„Der durch Menschen mitverursachte Klimawandel wird bis zum Ende des Jahrhunderts die Entstehung von Schimmel und damit die Bedrohung der Innenausstat-tungen von Kirchen und anderen historisch wertvollen Kulturgütern signifikant erhöhen“ Referenz: /Leissner, J. und Fuhrmann, C. (2018) /

1. Systemplattform zur automatischen
Früherkennung und Vorhersage
von Schimmelbildung
Stand: 2020-02-12
Gefördert durch die DBU - Aktenzeichen: 35604/01
Projektlaufzeit: 01.01.2020 – 31.12.2021

2. Projektpartner
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Hajuveda Heritage iXtronics GmbH
Adresse
Ruitzhof 26
52156 Monschau
Im Dörener Feld 3
33100 Paderborn
Ansprechpartner Dr. Hans-Jürgen Daams Michael Robrecht
E-Mail hans.daams@hajuveda.solutions michael.robrecht@ixtronics.com
Telefon +49 2472 6089909 +49 5251 41785-12
Fax +49 2472 6089946 +49 5251 41785-29
Rolle im Projekt Projektkoordinator Kooperationspartner

3. Zukünftiges Risiko für Schimmel in Europa
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Risikomappe für Schimmelwachstum
schädlichsicher
Referenz: /Leissner, J. und Fuhrmann, C. (2018) /

4. Umweltrelevanz des Projektes
▪ „Der durch Menschen
mitverursachte Klimawandel
wird bis zum Ende des
Jahrhunderts die Entstehung
von Schimmel und damit die
Bedrohung der Innenausstat-
tungen von Kirchen und
anderen historisch wertvollen
Kulturgütern signifikant
erhöhen“
Referenz: /Leissner, J. und
Fuhrmann, C. (2018) /
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Schimmelbefall an unbekannter
Orgel (aus DBU 31242)
Schimmelbildung auf Holz-Überzug
am Barbara Altar im Xantener Dom

5. Umweltrelevanz des Projektes
▪ Nachrichten über Schimmelbildung an Kulturgütern nehmen immer mehr
Raum in der Fachliteratur und der Presse ein
▪ Es wird zunehmend über Schimmelbefall berichtet an:
- Kirchenorgeln
- Altären
- Statuen
- Gemälden
- Vorhängen
/HAWK 2019/, /DBU Abschlussbericht AZ 31242-45 sowie AZ 30200-45 und das
aktuell laufende Projekt DBU 34554_01/, /Kappel (2018) / und /Walde (2014) /)
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6. Umweltrelevanz des Projektes
▪ Möglichkeiten zur Früherkennung von Schimmelbefall:
- Sichtprüfung auf Schimmelbefall durch tägliche oder wöchentliche
Kontrollgänge
- Periodisch durchgeführte mikrobiologische Analysen
- Simulationsrechnungen und Abgleich mit vor Ort durchgeführten Temperatur-
und Luftfeuchtemessungen
▪ Nachteile aller genannten Maßnahmen sind:
- hohe Kosten und hoher Aufwand
▪ Geringe Personalkapazität und angespannte Haushaltslage begrenzen
außerdem die Möglichkeiten der Schimmeldetektion
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7. ▪ Notwendigkeit eines
Frühwarnsystems
- Zur Dauerüberwachung von noch
nicht betroffenen Objekten
- Zur Dauerüberwachung bereits
behandelter Objekten
- Anwendbar für typische mobile und
immobile Objekte in Kulturstätten
- Aber auch für normale Wohnhäuser
und Gebäude
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▪ Erfassung der schimmelrelevanten
Größen:
- physikalische thermodynamische
Größen im Nahbereich der
Kunstobjekte
- Regelmäßige Erfassung der
Oberfläche mit digitaler Kamera
- Einsatz künstlicher Intelligenz zur
frühzeitigen Erkennung von
Schimmelbefall
Umweltrelevanz des Projektes

8. Physikalische und mikrobiologische Grundlagen
▪ Isoplethensysteme
- Keimungszeit in Tagen
- Wachstumsrate in mm/Tag
- Kombination von Temperatur und
relativer Feuchte
▪ Für die Schimmelentstehung sind
zusätzlich wichtig:
- Zeitdauer der Feuchteperioden
- Wasseraufnahmefähigkeit des
Substrats
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Thermodynamische Größen bestimmen
die Isoplethen für Keimungszeit und
Wachstumsrate von Schimmel
(gilt in Nahfeld der Kulturgüter)
Sporenauskeimung und Myzelwachstum
von Aspergillus restrictus und versicolor
nach /Smith, S (1982)/
feuchtundwarm→höchstes
Schimmelrisiko

9. Physikalische und mikrobiologische Grundlagen
▪ Problem: Die Messung von Lufttemperatur und relativer Luftfeuchte allein
reicht nicht aus
- Das Substrat muss berücksichtigt werden
- Das lokale Klima direkt am Objekt ist entscheidend (Einflussgrößen: Heizung,
Klimatisierung, Strömung, Menschen, Sonne, …)
- Zeitdauer der Feuchteperiode bzw. der Trockenperiode muss berücksichtig
werden
- Die Tauwasserbildung auf dem Objekt muss erfasst werden
▪ Die Berechnungen von schimmelbeeinflussenden Parametern mit
Simulationswerkzeugen, wie z. B. WUFI-Bio, sind nur mit
Spezialkenntnissen aus der Bauphysik realisierbar
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10. Systemplattform zur automatischen Früherkennung und
Vorhersage von Schimmelbildung
- Erfasst Umweltbedingungen und
Objektoberflächen
- Bilderkennung analysiert mit
Methoden der künstlichen Intelligenz
Schimmelentstehung
- Erkennt unterschiedliche
Schadensarten z. B. auch Risse und
Wasserschäden
- Speichert die Daten in der Cloud
- Generiert automatisch eine
Warnmeldung an den Nutzer
- Korrelation von Umwelt- und
Bilddaten als Basis zur präventiven
Vorhersage von Schimmelentstehung
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▪ Ziel: Ergebnisse der Systemplattform sind ohne Expertenwissen zu
verstehen und das System mit minimalem Aufwand zu installieren

11. Künstliche Intelligenz mit neuronalen Netzen
▪ Versuch der Abbildung des Gehirns von Lebewesen und damit deren
Fähigkeiten der Mustererkennung im Rechner
▪ Zusammenschaltung einzelner künstlicher Neuronen zu einem Netzwerk
▪ Die Anzahl der Netzwerkschichten und Neuronen je Schicht ergibt sich
aus der Aufgabenstellung
▪ Trainieren des Netzwerks durch Anpassung der Gewichtsfaktoren wi,j
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12. Bilderkennung mit Convolutional Neural Networks
- Eingangsbild wird im Detektionsteil stufenweise
gefiltert und in seine Merkmale von einfach bis
komplex zerlegt
- Identifikationsteil extrahiert die zu erkennenden
Eigenschaften aus den Bild
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13. Webinterface mit Datenvisualisierung
▪ Zeitdatendiagramme
- Temperaturen
- Rel. Luftfeuchte
- Kondensatbildung
▪ Kombinierte Darstellungen
- Scatterdiagramme
- Balkendiagramme
- Isoplethen
▪ Einfache Signalsymbole
- Ampel
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14. Geplante Feldtests und wissenschaftlicher Beirat
▪ Feldtest Anwender
- Xantener Dom
- Ansprechpartner: Dombaumeister Schubert
- Testsituation: Altäre
- St.-Paulus-Dom Münster
- Ansprechpartner:
- Testsituation: Orgel?
▪ Wissenschaftlicher Beirat
- Kirchenorgeln
- Thomas Löhter, Institut für Diagnostik und Konservierung an Denkmalen, Dresden
- Schimmel
- Judith Meider, Labor Urbanus, Düsseldorf
- Künstliche Intelligenz
- Vesa Klumpp, Knowtion, Karlsruhe
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15. Vielen Dank, dass Sie uns unterstützen!
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16. Referenzen
▪ Literaturverzeichnis
- HAWK, 2019. Klimazone Kirche: Präventive Konservierung der Ausstattung, Hildesheim:
Abstracts der Vorträge Interdisziplinäre Tagung 16. bis 18. Januar 2019.
- Kappel, J., 2018. Xantener Dom hat ein Schimmel-Problem – Kunstschätze bedroht,
https://www.kirche-und-leben.de/artikel/xantener-dom-hat-ein-schimmel-problem-
kunstschaetze-bedroht/.
- Leissner, J. u. Fuhrmann. C., 2018. Kulturerbe und Klimawandel - sind wir an einem
Wendepunkt?, s.l.: In: Cartaditalia IX (2018), pp. 220-234.
- Sedlbauer, K., 2001. Vorhersage von Schimmelpilzbildung, Stuttgart: Dissertation.
- Sedlbauer, K. Z., 2003. Vorhersagemodell zur Schimmelpilzbildung bei instationärem
Klima - praktische Beispiele, s.l.: s.n.
- Walde, C. S. i., 2014. Orgel im Dom wird geputzt, Münster:
https://www.wn.de/Muenster/Kultur/2014/07/1645001-Orgel-im-Dom-wird-geputzt-Neuer-
Spieltisch.
- Smith, S. L.; Hill, S. T.: Influence of temperature and water activity on germination and
growth of Aspergillus restrictus and Aspergillus versicolor. Transactions of the British
Mycological Society Vol. 79 (1982), H. 3, S. 558 - 560.
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