα πάνω στο ζήτημα της προστασίας τους. -Να επισημάνει την προσέγγιση της αειφορίας στη διαχείριση των υπό μελέτη υπόγειων μνημειακών κατασκευών. -Να συμβάλει στη διατύπωση προτύπων για τη ρύθμιση του εσωκλίματος, προσθέτοντας νέες παραμέτρους. -Να συμβάλει στην προσαρμογή της πολιτιστικής κληρονομιάς στην κλιματική αλλαγή, στις τέσσερις κύριες κατηγορίες μέτρων προσαρμογής σύμφωνα με το IPCC: τεχνολογική, συμπεριφορική, διαχειριστική και πολιτική. Πιο συγκεκριμένα, η παρούσα μελέτη συμβάλει κυρίως στην κατηγορία «διαχειριστική προσαρμογή», η οποία περιλαμβάνει την παρακολούθηση με καταγραφές και τη συντήρηση. -Τέλος, η διατριβή ευθυγραμμίζεται με τα μέτρα προσαρμογής που προτείνουν η UNESCO και το ICOMOS, όπου συνιστάται η αύξηση της έρευνας, της γνώσης, της εκπαίδευσης και της εμπλοκής, καθώς επίσης η αναβάθμιση των σχεδίων διαχείρισης της πολιτιστικής κληρονομιάς, συμπεριλαμβανομένων των εκτιμήσεων κινδύνου και των διαδικασιών παρακολούθησης για την διατήρηση της ανθεκτικότητας των ιστορικών τόπων.