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Custos Aeris Taupunktwächter zum Schutz
von historischen Glasmalereien
Von Dr. Hans-Jürgen Daams (Hajuveda Heritage) und
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Motivation für das Projekt
▪ Bereits 1990-1996 fanden umfangreiche
Studien zum Aufbau und der Wirkung von
Schutzverglasu...
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Ziel des Projektes:
Entwicklung eines berührungslosen Taupunktmessgerätes
▪ Die Notwendigkeit der permanenten
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31Referenzen, Kontakte, Literaturverzeichnis7
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Schadenmechanismen bei historischen Glasmalereien
▪ Historische Glasmalereien sind
vielfältigen Schadenmechanismen
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Schäden bei historischen Glasmalereien durch Kondensat
▪ In der Verstaubung der Fenster sind
deutlich die Wasserlaufspur...
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Schäden bei historischen Glasmalereien durch Kondensat
▪ Durch erhöhten Wassereintrag kommt es
vermehrt zu Salzausschwem...
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Schäden bei historischen Glasmalereien durch Kondensat
▪ Durch das Wasser besteht ein erhöhtes
Risiko für Bemalungsverl...
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Schäden bei historischen Glasmalereien durch Kondensat
▪ Schollenartige Verlust der Malerei durch
Kondensat von Wasser
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Probleme durch fehlerhafte Schutzverglasung
▪ Die seitliche Mörtelabdichtung hat sich gelöst und es liegt keine Dichtun...
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Mollier h-x-Diagramm zur Zustandsbestimmung
• Die horizontalen Linien geben die
Temperatur in Grad Celsius an.
• Die ve...
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Mollier h-x-Diagramm zur Zustandsbestimmung der Luft
• Frage: Bei welcher Temperatur wird Nebel
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Mollier h-x-Diagramm zur Zustandsbestimmung der Luft
▪ Die Taupunkt-Temperatur lässt sich
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Anwendung auf eine Fensterscheibe
• Die Scheibe (oder alternativ eine Wand)
ist durch den senkrechten Balken in
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Basisanforderung an ein Mess-System
▪ Das Mess-System muss die Lufttemperatur
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historisch wertvoller Bleiverglasung und Schutzverglasung
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Lufttemperatur und Luftfeuchte
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Temperaturen der Glasoberflächen und Taupunkttemperaturen
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Verfügbare Grafiken in der Cloud
Taupunktunterschreitungen und Monatsstatistiken der Taupunktunterschreitung in %
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Verfügbare Exporte der Daten
• Datentabellen im .csv-Format. Damit ist eine Umwandlung in Excel möglich.
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Referenzen, Kontakte, Literaturverzeichnis
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▪ Kölner Dom
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▪ Naumburger Dom
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Custos aeris taupunktwaechter fuer glasmalereien mit neuen graphiken

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Bereits 1990-1996 fanden umfangreiche Studien zum Aufbau und der Wirkung von Schutzverglasungen in einem deutsch-französischen Forschungsprojekt zur Erhaltung von Natursteinen und Glasmalereien statt. (/ros12/). Ziel war die Erarbeitung von Grundregeln zur Schutzeffizienz der belüfteten Außenschutzverglasungen.
2016 wurde im Rahmen eines DBU-Projektes zur Klimastabilisierung bei Schutzverglasungen in St. Sebald explizit darauf hingewiesen, dass nur eingeschränkt allgemeingültige Grundregeln zum Aufbau von Außenschutzverglasungen ableitbar sind, dass aber in jedem Fall eine Kontrolle des Klimas im Luftspalt stattfinden muss.
Diese Präsentation zeigt ein neues System extrem einfach in der Bedienung zur Dauerüberwachung von Kondensatentstehung im Luftspalt.

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Custos aeris taupunktwaechter fuer glasmalereien mit neuen graphiken

  1. 1. Custos Aeris Taupunktwächter zum Schutz von historischen Glasmalereien Von Dr. Hans-Jürgen Daams (Hajuveda Heritage) und Michael Robrecht (iXtronics) © Hajuveda Heritage und iXtronics GmbH 2019
  2. 2. 2 31Ausblick7 26Interpretation der Messergebnisse 6 22Montage von Custos Aeris 5 19Aufbau von Custos Aeris 4 13einige physikalischen Aspekte des Taupunktes 3 6Beispiele für Schäden bei Kirchenfenstern 2 3Ziel des Projektes 1 Custos Aeris Taupunktwächter zum Schutz von historischen Glasmalereien
  3. 3. 3 31Ausblick7 26Interpretation der Messergebnisse 6 22Montage von Custos Aeris 5 19Aufbau von Custos Aeris 4 13einige physikalischen Aspekte des Taupunktes 3 6Beispiele für Schäden bei Kirchenfenstern 2 3Ziel des Projektes 1 Custos Aeris Taupunktwächter zum Schutz von historischen Glasmalereien
  4. 4. 4 Motivation für das Projekt ▪ Bereits 1990-1996 fanden umfangreiche Studien zum Aufbau und der Wirkung von Schutzverglasungen in einem deutsch- französischen Forschungsprojekt zur Erhaltung von Natursteinen und Glasmalereien statt. (/ros12/). Ziel war die Erarbeitung von Grundregeln zur Schutz- effizienz der belüfteten Außenschutz- verglasungen. ▪ 2016 wurde im Rahmen eines DBU- Projektes zur Klimastabilisierung bei Schutzverglasungen in St. Sebald explizit darauf hingewiesen, dass nur einge- schränkt allgemeingültige Grundregeln zum Aufbau von Außenschutzverglasungen ableitbar sind, dass aber in jedem Fall eine Kontrolle des Klimas im Luftspalt stattfinden muss. Vorarbeiten zu dem Projekt Bildquellen: https://www.sebalduskirche.de/baugeschichte/
  5. 5. 5 Ziel des Projektes: Entwicklung eines berührungslosen Taupunktmessgerätes ▪ Die Notwendigkeit der permanenten Überwachung der Glasflächen im Luftspalt führte zu einem neuen Projekt (/San17/). ▪ Ziel des Projektes war die Entwicklung eines permanent überwachenden Sensors mit den folgenden Einzelzielen: ▪ Berührungslose Messtechnik ▪ Einfach zu montieren ▪ Keine Kabel und Montageaufwände ▪ keine Spezialkenntnisse ▪ Online-Überwachung der Messergebnisse Taupunkte an den Fenstern innenseitig, außenseitig und an der Schutzverglasung
  6. 6. 6 31Referenzen, Kontakte, Literaturverzeichnis7 26Interpretation der Messergebnisse 6 22Montage von Custos Aeris 5 19Aufbau von Custos Aeris 4 13einige physikalischen Aspekte des Taupunktes 3 6Beispiele für Schäden bei Kirchenfenstern 2 3Ziel des Projektes 1 Custos Aeris Taupunktwächter zum Schutz von historischen Glasmalereien
  7. 7. 7 Schadenmechanismen bei historischen Glasmalereien ▪ Historische Glasmalereien sind vielfältigen Schadenmechanismen ausgesetzt. Beispiele hierfür sind (/ros12/): • Auslauge Phänomene kaliumhaltiger Gläser unter der Einwirkung von Wasser • Luftverunreinigungen • Schwarze Krusten auf der Glasaußenseite, welche Flugasche beinhalten • Mikroorganismen • Verbräunung von Glas durch Manganoxidation
  8. 8. 8 Schäden bei historischen Glasmalereien durch Kondensat ▪ In der Verstaubung der Fenster sind deutlich die Wasserlaufspuren auf der Innenseite der Glasmalerei fest zu stellen. ▪ Malereien werden so direkt angegriffen. ▪ Bild und Text von (/gla10/) Wasserlaufspuren auf der Innenseite
  9. 9. 9 Schäden bei historischen Glasmalereien durch Kondensat ▪ Durch erhöhten Wassereintrag kommt es vermehrt zu Salzausschwemmungen auf den Glasinnenseiten. ▪ Die Salze können sich wiederum mit anfallendem Wasser zu unvorteilhaft sauren Lösungen verbinden. ▪ Bild und Text von (/gla10/) Salzausschwemmungen auf den Glasinnenseiten
  10. 10. 10 Schäden bei historischen Glasmalereien durch Kondensat ▪ Durch das Wasser besteht ein erhöhtes Risiko für Bemalungsverluste. ▪ Die weißen Ränder an den Konturen sprechen für einen neuen Korrosions- vorgang und somit für partielles Ausbrechen einzelner Schollen. ▪ Bild und Text von (/gla10/) Wasser bewirkt Bemalungsverluste
  11. 11. 11 Schäden bei historischen Glasmalereien durch Kondensat ▪ Schollenartige Verlust der Malerei durch Kondensat von Wasser ▪ Bild und Text von (/gla10/) Schollenartige Ablösung der Malerei
  12. 12. 12 Probleme durch fehlerhafte Schutzverglasung ▪ Die seitliche Mörtelabdichtung hat sich gelöst und es liegt keine Dichtung mehr vor. ▪ Das Glas ist durch äußere Einflüsse beschädigt und weist stellenweise Risse auf. Partiell geht die Dichtung verloren. ▪ Die Belüftungsschlitze sind an vielen Stellen außer Funktion. Sie sind entweder verstopft oder wurden direkt zu gedichtet. ▪ Zwischen Standeisen und Deckschiene läuft eine ölige Masse heraus, dies kann Leinölkitt oder entsprechender Ersatzstoff sein. ▪ Durch den fehlenden Bleimantel dringt Öl in den Spalt des SVG. Die Laminierung wird gelöst. Durch die Trennung geht die Schutzfunktion verloren, zudem können sich Mikroorganismen in den Hohlräumen einlagern. ▪ Quelle: (/gla10/) Die ununterbrochene Überwachung von Klima und Taupunkten im Luftspalt sind essenziell:
  13. 13. 13 31Ausblick7 26Interpretation der Messergebnisse 6 22Montage von Custos Aeris 5 19Aufbau von Custos Aeris 4 13einige physikalischen Aspekte des Taupunktes 3 6Beispiele für Schäden bei Kirchenfenstern 2 3Ziel des Projektes 1 Custos Aeris Taupunktwächter zum Schutz von historischen Glasmalereien
  14. 14. 14 Mollier h-x-Diagramm zur Zustandsbestimmung • Die horizontalen Linien geben die Temperatur in Grad Celsius an. • Die vertikalen Linien geben den absoluten Wassergehalt in g Wasser pro kg Luft an. • Die grünen und roten Linien brauchen wir jetzt nicht. • Die gekrümmten Linien sind die relativen Feuchten. • Die 100% Linie für die relative Feuchte trennt die Gebiete von in Luft gelöstem Wasser von den Nebelgebieten • Unterhalb liegt Nebel oder Kondensat vor • Oberhalb liegt in Luft gelöstes Wasser vor Bestimmung von in Luft gelöstem Wasser und Nebel (Kondensat)
  15. 15. 15 Mollier h-x-Diagramm zur Zustandsbestimmung der Luft • Frage: Bei welcher Temperatur wird Nebel oder Kondensat entstehen? • Beispiel: Unsere Luft bei 20 Grad Celsius möge eine relative Luftfeuchte von 50 % haben. (siehe roten Kreise) • Der rote Punkt im Diagramm zeigt diesen Zustandspunkt. • Der Wassergehalt der Luft liegt bei ca. 7 Gramm Wasser in 1 Kg Luft • Bei gleichem Wassergehalt kühlen wir nun die Luft ab, bis sie auf der Grenze zum Nebel/Kondensat liegt (roter Pfeil nach unten) • Die Temperatur, wann Kondensat oder Nebel auftritt, erhalten wir dann durch Betrachten der horizontalen Linie. Sie liegt bei ungefähr 9 Grad. Dies ist dann die Taupunkttemperatur. Bestimmung der Taupunkt-Temperatur
  16. 16. 16 Mollier h-x-Diagramm zur Zustandsbestimmung der Luft ▪ Die Taupunkt-Temperatur lässt sich natürlich auch berechnen: ▪ Gehe hierfür zu: ▪ https://rechneronline.de/barometer/taupunkt .php Berechnung der Taupunkt-Temperatur
  17. 17. 17 Anwendung auf eine Fensterscheibe • Die Scheibe (oder alternativ eine Wand) ist durch den senkrechten Balken in hellblau dargestellt. • Links davon ist die Innenluft im Gebäude, hier mit 20 Grad Celsius und 50% relative Luftfeuchte • Rechts davon ist die hier kalte Außenluft. • Da die Isolationseigenschaften des Fensters unbekannt sind, sind die Außenbedingungen nicht relevant. • Relevant hingegen ist die Glas- Temperatur zum Innenraum hin. • Der Taupunkt wurde zu 9,26 Grad C berechnet. • Unterschreitet die Glas-Temperatur diesen Wert, tritt Kondensat aus. Entstehung von Kondenswasser an einer Scheibe
  18. 18. 18 Basisanforderung an ein Mess-System ▪ Das Mess-System muss die Lufttemperatur und die relative Feuchte der Luft im fensternahen Bereich messen. ▪ Das Mess-System muss die Glas-Tempera- tur berührungslos messen können (zur Vermeidung von Schäden an der historischen Glasmalerei). ▪ Die Montage bei Kirchenfenstern erfolgt in großer Höhe (Gerüste), daher muss die Montage des Gerätes einfach sein. ▪ Die Sensoren müssen integriert sein. Ex- terne Sensoren erhöhen den Montage- aufwand. ▪ Kabel sind unerwünscht. ▪ Irgendwann ist das Gerüst abgebaut. Das Messgerät muss trotzdem weiter Daten liefern und über eine autonome Stromversorgung verfügen. Messgrößen
  19. 19. 19 31Ausblick7 26Interpretation der Messergebnisse 6 22Montage von Custos Aeris 5 19Aufbau von Custos Aeris 4 13einige physikalischen Aspekte des Taupunktes 3 6Beispiele für Schäden bei Kirchenfenstern 2 3Ziel des Projektes 1 Custos Aeris Taupunktwächter zum Schutz von historischen Glasmalereien
  20. 20. 20 Überwachung von Kondensatbildung im Spalt zwischen historisch wertvoller Bleiverglasung und Schutzverglasung ▪ Rechts im Bild ist die historisch wertvolle Bleiverglasung zu sehen. Rechts davon ist z.B. der Kircheninnenraum. ▪ Die Schutzverglasung ist links zu sehen. Sie wird meist von außen an die ehemalige Stelle der Bleiverglasung montiert. ▪ Das Standeisen wird in die Mauer eingelassen. Die Deckeisen dienen zur Führung und Stabilisierung der Verglasung. ▪ Über die mittlere Gewindestange kann der Spaltabstand eingestellt werden. ▪ Das Luftspaltmodul des Messgerätes muss nun so klein sein, dass es noch in den Spalt passt. Das Hauptmodul muss im fenster- nahen Bereich im Kircheninnenraum in unmittelbarer Nähe zum Luftspaltmodul montiert werden. Querschnitt des Aufbaus für eine Schutzverglasung
  21. 21. 21 Überwachung von Kondensatbildung im Spalt zwischen historisch wertvoller Bleiverglasung und Schutzverglasung Skizze des gewünschten Aufbaus
  22. 22. 22 31Ausblick7 26Interpretation der Messergebnisse 6 22Montage von Custos Aeris 5 19Aufbau von Custos Aeris 4 13einige physikalischen Aspekte des Taupunktes 3 6Beispiele für Schäden bei Kirchenfenstern 2 3Ziel des Projektes 1 Custos Aeris Taupunktwächter zum Schutz von historischen Glasmalereien
  23. 23. 23 Überwachung von Kondensatbildung im Spalt zwischen historisch wertvoller Bleiverglasung und Schutzverglasung ▪ Das Luftspaltmodul wird über Klemmen auf die Deckschiene innen der Bleiverglasung geschoben. ▪ Die Kabeldurchführung zum Hauptmodul geschieht an der inneren und äußeren Deckschiene vorbei (nicht gezeigt). ▪ Das Hauptmodul wird ebenfalls geklemmt. ▪ Nach Einschalten des Hauptmoduls wird die Datensammlung alle 15 Minuten durchgeführt. ▪ Gemessen werden Lufttemperatur und – feuchte im Luftspalt und im glasnahen Bereich der Bleiverglasung (siehe Schlitze in den Modulen) ▪ Gemessen werden die Glastemperaturen von Schutzverglasung, Bleiverglasung luftspalt- und kirchenseitig. Aufbau der Messtechnik im Querschnitt
  24. 24. 24 Überwachung von Kondensatbildung im Spalt zwischen historisch wertvoller Bleiverglasung und Schutzverglasung Darstellung des Aufbaus am Modell. Der Gesamtaufbau dauert nicht mehr als 3 Minuten. Mobilfunkantenne
  25. 25. 25 Überwachung von Kondensatbildung im Spalt zwischen historisch wertvoller Bleiverglasung und Schutzverglasung ▪ Nach Einschalten des Gerätes wird nach einer besten Verbindung zu einem Mobilfunknetz gesucht. ▪ Ist dies gefunden, loggt sich das Gerät automatisch in die Cloud ein. ▪ Jeden Morgen um 08:00 Uhr werden sämtliche Daten des letzten Tages in die Cloud gefunkt. ▪ Mit Benutzername und Passwort kann sich der Benutzer über einen Internetbrowser in die Cloud einwählen und alle bisher gesammelten Daten ansehen. ▪ Die Akku-Lebensdauer liegt bei mindestens einem Jahr und erfahrungsgemäß bei 3 Jahren abhängig von der Sonneneinstrahlung auf das Solarmodul. Datenübermittlung an die Cloud und Akku-Lebensdauer
  26. 26. 26 31Ausblick7 26Interpretation der Messergebnisse 6 22Montage von Custos Aeris 5 19Aufbau von Custos Aeris 4 13einige physikalischen Aspekte des Taupunktes 3 6Beispiele für Schäden bei Kirchenfenstern 2 3Ziel des Projektes 1 Custos Aeris Taupunktwächter zum Schutz von historischen Glasmalereien
  27. 27. 27 Verfügbare Grafiken in der Cloud Lufttemperatur und Luftfeuchte
  28. 28. 28 Verfügbare Grafiken in der Cloud Temperaturen der Glasoberflächen und Taupunkttemperaturen
  29. 29. 29 Verfügbare Grafiken in der Cloud Taupunktunterschreitungen und Monatsstatistiken der Taupunktunterschreitung in %
  30. 30. 30 Verfügbare Exporte der Daten • Datentabellen im .csv-Format. Damit ist eine Umwandlung in Excel möglich. • Grafiken im .jpeg oder .pdf-Format monatlich und gesamte Laufzeit Grafiken und Daten können exportiert werden
  31. 31. 31 31Ausblick7 26Interpretation der Messergebnisse 6 22Montage von Custos Aeris 5 19Aufbau von Custos Aeris 4 13einige physikalischen Aspekte des Taupunktes 3 6Beispiele für Schäden bei Kirchenfenstern 2 3Ziel des Projektes 1 Custos Aeris Taupunktwächter zum Schutz von historischen Glasmalereien
  32. 32. 32 Referenzen, Kontakte, Literaturverzeichnis Referenzen ▪ Kölner Dom ▪ Wiesenkirche in Soest ▪ Naumburger Dom ▪ Minster in York ▪ 2 Kirchen in Polen ▪ Glasmalerei Peter ▪ Kontakte ▪ Hans.daams@hajuveda.solutions ▪ Michael.robrecht@ixtronics.com ▪ Webauftritte ▪ https://www.hajuveda.solutions ▪ https://ix.ixtronics.com/de/ ▪ https://custosaeris-d.blogspot.com/
  33. 33. 33 Referenzen, Kontakte, Literaturverzeichnis Literaturverzeichnis: ▪ /Fri16/ Fritsch, A. (2016). Möglichkeiten einer Klimastabilisierung für durch anthropogene Umwelteinflüsse geschädigte Glasmalereibestände am Beispiel von St. Sebald in Nürnberg. Pfarramt Nürnberger Innenstadtgemeinden St. Sebald. Nürnberg: DBU 31770/01. ▪ /Gla10/ Glasmalerei Peters, Restaurierungsabteilung. (2010). Einstufung des Zustandes von Glasmalereien in Kirchen. Restaurierungsabteilung. Paderborn: Glasmalerei Peters, Restaurierungsabteilung. ▪ /ros12/ Rosant, P. M.-M. (1997). Messungen, Berechnungen und Experimente an Aussenschutzverglasungen historischer Glasmalereiein. Zusammenfassender Bericht der Arbeitsgruppen Oidtmann, FI für Silikatforschung, Laboratoire de thermique, Laboratoire de Mecanique des fluides, Universite de Marne-la-vallee. Paris: exe Production. ▪ /San17/ Sander, C. (2017). Entwicklung und modellhafte Anwendung eines neuwertigen Sensorsystems zur Überwachung der nachhaltigen Wirksamkeit von Schutzverglasungen für durch anthropogene Umwelteinflüsse gefährdete Glasmalereien am Beispiel der Wiesenkirche in Soest. Glasmalerei Peters GmbH. Paderborn: DBU 30751 / 45.

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