Feuchte Luft in historischen Gebäuden: Schadenvorbeugung, -erkennung und -kontrolle

 

Feuchte Luft in historischen Gebäuden: Schadenvorbeugung, -erkennung und -kontrolle

Der durch Menschen mitverursachte Klimawandel wird bis zum Ende des Jahrhunderts nicht nur die mittlere Lufttemperatur erhöhen, sondern auch zu einem erheblichen Anstieg der relativen Luftfeuchte führen. Dies führt unmittelbar zu einer Bedrohung der Innenausstattungen von Kirchen und anderen historisch wertvollen Kulturgütern.

Feuchte Luft in Kontakt zu kalten Objekten führt zu Kondensation von in der Luft gelöstem Wasserdampf. In Kirchen und anderen historischen Gebäuden speichern die massiven Wände die Kälte des Winters und der Nacht. Im Sommer, wenn warme feuchte Luft durch falsche Lüftung ins Innere der Gebäude gelangt,  kann dies sogar zu Nebel und/oder Schwitzwasser führen. In vielen Fällen ist dies die Ursache von Schäden z.B. an historischen Glasfenstern, an Altären, Orgeln, Gemälden, Schreinen, Teppichen und sonstigen Objekten. Das Risiko für Schäden ist höher, wenn die Kirchen und andere historische Gebäude beheizt sind. Dort kann sich im Winter wesentlich mehr Wasser in der warmen Luft auflösen und dann später nach der Abkühlung auskondensieren.

Selbst wenn über einen Klimasensor die Innenluft des Gebäudes kontrolliert und innerhalb des vorgegebenen Klimakorridors liegt, so können sich feuchtebedingte Schäden trotzdem entwickeln, denn das globale Raumklima in der Kirche weicht vom lokalen Klima in der Nähe der zu schützenden Kulturgüter ab. Hierfür werden die Art des Substrates, die Luftzirkulationsrate, die lokale Temperatur, andere Feuchtequellen, aber auch der pH-Wert und die Wasserdampfdurchlässigkeit der Objektoberflächen verantwortlich gemacht. Insbesondere spielen dabei Sorptions- und Desorptionseffekte eine nicht zu vernachlässigende Rolle.

Daher sind alle Ecken, Faltrolläden, Bänke, Kanzeln, Altäre usw. oder Objekte an kalten Wänden (Bilder, Teppiche, Kunstobjekte) gefährdet. Es kann auch passieren, dass falsche Lackierungen bei Holzwerkstoffen zu feuchtebedingten Schäden (Schimmel) führen, weil die Wasserdampfdiffusion gesperrt ist.

Um präventiv aktiv zu werden und die risikoreichen Stellen innerhalb einer Kirche oder eines anderen Gebäudes zu finden, wird ein mehrstufiges Vorgehen empfohlen:

 1.   Schritt: Ermittlung der kalten Stellen im Objekt

Hierfür wird ein Tablet mit einer Infrarot-Kamera gekoppelt (Abbildung 1 zeigt das Infrarot-Modul). Da das Infrarot-Modul sowohl eine Linse für den Infraroten Bereich wie auch eine Linse für den sichtbaren Bereich hat, können damit Protokolle hergestellt werden, die das reale Objekt darstellen und zusätzlich das Wärmebild. Damit lassen sich die kalten Stellen in der Kirche oder im Gebäude finden. 

Abbildung 1: Infrarot-Kamera zu koppeln an ein Tablet

 Ein Beispiel aus dem Xantener Dom ist in Abbildung 2 zu finden: 

                Abbildung 2:  Infrarot und sichtbares Bild einer Säule aus dem Xantener Dom

Das Wärmebild links zeigt die kalten Stellen im Raum und zeichnet Kontouren des realen Bildes. Das Bild rechts ist dann ein sichtbares Foto des Objektes. Außerdem werden die Maximal und Minimal-Temperaturen angezeigt, welche den Farben zugeordnet sind. Mit diesem Hilfsmittel ist es nun möglich, die Kaltstellen im Raum einschließlich Temperatur zu erfassen und darzustellen. Für eine Überwachung wären die kältesten Stellen in der Kirche geeignet. Wenn dort außerdem noch wenig Luftaustausch vorherrscht, würden diese Stellen priorisiert. Diese Untersuchung sollte bei größeren Temperaturunterschieden innen und außen vorgenommen werden, also vorzugsweise zwischen Spätherbst und frühem Frühjahr. 

 

2.   Schritt: Ermittlung der Taupunktunterschreitungen

Wenn nun die Kaltbereiche gefunden sind, dann ist im nächsten Schritt die Wahrscheinlichkeit einer Taupunktunterschreitung wichtig. Hierfür wird das Kondensat-Messgerät in Abbildung 3 eingesetzt.

                                     Abbildung 3: Kondensat-Messgerät

Das Gerät misst die aktuelle Lufttemperatur und die relative Luftfeuchte in der Umgebung des Gerätes und bestimmt hieraus den Taupunkt.  Mithilfe eines Lasers wird dann die Temperatur der Oberfläche gemessen, welche als Kaltstelle im Wärmebild erkannt wurde. Eine Unterschreitung des Taupunktes wird per Alarm angezeigt und eine Balkenskala zeigt die Wahrscheinlichkeit für Kondensat an. 

Da die Lufttemperatur und die relative Luftfeuchte sich über den Tag ändern können, ist eine Mehrfachmessung an der gleichen Kaltstelle sinnvoll. Die Messungen sollten vorzugsweise im Spätherbst bis frühes Frühjahr erfolgen. 

Speziell im Sommer bei schwüler Witterung kann sehr hohe Luftfeuchtigkeit in die Kirche eindringen und bei einem Test auf Taupunktunterschreitung kann alles in der Umgebung einen Alarm auslösen, weil sich Schwitzwasser bildet. Für einen Nachweis auf falsches Lüften wären diese Messungen auch im Sommer sinnvoll.

3.   Schritt: Fotos der risikoidentifizierten Stellen

Falls  sich herausstellt, daß an der Kaltstelle der Taupunkt unterschritten wurde, muß die entsprechende Stelle näher untersucht werden. Hierbei hilft ein Griff mit einer Handy-Halterung und einer Beleuchtung bestehend aus 8 LED mit Diffusor Platte. Hiermit können dann Bilder der Oberfläche gemacht werden, die dann anschließend im Office mithilfe von künstlicher Intelligenz und neuronalen Netzen untersucht werden können. 

              Abbildung 4: Griff für Handymontage und LED-Diffusor-Beleuchtung darüber

Die Bilder sollten im Pro-Format aufgenommen werden, damit die -raw-Dateien später in hoher Auflösung untersucht werden können.

 

 4.       Schritt: Analyse und Erkennung von Schimmel auf den Bildern mit neuronalen Netzen

Die Bilder werden zunächst per Bildauswerteprogramm in .jpeg-Dateien verwandelt. Ein Algorithmus schneidet dann die Fotos in kleine Sub Fotos, damit möglichst nur ein Schadenmerkmal gleichzeitig vorliegt. Diese Sub Fotos mit ca. 250x250 Pixeln werden dann in ein neuronales Netz eingespeist. Das neuronale Netz wurde zuvor mit Verfahren der künstlichen Intelligenz mit mehreren 10000 Fotos von Schimmel in Kirchen trainiert. Mithilfe dieser Algorithmen kann auftretender Schimmel auf den erfassten Fotos erkannt werden und eine Warnung per E-Mail an den Benutzer erfolgen.

 

Abbildung 5 Neuronales Netzwerk zur Erkennung von Schimmel

 

Alle nötigen Geräte und eine Anleitung zum Vorgehen in Kirchen und historischen Gebäuden sind in einem Koffer gebündelt worden. Damit können die Untersuchungen unmittelbar starten.

 

 Abbildung 6 Koffer mit IR-Kamera, Tablet, Kondensat-Finder und Fotoausrüstung (ohne Handy)

 

5.       Schritt: Dauerüberwachung mit Schimmelkamera

 Falls hohe Risiken auf Schimmelentstehung vorliegen empfiehlt sich eine periodische Überwachung immer derselben Stelle oder die Installation einer Schimmelkamera vor Ort, die speziell für die Dauerüberwachung entwickelt wurde. Hierauf wird im nächsten Blog näher eingegangen.