Custos aeris taupunktwaechter fuer glasmalereien mit neuen graphiken

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

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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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3Ziel des Projektes
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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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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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▪ Durch erhöhten Wassereintrag kommt es
vermehrt zu Salzausschwemmungen auf
den Glasinnenseiten.
▪ Die Salze können sich wiederum mit
anfallendem Wasser zu unvorteilhaft sauren
Lösungen verbinden.
Salzausschwemmungen auf den Glasinnenseiten

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▪ 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.
Wasser bewirkt Bemalungsverluste

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▪ Schollenartige Verlust der Malerei durch
Kondensat von Wasser
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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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

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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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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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Skizze des gewünschten Aufbaus

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▪ 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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Darstellung des Aufbaus am Modell. Der Gesamtaufbau dauert nicht mehr als 3 Minuten.
Mobilfunkantenne

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▪ 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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Verfügbare Grafiken in der Cloud
Lufttemperatur und Luftfeuchte

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Temperaturen der Glasoberflächen und Taupunkttemperaturen

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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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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.

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