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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31Ausblick7
26Interpretation der Messergebnisse
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22Montage von Custos Aeris
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19Aufbau von Custos Aeris
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13einige physikalischen Aspekte des Taupunktes
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6Beispiele für Schäden bei Kirchenfenstern
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3Ziel des Projektes
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Custos Aeris Taupunktwächter zum Schutz von historischen
Glasmalereien
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26Interpretation der Messergebnisse
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22Montage von Custos Aeris
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19Aufbau von Custos Aeris
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13einige physikalischen Aspekte des Taupunktes
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6Beispiele für Schäden bei Kirchenfenstern
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3Ziel des Projektes
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Custos Aeris Taupunktwächter zum Schutz von historischen
Glasmalereien
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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/
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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
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31Referenzen, Kontakte, Literaturverzeichnis7
26Interpretation der Messergebnisse
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22Montage von Custos Aeris
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13einige physikalischen Aspekte des Taupunktes
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6Beispiele für Schäden bei Kirchenfenstern
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3Ziel des Projektes
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Custos Aeris Taupunktwächter zum Schutz von historischen
Glasmalereien
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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
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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
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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
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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
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Schäden bei historischen Glasmalereien durch Kondensat
▪ Schollenartige Verlust der Malerei durch
Kondensat von Wasser
▪ Bild und Text von (/gla10/)
Schollenartige Ablösung der Malerei
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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:
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26Interpretation der Messergebnisse
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13einige physikalischen Aspekte des Taupunktes
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6Beispiele für Schäden bei Kirchenfenstern
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3Ziel des Projektes
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Custos Aeris Taupunktwächter zum Schutz von historischen
Glasmalereien
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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)
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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
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
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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
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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
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13einige physikalischen Aspekte des Taupunktes
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6Beispiele für Schäden bei Kirchenfenstern
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3Ziel des Projektes
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Custos Aeris Taupunktwächter zum Schutz von historischen
Glasmalereien
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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
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Überwachung von Kondensatbildung im Spalt zwischen
historisch wertvoller Bleiverglasung und Schutzverglasung
Skizze des gewünschten Aufbaus
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22Montage von Custos Aeris
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6Beispiele für Schäden bei Kirchenfenstern
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3Ziel des Projektes
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Custos Aeris Taupunktwächter zum Schutz von historischen
Glasmalereien
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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
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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
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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
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26Interpretation der Messergebnisse
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22Montage von Custos Aeris
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19Aufbau von Custos Aeris
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13einige physikalischen Aspekte des Taupunktes
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6Beispiele für Schäden bei Kirchenfenstern
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3Ziel des Projektes
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Custos Aeris Taupunktwächter zum Schutz von historischen
Glasmalereien
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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.
• Grafiken im .jpeg oder .pdf-Format monatlich und gesamte Laufzeit
Grafiken und Daten können exportiert werden
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26Interpretation der Messergebnisse
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22Montage von Custos Aeris
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19Aufbau von Custos Aeris
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13einige physikalischen Aspekte des Taupunktes
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6Beispiele für Schäden bei Kirchenfenstern
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3Ziel des Projektes
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Custos Aeris Taupunktwächter zum Schutz von historischen
Glasmalereien
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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/
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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.