KURZ PREVENTIVNÍ KONZERVACE METODICKÉHO CENTRA KONZERVACE TECHNICKÉHO MUZEA V BRNĚ ING. ALENA SELUCKÁ Teplota a vlhkost logo_MCK_barva_pozitiv.jpg Teplota - definice —V obecném významu teplota určuje, jak horké nebo chladné materiály jsou - teplota vyjadřuje pohyb molekul v materiálu. ¡Se vzrůstající teplotou se pohyb molekul zvyšuje – materiál se roztahuje; s klesající teplotou se jejich pohyb zmenšuje a materiál se zkracuje. ¡ —Teplota (T) se měří ve stupních Celsia (°C), v USA a VB ve stupních Fahrenheita (°F); ve fyzice se používá jednotka Kelvin (K). logo_MCK_barva_pozitiv.jpg teplo_radiator.jpg Vliv teploty na muzejní sbírky —Rychlost chemických reakcí se zvyšuje s teplotou. ¡Každé navýšení teploty o 10°C zdvojnásobí rychlost většiny chemických reakcí —Biologická aktivita se zvyšuje se vzrůstající teplotou. —Teplota vždy souvisí s relativní vlhkostí (RV) – pokud se mění T, mění se i RV. —V expozicích, depozitářích, pracovnách – pohoda pracovníků, návštěvníků : ¡T =18 – 21°C (max. 25 °C), tolerovaná odchylka ± 3 °C (± 5 °F) —Vysoká teplota – pro mnoho materiálů je běžná pokojová teplota příliš vysoká (chemické, fyzikální a biologické aspekty poškozování) —Nízká teplota – obecně je nízká teplota pro většinu sbírek prospěšná (polymerní materiály však mohou křehnout) —Výkyvy teploty - souvisí se změnami RV — Vysoká teplota —Nejvíce chemicky citlivé materiály (T > 30°C) ¡Magnetická média (např. video pásky, diskety) přestávají být funkční, nitrát celulózy žloutne, rozpadá se; tištěný fotografický materiál bledne (i v tmavém prostředí), acetátové filmy (označ. safety film) podléhá zvýšené autodegradaci; guma a polyuretanové pěny křehnou, slepují se; ¡Kyselý papír (např. novinový papír, knihy s nízkou kvalitou papíru) žloutne, přírodní materiály (textil, useň) okyselené polutanty se zeslabují a mohou se rozpadat. ÷Každý pokles teploty o 5°C zhruba zdvojnásobuje životnost těchto materiálů (acetátové filmy: při 21°C a RV 60 % životnost 30 let; při 13°C a RV 30 % životnost 300 let). ÷Velmi poškozené celuloidové filmy se mohou samovznítit při teplotě nad 38 °C! ¢ — — ÷ ¡ 10.gif film.jpg vinegar_syndrome.jpg Acetátové filmy (acetylcelulóza) CTA bezpečná podložka poč. 20. Stol. – podléhají autodegradaci, hydrolýzou se uvolňuje kyselina octová – film se vlní, uvolňuje se kyselý zápach (octový syndrom), film ztrácí pružnost, odlupuje se emulze. Fotografický materiál bledne i v tmavém prostředí (bez přístupu světla) – spontánní rozklad chemických látek Kyselý papír – žloutne, fotooxidace ligninu (změna optických vlASTNOSTÍ) Autodegradace acetátových filmů – octový syndrom —A-D strips: Indikační pásky (barvená změna – stupeň poškození) pro detekci kyselých par v blízkosti hodnocených filmů (ale i dřeva, lepidel, textilu apod.) — film_preservation.jpg Vysoká teplota —Fyzikální změny: ¡Měknutí vosků a pryskyřic (např. parafinový vosk 44 – 65°C, včelí vosk ¡60 °C, karnaubský vosk 80 °C) ÷ —Biologické poškození: ¡Při teplotě nad 4°C začínají být aktivní plísně, ¡nad 10 °C hmyz wax.jpg Měknutí pečetního vosku pergamenové listiny vlivem vysoké teploty, foto ICCROM, r. 1985 Nízká teplota —Fyzikální změny (T < 5°C): ¡Zejména polymerní materiály (moderní barvy a nátěry) tuhnou a křehnou, např. akrylové barvy křehnou při teplotě pod 5 °C, tyto předměty jsou velice citlivé pro manipulaci. ¡Cínové předměty by neměly být dlouhodobě vystavovány teplotě pod 13 °C (fázová přeměna β-Sn α-Sn, cínový mor) ¡Při teplotě pod bod mrazu hrozí zamrzání vody např. v dutinách, pórech materiálů. ÷Nicméně mnoho muzejních sbírkových předmětů např. (např. sbírky z textilu, usně, kožešin) snášejí extrémně nízké teploty – 30 až -40°C (vymrazování biologických škůdců) Obr.2 Cínová křtitelnice poškozená cínovým morem.JPG Cínový mor na křtitelnici, foto I. Eisler Výkyvy teploty —Náhlé výkyvy teploty mohou způsobit mechanické změny materiálů. ¡Předměty kombinované z více materiálů s různou tepelnou roztažností např. obrazy (dřevo + anorg. pigmenty, kov + smalt) — malba.jpg Poškození malby vlivem nesprávné teploty, Muzeum umění, Budapešť, ICCROM r.1978 Koeficient délkové roztažnosti pro různé materiály malby — — — Materiál Teplotní koeficient délkové roztažnosti [ppm/°C] Bílý dub, Quercus alba, příčný řez 0, 3 Bílý dub, Quercus alba, radiální řez 32 Bílý dub, Quercus alba, tangenciální 40 Oil paint, white lead 44 Oil paint, yellow ochre 64 Oil paint, Naples yellow 52 Rabbit skin glue 29 Copper 17 Aluminum T-2024 23 Museum Microclimates, The National Museum of Denmark, Copenhagen 2007 Lepidlo z králíčí kůže – používané v renesanci (výborné lepidlo) Žlutá okrová (oxidy železa) Změna délky je lineární funkcí teploty. Možné příčiny nesprávné teploty —Sluneční světlo ¡teplota povrchu materiálů obrácených vůči přímému světlu může dosáhnout 40 – 75 °C (i vyšších hodnot v uzavřených vitrínách); většina vitrín je z materiálů (sklo, ocel), které mají špatnou tepelnou izolaci. — Umělé osvětlení ¡zejména žárovky, některé halogenové lampy (vysoký podíl IČ záření) —Budovy a jejich systém regulace klimatu ¡Lokální zdroje tepla, ventilátory, chladné stěny a podlahy ... (platí zejména v prostorách s nízkou cirkulací vzduchu) —Transport předmětů ¡V letních měsících může být teplota uvnitř dopravních prostředků mnohem vyšší než venkovní, v zimě může teplota klesnout na nízkou hodnotu – nebezpečné zejména pro obrazy. Opatření pro regulaci nesprávné teploty —Nevystavovat předměty přímému slunečnímu záření. —Správná teplota by měla být udržována zejména kvalitní izolací něž vytápěním a ochlazováním. —Depozitáře by měly být pouze temperovány a ne vytápěny. —Předměty umisťovat alespoň 10 cm od obvodových stěn, chladných podlah. — Přesun předmětů přizpůsobit aktuálním klimatickým podmínkám. Vlhkost —Vlhkost vzduchu Vlhkost vzduchu je základní meteorologický prvek popisující množství vodní páry ve vzduchu. ¡Zdroje vlhkosti ve vzduchu ÷Déšť, vodní zdroje ÷Vlhká půda ÷Vlhké zdi ÷Lidské tělo (člověk v klidu vyprodukuje cca 50 g vodní páry za hodinu) ÷Organické materiály (rostliny) ÷Uklízecí práce ÷Kondenzace vody ¡ ¡ voda - kapalina voda - pára vypařování kondenzace Charakteristiky vlhkosti ¡Rosný bod (teplota rosného bodu) je teplota, při které je vzduch maximálně nasycen vodními parami (RV 100 %). Pokud teplota klesne pod tento bod, nastává kondenzace. ÷Při teplotě 30°C obsahuje vzduch max. 31 g/m3 vodní páry; při 20°C max. 18 g/m3; při 10°C max. 10 g/m3; při 5°C max. 7 g/m3 ÷ Jestliže se m3 nasyceného vzduchu při teplotě 30 °C ochladí na 20 °C, zkondenzuje 13 g vody (31 - 18 = 13 g) ÷ — kapky_na_skle_0150.jpg Čím vyšší je teplota vzduchu, tím je potřeba většího množství vodní páry k jeho nasycení. Charakteristiky vlhkosti ¡Absolutní vlhkost (AV) - udává hmotnost vodní páry obsažené v jednotce objemu vzduchu (g/m3) (vzduch není vždy nasycený). ÷Příklad: Vitrína o objemu m3 obsahuje při 30°C 10 g vodní páry, ochlazená na 20 °C obsahuje stále 10 g vodní páry, stejně tak při 10°C. Pokud dojde ale k ochlazení na 5 °C, bude vitrína obsahovat 7 g vodní páry a 3g zkondenzované vody (max. množství vodní páry obsažené ve vzduchu při 5°C je 7 g/m3). ÷ — C:\Alena II\PK\RV-T\relativehumidityball.gif RV 100 % RV 55 % RV 33 % AV 10 g AV 10 g AV 10 g Teplejší vzduch pojme větší množství vodní páry než chladný objem vzduchu Relativní vlhkost Relativní vlhkost (RV), poměrná vlhkost - je mírou nasycení vzduchu vodní parou. Udává se v procentech a patří k nejčastěji používaným charakteristikám vlhkosti vzduchu. RV = (absolutní vlhkost/obsah vodní páry při nasycení ) . 100 [%] Relativní vlhkost —Relativní vlhkost je vždy závislá na teplotě. V uzavřeném systému pokud teplota stoupá, RV klesá; opačně se snižující se teplotou roste RV. ¡Při teplotě 30°C má vitrína o objemu m3 obsahující 10 g vodní páry RV 33 % (RV = (10 / 31) . 100 %) ¡Při teplotě 20°C má tato vitrína RV 55 % (RV = (10 / 18) . 100 %) ¡Při 10 °C je RV 100 % (RV = (10/10) . 100 %) ¡Při 5 °C je RV 100 % (+ kondenzace 3 g vody) —Jak udržet konstantní RV při měnící se teplotě? ¡Přidávat do systému vodu při zvyšování teploty; odebírat vodu ze systému při snižování teploty. Psychrometrické tabulky hygrometrický graf —Vzájemnou závislost mezi RV, AV a teplotu udává hygrometrický graf (Mollierův graf). hygrometrický graf1 Příklad: Větrání v jarních teplých měsících (např. T 20°C, RV 50 %) v nevytápěných objektech – teplý venkovní vzduch se v blízkosti chladných stěn ochladí (např. na 10 °C) a přebytečná vodní pára zkondenzuje – stěny se orosí. Diagram je grafickým znázoreněním vztahu mezi RV, měrnou vlhkostí, teplotou a entalpií (energetická veličina, která zajímá zejména odbiorníky). Na obrázku je zjendodušený Mollierův graf (psestavován pro určitý barometrický tlak – tyda je to průměrná hodnota atmosferického tlaku). S rostoucí tlakem klesá RV při dané teplotě. Z diagramu je patrná závislost obsahu vodní páry ve vzduchu na teplotě. Hygrometrický graf hygrometrický graf1 Příklad: Změna RV vlivem denního vypínání a zapínání topení – expozice je vytápěna na 20°C (v m3 je 8,5 g vodní páry tzn. RV 50 %), během večera se teplota ochladí na 15°C a RV se zvýší na 65% - tzn. denní výkyv RV je ±15 %! Vliv vlhkosti na vlastnosti materiálů —Organické materiály jsou hygroskopické - mají schopnost přijímat vodu z okolí nebo ji naopak do něj odevzdávat. K této výměně dochází tak dlouho, dokud se neustaví difuzní rovnováha mezi přirozeným obsahem vody v materiálu a okolním prostředí (rovnovážný obsah vlhkosti). ¡Je-li vlhkost prostředí stálá a neměnná, organický materiál dosáhne určitý stupeň rovnováhy a je relativně stálý. ¡Je-li vlhkost prostředí příliš vysoká či nízká nebo dochází k jejímu kolísání, organický materiál reaguje změnou fyzikálních parametrů až do stadia poškození (deformace, praskání, zvlnění, změna mechanických vlastností apod.) dřevo letokruhy.jpg letokruhy dřeva Vliv vlhkosti na vlastnosti materiálů —Obsah vlhkosti v materiálu je dán poměrem hmotnosti obsažené vody k celkové hmotnosti vlhkého vzorku (popř. hmotnosti sušiny) — w = mv/m . 100 [%] —Rovnovážná vlhkost materiálu – vlhkost materiálu odpovídající obsahu vlhkosti v okolním vzduchu – tato závislost je vyjádřena sorpční izotermou. — — — — — — 35_sorpcni_izoterma.jpg Sorpční izoterma dřeva při různých teplotách V dřevařském průmyslu se podle sorpčních izoterm nastavuje požadovaná vlhkost vzduchu. Materiály, které jsou dlouhodobě zvyklé na určité klima ( i když jsou tyto podmínky vzdálené optimálním) není vhodné náhle přemisťovat do odlišných podmínek ( z kostela do depozitáře). logo_MCK_barva_pozitiv.jpg Jaké jsou mezní hodnoty pro přijatelné fluktuace? •Organické hygroskopické materiály (dřevo, textil, papír, useň, …) – pohlcují nebo uvolňují vlhkost s cílem dosáhnout rovnováhy 35_sorpcni_izoterma.jpg Sorpční izotermy dřeva: •přijatelná pozvolná fluktuace RV 40 – 60 % při T cca 20 °C •zvýšení rovnovážné vlhkosti dřeva při RV ˃ 70 % a T˂ • • Mechanisms of Humidity Degradation.jpg •Krátkodobé fluktuace > ± 15 % od RV 50 % vyvolávají trvalá poškození! na základě laboratorních testů (Camuffo, 2014) Zpátky k podstatné otázce: Jaké jsou mezní hodnoty pro přijatelné fluktuace RV a T? Organické hygroskopické materiály patří mezi materiály, které velmi citlivě reagují na okolní klimatické podmínky – vlhkost z okolí přijímají nebo uvolňují s cílem dosáhnout rovnováhy mezi vlhkostí materiálu a okolním prostředím. Analýza chování těchto materiálů je proto základem pro nastavení doporučených podmínek jejich uchovávání. Grafické znázornění závislost rovnovážné vlhkosti hygroskopických materiálu na okolní RV udávají sorpční izotermy. Jejich tvar se může lišit pro různé materiály papír-dřevo-textil, ale platí, že v oblasti středních hodnot RV v rozmezí 40 – 60 % jsou sklony křivek nejmírnější a tudíž i změny v obsahu vlhkosti malé, což přímo i ovlivňuje rozměrovou stálost předmětů. Z tvaru sorpční izotermy dřeva je ale zřejmé, žejejí sklon se strmě zvyšuje při RV nad 60 – 70 % což znamená i velké změny obsahu vlhkosti v materiálu (tzn. Že výkyvy v této oblasti RV jsou pro dřevo velice riskantní. To dokladují i aktuální výsledky laboratorních testů, které byly publikovány v knize Daria Camuffa, na niž je odkaz v literatuře,: obrázek představuje syntézu těchto výsledků - oblast elastické deformace je vymezena zelenou oblastí, v rámci které je zřejmé, že okamžité změny RV přesahující +/- 15 % od střední hodnoty RV 50 % vyvolávají napětí přesahující mez pružnosti dřeva a způsobují trvalou – plastickou deformaci (žlutá oblast). Pokud dochází k výkyvům RV v oblasti nad 70 %, toto pole elastické deformace se velmi zužuje a odpovídá v zásadě mezní hodnotě +/- 5 %. Další faktor, který je nutno vzít v potaz je závislost sorpčních izoterem na teplotě. V běžné praxi se tento vliv zanedbává, ale pokud se předměty pohybují v prostředí s výrazným rozdílem teplot (např. 5 – 25 °C), nutno počítat s tím, že u těchto materiálů dochází k navyšování obsahu vlhkosti s poklesem teploty. Jakkoliv jsou tyto testy velice užitečné, nelze je brát jako 100% měřítko, jelikož jsou prováděny pouze na laboratorních vzorcích dřeva a postihují celou šíři problematiky různorodosti materiálů – dřevo lakované, intarzované, malované , zeslabené červotoči… apod. Vliv vlhkosti na vlastnosti materiálů —Anorganické materiály – vlhkost ovlivňuje celou řadu fyzikálně-chemických reakcí: významnější reakce s oxidy síry a jinými polutanty, koroze kovů, hydratace skla, pohyb solí uvnitř porézní keramice a kameni, rozpad minerálů apod. ¡Některé anorganické materiály (zejména porézní) jsou také značně hygroskopické např. minerály - chlorid sodný, sklotvorné látky oxid draselný a sodný, minerál akaganeit apod. — — Halite_crystal.jpg krystal halitu – NaCl (sůl kamenná) Vliv vlhkosti —U většiny materiálů dochází k jejich poškozování vlivem nesprávné relativní vlhkosti (RV) pokud: ÷RV je vyšší než 75 % ÷RV je konstantně nízká cca pod 30 % ÷náhlé výkyvy RV (± 5 % během několika hodin) —Obecným kompromisem pro uložení většiny muzejních sbírek je RV 50 ± 5 % a teplota 18 – 21°C (tyto hodnoty však nejsou vhodné pro všechny materiály viz tab. 1 !). ÷Tolerovaná odchylka RV 45 – 55 % během měsíce ÷Výkyvy RV během několika hodin by neměly přesáhnout 5 % ¡ ÷ ¡ — Trvale vysoká RV nad 75 % —růst plísní (rozklad a barevné změny usně, textilu, papíru, dřeva, malby, skla); zvýšení aktivity hmyzu ¡nejcitlivější jsou materiály obsahující proteiny, škrob, cukr (useň, kůže, pergamen); škrobený textil, prachem zanesený papír —koroze kovů ¡zejména slitiny železa a mědi obsahující chloridové soli - poškození patiny, lesklé povrchy s otisky prstů, kontakt různých kovů, slitiny Pb, Zn, Bi v přítomnosti organických kyselin — rozpad nestabilního skla ¡koroze skla – vznik irizujícího zakaleného povlaku, bílé šupinkovité krusty ¡nejvíce bývají poškozená skla z období 17. stol. a středověká skla s vysokým podílem alkalických oxidů Na2O a K2O – vymývání alkalických složek; koroze skla,devitrifikace skla (odskelnění – krystalizace skla) — — — — Alkálie se dávaly do sklářské suroviny ke snížení teploty tavení skla. Alkalické oxidy jsou velmi hygroskopické, reagují se vzdušnou vlhkostí, polutanty vznikají korozní produkty skla. Trvale vysoká RV nad 75 % —mechanické změny ¡bobtnání želatinových vrstev – nebezpečí slepení filmů a fotografických záznamů ¡poškození dýhovaných vrstev na nábytku, bobtnání dřeva —chemické poškození (např. kyselá hydrolýza, nestabilita barviv, zbytků chemikálií) ¡zkřehnutí, hnědnutí kyselého papíru (zejména novější méně kvalitní papír) ¡zkroucení acetátových filmů, odpadávání obrazové vrstvy ¡poškození magnetických záznamů (video, audio, data, diskety) —kondenzace vody na povrchu předmětů při poklesu teploty — Kyselá hydrolýza papíru – štěpení vazeb celulózy, snižuje se pevnost papíru – papír je kyselý již z výroby – zejména papír od pol. 19. stol. (klížený kalafunou a kamencem, s vysokým podílem dřevoviny (do té doby byl papír vyráběn z hadrů a klížen neutrálně klihem nebo škrobem). Biologické poškození E:\Dočasné soubory\Sbírky NTM - voda 2002\měch3.JPG Staročeský měch ze sbírek NTM, poškozený plísněmi po povodních v r. 2002 chleb.jpg Chléb - http://plisen.info/ p_4538.JPG plísně z muzejního depozitáře Biologické poškození CCI plísně.jpg Časová závislost viditelného růstu plísní na RV, dle CCI, www.cci-icc.gc.ca Koroze kovů 01 Hřebík č imagerCA4LN2L9.jpg poškození nemocí bronzu, databáze ICCROM, Varanasi Indie, 2004, chloridová koroze železa PA180056.bmp rezivění železných částí šicího stroje při vysoké RV Poškození nestabilního skla D:\Alena-přednáška\09.JPG Koroze historického skla D:\Alena-přednáška\08.JPG Mechanické změny paper, Roma, ICCROM, 1980.jpg kresba, Řím, ICCROM.jpg Poškození papíru vlivem nízké a vysoké vlhkosti (ve srovnání se střední hodnotou RV), ICCROM, 1980 Krabatění kresby na papíře, ICCROM E:\SaOSF\pro Alenu\JPG\PA180028.JPG deformace dřeva, poškozená dýhovaná vrstva, šicí stroj po povodních,, 2002 Mechanické změny Obr. ..... : Vstupní dveře na terasu nad modrým salonem – místnost č. 161; degradace dýhy vnitřní výplně dýhované konstrukce (vnější strana) způsobená patrně kombinací působení přímého slunečního svitu s působením kondenzátu. Trvalé nízká RV pod 30 % —vysušení a zkřehnutí organických materiálů ¡sesychání a praskání dřeva, usně, pergamenu, slonoviny, proutěných košíků apod. ¡sesychání papíru a lepidel —praskání a odpadávání laků, malby, fotografické emulze —výkvěty solí na povrchu porézních materiálů Výkvěty solí na keramice, zdroj: IAP Copenhagen, 2001 Výkyvy RV —±5 % RV během několika hodin (??? reálné pouze v regulovaném prostředí) —Objemové změny a strukturní poškození hygroskopických materiálů ¡Bobtnání, praskání dřeva, odlupování polychromie, intarzií, zlacení ¡Smršťování vláken (poškození tapisérií) ¡Poškození vrstvených materiálů - knižní vazby, fotografií, negativů, magnetických záznamů; odlupování malby — ¡ ¡ — usen poškození usně vlivem kolísání RV, foto: I. Berger Výkyvy RV —Mobilizace solí uvnitř porézních materiálů ¡krystalizace ( výkvěty) solí na povrchu kamene, keramiky ¡poškození nástěnných maleb — koroze_kamen krystalizací solí odtržená povrchová krusta na kamenné plastice, foto: I. Berger Poškození vlivem výkyvů RV/T krakely-staré_0034.jpg opadání_krakely-malba_if2010.jpg Poškození malby (krakely) vlivem kolísání RV a T, foto I. Fogaš krakely-časné_dřevo-0050.jpg Krakely malby na dřevě vzniklé nesprávnou technologií malby, foto I. Fogaš Doporučené hodnoty RV/T materiál teplota [°C] relativní vlhkost [%] papír 15 - 18 45 - 55 dřevo, kůže, pergamen, textil, slonovina, kosti, zuby 15 - 18 45 - 60 malba na plátně 16 - 18 50 - 55 biologické přírodovědné sbírky 15 - 18 40 - 60 paleontologické sbírky 18 - 20 45 - 55 mineralogické sbírky z pyritu 18 - 20 pod 30 keramika, sklo, kámen 18 - 20 40 - 55 kovy samotné 18 - 20 30 - 40 kovy vykazující aktivní korozi pod 20 kovy v kombinaci s organickým materiálem 18 - 20 40 - 55 papírové fotografie černobílé 15 - 20 30 - 50 papírové fotografie barevné do 2 30 - 50 černobílé filmy do 20 30 barevné filmy do 2 30 gramofonové desky 10 - 21 40 - 55 fonografické válečky okolo 15 40 - 60 zvukové a audiovizuální magnetické záznamy 18 30 datové magnetické záznamy (diskety, magnetické pásky) 18 - 22 35 - 45 optické kompaktní disky 15 - 18 45 - 55 ČSN EN 15757, r. 2011 logo_MCK_barva_pozitiv.jpg •ČSN EN 15757: Ochrana kulturního dědictví – Požadavky na teplotu a relativní vlhkost prostředí s cílem zamezit mechanickému poškozování organických hygroskopických materiálů, k němuž dochází důsledkem klimatu: •Nový koncept tzv. historického klimatu: „klimatické podmínky prostředí, ve kterém byly objekty kulturního dědictví vždy drženy, nebo v něm byly ponechány delší dobu (minimálně po dobu jednoho roku) a jsou v něm aklimatizovány.“ •Charakteristiky historického klimatu: •stanovení průměrné roční RV a T •sezónního cyklu •krátkodobých výkyvů RV a T • • • • • Jednoduše řečeno, neexistuje jednoznačná odpověď na otázku doporučených hodnot RV a T – to co je vhodné pro hygroskopické materiály, nemusí být vždy to pravé pro jednotlivé předměty zhotovené z těchto materiálů. Tuto skutečnost do jisté míry reflektuje nová norma ČSN 15757 z. r. 2011: ochrana kulturního dědictví – Požadavky na teplotu a relativní vlhkost prostředí s cílem zamezit mechanickému poškozování organických hygroskopických materiálů, k němuž dochází důsledkem klimatu, která zavádí nový koncept tzv. historického klimatu (nebo historie klimatu). Ten je založen na předpokladu, že riziko fyzického poškození vlivem fluktuací, které nepřesahují historicky ověřený rozsah je velmi nízké. Lidově řečeno staré hygroskopické předměty, které se adaptovaly na určité okolní podmínky si vytvořily již komplex vnitřního systému napětí, ztratily již původní elasticitu a jejich adaptace na nové podmínky je velmi riskantní a tudíž se je doporučuje ponechávat v původních neměnných podmínkách (obdobně jako v běžném životě čím jsme starší, tím hůře snášíme jakékoliv změny). Tato norma je vhodná pro analýzu klimatu historických budov, kde jsou prokazatelně předměty dlouhodobě uloženy a rozhoduje se napři v rámci rekonstrukce a zřízení klimatizovaných prostor. V těchto případech je na místě nejprve zvážit toto historické klima v konfrontaci se stavem předmětů a příp. upřednostnit původní klimatické podmínky než vnucovat budově tzv. ideální muzejní klima. Obdobně i analýza historie klimatu se hodí při nastavování aklimatizačních postupů či změně režimu využívání objektů jako jsou historické zámky či hrady (vytápění během zimy). ČSN EN 15757, r. 2011 logo_MCK_barva_pozitiv.jpg • • • • Regál 02_1_144C_norma_percentily •Způsob výpočtů: •sezónní cyklus – střední měsíční klouzavý průměr (MA) •krátkodobý výkyv – 7. a 93. percentil od MA Depozitář TMB, temperovaný, pasivní T 10 – 20% °C, RV 40 – 65 % Střední klouzavý průměr MA je aritmetickým průměrem hodnot RV měřených 15 dnů před a 15 dnů po datu, ke kterému je průměr počítán. Pro statistické zpracování celoročního záznamu je však potřeba 30 dnů navíc tj. 15 dnů na začátku roku a 15 po skončení roku tedy celkem 395 dní. (doporučeno je zaznamenávat hodnoty RV max. v 1 hod. intervalech (pro našeho hodnocení jme měly nastaven 30 min. snímací cyklus) Př.: 1 hod. záznam: 24 x 15 = 360 ….. 360 x 2 + 1 = 721 MA = (Rvaktual + RV aktual-1 + RV aktual-360…RV aktual +1 …. + RV aktual360+1/721 Střední klouzavý průměr zvýrazňuje dlouhodobé trendy (sezónní cykly) a zvýrazňuje krátkodobé výkyvy. Hranice pro bezpečný krátkodobý výkyv jsou stanoveny jako 7. a 93. percentil výkyvů RV zaznamenaných ve sledovaném období. Pokud je hodnota MA stabilní (má stabilní průběh) připouští se +/- 10 % výkyv RV za přípustný. Klasifikace klimatu depozitáře dle ASHRAE •Mikroklima depozitáře TMB – kategorie B •ASHRAE - The American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning Engineers, Handbook 2007, Chapter 21. • Měření T —teploměry ¡bimetalové ¡kapalinové (rtuťové, lihové) ¡křemíkové (elektronické) - reagují na změnu elektrického odporu teplotního čidla, způsobenou změnou teploty okolí. — C:\Documents and Settings\Administrator\Plocha\teplomery\120580_LB_00_FB_obr.jpg Měření RV —Psychrometr ¡staniční Augustův ¡aspirační Assmanův ¡přesnost ± 1 % ¡ověření přesnosti měřících přístrojů RV ¡ Psychrometr%20Augustuv.jpg psychrometr staniční Augustův Psychrometr%20Assmanuv.jpg psychrometr Assmanův Otáčivý psychrometr, hodnota vlhkosti je proměřována pomocí rozdílu teplot suchého a mokrého teploměru na základě změny výparného tepla. Čím je okolní vzduch sušší tím je pokles teploty u mokrého teploměru výraznější (více se odpařuje voda). Měření RV —vlhkoměry (hygrometry): ¡indikátory vlhkosti ÷Indikační papírky – impregnováno solemi kobaltu, rozsah 20 – 80 %, menší přesnost ve vlhkém prostředí, jednoduchá a levná aplikace. ¡vlasový vlhkoměr ÷dilatační vlhkoměr, přesnost ± 5 %, nepřené při nízké RV (˂ 40 %) ¢ a vysoké RV ˃ 80 % ¡termohygrograf ÷kontinuální záznam, přesnost ± 3 – 5 %, nejlepší přesnost v rozmezí ¢30 – 60 % — — papirky Vlasovy%20vlhkomer.jpg D:\Alena-přednáška\12.JPG hygrograf2.jpg vlasový hygrometr termohygrograf Měření RV/T —digitální termohygrometry ¡pro okamžité změření teploty a relativní vlhkosti, hodnoty nejsou registrovány (možnost zapamatování maxima a minima). Slouží převážně pro upřesnění hodnot a zjištění charakteristického místa pro umístění dlouhodobého měření. ¡běžný rozsah měření T= –20 až 50°C a RV= 20-80%. ¡přesnost přístrojů je cca ±1°C a ±5 %. —měřící sondy napojené na datalogger ¡elektronický sběrač dat - mohou, ale nemusí ukazovat aktuální hodnotu a dopočítávat rosný bod, automaticky ukládají ve zvoleném časovém intervalu data, která jsou dodatečně zpracována na PC formou tabulek nebo grafů. ¡tato měřidla lze libovolně přenášet, instalovat do vitrín hygrometr Měření RV/T —měřící sondy spojené s řídícím počítačem radiově ¡na PC lze pomocí instalovaného přijímače sledovat jak aktuální hodnoty, tak zpětně hodnoty naměřené dříve; Čidla (vysílače) lze libovolně přenášet v dosahu cca 300 m (obvykle stačí na rozsah budovy) bez jakýchkoli kabelů a instalací ¡elektronická čidla stabilně instalovaná v místnostech spojená s řídícím počítačem – obvykle jako součást centrálního systému klimatizace ¡ C:\ALENA\Přednáška\Hanvelsada.bmp cidlohanwell telemetrický systém Hanwell Umístění měřících přístrojů —Nevhodné umístění: blízkost oken, dveří, topných těles, vzduchotechniky – působení proměnlivého proudění (limitem může být např. dosah rádiového signálu) —Vhodná výška – cca 1,5 – 1,8 m nad podlahu —Nutné temperování přístroje na dané měřené prostředí (min. 1 hod.) —Možné měření uvnitř regálů, skříní či sledovaných míst (chladné stěny apod.) — — DSC_0027.JPG Regulace RV/T —Obecně je vhodné využívat pasivních regulačních prvků: ¡Omezit tepelné ztráty budovy (popř. tepelné dotace v létě) – kvalitní izolace budovy ! (součinitel prostupu tepla zdiva – U hodnota cca 0, 3 !!!) ¡Sedlová střecha s izolovaným podkrovím ¡Krytá okna (žaluzie, energetické fólie) ¡Omezení množství lidí v místnosti! ¡Umístění citlivých předmětů mimo dosah přímého světelného záření, oken, obvodových zdí, ventilátorů vzduchu, vstupních chodeb a prostor ¡Snížení teploty vytápění během zimních měsíců (lepší regulace RV) – nastavení sezónních cyklů ¡Ukládání předmětů v boxech, obalech, skříních … (lepší vyrovnávání výkyvů RV/T) ¡Důsledná kontrola RV/T pro citlivé materiály (např. textilie, některé kovy, minerály apod.) ¡ ¡ ¡ Možnosti regulace RV/T —údržba budovy – eliminace zdrojů vysoké popř. nízké vlhkosti ¡Zatékání střechy, oken, těsnění ¡Poškozené žlaby, svody vody ¡Trhliny ve zdech, podlaze, vlhké zdivo, špatná kanalizace ¡Otevřené zdroje vody (toalety, dřezy) — zdroje vlhkosti-budova.jpg A – povrchová drenáž B – půdní drenáž C – dešťová voda D – vysoká teplota v podkroví E – obvodové zdi F – vytápění Zdroj: CCI: S. Michalski, Incorrect Relative Humidity Možnosti regulace RV/T —řízené vytápění (chlazení) —řízené větrání —odvlhčovací přístroje —zvlhčovací přístroje —stabilní vzduchotechnická zařízení (VZT) —klimatizační jednotky —užití látek modifikujících RV(silikagel, molekulární síta) — — Řízené větrání —Výhody - nic nestojí, rychlá výměna vzduchu —Nevýhody - omezené možnosti regulace, nebezpečí velkých výkyvů RV a T - kondenzace vody na chladnějším povrchu, proniknutí vnějších znečišťujících látek do interiéru ¡Nezbytná kontrola teploty a relativní vlhkosti v interiéru a exteriéru!!! ÷Příklad:Větrání v chladných zimních měsících při T 0°C a RV 50% je AV = 2 g/m3; při zahřátí vzduchu uvnitř místnosti na 20°C dojde k poklesu RV na 11 %. ÷ ÷ Vytápění —výhody – relativní nenáročnost na vybavení —nevýhody – vhodná spíše ke snižování úrovně RV, ekonomická zátěž ¡Může dojít k nebezpečnému snížení RV ve vytápěném prostoru (např. v zimních měsících v kombinaci s větráním venkovním vzduchem) —nastavit sezonní cyklus - letní (např. depozitář 18 – 20 °C) a zimní režim (16 – 18 °C) —standardní ovládání termostaty (v expozicích možnost blokovat nastavenou polohu) — Vytápění —ovládání topení na základě regulátoru vlhkosti (hygrostatem)– např. topení se spouští na základě změny okolní vlhkosti– „conservation heating“ ¡ČSN 961507, EN 15759-1 : Ochrana kulturního dědictví - Vnitřní prostředí - Pokyny pro vytápění kostelů a kaplí; účinnost od 1. 5. 2012 —stěnové topení – topné trubky pod omítkou — images.jpg Možnosti zvlhčování —odpařování (adiabatické zvlhčování) – suchý vzduch prochází smáčenou plochou (navlhčenou rohoží, rotačním bubnem nebo lamelami), pohlcuje vlhkost a vrací se zpět do prostoru – rozptyl jemných kapek vody: ¡ekonomické zvlhčování s nízkou energetickou náročností ¡nejběžnější typ zvlhčování v expozicích, depozitářů ¡nevýhodou je možnost růstu mikroorganizmů v nádrži, usazování solí, polutantů — Možnosti zvlhčování —parní – elektrický vyvíječ páry přivádí pomocí elektrod vodu do varu a pára je při atmosférickém tlaku odváděna do místa zvlhčování do rozvodného kanálu ¡při zvlhčování nedochází k šíření mikroorganismů ani pachů; ¡vhodné pro klimatizace. ¡vyšší energetická náročnost ¡POZOR na přímé ofukování předmětů! — Odvlhčovací přístroje —kondenzační: vymrazování vlhkosti pomocí výparníku, vzniklý kondenzát se odvádí do nádržky (možný přímý odtok do kanalizace) ¡Nevýhoda – omezení výkonu při nižší teplotě pod cca 6 °C —parní: používá pro odvlhčení vzduchu fyzikální vazbu molekul vody na adsorbent ¡vydatné sušení, není nutný odvod kondenzátu ¡vysoká výkonnost při nízkých teplotách a nízké úrovni relativní vlhkosti ¡cenově náročnější — Stabilní vzduchotechnická zařízení — — ●Stabilní zařízení pro úpravu vzduchu VZT (ventilátory, filtry, ohřívání a chlazení vzduchu, (ventilátory, filtry, ohřívání a chlazení vzduchu, zvlhčování/odvlhčování) – záleží na zvolené kombinaci: oPro depozitáře postačuje pouze cirkulace vzduchu (bez přísunu vnějšího upraveného vzduchu) oOptimální kombinace – cirkulace vzduchu + zvlhčování/odvlhčování oCentrální klimatizace – stabilní klima: oVhodné pro dobře tepelně izolované objekty , bez oken oNutné garantovat dlouhodobý a spolehlivý provoz oNebezpečí výpadku – náhradní generátor popř. klimatizační jednotka • • ¡ — Ukládání předmětů do obalů —Obaly (např. PE fólie) zmírňují účinky fluktuací RV, chrání předměty před prachem, polutanty, hmyzem. ¡Obaly však mohou být také příčinou zvýšené RV uvnitř obalu – např. umístění zabaleného předmětu do prostředí s výrazně nižší teplotou než je uvnitř obalu (u chladných stěn, během transportu, hubení hmyzu při nízké T apod.) – hrozí kondenzace vlhkosti ! ¡Závisí to na objemu a hygroskopičnosti předmětu i těsnosti obalu. DSC_0057.jpg Aklimatizace předmětů —Klimabedny - zhotoveny z pevného materiálu uvnitř s izolačním materiálem (ochrana proti otřesům a výkyvům RV/T): ¡Před zabalením (hedvábný papír, bublinková fólie) bednu nechat min. 24 hod. aklimatizovat na místě exponátu ¡Po příjezdu na místo – opět 24 hod. aklimatizace, po té otevřít ÷ČSN 961507, EN 15946: Ochrana kulturního dědictví - Zásady balení pro přepravu, účinnost: 1. 3. 2012 DSC_4750.JPG DSC_4740.JPG Klimabox climabox.jpg CLIMABOX2.jpg Sorpční materiály —Materiál adsorbující na svém povrchu vlhkost : ¡oxid křemíku (silikagel, Prosorb ap,) - chemicky inertní, netoxická, objemově stabilní a nekorozivní látka ¡zeolity – molekulární síta (hlinitokřemečitany kovů) —Jejich adsorpční kapacita je dána velikostí pórů a RV prostředí —Mají schopnost vlhkost pohlcovat i uvolňovat v závislosti na okolní RV — silcarbon.jpg Silikagem – forma oxidu křemíku v podobě tvrdých zrnb beo kuliček. Porézní struktura propojených dutin poskytuje vysokou povrchovou plochu (800 m2 na g). Používá se pro adsorbci vodní páry na jeho povrchu (drží molekuly pomocí fyzikálních vazeb – adsorbce , chemické vlastnosti látka se nemění na rozdíl od absorbce, kdy molekuly absorbované látky vnikají do celého objemu jiné látky Typy silikagelu — ¡Silikagel E – čirý (0 – 35 %) ¡Silikagel M (macroporous – 80 – 100 % RV) ¡ART Sorb (60 – 80 %) ¡PROSorb (40 - 60 % RV, pro kombinovaný materiál) ¡ welches_silikagel_huge_engl.gif Výrobce: Long Life for Art -Christoph Waller, Hauptstrasse 47,D-79356 Eichstetten (dodává volné granule i kazety) Sorpční materiály —Adjustace silikagelu do kazet s vyznačenou hmotností a stupněm kondicionace (cca 1 kazeta/m3) prosorb kazety.gif DSC_0620.JPG Používání silikagelu —Účinek silikagelu jako vysoušedla nebo pufru je podmíněn dostatečným utěsněním kontrolovaného prostoru ¡Vitríny splňující nejvyšší nároky na těsnost spojů vykazují max. 10% výměnu vzduchu za den. (kontrola měřením úbytku CO2, který je pumpou dodán do vitríny) —Pro stabilizaci vnitřního mikroklimatu je potřeba několik dní, pokud prostor obsahuje ve větším množství organické materiály např. dřevo (obdobně jako silikagel reagují tyto materiály jako pufr pro tlumení výkyvů RV) —Silikagel nesmí být v přímém kontaktu s muzejními předměty (zejména kovy – adsorbovaná voda se nachází na povrchu granulátu) ¡Nepoužívat silikagely obsahující korozivní složky (barevné indikátory) - chloridy, bromidy, fluoridy, kyseliny! —Při přesypávání volného granulátu je nutné pracovat s ochrannou maskou a rukavicemi – uvolňovaný prach může poškodit plíce, vysušuje povrch kůže! Dávkování silikagelu —Odhadnutí potřebného množství silikagelu je ovlivněno těmito faktory: ¡Těsností vitríny (boxu) ¡ Vlhkostním spádem mezi vitrínou a okolím (rozdíl mezi RV uvnitř a vně) ¡Objemem vitríny ¡Charakterem předmětů uvnitř vitríny (organické materiály)4 —Zpravidla se počítá s 3 – 7 kg/m3 vitríny (dle druhu silikagelu – až 20 kg/m3) ¡ Dávkování je vhodné zkonzultovat s výrobcem ¡Průběžně je nutné monitorovat RV a popřípadě přidat/ubrat potřebné množství silikagelu. ¡ ¡ ¡ Kondicionování silikagelu —Standardní silikagel je dodáván ve vysušené formě ¡Re-kondicionování se provádí vysušením v sušárně při teplotě cca 130°C po dobu cca 4 hod. ¡Zkontroluje se hmotnost silikagelu, která by měla odpovídat standardní hmotnosti při dané RV z kalibračních tabulek —Kondicionovaný silikagel na požadovaný rozsah RV ¡Zkontroluje se hmotnost silikagelu, která by měla odpovídat standardní hmotnosti při dané RV z kalibračních tabulek ¡Silikagel se umístí nejlépe do klimatizované komory s požadovanou hodnotou RV a nechá se po dobu několika hodin stabilizovat ¡Silikagel je možné také utěsnit do PE sáčku s vodou nasákavým materiálem (houbou) a hygrometrem – během několika hodin se silikagel stabilizuje ¡ — Shrnutí —Zajištění spolehlivých stavebních a interiérových prvků s dobrou odolností proti vlhkosti – stěny, střecha, okna, dveře. ¡U nových budov se zaměřit na nízko energetické projekty, vysokou teplotní kapacitu budov, kvalitní izolaci, … —Vytipovat a eliminovat zdroje vlhkosti (např. špatné svody vody a žlaby v blízkosti budovy muzea) —Používání obalů, pouzder, obálek pro ukládání předmětů citlivých na RV —Použití jednoduchých boxů (vitrín) pro prezentaci nejcitlivějších předmětů (popř. aplikace silikagelu) — — Příklady – výpadek klimatizace Grafický záznam RV a T z depozitáře zahrnující situaci s výpadkem klimatizace – nárůst RV až o + 10 % za 1 hod. Záznam: TR Instruments, s.r.o. Příklady – klimatizovaný depozitář Grafický záznam RV a T ze stejného depozitáře po opravě klimatizace. Záznam: TR Instruments, s.r.o. Příklady – simulovaný výpadek klimatizace Grafický záznam RV a T ze stejného depozitáře (prázdném) při simulovaném výpadku klimatizace (31 hod.) – záznamy ze tří pater – nárůst RV více jak 10 % během 12 hod. Záznam: TR Instruments, s.r.o. Příklady – přirozené mikroklima The Suffolk Record Office, Ipswich UK. Stěny mají tloušťku 630 mm (cihla, izolace, ventilační dutiny), postaveno v r. 1990. Zdroj: T. Padfield: The potential and limits for passive air conditioning of museums, stores and archives, In. Museum Microclimates, Copenhaagen, 2007 . Příklady – Historické klima Salon Hildy_norma.jpg Lovecká jídelna_Norma_2014 Zimní trasa, přízemí: vytápěno na cca 15 °C, pokles RV na 35 % 2. Patro zámku, nevytápěný prostor, zima T 0 °C, RV 65 % Příklady – Depozitář DSC_0011.JPG Depozitář Slováckého muzea v Uherském Hradišti - etnografie 2010/2011 depozitář historie (RV 45 – 50 %; T 20 – 24 °C) Příklady – Depozitář DSC_0611.JPG Depozitář Muzea m. Prahy – Stodůlky, textil Klimatizovaný depozitář, RV 50 +/- 5 %; T 18 °C DSC_0613.JPG KHM – centrální depozitáře Himberg Rok stavby 2010 – 2011; 12 000 m2 (4 patra); investice 9, 7 mil. EUR Podlahy z betonové aktivovaného jádra (topení/chlazení) 20 °C ; stěny – betonový sendvič 35 cm tl. KHM - Himberg Tepelná čerpadla – 32 sond v hloubce 100 m: Stabilní klima: RV 50 % T 20 °C Literatura —ČERVENÁK, J.: Prvky ovlivňující optimální parametry mikroklimatu památek. In: Památky a vnitřní klima. Seminář STOP, Praha 1998, s.14-18. —DROZENOVÁ, J.: Vliv návštěvnosti na klima v hlavní budově Národního muzea. In: Sborník z konzervátorského a restaurátorského semináře konaného ve dnech 16-18. září 2003. Brno 2003, s. 46 – 48. —DVOŘÁK, M.: Negativní faktory působící na muzejní a galerijní exponáty. In: Sborník přednášek z odborného semináře konaného ve dnech 6.-8. března 2000 v Národním muzeu, Praha 2000, s. 19-24. —FÁRA, P.: Vybrané možnosti úpravy klimatu staveb. In: Památky a vnitřní klima. Seminář STOP, Praha 1998, s. 11-13. JOSEF, J.: Mikroklimatické podmínky prostředí a vlhkost sbírkových předmětů. In: Sborník z konference konzervátorů a restaurátorů. Brno 2007, s. 64 – 67. —JAKUBEC, P.: Autonomní systémy monitorování prostředí, In: Bezpečnost práce při provádění konzervátorsko-restaurátorských prací, Metodický list. Brno 1996, s. 34 - 37. —Kol.: Preventivní ochrana sbírkových předmětů, Praha 2000, 68 s. —KOPECKÁ, I. a kol.: Preventivní péče o historické objekty a sbírky v nich uložené. SÚPP, Praha 2002, 106 s. —Michalski S.: Incorrect Temperature and Relative Humidity, CCI, 2010. —Padfield T.: Conservation Physics, http://www.conservationphysics.org/appx/pubs.php —STRAKA, R. Preventivní péče. In ĎUROVIČ, M. a kol.: Restaurování a konzervování archiválií a knih. Praha 2002, s. 79 – 198. —THOMSON, G.: The Museum Enviroment. Oxford 2002, 293 s. —