Sicherheit für Kulturgut: Innovative Entwicklungen und Verfahren, neue Konzepte und Strategien [1. Aufl.] 9783839400685

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Sicherheit für Kulturgut!

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) vakat 002.p 285564982864

Hartmut John / Susanne Kopp-Sievers (Hg.)

Sicherheit für Kulturgut! Innovative Entwicklungen und Verfahren, neue Konzepte und Strategien

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) T00_03 innentitel.p 285564982872

Tagungsband zur gleichnamigen Veranstaltung des Fortbildungszentrums Abtei Brauweiler / Rheinisches Archiv- und Museumsamt, in Zusammenarbeit mit dem Museumsverband Sachsen-Anhalt e. V. in der Stiftung Bauhaus Dessau am 30. September / 1. Oktober 1999 Herausgegeben von Hartmut John und Susanne Kopp-Sievers im Auftrag des LANDSCHAFTSVERBANDES RHEINLAND – Amt für Öffentlichkeitsarbeit – – Rheinisches Archiv- und Museumsamt – und des Museumsverbandes Sachsen-Anhalt e. V. Publikationen der Abteilung Museumsberatung Nr. 13 LANDSCHAFTSVERBAND RHEINLAND Rheinisches Archiv- und Museumsamt Gefördert vom Kultusministerium des Landes Sachsen-Anhalt

Die Deutsche Bibliothek – CIP-Einheitsaufnahme Sicherheit für Kulturgut! : innovative Entwicklungen und Verfahren, neue Konzepte und Strategien ; [Tagungsband zur gleichnamigen Veranstaltung des Fortbildungszentrums Abtei Brauweiler / Rheinisches Archiv- und Museumsamt in Zusammenarbeit mit dem Museumsverband Sachsen-Anhalt e.V. in der Stiftung Bauhaus Dessau am 30. September / 1. Oktober 1999] / Hartmut John / Susanne Kopp-Sievers (Hg.). [Im Auftr. des Landschaftsverbandes Rheinland, Amt für Öffentlichkeitsarbeit ...]. – Bielefeld : transcript Verlag, 2001 (Publikationen der Abteilung Museumsberatung ; Nr. 13 ) ISBN 3-933127-68-8 © 2001 transcript Verlag, Bielefeld Landschaftsverband Rheinland und die Autoren Konzeption: Günter S. Hilbert, Hartmut John Umschlagfoto: Bestrahlungsanlage, Institut für Elektronik und Lichttechnik der TU Berlin Umschlaggestaltung: Kordula Röckenhaus, Bielefeld Satz: digitron GmbH, Bielefeld Druck: Interpress, Budapest Printed in Hungary ISBN 3-933127-68-8

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) T00_04 impressum.p - Seite 4 287413620544

Inhalt

Hartmut John / Susanne Kopp-Sievers Vorwort

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Beleuchtung und Lichtschutz Neue Gestaltungsspielräume oder überzogener Rigorismus?

Günter S. Hilbert Lichtschutz – der Wettlauf mit der Zeit

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Paul W. Schmits Lampen für die Museumsbeleuchtung

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»Angenehmes Betriebsklima!« Gute Klimaverhältnisse für Sammlungen und Objekte

Klaus Fitzner Luftführung im Ausstellungsbereich Neue Überlegungen und Verfahren

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6) T00_05 inhalt.p 285564982896

Birgit Müller Unruhige Raumluft, schwankende Temperatur, schlingernde Feuchte oder: Wie man problematische Klimaverhältnisse stabilisiert

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Schädlingsbekämpfung »Quarantäne ohne Migräne«

Achim Unger Wirkungsvolle Prophylaxe und geeignete Methoden der Schädlingsbekämpfung für bewegliches Kulturgut 93

Brandschutz Konsequente Prophylaxe und Innovation

Barbara Fischer Je schneller um so besser Möglichkeiten und Grenzen beim Einsatz von Systemen zur Brandfrühwarnung in Museen Ulf Schremmer Innovative Feuerlöschsysteme im Rahmen der Sicherheit für Kunst und Kulturgut

105

119

Die »Tücke der Lücke« Sicherheit für die Sammlung

Hans-Jürgen Harras Integrative Überwachungskonzepte für kleine und große Museen

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Anhang

Autorinnen und Autoren

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6) T00_05 inhalt.p - Seite 6 287413620552

➔ Vorwort

Hartmut John / Susanne Kopp-Sievers

Vorwort

Entgegen immer noch weit verbreiteter Meinung und vorherrschender Praxis ist die Gewährleistung konservatorisch und sicherheitstechnisch optimaler Umfeldbedingungen für Objekte und Sammlungen in den Museen nicht ausschließlich Aufgabe der Restauratoren und – in kleineren Häusern ohne entsprechende Fachkräfte – des Museumsleiters oder anderer Personalkräfte. Vielmehr gehört die sog. passive Konservierung vom Lichtschutz bis zum »Art Handling« in jedem Museum zu den zentralen ManagementAufgaben. Ihre Erfüllung muss von der Museumsleitung im engen Zusammenspiel mit allen Personalkräften organisiert und umgesetzt werden. So verstandenes Konservierungs-Management verlangt von den meisten Museen allerdings die Entwicklung einer neuen Organisationsstruktur, veränderte Aufgaben-, Kompetenzund Verantwortungszuschnitte für die Mitarbeiter, einen verbesserten Informationstransfer sowie intensive Fort- und Weiterbildungsanstrengungen. Zu letzterem wollten das Fortbildungszentrum Abtei Brauweiler des Rheinischen Archiv- und Museumsamtes und der Museumsverband Sachsen-Anhalt e. V. mit der Tagung »Sicherheit für Kulturgut!« im Bauhaus Dessau einen Beitrag von der Angebotsseite leisten. Ein solches Angebot erschien den Veranstaltern nicht nur vor dem Hintergrund des sich immer schneller drehenden Ausstellungs- und Event-Karussells und der auch unter den Museen um sich greifenden »Verbrauchskultur der Sinne« dringlich; auch der Umstand, dass sich die Sicherungs- und Si-

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8) T01 vorwort.p 285564982904

Hartmut John / Susanne Kopp-Sievers

cherheitstechnik für bewegliches Kulturgut in den letzten Jahren – von vielen Museumsleuten unbemerkt – zu einem komplexen, schwer überschaubaren Fachgebiet ausgewachsen hat – beschleunigt v. a. durch Mikroelektronik, EDV und naturwissenschaftliche Forschung – sprach für einen strukturierten und kommentierten Transfer dieses Wissens in die Arbeitspraxis der Museen. Denn die Vielzahl der neuen Entwicklungen, Verfahren und Produkte im Bereich der museumsbezogenen Sicherheitstechniken kann von den verantwortlichen Praktikern und Entscheidern kaum mehr registriert, geschweige denn hinsichtlich ihrer Bedeutung und ihres Stellenwerts für die Verbesserung und Optimierung des kulturgeschichtlichen Bestandschutzes beurteilt werden. Ziel und Anliegen der Veranstalter war es daher, im Rahmen einer kompakt strukturierten Informations- und Orientierungsveranstaltung mit den neuen technischen Produkten und Verfahren innerhalb des ausgedehnten Bereichs der praktischen Konservierung bekannt zu machen, und zwar möglichst in der Form allgemeinverständlicher und in konkrete Maßnahmen umsetzbarer »Handlungsanweisungen« für die Praktiker in den Museen. Bei der Auswahl wurde besonderer Wert auf Verfahren, Konzepte und Strategien gelegt, die den Schutz von beweglichem Kulturgut mit wirtschaftlich vertretbarem Aufwand ermöglichen. Auch die Zerstörung offensichtlich zählebiger Legenden und unkritisch »nachgebeteter« Dogmen war Anliegen der Veranstaltung. Die Veranstalter hoffen, dass mit den hier auf vielfachem Wunsch während und nach der Tagung in Dessau veröffentlichten Beiträgen ein noch größerer Kreis von Kolleginnen und Kollegen dafür gewonnen werden kann, sich zu kompetenten und engagierten Anwälten des prophylaktischen Schutzes ihrer Sammlungen zu machen. Wir danken allen Referentinnen und Referenten an dieser Stelle nochmals für ihre Beiträge und deren schnelle und ausnahmslos fristgerechte Übermittlung und dem transcript Verlag in Bielefeld für die sorgfältige und gediegene verlegerische Arbeit. Ein ganz besonderer Dank gebührt in diesem Zusammenhang Günter S. Hilbert aus Berlin, dem Doyen der Museumstechnik in Deutschland, der wesentlich dafür verantwortlich zeichnet, dass die Tagungsidee in ein stringentes fachlich fundierten Konzept verwandelt werden konnte.

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8) T01 vorwort.p 285564982904

Beleuchtung und Lichtschutz Neue Gestaltungsspielräume oder überzogener Rigorismus?

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) T02_00 resp beleuchtung.p 285564982912

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) vakat 010.p 285564982920

➔ Lichtschutz

Günter S. Hilbert

Lichtschutz – der Wettlauf mit der Zeit

Seit 1983 finden am Institut für Elektronik und Lichttechnik der TU Berlin im Auftrag der Berliner Museen Untersuchungen zur Lichtempfindlichkeit museumstypischen Materials statt. 1983 waren u. a. nach historischen Rezepten hergestellte Farbaufträge der Aquarell- und Ölmalerei mit hoher Beleuchtungsstärke dem tageslichtähnlichen Licht einer Xenonlampe ausgesetzt worden. Seit 1995 wird dies systematischer und unter verbesserten Bedingungen weitergeführt, diesmal unter Verwendung von 300 Malfarben heutiger Produktion. Die Teststreifen werden in der Versuchseinrichtung (vgl. Abbildung 1) durch zehn Öffnungen hindurch bestrahlt. Neun davon sind mit Kantenfiltern versehen, wodurch jeweils einige Strahlungsanteile herausgefiltert werden. Das ermöglicht, die farblichen Veränderungen spektral, also nach Wellenlängenbereichen geordnet, durch Messen des spektralen Reflexionsgrads farbmetrisch auszuwerten und für jede Probe die relative spektrale Empfindlichkeit darzustellen. Diese sowie die spektralen Eigenschaften der jeweiligen Lichtquelle und des verwendeten Filters sind in der so genannten Wirksamen Bestrahlung mathematisch zu einer einzigen Größe vereint. Ursache und Wirkung – die farblichen Veränderungen – sind daher, im wahrsten Sinne des Wortes, berechenbar geworden (vgl. Tabelle 1). Die bisher vorliegenden Ergebnisse lassen sich folgendermaßen zusammenfassen:

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Günter S. Hilbert

Abbildung 1: Bestrahlungsanlage

Quelle: Fischer / Hecker / Jankowski 1997

Tabelle 1: Lichtschäden – Ursache und Wirkung Ursache

➟

Wirkung

Beleuchtungsstärke od. Bestrahlungsstärke Dauer der Beleuchtung bzw. Bestrahlung Strahlungsfunktion der Lichtquelle Spektr. Transmissionsgrad des Schutzfilters Relative spektr. Empfindlichkeit des Objekts

➟ ➟ ➟ ➟ ➟

Farbliche Veränderung

mathematisch zusammengefasst im Begriff Wirksame Bestrahlung

➟ ➟ ➟

farbmetrisch definiert als Farbabstand

1. Die Lichtempfindlichkeit musealen Sammlungsguts kann nicht schematisch in drei oder vier Kategorien eingeteilt werden. 2. Je nach spektraler Empfindlichkeit sind die Auswirkungen sehr unterschiedlich. Beispiel: Bei Zeitungspapier liegt die Empfindlichkeit zu 90 % im UV-Bereich, bei einigen Aquarellfarben jedoch nur zu 60 %. Im ersten Fall ist UV-Filterung sehr effektiv, bei Aquarellfarben leider nicht. Diese reagieren auch noch auf Licht bis hinein in den Rotbereich.

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➔ Lichtschutz

3. Unsere Lichtquellen unterscheiden sich in der spektralen Verteilung ihrer Strahlung erheblich voneinander, z. B. schon im UV-Anteil. Wenn daher eine Lampe in einigen Wellenlängen besonders stark strahlt und damit Material beleuchtet wird, das darauf besonders empfindlich reagiert, sind Schäden vorprogrammiert. 4. Besonders deutlich zeigen sich die Unterschiede nach hinreichend langer Bestrahlung. Die Messungen fanden mit Proben statt, die bis dahin »noch kein Licht gesehen hatten«. Diese waren demnach nicht vorbelichtet, d. h. »jungfräulich«. Wie der bei Null beginnende Anstieg der Kurve zeigt (vgl. Abbildung 2), reagieren solche Proben auf Beleuchtung zunächst sehr empfindlich: die Farbveränderung ist stark. Danach ist das Material vorbelichtet. Die Reaktion auf die weitere Bestrahlung schwächt sich ab. Irgendwann wird ein Zustand erreicht, bei dem der Farbstoff abgebaut ist und farbliche Veränderungen kaum noch stattfinden. Abbildung 2: Verlauf der Farbänderung einer bestrahlten Aquarellfarbe

Quelle: Fischer / Hecker / Jankowski 1997

5. Je steiler der Anstieg, desto empfindlicher die Probe und um so früher werden die Veränderungen sichtbar. Diese Schwelle, bei der das Auge eines so genannten Normalbeobachters die Farbabweichung gerade schon erkennt, ist als Schwellenbestrahlung

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Günter S. Hilbert

definiert. Damit lässt sich der Grad der Lichtempfindlichkeit in Zahlen ausdrücken. Tabelle 2 zeigt Ergebnisse von 1983. Tabelle 2: Lichtempfindlichkeit bestrahlter Proben, ausgedrückt durch die Schwellenbestrahlung in Wh / m2.* Bestrahltes Material

Schwellenbestrahlung

Zeitungspapiere

5

Aquarellfarben

175

Textilien

290

Ölfarben

850

Hadernpapiere *

1.200

Je niedriger die Schwellenbestrahlung, desto lichtempfindlicher ist die Probe.

Schon hier einige Schlussfolgerungen: •

•

•

Bisher noch nicht oder doch nur selten beleuchtete Objekte, z. B. die farblichen Darstellungen in mittelalterlichen Kodizes, sind besonders gefährdet, vor allem wenn sie natürliche, organische Farbstoffe enthalten; bei solchem Material ist die Verwendung erprobter, nachweislich wirksamer UV-Filter – optimal ist eine Filterkante bei 420 nm – dringend angeraten; ebenso wichtig ist in solchen Fällen die Auswahl der »richtigen« Lichtquelle, was Verzicht auf Tageslicht und Verwendung UVarmer Lampen bedeutet.

Das sind notwendige, aber noch keine hinreichenden Bedingungen für effektiven Lichtschutz. Dieser ist ausgerichtet an dem lichttechnischen Begriff Belichtung, angegeben z. B. in Luxstunden (lxh), oder – wenn wir die dem Licht benachbarte UV- und IR-Strahlung mit einbeziehen – am Begriff Bestrahlung, z. B. in Wattstunden pro m2 (Wh/m2). Die Formel, die in der Photographie gilt: Belichtung = Lichtmenge (Blendenöffnung) · Belichtungszeit: photochemische Wirkung, das Foto,

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➔ Lichtschutz

trifft auch auf die konservatorische Praxis zu: Belichtung = Beleuchtungsstärke · Beleuchtungsdauer (bzw. Bestrahlung = Bestrahlungsstärke · Bestrahlungsdauer): photochemische Wirkung, die farbliche Veränderung. Beleuchtungsstärke und Beleuchtungsdauer sind also gleichwertig an dem photochemischen Prozess farblicher Veränderungen beteiligt. Das Produkt ist maßgebend. Viele »Ausstellungsmacher«, soweit sie überhaupt auf Lichtschutzprobleme einzugehen bereit sind, kennen jedoch vorwiegend nur die eine Lösung: Die Beleuchtung dimmen, niedrige Luxwerte einstellen. Da werden also wichtigste, wertvollste, interessanteste Sammlungsobjekte gegebenenfalls über weite Entfernungen herangeholt, in die Ausstellung gelegt, gestellt, gehängt, und dann wird der Saal verdunkelt. Leider wird das in vielen Leihverträgen immer noch verlangt. Die Folge ist, dass der Besucher nicht mehr das sieht, was er sehen sollte und wollte. Denn die Beleuchtungsstärke kann nicht beliebig gesenkt werden: das Auge ist nun mal keine Restlichtkamera. Doch bietet die niedrige Beleuchtungsstärke überhaupt hinreichenden Schutz? Wenn sich ein Autofahrer bei einer Ortsdurchfahrt an die vorgeschriebenen 50 km / h hält, kann er einigermaßen sicher sein, keine Verwarnung zu kassieren. Wenn sich ein Ausstellungsgestalter bei der Beleuchtung empfindlichen Materials an die »Lichtschutzvorschrift« von 50 lx hält, kann er dann ebenso sicher sein, keine Lichtschäden zu produzieren? Nein, das kann er nicht. Eine Geschwindigkeit von 50 km / h ist, verkehrsrechtlich betrachtet, ein Schwellenwert, die genannte Beleuchtungsstärke ist das nicht. Denn auch unterhalb von 50 lx bewirkt ein photochemischer Prozess Veränderungen, wenngleich diese dann möglicherweise langsamer ablaufen. Wenn nun aber die bisherige magische Grenze der 50 lx fällt, wie erreichen wir dann das Ziel, unsere Exponate zu schützen? Sehr einfach: Indem wir nicht länger den Faktor »Zeit« vernachlässigen! Beispiel »Sonderausstellung«: Da ist erstens zu fragen, warum empfindlichste, in Schränken aufbewahrte Manuskripte, Zeichnungen, Textilien u. dergleichen in immer kürzeren Abständen für Themen-Ausstellungen hervorgeholt und ausgeliehen werden, und zweitens, warum solche Ausstellungen drei Monate dauern müs-

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Günter S. Hilbert

Abbildung 3: Lichtschutz eines Gobelins, Schloss Akershus / Oslo

Quelle: Privatarchiv Hilbert

sen. Man könnte ja auch einmal nein sagen oder die Dauer auf 60 bis 70 Tage verkürzen. Beispiel »Dauerausstellung«: Lässt sich dort wenigstens die übliche »Licht-Routine« ändern? Wenn ein Konservator einmal einen elektrischen Stundenzähler – diesen bekommt er für wenig Geld – mit der elektrischen Raumbeleuchtung verbinden ließe, würde er

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➔ Lichtschutz

Abbildung 4: Rollo oberhalb des Gobelins

Quelle: Privatarchiv Hilbert

sich wundern, was das Gerät am Ende einer Woche anzeigt: Natürlich die Beleuchtungsdauer innerhalb der Öffnungszeit, dann aber auch den weithin üblichen, überflüssigen Vor- und Nachlauf von meistens einer halben Stunde, die frühmorgentliche Reinigungszeit und dann oft auch den ganzen Schließtag, viele Stunden, in denen die Exponate nutzlos beleuchtet werden. Hier ist eine neue Technik gefragt, beispielsweise die Lichtsteuerung durch Präsenzmelder, also durch Geräte, die aus dem Halbdunkel aufblenden, wenn sich Besucher nähern, und herabdimmen, wenn sie sich wieder abwenden. Nebenher eine wirkungsvolle Inszenierung. Stichwort »Tageslichträume«: Wo eine Verdunkelung der Räume außerhalb der Öffnungszeit durch lichtdichte Rolläden und Vorhänge nicht möglich ist, sollte man entweder zurückkehren zu dem alten Brauch, gefährdete Exponate zuzuhängen, oder modernere technische Lösungen ansteuern, z. B. vor Hängewänden und Stellflächen mit sensiblen Objekten fernbediente Rollos (vgl. Abb. 3 und 4). Resümee: Lichtschutz ist ein Wettlauf mit der Zeit!

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Günter S. Hilbert

Literatur Fischer, B. / Hecker, U. / Jankowski, M. (1997): »Ausstellung und Beleuchtung«. RESTAURO 11, S. 328-331

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➔ Lampen für die Museumsbeleuchtung

Paul W. Schmits

Lampen für die Museumsbeleuchtung

Für die Beleuchtung mit künstlichem Licht ist heutzutage eine Vielzahl unterschiedlicher Lampen verfügbar. Für museale Ausstellungen sind verschiedene Qualitätsanforderungen an die Beleuchtung zu stellen, die die Zahl der nutzbaren Lampentypen einschränkt. So liegt es auf der Hand, dass bei der Präsentation von farbigen Exponaten aller Art die Lichtfarbe und die Farbwiedergabe1 eine wichtige Rolle spielen. Entsprechend ist bei der Lampenauswahl zu prüfen, ob die Lampe eine sehr gute Farbwiedergabe ermöglicht und ob die gewünschte Lichtfarbe verfügbar ist. Ein weiteres Qualitätsmerkmal kann die Dimmbarkeit der Lampe sein, wenn z. B. bei Wechselausstellungen die rasche und unproblematische Anpassung der Beleuchtung an unterschiedliche Beleuchtungsstärkeniveaus zu fordern ist. Da viele Exponate aus konservatorischen Gründen vor einem Zuviel an Licht geschützt werden müssen, stellt das Schädigungspotenzial 2 der Lampe in der Museumsbeleuchtung ein weiteres wichtiges Gütemerkmal dar. Die Lichtausbeute3 der Lampe und ihre Lebensdauer tragen zwar nicht unmittelbar zum Gelingen einer guten Ausstellungsbeleuchtung bei, als Parameter des wirtschaftlichen Betriebs der Beleuchtungsanlage sind sie dennoch zu beachten (Die Begriffe Lichtfarbe und Farbwiedergabe, Schädigungspotenzial und Lichtausbeute werden im Anhang kurz erläutert, auf Lebensdauer und Dimmen gehe ich in der Darstellung der jeweiligen Lichterzeugungsart im Text ein).

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Paul W. Schmits

Im Folgenden werden die potenziellen Quellen der künstlichen Museumsbeleuchtung näher betrachtet: Technische Lampen, die elektrischen Strom in Licht umwandeln, funktionieren in der Regel nach einem von zwei physikalischen Prinzipien. Sie sind entweder • Temperaturstrahler oder • Entladungslampen

Glühlampen Alle Arten von Glühlampen sind Temperaturstrahler. Ein Draht – die Wendel – wird von einem hohen elektrischen Strom durchflossen und hierdurch aufgeheizt. Bei sehr hohen Temperaturen beginnt die erhitzte Wendel, neben der unsichtbaren Wärmestrahlung auch Strahlung im sichtbaren Bereich – d. h. Licht – abzugeben. Der Anteil des Lichtes an der abgegeben Strahlung – und somit die Lichtausbeute der Lampe – steigt mit wachsender Temperatur. Leider wächst aber auch die Geschwindigkeit, mit der der Draht »verbrennt« – d. h. durch Verdampfen seiner Oberfläche an Substanz verliert, dadurch – unerwünschter Nebeneffekt – den Lampenkolben schwärzt und am Lampenlebensende schließlich reißt. Eine Verbesserung der Lichtausbeute hat also immer eine Verkürzung der Lampenlebensdauer zur Folge. Die technisch durchaus realisierbare »ewige« Glühlampe, die eine sehr lange Lebensdauer mit einer zwangsläufig schlechten Lichtausbeute verbindet, stellt einen wirtschaftlichen Unsinn dar. Bei vergleichbarer Lichtleistung übersteigt die Erhöhung der Betriebskosten, bedingt durch den Betrieb mit ungünstiger Lichtausbeute, rasch die Einsparungen der Lampenersatzkosten. Der Temperaturstrahler, als Glühlampe »domestiziert«, hat demnach ziemlich enge Randbedingungen, innerhalb deren sich Lebensdauer und Lichtausbeute bewegen können. Die Lichttechnik kennt bislang fünf Möglichkeiten, diesen gegenläufigen Zusammenhang von Lebensdauer und Lichtausbeute einer Glühlampe zu optimieren: 1. Erhöhung des Drucks innerhalb des Lampenkolbens 2. Einsatz von – teuren – Edelgasen im Kolben 3. Kompakte Bauform der Wendel, um die Wärmeverluste gering zu halten

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➔ Lampen für die Museumsbeleuchtung

4. Erhöhung des elektrischen Stroms, der durch die Wendel fließt (Prinzip der Niedervolt-Lampe). 5. Beschichten der Kolbeninnenseite mit einer IR-reflektierenden Schicht, um bei gleichem Energieeinsatz die Wendeltemperatur zu erhöhen. Eine weitere technische Verbesserung der Glühlampe besteht in der Anreicherung des Kolbenfüllgases mit Halogen-Ionen. Die bereits erwähnte Schwärzung der Lampe durch das Verdampfen der Wolframwendel steigt mit den Betriebsstunden der Lampe an und führt so zu ständig wachsenden Lichtverlusten. Durch den so genannten Halogenkreisprozess wird verhindert, dass sich die verbrannten Wolframpartikel auf der Kolbeninnenfläche absetzen. Der Einsatz von Halogenen verbessert also nicht unmittelbar das Lebensdauer / Lichtausbeute-Verhältnis bei der Glühlampe, ermöglicht aber eine leichtere Anwendung der oben aufgeführten technischen Verbesserungen. Durch den Fortfall der Kolbenschwärzung kann die Kolbengröße verringert werden. Somit lässt sich leichter der Innendruck erhöhen und es lassen sich preiswerter hochwertige Gase einsetzen. Alle Halogenlampen, sowohl für den Netzbetrieb wie auch die Niedervoltlampen, machen hiervon Gebrauch. Auch die Kombination aller genannten Maßnahmen kann bestenfalls zu einer Verdoppelung der Lichtausbeute (bei gleicher Lebensdauer) führen. Der Glühlampe in all ihren unten genannten Varianten haftet immer der Makel einer bescheidenen Lichtausbeute an, die immer schlechter ist als die der später vorgestellten Entladungslampen. Als Ausgleich bietet sie Vorteile, die die Entladungslampen, trotz aller Bemühungen, heute noch nicht vorweisen: 1. Ihre Wendel sendet ein lückenloses Lichtspektrum aus, das ihr eine makellose Farbwiedergabequalität verleiht, 2. Sie kann – von den Transformatoren der Niedervoltlampe einmal abgesehen – im Gegensatz zu allen Entladungslampen ohne zusätzliche Vorschaltgeräte betrieben werden. 3. Speziell als Niedervolt-Halogenlampe ist sie in ihren Abmessungen unübertroffen klein. Sie erlaubt so den Entwurf von ebenfalls recht kleinen Leuchten. Überdies besitzt ihre kleine Wendel die ideale Größe, um als fast punktförmige Lichtquelle

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Paul W. Schmits

in optischen Systemen wie Strahlern und Projektoren zu wirken oder harte, dramatische Schatten zu erzeugen. 4. Sie ist in der Regel erheblich billiger in der Anschaffung – ein Vorteil, der allerdings häufig durch eine mit 1.000 h bis 5.000 h kurze Lebensdauer – gegenüber 6.000 h bis über 14.000 h bei Entladungslampen – relativiert wird. Lebensdauer und Dimmen von Temperaturstrahlern Bei allen Glühlampen gibt die Lebensdauer die statistische mittlere Betriebszeit bis zum Ausfall der Lampe an. Sie kann durch dimmen, d. h. durch reduzieren der Betriebsspannung und somit der Anschlussleistung verlängert werden. Allerdings wird diese Lebensdauerverlängerung neben einer geringeren Lichtausbeute immer auch mit einer Veränderung des Strahlungsspektrums erkauft. Die Lichtfarbe verschiebt sich je nach Dimmung mehr oder minder merklich ins rötliche und das Verhältnis zwischen Licht und IR-Strahlung wird immer ungünstiger. Von der Dimmung sollte daher nur mit Wissen um die Konsequenzen und mit Vorsicht Gebrauch gemacht werden. Schädigungspotenzial von Glühlampen Alle Glühlampen haben ein relativ geringes Schädigungspotenzial, da ihr spektrales Ausstrahlungsmaximum im Infraroten liegt und zu niedrigen Wellenlängen (Blau) absinkt. Glühlampen für den Netzbetrieb besitzen so fast keinen Strahlungsanteil im UV-Bereich. Niedervoltlampen werden bei etwas höherer Temperatur betrieben und verfügen über geringe Strahlung im kurzwelligen Bereich sowie einen geringen UV-Anteil. Entsprechend ist auch ihr Schädigungspotenzial etwas größer als das der Glühlampe für den Netzbetrieb. Lampentypen Zurzeit sind die in Tabelle 1 aufgeführten Glühlampen in der Allgemeinbeleuchtung gebräuchlich. Anmerkung zu Reflektorlampen Reflektorlampen sind für die gezielte Anstrahlung von Objekten gut geeignet. Durch die Auswahl unterschiedlicher Ausstrahlungswinkel

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➔ Lampen für die Museumsbeleuchtung

Tabelle 1: Glühlampen für den Netzbetrieb (230 V) Bezeichnung

Bild

Farbwieder- Lichtgabestufe farbe

Lichtausbeute*

Lebensdauer

AllgebrauchsGlühlampe (AGL)

1A

ww

13-15 lm/W 1 x AGL

1.000 h

Halogen-Glühlampe

1A

ww

16-17 lm/W 1,2 x AGL

2.000 h

Halogen-Glühlampe zweiseitig gesockelt

1A

ww

17-19 lm/W 1,3 x AGL

2.000 h

Halogen-Glühlampe zweiseitig gesichert IR Reflektor

1A

ww

22 lm/W 1,7 x AGL

2.000 h

Reflektorlampe

1A

ww

(1,1 x AGL)

2.000 h

*

In den Lampentabellen ist zur besseren Übersichtlichkeit die Lichtausbeute der jeweiligen Lampe auch als Vielfaches der Lichtausbeute der Allgebrauchsglühlampe AGL angegeben.

und Leistungsstufen ergibt sich so eine einfache und preiswerte Möglichkeit des »Lichtwechsels«. Auf Grund ihrer geringen Lebensdauer und ihrer mäßigen Lichtausbeute sollten Reflektorlampen nicht als vermeintlich preiswerter Leuchtenersatz für die Allgemeinbeleuchtung missbraucht werden. Vermehrt werden Reflektorlampen für den Netzbetrieb auch in Halogentechnik angeboten, was hier im Wesentlichen zu einer Verhinderung der Kolbenschwärzung während der gesamten Lebensdauer führt und im Zusammenspiel mit verbesserter Reflektortechnik auch zu besserer Lichtausbeute im Nutzwinkelbereich. Bei diesen Halogenreflektorlampen kann die Wahl zwischen aluminiumbeschichteten Glasreflektoren und so genannten KaltlichtspiegelReflektoren getroffen werden. Bei den Kaltlichtspiegel-Reflektoren wird durch eine spezielle vielschichtige und extrem dünne Metalloxidbedamfung des ansonsten klaren Glasreflektors eine Spiegelschicht geschaffen, die vornehmlich optische Strahlung im sichtbaren Bereich (und im UV-Bereich) reflektiert, für IR-Strahlung hingegen durchlässig ist. So kann die von der Lampenwendel produzierte IR-Strahlung diese Reflektorlampe ungehindert gleichverteilt in alle Richtungen

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Paul W. Schmits

verlassen und wird nicht über den Reflektor – wie das Licht – auf das zu beleuchtende Objekt konzentriert. In der Regel führt dies zu einer Verminderung der direkten Strahlungs-Wärmebelastung des Objektes um ca. 66 %. Die Kaltlichtspiegellampe reduziert also nicht die Wärmebelastung generell, sondern verlagert die Strahlungswärme vom Objekt auf die gesamte unmittelbare Lampenumgebung. Es sollte daher immer überprüft werden, ob es beim Wechsel von einer konventionellen Reflektorlampe auf eine Kaltlichtspiegellampe nicht zu einer unzulässig hohen Erwärmung des Leuchten- bzw. Deckenraumes kommt. Halogen-Niedervolt-Glühlampen Tabelle 2: Halogen-Niedervolt-Glühlampen Bezeichnung

Bild

Farbwieder- Lichtgabestufe farbe

Lichtausbeute*

Lebensdauer

Stiftsockellampe

1A

ww

17 lm/W 1,3 x AGL

2.000 h

Kaltlichtspiegellampe (s. a. Reflektorlampen)

1A

ww

17 lm/W 1,3 x AGL

2.0005.000 h

aluminiumbeschichtete Glasreflektorlampe

1A

ww

17 lm/W 1,3 x AGL

3.000 h

AluminiumReflektorlampen

1A

ww

17 lm/W 1,3 x AGL

2.000 h

*

Incl. Transformator

Anmerkung zu Halogen-Niedervoltlampen Halogenniedervoltlampen besitzen neben den Vorteilen der besonders kleinen Bauform und der im Vergleich zur Allgebrauchsglühlampe verbesserten Lichtausbeute auch problematische Eigenschaften: In der Regel herrscht im Lampenkolben ein sehr hoher Druck, so dass die Gefahr des Platzens der Lampe im Betrieb nicht sicher ausgeschlossen werden kann. Zum anderen kann von ihr ein geringer, aber bei einigen Anwendungsfällen nicht vernachlässigbarer UVStrahlungsanteil ausgesandt werden.

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➔ Lampen für die Museumsbeleuchtung

Neuere Lampentechnologien, so genannte Halogen-Niederdrucklampen mit UV-Stop, minimieren beide Probleme. Es sei aber an dieser Stelle ausdrücklich darauf verwiesen, dass die bei diesen Lampen verwandte UV-Stop-Technik (UV absorbierender Kolben) in der Regel beim Einsatz in Museen keine ausreichende Maßnahme gegen Objektschädigung durch optische Strahlung darstellt. Die sicherste und für die Halogen-Niedervoltlampen ohne Niederdruck- und UV-StopTechnik vorgeschriebene Schutzmaßnahme stellt der Betrieb in Leuchten mit im Lichtaustritt integriertem UV-Schutzglas dar. Eine weitere, häufig unterschätzte Eigenschaft der Halogen-Niedervoltlampe ist ihre hohe Kolbenbetriebstemperatur von über 300 ˚C. Die Lampen sollten daher sowohl während des Betriebes, wie auch unmittelbar danach – z. B. beim Lampenwechsel – mit Vorsicht behandelt werden. Das Abdecken der Lampen mit brennbaren Materialien, z. B. Stoffen oder Papier, muss unbedingt vermieden werden. Auch weist der Lichtstrahl von Reflektorlampen mit engem Ausstrahlungswinkel eine beachtliche Energiedichte auf, die in der Lage ist, brennbare Materialien zu entzünden. Der auf Lampenpackung und Leuchte angegebene Mindestabstand zum angestrahlten Objekt muss daher unbedingt berücksichtigt werden.

Entladungslampen Das physikalische Prinzip aller Entladungslampen beruht auf der Fähigkeit einiger Gase, kurzzeitig Energie aufzunehmen und diese bei der Entladung, d. h. bei der Abgabe der aufgenommenen Energie, als Licht und als lichtnahe Strahlung auszusenden. Diese Art der Lichterzeugung ist aus der Natur als Blitz bekannt. Bei der technischen Entladungslampe wird der angeregte Zustand durch Zuführung elektrischer Energie erzeugt. Alle zurzeit gebräuchlichen Entladungslampen brauchen zumeist ein Zündgerät, um den Entladungsprozess zu starten, und immer ein Vorschaltgerät zur Leistungsbegrenzung, z. B. in Form einer elektromagnetischen Drossel, um den Entladungsvorgang stabil zu halten. Ohne Vorschaltgerät wird die Lampe in kürzester Zeit überlastet und zerstört. Alle heute in der Beleuchtungstechnik gebräuchlichen Entladungslampen dürfen also im Gegensatz zur Glühlampe nie direkt am Netz betrieben werden, sondern benötigen die oben aufgeführ-

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ten Vorschaltgeräte. Gegenwärtig werden bevorzugt Quecksilberdampf und Natriumdampf als Grundgas eingesetzt. Niederdruckentladungslampen Quecksilberdampf weist bei geringem Entladungsdruck fast überhaupt keine Strahlung im sichtbaren Bereich auf. Stattdessen strahlt die Quecksilberdampf-Niederdrucklampe hauptsächlich im ultravioletten Bereich. Diese UV-Strahlung kann bestimmte Stoffe zur Fluoreszenz, d. h. zur Umwandlung der energiereichen UVStrahlung in das etwas energieärmere Licht, anregen. Quecksilberdampf-Niederdrucklampen, die mittels solcher »Leuchtstoffe« Licht erzeugen, sind allgemein als Leuchtstofflampen und im angelsächsischen Sprachraum als fluorescent-tubes bekannt. Die Leuchtstofflampe ist neben der Glühlampe die technische Lichtquelle mit den meisten Modifikationen in Größe, Lichtfarbe und Farbwiedergabe. Im Vergleich mit der Glühlampe erzeugt sie bei gleicher elektrischer Leistung ca. die vier- bis achtfache Lichtleistung. Diesem Vorteil stehen allerdings auch zwei technologisch begründete Nachteile gegenüber: 1. Ihr Farbspektrum ist nicht kontinuierlich: Einige Farbbänder sind überproportional stark vertreten, andere schwächer, einige können vollends fehlen. Dies kann bei bestimmten Körperfarben zu Farbeindrücken führen, die von den bei Glühlampenoder Sonnenlicht vertrautem abweichen. Diese Verschlechterung der Farbwiedergabe teilt die Leuchtstofflampen mehr oder minder mit allen Entladungslampen. Doch viele der aktuellen Leuchtstofflampen sind mit sehr guter Farbwiedergabe (1A) verfügbar, so dass sie ohne Bedenken zur Beleuchtung von farbigen Exponaten geeignet sind. 2. Auf Grund ihrer Technologie ist die Leuchtstofflampe immer an bestimmte Mindestgrößen in ihren Abmessungen gebunden. Sie ist damit weder zur Erzeugung konturenreicher Schatten, noch zum Einsatz in eng bündelnden Strahlern geeignet. Die Natriumdampf-Niederdrucklampe, strahlt lediglich monochromatisches, d. h. streng einfarbiges gelbes Licht aus, das unsere Umwelt farblos in weiß / schwarz – oder exakter: in gelb / schwarz – erscheinen lässt. Da aber ein sehr großer Anteil der eingesetzten Energie bei dieser Natriumdampf-Niederdrucklampe in gelbes

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➔ Lampen für die Museumsbeleuchtung

Licht umgesetzt wird, für das unser Auge sehr empfindlich ist, besitzt diese Lampe die beste Lichtausbeute aller zzt. entwickelten Lampen. Auf Grund ihrer praktisch nicht vorhanden Fähigkeit, Farben wiederzugeben, bleibt ihr Einsatz zumeist auf wenige Ausnahmesituationen im Straßenverkehr und in der Industrie beschränkt. Hochdruckentladungslampen Erhöht man bei Entladungslampen den Druck, so lassen sich die Abmessungen der Entladungsbögen – auch bei sehr hoher Leistung – extrem verkleinern, so dass Hochdruckentladungslampen auch im Strahlersystem erfolgreich eingesetzt werden können. Außerdem hat die Druckerhöhung einen wesentlichen, positiven Einfluss auf die Farbwiedergabe. Die Natriumdampf-Hochdrucklampe kann ihre Herkunft durch ihren eindeutigen Gelbstich zwar nicht verheimlichen, weist jedoch je nach Qualität ein mehr oder minder reiches Farbspektrum auf. Die Verbesserung der Farbwiedergabe hat allerdings fast immer eine Reduktion der Lichtausbeute zur Folge. Bei der Quecksilberdampf-Hochdrucklampe liegen auch ohne den Einsatz von Leuchtstoffen wesentliche Anteile der abgegebenen Strahlung im sichtbaren bläulichen Bereich. Um ein halbwegs komplettes Lichtspektrum anbieten zu können, kann aber auch die Standard-Quecksilberdampf-Hochdrucklampe nicht ohne Leuchtstoffe auskommen. Erst eine gezielte »Verunreinigung« des Quecksilberdampfes mit stabilen Leuchtstoffen, sogenannten Metall-Halogeniden, ermöglicht der »Halogen-Metalldampflampe« mit klarem Hüllkolben, eine vertretbare Farbwiedergabe bei guten Lichtausbeuten anzubieten. Bei vergleichbarer Farbwiedergabe sind alle genannten Hochdruckentladungslampen in der Lichtausbeute den Leuchtstofflampen unterlegen. Sie werden daher primär eingesetzt, wenn große, konzentrierte Lichtleistungen, z. B. für den Einsatz in Hochleistungsstrahlern, gewünscht werden und die Qualität der Farbwiedergabe von untergeordneter Bedeutung ist. Eine weitere Eigenschaft der Hochdruckentladungslampen schränkt ihren Einsatz in vielen Anwendungsfällen ein: Während die Glühlampe unmittelbar nach dem Einschalten ihre volle Lichtleistung zur Verfügung stellt – die Leuchtstofflampe immerhin wenigstens 50 % –, brauchen die meisten Hochdrucklampen

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eine längere Einbrennzeit von mehreren Minuten, innerhalb derer sie sowohl qualitativ wie auch quantitativ kein nutzbares Licht liefern. Das Gleiche gilt auch nach einer kurzzeitigen Stromunterbrechung, wenn nicht aufwendige Sondervorschaltgeräte, so genannte Heißwiederzündgeräte, eingesetzt werden. Hochdruckentladungslampen sollten daher nur dort eingesetzt werden, wo ein längerer unterbrechungsfreier Betrieb von mehreren Stunden zu erwarten ist. Auf Grund ihres sehr konzentrierten Lichtstroms sollten Hochdrucklampen nur in Leuchten eingesetzt werden, die eine gute Entblendung aufweisen. Lebensdauer und Dimmen von Entladungslampen Da Entladungslampen bis zu ihrem Ausfall teilweise einen erheblichen Rückgang ihrer Lichtausbeute aufweisen, ist ihre Lebensdauer hier – anders als bei den Glühlampen – wie folgt definiert: Die (Nutz-)Lebensdauer der Entladungslampe entspricht der Nutzungsdauer einer Beleuchtungsanlage (mit mehreren Lampen gleichen Typs), bis die mittlere Beleuchtungsstärke durch Ausfall einzelner Lampen bzw. Lichtstromrückgang auf 80 % des Anfangwertes zurückgegangen ist. Durch den Betrieb an einem elektronischen Vorschaltgerät (EVG) lässt sich die Lebensdauer – und häufig auch die Lichtausbeute – wesentlich verbessern. Der Einsatz von EVGs, welcher in der Regel zu höheren Investitionskosten führt, sollte immer sehr ernsthaft erwogen werden, da 1. die Betriebkosten sich reduzieren, durch höhere Lichtsausbeute und vor allem durch längere Lebensdauer und dadurch durch geringeren Lampenwechselaufwand pro Jahr, 2. die Lichtwelligkeit günstig beeinflusst wird, so dass sie auch von empfindlichen Beobachtern nicht mehr erlebt werden kann. Grundsätzlich sind alle Entladungslampen nur mit erheblich höheren Aufwand – in der Regel unter Verwendung spezieller EVGs – dimmbar. Die Entscheidung, ob und in welchem Umfang eine Beleuchtungsanlage dimmbar zu gestalten ist, sollte auch unter Kostengesichtpunkten sorgfältig und vor allem frühzeitig überdacht werden, da die spätere Umrüstung einer Entladungslampenanlage auf Dimmbarkeit nur mit hohem Aufwand möglich ist.

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➔ Lampen für die Museumsbeleuchtung

Schädigungspotenzial von Entladungslampen Die Spektralverteilung und damit das Schädigungspotenzial von Entladungslampen wird ursächlich von der Spektralverteilung des sich entladenden Gases bestimmt. Da die Natriumentladung weitgehend frei von UV-Strahlung ist, besitzen auch alle Natriumdampflampen ein nur geringes, dem Glühlampenlicht vergleichbares Schädigungspotenzial. Im Gegensatz hierzu erzeugt die Quecksilberdampfentladung immer zunächst eine reine UV-Strahlung. Im Fall der Leuchtstofflampe wird die UV Strahlung durch den Leuchtstoff zum größten Teil in sichtbares Licht umgewandelt. Der verbleibende UV-Anteil wird durch das Glas der Leuchtstofflampe weitgehend zurückgehalten, so dass das Schädigungspotenzial der Leuchtstofflampen nur etwas höher als das der Glühlampe ist. Auf Grund der unterschiedlichen Spektralverteilung ist es von Lichtfarbe zu Lichtfarbe leicht unterschiedlich. Generell sind warmweiße Lichtfarben etwas weniger schädlich als neutralweiße oder tageslichtweiße. Das Licht der Quecksilberdampfhochdrucklampe und der Halogenmetalldampflampe weist erheblich höhere UV-Anteile in ihrem Spektrum auf. Diese Lampen dürfen daher nie ohne UVSchutzfilter betrieben werden. Lampentypen Anmerkung zur Lampenwahl Bei der Erst- und bei der Ersatzbeschaffung ist auf die richtige Auswahl der Lichtfarbe und der zumeist damit verbundenen Farbwiedergabe zu achten. In vielen Fällen ist die Lichtfarbe neutralweiß oder warmweiß die richtige Wahl. Der Einsatz der Lichtfarbe tageslichtweiß sollte ausschließlich dann eingesetzt werden, wenn die Lampen während des Tages als Ergänzung zum Tageslicht in Betrieb sind. In allen anderen Fällen wird dieser Farbton als zu kalt erlebt. Zur Beleuchtung der farbigen Exponate sollten ausschließlich Lampen der Farbwiedergabestufe 1A eingesetzt werden. In allen anderen Fällen sind Leuchtstofflampen der Farbwiedergabestufe 1B auf Grund ihrer um fast 50 % höheren Lichtausbeute zu bevorzugen. Die Leuchtstofflampe mit der zzt. höchsten Lichtausbeute ist die T16Lampe mit 16mm Lampendurchmesser. Diese Lampe ist allerdings bislang nicht mit der Farbwiedergabe 1A verfügbar. Neben den Lampen mit guter bzw. sehr guter Farbwiedergabe sind noch solche von

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Tabelle 3: Leuchtstofflampen Bezeichnung

Bild

Farbwieder- Lichtgabestufe farbe

Lichtausbeute*

Lebensdauer*

Leuchtstofflampe Durchm. 7 mm

1B

ww, nw, 58 lm/W tw 4,8 x AGL

7.000 h

Leuchtstofflampe Durchm. 16 mm

1B

ww, nw, 94 lm/W tw 7,8 x AGL

12.000 h

Leuchtstofflampe Durchm. 26 mm

1A

ww, nw, 65 lm/W tw 5,4 x AGL (58 lm/W 4,8 x AGL)

12.000 h (7.000 h)

Leuchtstofflampe Durchm. 26 mm

1B

sw, ww, 93 lm/W nw, tw 7,8 x AGL (80 lm/W 6,2 x AGL)

12.000 h (7.000 h)

*

Incl. konventioneller Vorschaltgeräte

minderer Farbwiedergabequalität – Stufe 2 bzw. 3 – auf dem Markt, die auf Grund einfacherer Leuchtstoffe preiswerter angeboten werden. Diese Lampen sollten möglichst nicht eingesetzt werden, da sie neben der erlebbar schlechteren Farbwiedergabe auch eine mindere Lichtausbeute besitzen. Durch ihre Form ist die röhrenförmige Leuchtstofflampe hauptsächlich für die schattenarme Allgemeinbeleuchtung geeignet. In diesen Fällen stellt sie auch fast immer die wirtschaftlichste Lichtlösung dar. Anmerkung zu Energiesparlampen – Kompaktleuchtstofflampen als Glühlampenersatz Soll eine Kompaktleuchtstofflampe als wirtschaftlicher GlühlampenErsatz direkt in einer Glühlampen-Leuchte eingesetzt werden, so ist darauf zu achten, dass eine Lampe mit Vorschaltgerät und entsprechendem Glühlampensockel E14 bzw. E27 gewählt wird. Für fast alle Typen sind solche als integrierte Lampen / Vorschaltgerät-Variante, erhältlich. Dies hat allerdings immer zur Folge, dass nach Ablauf der Lampenlebensdauer das festverbundene Vorschaltgerät als Elektromüll ebenfalls entsorgt werden muss. Für einige Lampentypen sind getrennte Varianten – Lampe und separates Vorschaltgerät mit Glüh-

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➔ Lampen für die Museumsbeleuchtung

Tabelle 4: Kompaktleuchtstofflampe Bezeichnung

Bild

Farbwieder- Lichtgabestufe farbe

Lichtausbeute*

Lebensdauer

Kompakt-L-Lampe einfach

1B

sw, ww, 58 lm/w nw, tw 4,5 x AGL

10.000 h

Kompakt-L-Lampe doppelt

1B

sw, ww, 65 lm/W nw, 5 x AGL

10.000 h

Kompakt-L-Lampe dreifach

1B

sw, ww, 65 lm/W nw 5 x AGL

10.000 h

Kompakt-L-Lampe 2D

1B

sw, ww, 65 lm/W nw 5 x AGL

10.000 h

Kompakt-L-Lampe flach

1B

sw, ww, 70 lm/W nw, tw 5,4 x AGL

10.000 h

Kompakt-L-Lampe lang

1A

sw, ww, 48 lm/W nw, 3,7 x AGL

10.000 h

Kompakt-L-Lampe lang

1B

sw, ww, 77 lm/W nw, tw 6 x AGL

10.000 h

*

Incl. Vorschaltgeräte

lampensockel – verfügbar. Diese Variante ist zumeist etwas größer, so dass sie nicht in allen Leuchten problemlos einzusetzen ist. Wenn man beabsichtigt, Kompaktleuchtstofflampen statt Glühlampen einzusetzen, sollte bei Leuchtenneuanschaffungen daher immer darauf geachtet werden, dass die Leuchten bereits über ein entsprechendes Vorschaltgerät verfügen. Außerdem sollte beachtet werden, dass auf Grund der anderen Form der Licht abstrahlenden Fläche der Austausch einer Glühlampe – und hier besonders einer klaren Glühlampe – durch eine Kompaktleuchtstofflampe zu einer gänzlich anderen Lichtwirkung – sowohl hinsichtlich der Lichtverteilung als auch der Schattenbildung – führen kann. In speziellen Fällen, z. B. beim Einsatz in einem eng bündelnden Reflektor, kann der Austausch einer klaren Glühlampe durch eine Kompaktleuchtstofflampe eine erhebliche Herabsetzung der Beleuchtungsstärke am Objekt zur Folge haben und so den beabsichtigten Spareffekt ad absurdum führen. Bei der Beleuchtung von musealen

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Objekten sollte ohnehin auf den Einsatz von Kompaktleuchtstofflampen weitgehend verzichtet werden, da mit Ausnahme der L-Type alle Kompaktleuchtstofflampen nur in der Farbwiedergabestufe 1B zu erhalten sind. Tabelle 5: Natriumdampf-Hochdrucklampen Bezeichnung

Bild

Farbwieder- Lichtgabestufe farbe

Lichtausbeute

Lebensdauer

NatriumdampfHochdrucklampe

4-2B

ww

105-120 lm/W 8,5 x AGL

12.000 h

NatriumdampfHochdrucklampe farbverbessert SDWT

1B

ww

40 lm/W 8,5 x AGL

12.000 h

Natrium-Xenon Hochdrucklampe für Pulsbetrieb DSX

1B

ww

50 lm/W 3,8 x AGL

12.000 h

Anmerkung zum Einsatz der Natriumdampf-Hochdrucklampe Natriumdampf-Hochdrucklampen sind aus den oben abgeleiteten Gründen, vor allem wegen ihrer schlechten Farbwiedergabeeigenschaft in Museen nicht einsetztbar. Ausnahmen können die zwei Sondertypen darstellen: 1. die farbverbesserte Natriumdampf-Hochdrucklampe (Produktnahme: white son, SDWT). Diese Lampe ist so eingestellt, dass sie ein nur noch leicht gelbliches Licht mit relativ guten Farbwiedergabeeigenschaften besitzt. Speziell die roten und gelben Farbtönen werden bei dieser Lampe leicht überbetont. Diese Eigenschaft kann helfen, manche Oberflächen, z. B. Holz, freundlicher und auch differenzierter erscheinen zu lassen. Durch den verhältnismäßig hohen Anschaffungspreis für Lampe und Vorschaltgerät und auf Grund der nur ca. dreifach besseren Lichtausbeute der Lampe im Vergleich zur Glühlampe ist der Betrieb dieser Lampe nur bei sehr langer Brennzeit / Tag wirtschaftlich interessant. Sie sollte daher bevorzugt immer nur da eingesetzt werden, wo von der speziellen Farbeigenschaft, der Rot / Gelb Be-

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➔ Lampen für die Museumsbeleuchtung

tonung, bewusst Gebrauch gemacht werden soll. Ähnliches gilt auch für: 2. die pulsbetriebene Natriumdampf-Hochdrucklampe (Produktname DSX). Zu ihrem Betrieb benötigt diese Lampe ein spezielles Vorschaltgerät mit hochfrequenten Stromimpulsen. Hierdurch lässt sich u. a. die Lichtfarbe zwischen zwei Einstellungen variieren: einem mehr rotbetonten und einem mehr gelbbetonten Weiß. Beide Vorteile werden aber zurzeit noch mit einem hohen Preis für Lampe und Vorschaltgerät erkauft, so dass auch diese Lampe nur in Sonderfällen ihren Einsatz rechtfertigt. Tabelle 6: Halogenmetalldampflampen Bezeichnung

Bild

Farbwieder- Lichtgabestufe farbe

Lichtausbeute

Lebensdauer

Halogenmetalldampflampe einseitig gesockelt

1B

ww, nw

58 lm/W 4,5 x AGL

6.500 h

Halogenmetalldampflampe zweiseitig gesockelt

1B

ww, nw

58 lm/W 4,5 x AGL

6.500 h

Halogenmetalldampflampe einseitig gesockelt Keramikbrenner

1B

ww

74 lm/W 5,7 x AGL

7.500 h

Halogenmetalldampflampe zweiseitig gesockelt Keramikbrenner

1B

ww

74 lm/W 5,7 x AGL

7.500 h

Halogenmetalldampfreflektorlampe

1B

ww

(5,7 x AGL)

7.500 h

Anmerkung zum Einsatz von Halogenmetalldampflampen Wie auch die Natriumdampf-Hochdrucklampe ist die Halogenmetalldampflampe wegen ihrer mäßigen Farbwiedergabeeigenschaften für die direkte Beleuchtung nur in dem Maße geeignet, wie die farblich richtige Wiedergabe der Exponate von untergeordneter Bedeutung ist. Auf Grund ihres kleinen punktförmigen Brenners und ihrer hohen

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Wirtschaftlichkeit wird sie gerne zur Ausleuchtung hoher, hallenförmiger Räume eingesetzt. Hier ist zu beachten, dass Halogenmetalldampflampen häufig eine nicht übersehbare Streuung ihrer Lichtfarbe aufweisen, die speziell bei der Anstrahlung weißer oder anderer einfarbiger Flächen erlebbar werden. (Die Streuung der Farbtöne steigt mit wachsendem Betriebsalter der Lampen an, kann aber häufig auch bei Neuanlagen sichtbar sein.). Eine neue Generation von Halogenmetalldampflampen, deren Brenner nicht mit einem Glaskolben, sondern mit einem Keramikbrenner gekapselt sind, zeigt diese Farbstreuung nur noch in geringerem Maße. Sie sollte daher bevorzugt werden, wenn Halogenmetalldampflampen aus wirtschaftlichen Gründen Glühlampen ersetzen. Alternativlos ist die Halogenmetalldampflampe in der Lichtfarbe tageslichtweiß bei der Simulation von gerichtetem Tageslicht.

Anmerkungen 1 Die Lichtausbeute einer Lampe beschreibt das Verhältnis zwischen dem erzeugten Lichtstrom – mit der Einheit Lumen (lm) – und der eingesetzten elektrischen Leistung – gemessen in Watt (W). Eine Glühlampe z. B. erzeugt zwischen 13 und 20 lm / W. Gelänge es, die gesamte verbrauchte elektrische Leistung in Licht mit einem kontinuierlichen Farbspektrum umzusetzen, so betrüge die Lichtausbeute ca. 300lm / W. Bei der Glühlampe werden lediglich 7 % der elektrischen Leistung in Licht umgesetzt. Die restliche Leistung wird in UV- bzw. IR-Strahlung umgewandelt oder führt unmittelbar zur Aufheizung des Lampenkörpers und, falls vorhanden, des Vorschaltgerätes. 2 Beleuchtet man eine einfarbige Testkarte mit einer Referenzlichtquelle, z. B. dem Sonnenlicht und einer Testlichtquelle, z. B. einer Leuchtstofflampe, die Sonnenlicht imitiert, so gibt die Farbwiedergabe die Ähnlichkeit bzw. die Unterschiede der gesehenen Farben der Testkarte bei der unterschiedlichen Beleuchtung an. Die Ergebnisse, die mit einer definierten Reihe von Testkarten erzielt werden, lassen sich durch Mittelwertbildung zusammenfassen und so genannten Farbwiedergabestufen zuordnen. Die Farbwiedergabe darf nicht mit der farbigen Erscheinung des Lichtes – von warmweiß über neutralweiß bis zu tageslichtweiß – verwechselt werden, die mit der Lichtfarbe beschrieben wird. Für warmweiße und neutralweiße Lichtfarben wird die Referenzlichtquelle durch das physikalische Modell des so genannten Schwarzen Körpers oder auch Plankschen Strahlers beschrieben. Dieser theoreti-

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➔ Lampen für die Museumsbeleuchtung

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sche, da völlig reflexionsfreie schwarze Körper strahlt in Abhängigkeit seiner Temperatur ein kontinuierliches Spektrum ab, dessen Maximum sich mit steigender Temperatur von rötlichweiß (5.000 K: entspr. 4.727 ˚C) verschiebt. Im Fall der warmweißen Lichtfarbe entspricht die Spektralverteilung des Plankschen Strahlers sehr gut der der Glühlampenwendel. Die Glühlampe hat so, quasi per Definition immer eine sehr gute Farbwiedergabe. Die physikalische Natur des Lichtes lässt sich durch das Modell des elektromagnetischen Strahlung beschreiben. Demnach ist Licht eine Strahlung, welche sich wellenförmig und (im Vakuum) mit stabiler Lichtgeschwindigkeit ausbreitet. Je hochfrequenter die Wellenfolge ist bzw. je kürzer die Wellenlängen sind, um so energiereicher ist diese Strahlung. Die einfache und naheliegende Annahme, dass die elektromagnetische Strahlung um so eher geeignet ist, Moleküle im allgemeinen und Farbpigmente im besonderen zu verändern und zu schädigen, je energiereicher sie ist, wurde bereits vielfach im Experiment bestätigt (Hilbert 1996). Es existieren mehrere Schädigungsfunktionen, welche die Abhängigkeit der Schädigung von der Wellenlänge der beleuchtenden Strahlung zeigen. Hiernach hat die kurzwellige ultraviolette Strahlung die stärkste Schädigung zur Folge. Je länger die Wellen der elektromagnetischen Strahlung werden, umso geringer wird die Schädigungswahrscheinlichkeit. Für die meisten Pigmente und Trägerstoffe erzeugt auch noch das sich an die UV-Strahlung anschließende blaue Licht eine nicht zu vernachlässigende Schädigung.

Abbildung 1: Relatives Schädigungspotenzial für Gemälde (Ölfarben auf Leinwand); Bezugsgröße (100 %): Tageslicht

100 % 90 % 80 % 70 % 60 % 50 % 40 % 30 % 20 % 10 % 0%

ohne Filter

HI T

1a LL

nw

1b nw

L LL

AG L

HA V 12

Ta ge s

lic

ht

Filter 380 nm Filter 420 nm

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19- 36) T02_02 schmits.p 285618111968

Paul W. Schmits

Die Wahrscheinlichkeit, dass die Farben beispielweise eines Kunstwerkes sich verändern, hängt von der materiellen Beschaffenheit und von der spektralen Zusammensetzung der beleuchtenden Lichtquelle zusammen. Der Einfluss der spektralen Strahlungsverteilung einer Lichtquelle auf die Schädigungswahrscheinlichkeit wird mit dem Schädigungspotenzial beschrieben. Abbildung 1 zeigt das Schädigungspotenzial verschiedener Lichtquellen bei der Beleuchtung von Ölgemälden bei konstanter Beleuchtungsstärke und -dauer.

Literatur Hilbert, Günter S. (1996): Sammlungsgut in Sicherheit, Berlin.

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24.04.01 --- Projekt: transcript.kum.sicherheit für kulturgut / Dokument: FAX ID 01c2285618111872|(S.

19- 36) T02_02 schmits.p 285618111968

»Angenehmes Betriebsklima!« Gute Klimaverhältnisse für Sammlungen und Objekte

23.04.01 --- Projekt: transcript.kum.sicherheit für kulturgut / Dokument: FAX ID 005d285564982848|(S.

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) T03_00 resp klima.p 285564982968

23.04.01 --- Projekt: transcript.kum.sicherheit für kulturgut / Dokument: FAX ID 005d285564982848|(S.

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) vakat 038.p 285564982976

➔ Luftführung im Ausstellungsbereich

Klaus Fitzner

Luftführung im Ausstellungsbereich Neue Überlegungen und Verfahren

Einleitung Museen haben die etwas widersprüchliche Aufgabe, Zeit- und Kulturzeugnisse der Öffentlichkeit möglichst gut zugänglich zu machen und sie gleichzeitig vor Verfall zu schützen. Zur Erfüllung der ersten Forderung müssen die Austellungsräume thermischen Komfort für die Besucher sicherstellen, die Temperaturen müssen im Bereich zwischen 20 und 25 ˚C liegen. Für den Erhalt der Austellungsstücke müssten die Lufttemperaturen und Feuchtigkeiten aber möglichst niedrig und vor allem konstant sein. Weiterhin sollen die Exponate langfrisig nicht verschmutzen, die Luft im Raum sollte möglichst staubfrei sein. Mikroorganismen und Insekten sollten möglichst schlechte Lebensbedingungen vorfinden. Diese Forderungen lassen sich mit Fensterlüftung oder der so genannten freien Lüftung und normaler Zentralheizung nicht gut erfüllen.

Eigenschaften der Luft Die normale Luft setzt sich überwiegend aus Stickstoff, Sauerstoff und geringen Mengen von Edelgasen zusammen. Dabei sind Stickstoff und Edelgase unschädlich. Der Sauerstoff ist für die menschliche Atmung notwendig, für die Austellungsstücke bereits schädlich. Das muss hingenommen werden. Die Luft enthält aber auch

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23.04.01 --- Projekt: transcript.kum.sicherheit für kulturgut / Dokument: FAX ID 005d285564982848|(S.

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Klaus Fitzner

Spuren anderer schädlicher Stoffe, beispielsweise SO2, Wasserdampf, Staub und viele andere. Dazu zählen auch Mikroorganismen, vor allem Pilze und Bakterien. Außerdem hat die Luft je nach Jahreszeit unterschiedliche Temperaturen. Während man zu tiefe Temperaturen durch einfaches Heizen vermeiden kann, muss man, wenn zu hohe Temperaturen vermieden werden sollen, bereits kühlen. Eine wichtige Rolle spielt der Wassergehalt der Luft. Die Luft enthält nur wenig Wasserdampf. Je nach Temperatur kann sie zwischen 0,1 und etwa 3 % ihres Gewichts an Wasser aufnehmen. Einige Werte werden in der folgenden Tabelle gezeigt. Es ist das Gewicht des Wasserdampfes in der Luft in Gramm [g] je kg trockener Luft für verschiedene Temperaturen und relative Luftfeuchtigkeiten wiedergegeben. Beginnen wir mit der rechten Spalte der Tabelle. Sie gibt die maximal aufnehmbare Wassermenge wieder. Die relative Feuchte beträgt 100 %. Beim Erreichen dieser Werte nennt man die Luft auch »Wasserdampf gesättigt«. Die Aufnahmefähigkeit von Wasser ändert sich, wie man an den Werten erkennt, stark mit der Temperatur. Gesättigte Luft enthält bei 0 ˚C 3,8 g, bei 30 ˚C 27,8 g Wasser/kg Luft. Bei kleinerem als dem maximal möglichen Wassergehalt ist die relative Feuchte entsprechend geringer, wie beispielhaft in den Spalten der Tabelle für 30, 50 und 60 % relative Feuchte gezeigt wird. So enthält die Luft bei 30 % relativer Feuchte 30 % der bei dieser Temperatur maximal aufnehmbaren Wassermenge. Die Abhängigkeit der Wasseraufnahmefähigkeit von der Temperatur erklärt, weshalb bei Abkühlung gesättigter Luft Wasser ausgeschieden werden muss, was sich durch Kondensation an den Wänden oder Nebel bemerkbar macht. Jede Temperaturänderung der Luft führt zu einer Änderung der relativen Feuchte, wenn der absolute Wassergehalt sich nicht ändert. Wenn im Winter Außenluft mit 0 ˚C und einer relativen Feuchte von 100 % in das Gebäude gelangt und auf 20 ˚C erwärmt wird, ist die relative Feuchte der erwärmten Luft kleiner als 30 %. Wenn im Sommer Außenluft mit einer relativen Feuchte von 60 % und einer Temperatur von 30 ˚C in ein Gebäude, z. B. eine Kirche mit Innenwandtemperaturen von 20 ˚C gelangt, kondensieren an der Wand mehr als 1 g/kg aus der Luft und die relative Feuchte in Wandnähe beträgt 100 %. Der Mensch kann die Luftfeuchtigkeit nicht unmittelbar wahrnehmen. Nur zu hohe Luftfeuchte (mehr als 60 % r. F. und mehr als

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➔ Luftführung im Ausstellungsbereich

Tabelle 1: Wassergehalt der Luft bei verschiedenen Temperaturen und relativen Feuchten in g Wasser/kg trockene Luft Temperatur

Relative Feuchte in %

in ˚C

30

50

60

100

0

1,1

1,9

2,3

3,8

5

1,6

2,7

3,3

5,5

10

2,3

3,8

4,6

7,7

15

3,2

5,4

6,4

10,8

20

4,4

7,4

8,9

14,9

25

6,0

10,0

12,0

20,3

30

8,0

13,5

16,3

27,6

11,5 g Wasser/kg Luft) wird als unangenehm schwül empfunden. Ein unterer Grenzwert der relativen Feuchte für die thermische Behaglichkeit des Menschen kann nicht genau angegeben werden. Es deutet vieles darauf hin, dass zu trockene Luft auf Dauer spröde Haut, vor allem spröde Nasenschleimhaut verursacht. Deshalb wird in DIN 1946/2 empfohlen, relative Feuchten unter 30 % möglichst nur kurzfristig zuzulassen. Während für den Menschen die relative Feuchte in einem weiten Bereich schwanken und vor allem während der Zeit beliebig variieren darf, sieht das bei vielen Exponaten anders aus. In Bezug auf die relative Luftfeuchtigkeit sind Ausstellungsstücke empfindlicher als der Mensch. Wasserdampf dringt durch Diffusion in andere Stoffe ein, bis ein Gleichgewichtszustand zwischen der relativen Feuchte der Luft und dem Feuchtegehalt des Stoffes eingetreten ist. Das Verhalten lässt sich durch Sorptionsisothermen darstellen. Sie geben an, wieviele Gewichtsanteile Wasser von verschiedenen Stoffen bei unterschiedlicher relativer Feuchte im Gleichgewichtszustand aufgenommen werden. Abbildung 1 stellt solche Gleichgewichtskurven für drei Stoffe dar. Man sieht, dass beispielsweise Leder bei 60 % relativer Feuchte durch Aufnahme von Wasser bis zu 20 % schwerer wird! Dabei ändert es auch seine Abmessungen, und das führt speziell bei Änderungen der Feuchte zu inneren Spannungen, die das Material zerstören können. Die Spannungen sind besonders groß bei inhomogen zusammengesetzten Körpern, wie es bei vielen Kunstwerken der Fall ist. Ein ungünstiges Beispiel stellt Ölfarbe

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auf Holz dar. Aber auch in homogenen Stoffen treten innere Spannungen auf, wie Abbildung 2 veranschaulicht. Dort sind die relativen Längenänderungen über der relativen Feuchte aufgetragen bei unterschiedlichen Amplituden der Änderung. Solange die Verformung im elastischen Bereich des Stoffes bleibt, können die Spannungen ohne Schaden aufgenommen werden. Mit zunehmendem Alter eines Stoffes sinkt die Elastizitätsgrenze. Die Grenze der Verformung liegt bei vielen Stoffen schon bei 0,006. Die Abbildung zeigt Werte für 350-jähriges, in Tangetialrichtung gesägtes Fichtenholz. Abbildung 1: Sorptionsisothermen für Leder, Holz und Azetatseide

30 Wassergehalt in Gewichts - %

Leder Holz 20

10

Azetatseide 0 0

20

40 60 80 Relative Luftfeuchte in %

100

Quelle: Schramek 1999

Temperaturänderungen können Ähnliches bewirken. Deshalb müssen Feuchte- und Temperaturänderungen möglichst klein gehalten werden. Darauf bezieht sich im Detail der Beitrag von Birgit Müller (Müller 2001). Hieraus erwächst die Forderung, dass man Temperatur und Feuchte stabilisieren muss. Dazu benötigt man raumlufttechnische Anlagen. Wie diese arbeiten, wird später näher erläutert.

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➔ Luftführung im Ausstellungsbereich

Abbildung 2: Verformungen eines homogenen Materials bei Feuchtigkeitsänderung der umgebenden Luft

Dehnung

0,06

0,04 -0,006

0,02 +0,006 36 %

0

0

20

40

50 %

63 %

60

80

100

relative Feuchte in % Quelle: Mecklenburg et al. 1999

Neben den Längen- und Volumenänderungen führen aber hohe Feuchtigkeit und Temperatur auch zu verbesserter chemischer Reaktion. Vom konservatorischen Standpunkt aus müssten Zeitzeugnisse bei möglichst niedriger Temperatur und Feuchte aufbewahrt werden, am besten natürlich unter Sauerstoffabschluss! So lässt sich säurehaltiges Papier bei einer Temperatur von 16 ˚C doppelt so lange erhalten wie bei 20 ˚C, das Gleiche gilt wenn die relative Feuchte von 50 auf 25 % abgesenkt wird. Wenn beide Maßnahmen ergriffen werden vervierfacht sich die Haltbarkeit entsprechend (vgl. Banks 1999). Sehr geringe Feuchte ist aber wegen der Versprödung nicht für alle Stoffe vorteilhaft. Zahlreiche Metalle neigen demgegenüber zu verstärkter Oxidation, wenn die relative Feuchte zu hoch ist.

Luftbewegung Weil Luft durchsichtig ist, können wir eine besondere Eigenschaft der Luft nicht direkt wahrnehmen. Das ist die Luftbewegung. Zigarettenrauch und Partyqualm können ein bisschen davon vermit-

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teln. Nicht nur draußen bei Wind, sondern auch in Gebäuden ist die Luft dauernd in Bewegung. Die Bewegung entsteht durch Druckunterschiede an den Öffnungen und durch thermischen Auftrieb an den Wänden. In einem normalen Gebäude reichen die Undichtigkeiten im Mauerwerk und an geschlossenen Fenstern und Türen aus, dass das gesamte Luftvolumen des Gebäudes ungefähr ein- bis zweimal pro Stunde durch Außenluft ausgetauscht wird. Besonders stark ist der Luftaustausch im Winter durch Auftriebskräfte, denn bei einer Temperaturdifferenz zwischen innen und außen von 30 ˚C ist die Dichte der Luft innen 10 % kleiner als außen. Bei starkem Wind entstehen Druckunterschiede am Gebäude, die ebenfalls zu starkem Luftaustausch führen. An Wänden, die wärmer oder kälter als die umgebende Luft sind, entsteht eine Konvektionsbewegung. Das ist besonders zu beobachten an Außenwänden, aber auch an Gegenständen, die beleuchtet oder von anderen wärmeren Wänden angestrahlt werden. Abbildung 3 zeigt die Luftbewegung vor Wänden mit verschiedener Höhe und unterschiedlichen Temperaturdifferenzen gegenüber der Luft im Raum. Auch bei verhältnismäßig kleinen Temperaturdifferenzen wird viel Luft bewegt. Der Volumenstrom ist ungefähr proportional zur Höhe und er ändert sich ungefähr mit der dritten Wurzel aus der Temperaturdifferenz. Eine wärmere Wand verursacht die gleiche Luftbewegung, aber in Aufwärtsrichtung. Durch die Luftbewegung kann es zu Zugerscheinungen kommen. Außerdem werden Stoffe wie Wasserdampf, Luftverunreinigungen und Ähnliches durch den Raum gefördert. An Orten geringerer Geschwindigkeit und geringerer Temperatur lagern sich dann bevorzugt die Verunreinigungen ab.

Gebäudedurchströmung Freie Lüftung Bei der freien Lüftung strömt die Luft durch Türen, Fenster oder viele Undichtigkeiten in den Raum. Die Luftbewegung entsteht entweder durch Winddruck oder durch Temperaturunterschiede zwischen innen und außen. Der Einfluss des Windes sorgt für Über- und Unterdruckzonen am Gebäude, und je nach Druckdifferenzen und Öffnungsquerschnitten auf dem Strömungsweg wird das Gebäude durchströmt. Auch bei geschlossenen Fenstern kann

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Abbildung 3: Luftbewegung vor einer kalten Wand

Kaltluftmassenstrom in kg/h/m

1000 600 400 ∆ T = 20 K ∆ T = 10 K ∆T = 5 K

200 100 60

∆ T = T∞ - TW

40

Τ∞ Raumtemperatur TW Wandtemperatur

20 10

1

2

3

4

6

8

10

Wandhöhe in m Quelle: Kriegel 1973

ein großer Luftwechsel durch die immer vorhandenen Undichtigkeiten der Fassade auftreten. Besonders im Winter treten neben den Windkräften Auftriebskräfte auf. Die Auftriebskräfte nehmen mit der Temperaturdifferenz zwischen innen und außen und der Gebäudehöhe zu, wenn strömungstechnische Verbindungen zwischen den Öffnungen in verschiedener Höhe bestehen. An einem 100 m hohen Gebäude entstehen im Winter bei 30˚C Temperaturunterschied Druckunterschiede von 120 Pa, vergleichbar mit dem dynamischen Druck bei Windgeschwindigkeiten von 10-14 m/s, also etwa Windstärke 5-6. Deshalb sollten Gebäude, die für freie Lüftung vorgesehen sind, möglichst keine Verbindungen zwischen Räumen in verschiedenen Höhen haben. Treppenhäuser, offene Innenräume, Schächte, vor allem Aufzugsschächte sollten durch entsprechende Schleusen unterbrochen sein. Beim Kostenvergleich von Gebäuden mit und ohne RLT-Anlagen sollte dieser Mehraufwand berücksichtigt werden, was häufig vergessen wird.

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Abbildung 4: Schachttypgebäude

Abbildung 5: Druckverteilung am Schachttypgebäude im Winter

100 m Beispiel: ∆ t = 30 K ∆ ρ = 0,12 kg/m ∆ p = 1,2 Pa/m

II -120

III

I

0 Druck Pa

+120

Die Schachtwirkung eines Gebäudes wird veranschaulicht durch die Skizze eines so genannten Schachttypgebäues auf Abbildung 4 (nach DIN 4701). Es handelt sich um ein Gebäude, dessen Geschosse nicht luftdicht voneinander getrennt sind. Die Verbindungen können durch Treppenhäuser, Technik- und Aufzugsschächte sowie Atrien entstehen. Wenn in solchen Gebäuden die Temperatur innen höher ist als außen, bildet sich eine Druckdifferenz ∆p von unten nach oben aus, die zu der Dichtedifferenz ∆ρ der Luft innen und außen und der Gebäudehöhe h proportional ist: ∆p = ∆ρ · g · h

(1)

Die Druckdifferenz ist damit vorgegeben. Die Druckverteilung über der Gebäudehöhe hängt davon ab, wie die Undichtigkeiten des Gebäudes nach außen verteilt sind. Drei Grenzfälle sind in Abbildung 5 eingezeichnet. Wenn das Gebäude vollkommen dicht ist und nur unten eine Öffnung hat, tritt die Druckverteilung (I) von Abbildung 5 ein. Unten ist kein Druckunterschied, oben ist er am größten. Der

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umgekehrte Fall tritt ein, wenn ein dichtes Gebäude eine Öffnung oben hat (II). Weil im Mittel die Undichtigkeiten eines wirklichen Gebäudes über die Oberfläche gleichmäßig verteilt sind, tritt die Verteilung (III) am häufigsten auf. Unterdruck unten, Überdruck oben. In der Gebäudemitte besteht kein Druckunterschied; hier existiert eine neutrale Zone. In diesem Fall strömt Luft im unteren Teil des Gebäudes ein, durchströmt es von unten nach oben und verlässt das Gebäude oben wieder. Die schlechteste Luftqualität findet man deshalb oben im Gebäude, wenn in den unteren Geschossen entsprechende Verunreinigungsquellen sind. Deshalb sollten Räume mit größerer Luftverschmutzung in den oberen Geschossen vorgesehen werden. In den mittleren Geschossen findet nur geringer Luftaustausch statt, wenn sie nicht zu dem Schachtsystem gehören. Die freie Lüftung ist problematisch, wenn kein Wind weht und der Temperaturunterschied zwischen innen und außen klein ist. Der Luftaustausch kann dann zu niedrig sein. Die Druckverhältnisse kehren sich um, wenn die Luft im Gebäude gekühlt ist. Dann strömt bei Undichtigkeiten die Luft oben ins Gebäude hinein und unten hinaus. Der Einfluss des Windes bei freier Lüftung soll im folgenden noch einmal dargestellt werden. Abbildung 6 zeigt den vereinfachten Grundriss eines eingeschossigen Hauses mit freier Lüftung. Die Luft tritt auf der Luvseite ins Gebäudes ein und verlässt es auf der Leeseite. Das lässt sich bei der Ausrichtung des Gebäudes berücksichtigen, wenn die Hauptwindrichtung bekannt ist. Der thermische Auftrieb ist beim eingeschossigen Haus fast vernachlässigbar. Das sieht bei mehrgeschossigen Häusern anders aus. Das Thema freie Lüftung ist komplizierter und umfangreicher als das der maschinellen Lüftung. Deshalb kann es hier nicht erschöpfend behandelt werden. Es gibt aber umfangreiche Literatur zu dem Thema (vgl. u. a. Richter 1983 und Feustel o. J.). Maschinelle Lüftung Bei der maschinellen Lüftung, bei der eine Raumlufttechnische(RLT)-Anlage, also mindestens ein Ventilator, für den erforderlichen Druckunterschied und die Luftbewegung sorgt, lassen sich viele der Probleme der freien Lüftung einfacher lösen. Sobald die Luft mit einer raumlufttechnischen Anlage gefördert

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Abbildung 6: Ausrichtung eines eingeschossigen Hauses

außen Schlafzimmer Wohnraum Essplatz Arbeitszimmer usw.

Küche Badezimmer Toiletten usw. Flur

außen geringe Verschmutzung

hohe Verschmutzung

wird, besteht die Möglichkeit der Überdruckhaltung. Dabei wird mehr Luft in das Gebäude gefördert als abgesaugt und es entsteht im Gebäude ein leichter Überdruck, der verhindert, dass unkontrolliert Luft von außen in das Gebäude eindringt. Dieser Fall tritt schon ein, wenn nur ein Ventilator mehr Luft in das Gebäude fördert als durch die Undichtigkeiten bei freier Lüftung entweicht. Abbildung 7 veranschaulicht diesen Fall. Raumlufttechnische Anlagen verfügen über Zu- und Abluftventilatoren, die so eingestellt werden, dass ein leichter Überdruck im Gebäude eintritt. Betrachtet man nun nicht nur einen Raum, sondern ein Gebäude mit vielen Räumen, dann muss die Volumenstrombilanz an der äußeren Hülle, aber auch von Raum zu Raum beachtet werden. Zunächst muss es definierte Öffnungen in der Gebäudehülle und in den Öffnungen definierte Volumenströme geben. Sie lassen sich so einstellen, dass im gesamten Gebäude leichter Überdruck herrscht. Der sorgt dafür, dass an den unkontrollierten Undichtigkeiten Luft nach außen entweicht, so dass das Eindringen von Außenluft, die sogenannte Infiltration, nicht eintritt. Das setzt voraus, dass die Undichtigkeiten der Gebäudehülle klein sind im Verhältnis zu den definierten Öffnungen. Bei der maschinellen Lüftung können die Einflüsse von Wind oder Auftrieb auf die Gebäudeund Raumdurchströmung vernachlässigt werden, wenn die Volu-

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Abbildung 7: Überdruck im Gebäude durch einen Zuluftventilator

außen Schlafzimmer Wohnraum Essplatz Arbeitszimmer usw.

Küche Badezimmer Toiletten usw. Flur

außen geringe Verschmutzung

hohe Verschmutzung

menströme im Gebäude entsprechend eingestellt wurden. Zu bedenken ist auch, dass dieser Überdruck nicht mehr existiert, wenn die RLT-Anlage abgeschaltet wird oder Außenvolumenstrom zu stark reduziert wird. Wenn RLT-Anlagen nachts abgeschaltet werden, stellen sich die Außenbedingungen der absoluten Feuchte auch im Gebäude ein. Wenn das Gebäude dann im Winter nur beheizt wird, wird die relative Feuchte sehr niedrig, im Sommer kann sie sehr hoch werden. Der Außenluftstrom der RLT-Anlage darf nur so weit reduziert werden, dass auch nachts keine Infiltration von Außenluft eintritt. Je dichter das Gebäude ist, umso geringer ist dieser Mindestaußenluftstrom. Die erforderlichen treibenden Kräfte für den Luftaustausch sind bei der maschinellen Lüftung zu jeder Zeit vorhanden, weil sie durch die Ventilatoren aufgebracht werden. Die erwähnten Vorteile der maschinellen Lüftung treten, wie man aus den Erläuterungen erkennt, nur bei richtiger Anlagen- und Gebäudekonzeption ein. Es reicht nicht aus, einzelne Räume zu be- und entlüften. Nach dem bisher Gesagten wird auch deutlich, dass es nicht ausreicht, Umluftgeräte zur Be- und Entfeuchtung sowie zur Kühlung in das Museum zu stellen. In diesem Falle bleibt die freie Lüftung überlagert bestehen. Im Unterschied zum Auftrieb im Winter würde allerdings im Sommerfall mit Umluftkühlung die Außenluft nicht unten, sondern oben ins Gebäude eintreten. Oben würden

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dann auch die problematischen Räume liegen und sie müssten in ihrer Kühl- und Entfeuchtungsleistung entsprechend verstärkt werden. Neben den Funktionen des Heizens und Kühlens, der Beund Entfeuchtung hat die RLT-Anlage im Museum die Aufgabe der Überdruckhaltung. Der Überdruck wird mit sehr kleinen Volumenströmen erreicht, wenn die Gebäudehülle sehr dicht ist. Zum Verhindern von Infiltration bietet sich das Betreiben einer Außenluftanlage mit variablen Volumenstrom an, der auf die Mindestdruckdifferenz eingeregelt wird. Raumlufttechnische Anlagen Das Prinzip eines Raumlufttechnischen Gerätes wird in Abbildung 8 dargestellt. Es enthält Zu- und Abluftventilator, Luftfilter, Kühler, Erhitzer, Be- und Entfeuchter. Damit lassen sich im Bereich der Geräteleistung in den Räumen die gewünschten Werte der Temperatur und der Feuchte einstellen. Es sollte allerdings sehr darauf geachtet werden, dass alle Komponenten des Gerätes stufenlos regelbar sind, vor allem der Befeuchter. Eine Regelung durch EinAusschaltung ist kaum zulässig. Wird ein solches Gerät mit Luftleitungen für Zu- und Abluft zu den einzelnen Räumen versehen, so entsteht eine raumlufttechnische Anlage. Jeder Raum kann jetzt je nach Anlagentyp mit klimatisierter Zu- und Abluft versorgt werden. Hier soll auf die verschiedenen Arten der raumlufttechnischen Anlagen nicht näher eingegangen werden, sondern auf die Fachliteratur verwiesen werden, weil das den Rahmen dieses Beitrages sprengen würde. Es sollte nur so viel deutlich geworden sein, dass die meisten Museen nicht ohne raumlufttechnische Anlage betrieben werden können (vgl. Hilbert 1996; Schramek 1999). Zentrale Anlagen können die Einhaltung des Überdruckes gegenüber außen und die Einhaltung eines Bereiches der Temperatur und der relativen Feuchte im Gebäude sicherstellen. Wenn die Anlagen zusätzlich in den Räumen über Endgeräte verfügen, die nachkühlen oder nachheizen können, lassen sich auch raumweise die Temperaturen auf bestimmte Werte einstellen. Die Endgeräte verfügen aber selten über eine Be- oder Entfeuchtungsmöglichkeit. Deshalb lässt sich die relative Feuchte nicht raumweise exakt auf bestimmte Werte einstellen. Die zentrale Anlage sorgt für einen konstanten Wert der absoluten Feuchte; je nach thermischer

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Raumlast können sich dann in verschiedenen Räumen etwas unterschiedliche relative Feuchten einstellen. Das mag ein Grund dafür sein, weshalb man in vielen Museen auch mit zentralen RLTAnlagen zusätzlich raumweise Be- und Entfeuchtungsgeräte antrifft. Dafür dürfte es normalerweise keine Berechtigung geben. Abbildung 8: Raumlufttechnisches Gerät

Filter

Mischkammer

Kühler

Vorerhitzer

Tropfenabscheider

Befeuchter

Ventilator

Nacherhitzer

Filter

Raumströmung Mischströmung In den Räumen, selbst mit freier oder maschineller Lüftung, können drei grundsätzlich verschiedene Strömungsformen vorkommen: Misch-, Verdrängungs- und Quellluftströmung. Verdrängungsströmung kommt im Museum kaum vor, sondern wird nur in Sonderfällen wie in Reinräumen angewendet. Abbildung 9 zeigt das Prinzip der Mischströmung. Betrachtet werden soll ein ungefähr würfelförmiges Raumvolumen. Ein Luftstrahl strömt an der Decke oder an irgend einer anderen Stelle mit so großer Geschwindigkeit in den Raum ein, dass er das gesamte Luftvolumen im Raum in Bewegung setzt und durchmischt. Die Eintrittsgeschwindigkeit liegt in der Größenordnung von 1 m / s oder darüber. Temperaturen und Konzentrationen sind dann im ganzen Raum nahezu gleich, und die Luftgeschwindigkeiten sind verhältnismäßig groß. Sie müssen umso größer sein, je hö-

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Abbildung 9: Mischströmung

c > 1 m/s oder

usw.

her die thermischen Lasten im Raum sind, damit die Bedingung erfüllt ist, dass die dynamischen Kräfte größer sind als die thermischen. Auch bei Lufteinbringungsorten außerhalb des Deckenbereiches entsteht Mischströmung. Die Vorstellung der gleichmäßigen Verteilung von Temperatur und Konzentration stellt ein idealisiertes Bild dieser Raumströmung dar; die reale Mischströmung weicht davon mehr oder weniger ab. Für mechanische Lüftung lässt sich der gesamte Anwendungsbereich, in dem Mischströmung bei Einhaltung der Behaglichkeitsgrenzen möglich ist, darstellen in einem Feld, das gekennzeichnet wird durch den Luftvolumenstrom und die Kühllastdichte bezogen auf die Bodenfläche. Abbildung 10 zeigt das empirisch ermittelte Feld, in welchem Mischströmung in belüfteten Räumen anwendbar ist, vorausgesetzt, dass entsprechend optimierte Luftdurchlässe verwendet werden. Die Grenze auf der rechten Seite ergibt sich aus Versuchsergebnissen. Sie wird gegeben durch die zulässigen Luftgeschwindigkeiten im Aufenthaltsbereich für Versammlungsräume und Büros, also Räume, in denen sich Personen mit niedrigem Aktivitätsgrad (1 met) und normaler Kleidung (0,8 clo) aufhalten. Die linke Grenze des eingezeichneten Bereiches ergibt sich aus der in Mitteleuropa erfahrungsgemäß angewendeten größten Temperaturdifferenz zwischen Raumluft und Zuluft. Diese im Diagramm mit 12˚C angenommene Differenz kann aus strömungstechnischer Sicht auch größer sein; die Luftfeuchte ergibt im allgemeinen die Begrenzung. Sie wird kleiner, wenn hohe thermische Lasten im Raum sind und gleichzeitig die relative Feuchte hoch sein

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Abbildung 10: Anwendungsbereich der Mischströmung

200

Kühlleistungsdichte

W/m 100 Deckenkühlung

?

radial

50 Mischlüftung

20

10

10

linear Verdrängungsströmung von oben 2 2

20 30 40 50 100 m /(hm ) 300 Volumenstromdichte

soll. In solchen Fällen empfiehlt sich die Anwendung von Deckenkühlung. Das Diagramm in Abbildung 10 zeigt auch, dass hohe Kühlleistungsdichten von 100 W/m2 nur bei einem Zuluftvolumenstrom um 25-30 m3/(h · m2) mit Mischströmung möglich sind. Größere Luftvolumenströme können erforderlichenfalls nur bei kleineren Kühlleistungsdichten zugfrei verwirklicht werden. Abbildung 11 zeigt das Strömungsbild der Mischströmung mit Linien gleichen Stoffbelastungsgrades µ. Als Stoffbelastungsgrad wird die örtliche Verunreinigung bezogen auf die der Abluft bezeichnet. Die Anwendung von Mischströmung bei RLT-Anlagen begann mit der Existenz von Ventilatoren zu Beginn dieses Jahrhunderts. Sie erlaubten nämlich, die Luft mit großem Impuls in die Räume einzubringen. In der 12. Auflage des Rietschel-Gröber (Bradtke 1951) war man trotzdem der richtigen Lösung noch sehr nahe. Dort wird empfohlen, einen Hörsaal von unten zu belüften. Auch die seitliche Lufteinführung unten in einen nicht allzu großen Saal wird mit vollkommen richtigen Argumenten vorgeschlagen. Dabei ergibt sich eine Quellluftströmung, die später beschrieben wird.

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Abbildung 11: Mischströmung mit Linien gleichen Stoffbelastungsgrades µ

Dann folgt aber für den Fall, dass unten nicht genügend Platz für die Eintrittsöffnungen vorhanden ist, die Empfehlung, die Strahllüftung anzuwenden, bei der man Luft mit niedrigerer Eintrittstemperatur einbringen zu können glaubt. Es kam der Irrtum auf, dass die größere Temperaturdifferenz für die Luftgeschwindigkeit im Raum keine Rolle spiele, weil sie ja schnell durch Vermischung im Strahl abgebaut wird. Die Entwicklung verfestigte sich, als die Strömungstechniker sich mehr und mehr mit isothermen Freistrahlen beschäftigten und damit in der Nähe von Luftdurchlässen einigermaßen gut die Geschwindigkeiten berechnen konnten. Das war noch in den 1960er Jahren der Grund, möglichst überall Mischlüftung vorzusehen. Erste Hinweise in Deutschland von Linke und Regenscheit am Ende der 1960er Jahre, dass auch bei Strahllüftung die Temperaturdifferenzen beim Kühlen einen maßgeblichen Einfluss auf die Raumströmung hätten, blieben in der Entwicklung zunächst wirkungslos. Dabei blieb es, solange man nicht wusste, wie empfindlich der Mensch auf Luftgeschwindigkeiten in Mischungsströmungen reagiert. Gröber hatte 1930 noch gemeint, dass der Mensch Luftgeschwindigkeiten erst ab 50 cm/s empfindet (vgl. Gröber 1930). Bradtke gibt noch 1951 eine Kurve höchster Behaglichkeit mit 0,6 m/s bei 22 ˚C an. Mit dem Katathermometer konnte man leider keine Luftgeschwindigkeiten messen, und andere bes-

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sere Instrumente gab es noch nicht. Die DIN 1946/2 von 1960 lässt noch Luftgeschwindigkeiten von 0,3 m/s bei 23 ˚C als behaglich zu, und selbst Fanger bezeichnete noch in seinem Buch »Thermal Comfort« (Fanger 1970) Luftgeschwindigkeiten von 1,0 m/s durchaus noch als behaglich. Zu der Zeit konnte man Geschwindigkeiten schon sehr gut messen. Fanger hat seine Behaglichkeitsstudien aber nicht in einer Mischströmung, sondern in einer Verdrängungsströmung gemacht. Quellluftströmung In den meisten Räumen mit freier Lüftung und seit einigen Jahren auch in vielen Räumen mit RLT-Anlagen wird Quellluftströmung angewendet. Auch alle Museen, die vor der Wende zum 20. Jahrhundert gebaut wurden, lüfteten nach diesem Prinzip. Die Raumströmung wird dabei nicht bestimmt durch die Art der Lufteinführung, sondern durch die Wärmequellen und den zugeführten Luftstrom. Schon eine Person als Wärmequelle reicht aus, damit »Quellluftströmung« entsteht, wie auf Abbildung 12 dargestellt. Abbildung 12: Quellluftströmung

Va > Vzu Va oder

Vzu

Der Auftriebsvolumenstrom Va an einer Wärmequelle nimmt von unten nach oben zu. Wenn die Wärmequelle dadurch ab einer bestimmten Höhe mehr Luft nach oben fördert als Zuluft Vzu in den Raum gelangt (Va > Vzu), entsteht die Quellluftströmung. In Boden-

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nähe stellt sich noch annähernd eine Verdrängungsströmung bis zu dieser Schichthöhe ein. Oberhalb dieser Bodenschicht bildet sich eine Mischströmung aus, weil die Auftriebsströmung definitionsgemäß mehr Luft nach oben fördert als in den Raum eintritt. So ergibt sich aus Kontinuitätsgründen im Allgemeinen in Wandnähe eine Abwärtsströmung. In großflächigen Räumen stellen sich die Abwärtsströmungen auch innerhalb des Raumes ein. Es ergeben sich Raumströmungen, die vergleichbar sind mit den Zellenstrukturen bei freien Konvektionsströmungen. In Deckennähe wird die Aufwärtsbewegung durch Stau verzögert. Andere Orte der Lufteinbringung sind möglich, sie müssen aber möglichst in Bodennähe sein. Die Abluft muss weit oben, immer oberhalb der Wärmequellen, am besten in geringer Entfernung unterhalb der Decke, aus dem Raum austreten, wenn sich die beschriebene Raumströmung einstellen soll. Da sich praktisch immer Wärmequellen im Raum befinden, ist die Abluft wärmer als die Zuluft, was eine Voraussetzung für diese Strömungsform ist. Bei freier Lüftung durch Fenster oder Undichtigkeiten in der Fassade strömt die Luft automatisch unten in den Raum ein und verlässt ihn an der Oberseite. Strömungsbild der Quellluftströmung Abbildung 13: Quellluftströmung mit Linien konstanten Belastungsgrades µ

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➔ Luftführung im Ausstellungsbereich

Abbildung 13 zeigt eine Skizze des Strömungsbildes am Beispiel einer sitzenden Person. Die Punkte in der Skizze sollen die Verteilung der Verunreinigungen durch die Person im Raum qualitativ andeuten. Gleichzeitig sind beispielhaft Linien gleichen Stoffbelastungsgrades µ eingezeichnet. Ein Vergleich mit dem entsprechenden Abbildung 11 für die Mischströmung zeigt die charakteristischen Unterschiede. Die Zuluft wird je nach Raumgröße von einer oder mehreren Seiten in Bodennähe oder auch gleichmäßig über den Boden verteilt in den Raum eingeführt. Die Zuluftdurchlässe sind möglichst großflächig, damit die Luftgeschwindigkeit schon am Austritt unter den Grenzwerten thermischer Behaglichkeit liegt. Je nach Konstruktion der Austrittsebene strömt die Luft laminar oder turbulent aus dem Auslass. Beide Auslassarten unterscheiden sich in der Induktion von Umgebungsluft und im Turbulenzgrad der Strömung. Je nach Aufgabenstellung kann die eine oder andere Art besser geeignet sein. Die Luft verteilt sich gleichmäßig am Boden. Sie strömt entweder zum Fuße der Wärmequellen oder bis zu einer Wand und wird dann zurückgelenkt. Die so hin und her strömende Zuluftschicht am Boden erreicht irgendwann eine Höhe, in der die Wärmequellen soviel Luft nach oben fördern wie Zuluft in den Raum gelangt. Die mit Rauch sichtbar gemachte Strömung in Abbildung 14 veranschaulicht diese Strömung. Die Luft tritt durch einen Wandauslass in Bodennähe in den Raum ein. Der Auslass hat nur eine geringe Höhe. Deshalb kann man keine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit nach Austritt der Luft aus dem Auslass beobachten, wie das bei höheren Auslässen auf Grund der Untertemperatur der Zuluft gegenüber der Raumluft auftritt. Sobald die Strömung den Fuß der Wärmequelle erreicht, wird ein Teilluftstrom nach oben gefördert, und zwar mit deutlich größerer Geschwindigkeit als die Ausbreitungsgeschwindigkeit am Boden. Die Luft, die durch die Person nach oben gefördert wird, ist durch deren Emissionen wie Atemluft, Körperausdünstungen oder Tabakrauch verunreinigt. Die Rauchansammlung im Deckenbereich verdeutlicht die erhöhte Konzentration von Verunreinigungen im oberen Raumbereich. Man beobachtet außerdem in der Raummitte Abwärtsbewegungen und die Entstehung der Mischschicht. Theoretische Grundlagen zur Berechnung dieser erst seit wenigen Jahren in der Raumlufttechnik gezielt angewendeten Strömungsform sind inzwischen bekannt und in der Fachliteratur zu

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Abbildung 14: Quellluftströmung mit Rauch sichtbar gemacht

finden (z. B. Fitzner 1989; Mundt 1990; Krühne 1995). In den folgenden Kapiteln wird nur auf das qualitative Verhalten eingegangen. Auftrieb an einer Wärmequelle Die Erklärung der beschriebenen Strömungsbilder liegt in der Auftriebsströmung an der Wärmequelle. Diese Strömung wurde früher schon für größere Wärmequellen in Fabrikhallen untersucht. In Abbildung 15 ist der von einer Person durch Auftrieb nach oben geförderte Volumenstrom über der Höhe aufgetragen, wie er sich theoretisch und auf Grund von Messungen (Fitzner 1989) ergibt. Die größten Werte treten auf, wenn die Raumlufttemperatur in verschiedenen Höhen gleich groß ist. Es ist aber gerade das Kennzeichen der Quellluftströmung, dass die Temperatur abhängig von Kühllast und Luftaustausch mit der Raumhöhe ansteigt. Ein Temperaturanstieg führt zu einer Reduzierung des Auftriebsvolumen-

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➔ Luftführung im Ausstellungsbereich

stromes obwohl die Leistung der Wärmequelle konstant bleibt. Die im Diagramm angegebenen Werte stellen nur die Größenordnung der Auftriebsströmung dar. Weitere Messungen in drei ähnlichen Versuchsräumen ergaben eine Bandbreite der Auftriebsvolumenströme von ±30 % (Mundt 1990). Abbildung 15: Von einer sitzenden Person nach oben geförderter Volumenstrom bei unterschiedlichen Temperaturanstiegen im Raum

2,0 Temperaturgradient in K/m

Höhe über dem Fußboden in m

2

1,5

1

0,5

0

1,5

1,0

0,5 theoretischer Verlauf

0 0

50 100 150 Konvektions-Volumenstrom in m3/h

200

∆ϑ Temperaturanstieg im Raum bezogen auf eine Höhendifferenz von 1 m

Die Unterschiede lassen sich durch den Einfluss der Raumwände erklären. Der Wärmeübergang an der Raumwänden hat einen großen Einfluss auf die Ergebnisse, denn an den Raumwänden treten Auf- oder Abwärtsströmungen auf, wenn diese andere Temperaturen als die umgebende Luft haben. Dabei werden, wie schon erwähnt, schon bei geringen Temperaturunterschieden große Volumenströme bewegt (Kriegel 1973). Die Abtriebsvolumenströme nehmen ähnlich wie die Auftriebsvolumenströme bei der konvektiven Wärmeabgabe ungefähr mit der dritten Wurzel aus der Tem-

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peraturdifferenz zu. Eine Verringerung der Temperaturdifferenz auf ein Achtel hat demnach eine Halbierung des Volumenstroms zur Folge. Das bedeutet, dass selbst bei Temperaturdifferenzen unter 1˚C bei den verhältnismäßig großen Wandflächen, z. B. in Büroräumen, noch große Volumenströme bewegt werden. Das ist im Museum von Bedeutung für Ausstellungsstücke nahe den Außenwänden und für angestrahlte Gegenstände. Die Wandtemperaturen werden stark durch die Strahlung im Raum beeinflusst. Die meisten Wärmequellen im Raum geben ihre Energie etwa zu gleichen Teilen durch Strahlung und Konvektion ab. Temperatur-, Konzentrations- und Geschwindigkeitsverteilungen im Raum Im Vergleich zur Mischströmung gibt es charakteristische Unterschiede in den vertikalen Profilen von Temperatur, Konzentration und Geschwindigkeit. Sie sind im Vergleich auf Abbildung 16 dargestellt. Wie oben schon beschrieben, sind bei der Mischströmung die Temperaturen und Konzentrationen von Verunreinigungen relativ gleichmäßig im Raum verteilt. Bei der Quellluftströmung steigt die Lufttemperatur im Raum von unten nach oben an, mit der Einschränkung, dass die bodennahe Luftschicht etwas wärmer ist als die Luft unmittelbar darüber. Das erklärt sich dadurch, dass der Fußboden die bodennah strömende Luftschicht durch Konvektion erwärmt. Die Übertemperatur des Bodens entsteht durch Strahlung, die hauptsächlich von der Decke kommt. Die Luft hat die höchste Temperatur einige Zentimeter unter der Decke, weil sie konvektiv Wärme an die Decke abgibt, die zum überwiegenden Teil wieder an Wände und Fußboden abgestrahlt wird. Die Konzentration von Verunreinigungen kann ganz unterschiedliche Verläufe annehmen, je nachdem, wie die Quellen der Verunreinigungen und der Wärme verteilt sind. Vergleicht man die Konzentrationverteilung bei Misch- und Quellluftströmung, so ist klar, dass die Konzentration der Abluft aus Bilanzgründen in beiden Fällen gleich sein muss, wenn alle Verunreinigungen und die gesamte Luft durch die gleichen Abluftöffnungen entweichen und wenn die Verunreinigungsquellen in beiden Fällen gleich groß sind. Weil bei der Quellluftströmung ein Konzentrationsanstieg von unten nach oben vorliegt, kann man folgern, dass bei gleichem Zuluftstrom die Luftqualität im Aufenthaltsbereich besser sein muss als bei der Mischströmung. Bis auf wenige Ausnahmefälle trifft das

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➔ Luftführung im Ausstellungsbereich

Abbildung 16: Vergleich der vertikalen Profile von Temperatur, Geschwindigkeit und Konzentration

Mischströmung

Höhe

H

H

H

t (H)

c (H)

t Temperatur

c

K Konzentration

Geschwindigkeit

Quellluftströmung H

Höhe

H t (H) t Temperatur

H K (H)

c (H) c

K Konzentration

Geschwindigkeit

zu. Solche Ausnahmen können durch schwache Wärme- kombiniert mit Verunreinigungsquellen entstehen. Es besteht aber zusätzlich die berechtigte Vermutung, dass der Grad an Verunreinigung in einem Raum mit Quelllüftung niedriger ist, weil der Stoffübergang an den Wänden wegen der kleineren Geschwindigkeiten kleiner ist. Die Konzentrationsprofile gelten nicht nur für gasförmige Verunreinigungen, sondern auch für alle Aerosole, deren Abmessungen sehr klein sind. Partikel kleiner als 1 µm haben eine Sinkgeschwindigkeit von weniger als 0,1 mm/s. Sie bewegen sich daher praktisch immer wie Gase mit der Raumströmung. Die Luftgeschwindigkeiten sind bei Quellluftströmung kaum messbar und sind im Gegensatz zur Mischlüftung im Hinblick auf Zugerscheinungen nahezu unbedeutend, wenn die Austrittsflächen groß genug ausgelegt wurden. Die größten Luftgeschwindigkeiten treten direkt vor dem Auslass oder in geringer Entfernung davor auf. Die Auslasshöhe selbst ist begrenzt. Bei höheren Auslässen fällt die Luft nach unten und wird dabei beschleunigt. Das kann zu

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Zugerscheinungen führen. Darauf wird später noch näher eingegangen. Dieser Fall ist besonders bei freier Lüftung, vor allem Fensterlüftung, zu beachten. Abbildung 17: Horizontale Verteilung des Stoffbelastungsgrades über der Entfernung von der Verunreinigungsquelle

MISCHLÜFTUNG (Deckenluftdurchlässe)

1

100

2

50 +

Versammlungsraum 8 Personen

5

Lüftungseffektivität ε

Kontaminationsgrad in %

200

+ QUELLLÜFTUNG Büroraum 2 Personen

10 0,6

10

1 2 3 4 5 6 Abstand von der Quelle in m

Neben den vertikalen Konzentrationsprofilen sind die horizontalen Profile von Bedeutung, denn sie machen eine Aussage darüber, wie stark sich eine Verunreinigung an einem entfernteren Ort im Raum auswirkt. Hier werden mit der Quellluftströmung ebenfalls bessere Werte als bei Mischlüftung erreicht. Abbildung 17 zeigt horizontale Verteilungen des Stoffbelastungsgrades für einen Raum mit Quelllüftung. Man sieht, dass die Konzentration der Verunreinigung, die von einer Quelle ausgeht, mit der Entfernung sehr schnell abnimmt. Die Messung wurde in einem Büroraum mit zwei und acht Personen gemacht. Bei zwei Personen klingt die Konzentration mit der Entfernung schneller ab als bei acht. Das lässt sich auch auf

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➔ Luftführung im Ausstellungsbereich

andere Wärmequellen übertragen. Die Konzentration in Kopfhöhe beträgt bei Quellluftströmung mit acht Personen nur etwa ein Fünftel gegenüber der Mischströmung. Horizontale Temperaturänderungen sind nur in sehr geringem Maße möglich, weil sie sofort durch Luftbewegungen ausgeglichen werden. Abbildung 18: Vertikale Temperaturverteilung der Wand und der Luft bei Quellluftströmung ohne und mit Deckenkühlung

Höhe in m

3

2 Quellluftströmung mit Kühldecke =0,9 ωDω

Quellluftströmung ohne Kühldecke

1 Luft Wand 0

18

19

20

21

22

23

24

Luft- bzw. Wandtemperatur in °C

Die vertikalen Temperaturprofile der Luft und der Wände bei Quellluftströmung (Abbildung 18) zeigen einen charakteristischen Unterschied, auf den u. a. Sandberg und Krühne (Krühne 1995) hingewiesen haben. Der Temperaturanstieg in der Luft ist ungefähr doppelt so groß wie an der Wand, so dass die Luft oben wärmer und unten kälter als die Wand ist. Der Schnittpunkt der Profile liegt in der Höhe der Zuluftschicht. Dadurch kommt eine Abwärtsbewegung der Luft oben an der Wand und eine Aufwärtsbewegung unten zu Stande. Bei der Auswahl des Ortes für einen Messfühler für die Temperatur sollte das berücksichtigt werden. Abschätzungen aus experimentellen Untersuchungen für die Temperaturverteilung gibt Mundt (1990) an. Sie hat das vertikale Profil vereinfacht und linearisiert, wie in Abbildung 19 dargestellt. Gleichzeitig erkennt man eine Temperaturerhöhung der Luft auf

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Abbildung 19: Linearisiertes Temperaturprofil

D

ϑ

a

Höhe

ϑ

ϑZ

ϑB

0,5 ( ϑa - ϑZ )

Temperatur

Quelle: Mundt (1990)

dem Wege vom Auslass längs des Bodens. In Abbildung 19 ist diese Temperaturerhöhung genauso groß wie der Temperaturanstieg vom Boden bis zur Decke. Der Temperaturanstieg ist abhängig vom Zuluftstrom, bezogen auf die Bodenfläche. Er liegt bei 50 bis 60 Prozent für sehr kleine Zuluftströme, wie sie etwa in Büroräumen vorkommen. Bei größeren Zuluftströmen (30 m3/(h · m2)) liegt die Erwärmung am Boden bei ungefähr 20 %. Das ist eine Erklärung, weshalb seitliche Luftdurchlässe auch bei größeren Versammlungsräumen möglich sind. Bei dicht belegten Versammlungsräumen sind 50 m3/(h · m2) keine Seltenheit. In Abbildung 19 ist der Temperaturanstieg der Zuluft am Boden nach Mundt dargestellt als Verhältnis der Temperaturerhöhung am Boden (T o,1 – T zu) zur Gesamttemperaturdifferenz (Tab – Tzu). Die Abbildungen 19 und 20 bilden die Basis für die Auslegung einer Quellluftströmung. Durch weitere Untersuchungen wurden die Verfahren inzwischen verfeinert. Darauf soll aber hier nicht näher eingegangen werden.

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➔ Luftführung im Ausstellungsbereich

Temperaturabbau am Boden

ϑB - ϑZ ϑa - ϑZ

Abbildung 20: Erwärmung der Zuluft am Boden

1,0 0,8 0,6

Büros

0,4 0,2 Säle 0,0

0

5 10 15 20 25 30 2 2 bezogener Volumenstrom in m /h m

Deckenkühlung mit Quelllüftung Immer, wenn die Kühlleistung der Quellluftströmung nicht ausreicht, weil nur geringe Volumenströme zur Verfügung stehen, lässt sich die Quelllüftung gut mit einer Kühldecke kombinieren. Hier ist vor allem von Interesse, ob sich dann die Vorteile der Quelllüftung, die vor allem in der niedrigen Luftgeschwindigkeit und den geringen Kontaminationsgraden im Aufenthaltsbereich bestehen, erhalten bleiben. Die Deckenkühlung hat einen großen Einfluss auf die Temperaturverteilung im Raum und an den Wänden. Es ist anzunehmen, dass die Luftgeschwindigkeiten an den Wänden durch thermischen Auftrieb kleiner bleiben. Das ist für Museen ein Vorteil. Die Wandtemperaturen sind aber im Mittel kleiner als bei Mischlüftung. Es bleibt noch zu untersuchen, ob die geringere Konvektion im Hinblick auf die Verschmutzung den Nachteil aufhebt, der durch Verringerung der Thermophorese bei kleinerer Oberflächentemperatur eintritt. Die Luftgeschwindigkeiten bleiben unproblematisch, solange die Kühlleistungsdichte unter 80 W/m2 bleibt. Denn obwohl die Luftgeschwindigkeiten im Raum mit der Kühlleistungsdichte zunehmen und im Bereich von 80 W/m2 schon kritische Werte an-

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nehmen, sind noch keine Probleme zu erwarten, weil Personen in einer solchen Strömung bis zu dem angegebenen Grenzwert die Abwärtsströmung durch ihre eigene Auftriebströmung ablenken. Andererseits lässt sich daran zeigen, dass es wenig angebracht ist, höhere Kühlleistungsdichten als 80 W/m2 mit der Kühldecke anzustreben, weil dann unbehagliche Luftgeschwindigkeiten zu erwarten sind. Damit sind auch die Vorteile der hohen erzielbaren Kühlleistungsdichten der offenen Kühldecken in Frage gestellt. Ausgeführte Beispiele mit Quelllüftung Bei der Frage, ob Museen besser mit Quelllüftung oder Mischlüftung klimatisiert werden sollten, geht die Antwort heute mehr in Richtung Quelllüftung, obwohl es natürlich noch verschiedene offene Fragen gibt. Spezielle Untersuchungen im Hinblick auf Museen konnten bisher nicht gestartet werden, weil entsprechende Forschungsanträge mit der Behauptung abgelehnt wurden, es sei schon alles bekannt. Wenn man nur die gleichmäßige Verteilung der relativen Feuchtigkeit und der Temperatur der Luft als oberstes Ziel sieht, ist die Mischlüftung besser. Für die Ausstellungstücke ist aber eigentlich die Temperatur und Feuchtigkeit in unmittelbarer Nähe der Ausstellungstücke von Bedeutung und die Luftbewegung, die zur Verschmutzung beiträgt, sollte möglichst niedrig sein. Wenn diese Aspekte mit in die Betrachtung einbezogen werden, dürfte die Quelllüftung in vielen Fällen die bessere Lösung darstellen. Es gibt schon verschiedene Museen, die in den letzten Jahren mit Quelllüftung ausgestattet wurden. Hier sollen nur das Folkwang Museum in Essen und die Fondation Beyeler bei Basel angeführt werden. Im ersten Fall befinden sich die Luftdurchlässe am unteren Rand der Raumwände, im zweiten Fall befinden sich die Auslässe schlitzförmig im Boden. Es sollte aber auch nicht unerwähnt bleiben, dass es zahlreiche Museen gibt, bei denen all das, worüber hier berichtet wurde, gar nicht beachtet wird. Das gilt für zahlreiche ältere Museen mit freier Lüftung. Abbildung 21 zeigt den Verlauf der relativen Feuchte an einem Sommertag in einem deutschen Museum, das um die Wende zum 20. Jahrhundert erbaut wurde. Dort wurde auch festgestellt, dass im Winter durch Nachtabsenkung der Heizung Energie gespart werden sollte. Das führte zweimal täglich zu sprunghafter Änderung der relativen Feuchte. Hier ist Sparen fehl am Platze. Über ein neueres Museum in den Vereinigten Staaten berichtet

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➔ Luftführung im Ausstellungsbereich

Abbildung 21: Relative Feuchte in einem Museum mit freier Lüftung im Sommer

relative Feuchte in %

100 80 60 40 20 0

0

12

0

12

0 12 Zeit in h

0

12

0

12

Abbildung 22: Relative Feuchte in einem Museum mit freier Lüftung im Winter

46

relative Feuchte in %

Ausstellungsfläche

rF (1m) rF (7m)

44 42 40 38 36 34

12

0

12

0

12

0

12

0

12

0

Zeit in h

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Hilbert (1996). Das Museum, das architektonisch vorbildlich ist, muss aus konservatorischer Sicht als extrem ungünstig betrachtet werden. Abbildung 22 zeigt den dort in einem Raum gemessenen Verlauf im Winter. Letztendlich muss abgewogen werden, welche Werte zerstört werden, wenn Raumlufttechnische Anlagen eingespart werden. Dazu soll kurz noch eine Abschätzung der Größenordnung der entstehenden Kosten für freie Lüftung und RLT-Anlagen gemacht werden, wobei solche Angaben natürlich sehr problematisch sind, denn sie hängen auch vom Außenklima, von der Gebäudeart und von den thermischen Lasten im Gebäude ab. Es dürfte bei RLTAnlagen in Museen in unseren Breiten möglich sein, folgende Werte bezogen auf den m2 Nutzfläche zu erreichen (s. Tabelle 2). Tabelle 2: Schätzkosten für m2 Nutzfläche freie Lüftung Gebäude

8.200 DM

Heizungsanlage

RLT-Anlage 8.000 DM

250 DM

0 DM

0 DM

750 DM

8.450 DM

8.750 DM

845 DM

875 DM

Betriebskosten/Jahr

20 DM

60 DM

Wartung

10 DM

30 DM

875 DM

965 DM

RLT-Anlage Summe Investition 10 % Amortisation

2

Summe DM / m / Jahr

Der Vergleich zeigt, dass die Unterschiede marginal sind. Natürlich fallen die Unterschiede ins Gewicht, wenn man nur die Differenz betrachtet und nicht die Kosten des Gebäudes berücksichtigt, was bei öffentlichen Gebäuden häufig gemacht wird.

Literatur Banks, P. N. (1999): »What Makes Records Deteriorate«. ASHRAE Journal April, S. 71-75. Bradtke, F. (121951): Rietschel-Gröber, Heiz- und Lüftungstechnik, Springer. Brimblecombe, P. et al. (1999): »The Indoor Environment of a Modern Museum Building, The Sainsbury Centre for Visual Arts, Norwich,

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➔ Luftführung im Ausstellungsbereich

UK«. Intern. Journal of Indoor Air and Climate, Vol. 9, No 3, S. 146164, Copenhagen: Munksgard. DIN 1946 Blatt 2: Lüftungstechnische Anlagen, Lüftung von Versammlungsräumen, April 1960. DIN 4701 Blatt 1 Wärmelastberechnung. Fanger, P. O. (1970): Thermal Comfort, Copenhagen, Danish Techn. Press. Feustel, H. E. (o.J.): Comis. An International Multizone Air-Flow and Contaminant Transport Model, Lawrence Berkeley National Laboratory; http://epb1.lbl.gov/comis/. Fitzner, Klaus (1989): »Förderprofil einer Wärmequelle bei verschiedenen Temperaturgradienten...« KI Klima Kälte Heizung, 17 / 10, S. 476-481. Fitzner, Klaus (1995): Luftgeschwindigkeiten in Räumen in Abhängigkeit von der Kühlleistungsdichte, DKV-Jahresbericht. Gröber, H. (1930): H. Rietschels Leitfaden der Heiz- und Lüftungstechnik, Springer. Hilbert, G. S. (1996): Sammlungsgut in Sicherheit, Berliner Schriften zur Museumskunde, Band 1, Berlin: Gebr. Mann. Kriegel, B. (1973): Fallströmungen vor Abkühlungsflächen in Gebäuden und mögliche Schutzmaßnahmen, Diss. TU Berlin. Krühne, H. (1995): Experimentelle und theoretische Untersuchungen zur Quelluftströmung, Diss. TU Berlin, D 83. Mecklenburg, M. F. et al. (1999): »Temperature and Relative Humidity Effects on the Mechanical and Chemical Stability of Collections«. ASHRAE Journal, April, S. 77-82. Müller, Birgit (2001): »Unruhige Raumluft, schwankende Temperatur, schlingernde Feuchte oder: Wie man problematische Klimaverhältnisse stabilisiert«. (Beitrag in diesem Band). Mundt, Elisabeth (1990): Convection Flow above Common Heat Sources with Displacement Ventilation, Proceedings Roomvent ’90, Oslo. Richter, W. (1983): Lüftung im Wohnungsbau, Berlin: VEB Verlag für Bauwesen. Schramek, Ernst-Rudolf (Hg.) (1999): Taschenbuch für Heizung + Klimatechnik, München / Wien: Oldenbourg

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) vakat 070.p 285564982992

➔ Unruhige Raumluft, schwankende Temperatur, schlingernde Feuchte

Birgit Müller

Unruhige Raumluft, schwankende Temperatur, schlingernde Feuchte oder: Wie man problematische Klimaverhältnisse stabilisiert

Einleitung Museen sehen eine ihrer Hauptaufgaben darin, die Sammlung vor Schaden zu bewahren und vor Umwelteinflüssen zu schützen. Diese konservatorischen Gesichtspunkte bestimmen primär die Anforderungen an das Raumklima. Viele der in Museen ausgestellten Objekte haben auf Grund ihrer Vielschichtigkeit (Kühn 1981: 7) keinen homogenen Aufbau. Sie bestehen häufig aus hygroskopischen Materialien, die in Abhängigkeit von der Dampfdruckdifferenz Feuchte aus der Umgebungsluft aufnehmen oder an diese abgeben können. Das Verhalten der verschiedenen Schichten des Sammlungsobjektes hängt unter anderem von der Schichtdicke und dem Diffusionsverhalten der Stoffe ab. Der anisotrope Aufbau hat zwangsläufig Materialbeanspruchungen in Form von inneren Spannungen zur Folge, wenn sich das Raumklima ändert.

Grundlagen Hygroskopische Materialien Hygroskopische Materialien können je nach Umgebungsbedingungen Wasserdampf aufnehmen und abgeben. Diese Vorgänge der

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Birgit Müller

Sorption und der Desorption werden durch Veränderungen der relativen Feuchte hervorgerufen. Damit verbunden ist immer eine Volumenänderung des Materials, das Quellen bzw. das Schwinden der Substanz. Das Gefüge gerät dadurch unter Spannungen. Somit gilt hinsichtlich Temperatur- und Feuchteschwankungen der folgende Grundsatz: Solange sich das Objekt mit der Raumluft im Gleichgewichtszustand befindet, wenn es also durch einen hinreichend langen Aufenthalt an das gegebene Raumklima adaptiert ist, findet weder ein Quellen noch ein Schwinden statt (Hilbert 1997: 2). Eine Gefährdung hygroskopischer Objekte durch innere Spannung setzt demnach eine Veränderung der relativen Feuchte voraus. Die Sorption Sorption ist ein Vorgang, bei dem ein Stoff durch einen anderen selektiv aufgenommen wird. Die wesentlichen Sorptionsprozesse sind Adsorption, Absorption und Kapillarkondensation (Hilbert 1997: 2): •

• •

Adsorption: Adsorption liegt vor, wenn Gase, Dämpfe oder Flüssigkeiten auf Grund von Oberflächenkräften physikalisch an einem Feststoff angelagert werden. Absorption: Hier wird der absorbierte Stoff im Absorptionsmittel gelöst. Kapillarkondensation: Bei Materialien, die durch Adsorption bereits Wasserdampf aufgenommen haben, befindet sich der Dampf bereits in den Poren und Kapillaren des Gewebes. Ab einem Porendurchmesser < 0,01 mm reduziert sich der Dampfdruck des Wasserdampfs in den Kapillaren und kondensiert. Durch diesen Effekt dringt das Wasser tief in die Struktur ein.

Sorptionsisotherme Um Volumenänderungen zu vermeiden, muss das Material im Wasserdampfgleichgewicht mit seiner Umgebung gehalten werden. Im Gleichgewichtszustand stellt sich für einen Wert der relativen Luftfeuchte und einer Temperatur des Materials jeweils eine charakteristische Materialfeuchte ein. Diese Abhängigkeit lässt sich anhand von empirisch gewonnenen Kurven darstellen, indem je-

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➔ Unruhige Raumluft, schwankende Temperatur, schlingernde Feuchte

weils einer der beiden Parameter konstant gesetzt wird. Für den Fall der gleich bleibenden Temperatur des Materials ergibt sich eine Sorptionsisotherme (Abbildung 1). Solche Isothermen sind für vielerlei Material, aber noch lange nicht für alle Materialien, ermittelt worden. Abbildung 1: Sorptionsisothermen für Leder, Holz und Azetatseide

30

Wassergehalt in Gewichts- %

Leder Holz 20

10

Azetatseide 0 0

20

40 60 80 Relative Luftfeuchte in %

100

Quelle: Schramek 1999: 5; Fitzner 2001: 1

In Abbildung 1 ist eine Sorptionsisotherme für Leder, Holz und Azetatseide dargestellt. Auf der y-Achse ist der Wassergehalt im Material in Gewichtsprozent angegeben. Auf der x-Achse ist die relative Luftfeuchte aufgetragen. Abbildung 1 zeigt deutlich, dass die Materialfeuchte mit steigender relativer Feuchte der Luft zunimmt. Die häufigsten Schadensbilder Wird durch das Schwinden und Quellen der Bildträger die Elastizitätsgrenze der Materialien überschritten, so treten als Schäden die Craquelébildung und die Blasen- oder Schüsselbildung auf. Unter der Craquelébildung versteht man das Bilden feiner

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Birgit Müller

Rissstrukturen in der Mal- und Grundierungsschicht, sowie in der Firnis- und Fassungsschicht. Diese können auf Grund von Feuchtigkeitsschwankungen entstehen (Kühn 1981: 7). Die Schüsseloder Blasenbildung entsteht auf Grund unterschiedlich starker Schwindungen und Dehnungen der einzelnen Gemälde- oder Skulpturenelemente. Beim Schwinden beispielsweise verringert sich die Fläche des Bildträgers. Die Mal- und Grundierungsschichten, welche nicht so stark beeinflusst sind, können nicht folgen. Sie lösen sich vom Bildträger, da die Bindekraft zwischen den Schichten kleiner ist als die anfallenden Dehnungskräfte auf Grund der Volumenänderung. So entstehen Fehlstellen, wodurch Grundierungs- und Malschichtenschollen abfallen können. Klimatische Zustände in Ausstellungsräumen Die Belastungen von Kunstgegenständen durch Luftfeuchtigkeitsschwankungen entstanden verstärkt mit dem Beheizen von Gebäuden. Der natürliche Feuchte- und Temperaturzyklus z. B. von Kirchen wurde erheblich verändert. Die jahreszeitlichen Schwankungen der Feuchte in solchen Bauwerken waren für Gemälde und Skulpturen weniger problematisch. Das Material hatte im allgemeinen genug Zeit, sich langsam an die veränderte Feuchte anzupassen. An feuchten Sommertagen durften allerdings nur kleine Luftwechsel eintreten. Heutzutage werden viele Gebäude beheizt und belüftet, um den Menschen den Aufenthalt angenehmer zu gestalten. Zusätzlich sind die Besucherzahlen teilweise erheblich gestiegen. Nach Kühn (1981: 7) brauchen Kunstgegenstände ein möglichst konstantes Klima mit einer maximalen Schwankung der relativen Feuchte von ±5 %, was nicht immer gewährleistet ist. Die Schädigungen sind nicht unmittelbar auf das Heizsystem zurückzuführen, sondern auf das Absinken der relativen Luftfeuchtigkeit infolge der Temperaturerhöhung oder auf das Steigen der relativen Feuchte bei fallender Temperatur. Diese Temperatur- und Feuchteänderungen können verschiedene Gründe haben. Beispielsweise treten auch Feuchtigkeitsschwankungen durch den Publikumsverkehr in Museen und Kirchen auf. Menschen geben, wenn sie sich bewegen, ca. 60-80g / h Wasser durch Verdunstung an die Umgebung ab. Diese Feuchtigkeit findet sich im Ausstellungsraum wieder. Noch kritischer wird es, wenn es geregnet hat und die Kleidung der Besucher nass ist. Diese Feuchtigkeit gelangt dann zusätzlich in den Raum.

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➔ Unruhige Raumluft, schwankende Temperatur, schlingernde Feuchte

Auch durch offene Kirchentüren, Fenster oder andere Undichtigkeiten in der Gebäudehülle kann hohe Feuchtigkeit im Sommer in das Gebäude eintreten. Es folgen Beispiele für die Feuchtigkeitsschwankungen in bestehenden nicht klimatisierten und klimatisierten Museen (Hilbert 1997: 2). Abbildung 2: Feuchtigkeitsschwankungen in Räumen mit und ohne Klimaanlage, der Hamburger Kunsthalle

Hamburger Kunsthalle

a Altbau, ohne Lüftung, Winter b Ausstellungsräume mit Klimaanlage, Winter c Ausstellungsräume mit Klimaanlage, Sommer

Quelle: Hilbert 1997: 2

Dieses Beispiel zeigt drei verschiedene Räume mit jeweils unterschiedlichen Lüftungssystemen. Die Unterschiede in den Temperatur- und Feuchteschwankungen sind erheblich. Im ersten Raum

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Birgit Müller

befindet sich keine Klimaanlage. Folglich schwanken die Temperatur und die relative Luftfeuchtigkeit im Raum in Abhängigkeit von den Außenluftzuständen. Raum zwei wird klimatisiert, regelt aber die Luftfeuchtigkeit über eine An- / Ausregelung, wodurch die zackige Kurve zustande kommt. Diese Art der Regelung ist für die Museumsklimatisierung nicht geeignet. Welche Frequenz und Amplitude bei den Schwankungen gerade noch zulässig ist, muss noch erforscht werden, genaue Untersuchungen dazu existieren nicht. Raum drei ist mit einer kontinuierlichen Regelung ausgestattet. Der Sollwert der relativen Feuchtigkeit kann gleichmäßig nachgefahren werden. Die Schwankungen sind vernachlässigbar. Luftfeuchtigkeit Unter der relativen Luftfeuchte wird der folgende mathematische Zusammenhang verstanden: m ϕ = D · 100 in % (1) mS Die in 1 m3 vorhandene Wasserdampfmasse mD bezogen auf derjenigen Sättigungswasserdampfmasse mS, die bei gleicher Temperatur maximal aufgenommen werden kann. Die absolute Luftfeuchte ist wie folgt definiert: Masse des in der Luft enthaltenen Wasserdampfes mD zur Masse der trockenen Luft mL. m kg χ = D in (2) mL kg Jedes Kunstobjekt ist verschieden aufgebaut und braucht daher eine jeweils andere konstante Luftfeuchtigkeit. In Tabelle 1 sind die geforderten relativen Luftfeuchtigkeiten für unterschiedliche Materialien aufgeführt. Abbildung 3 zeigt die maximalen Schwankungen der Sollwerte für das Raumklima in musealen Ausstellungen mit gemischtem Sammlungsgut über ein Jahr (Hilbert 1997: 2). Es ist die zulässige Raumtemperatur und relative Luftfeuchtigkeit über ein Jahr aufgetragen. Zu erkennen ist, dass mit steigender Außenlufttemperatur im Sommer die Innenraumtemperatur um 5 ˚C und die relative Luftfeuchte im gleichem Zeitraum um 10 % steigen darf. Diese jahreszeitlichen Schwankungen der Luftfeuchte zerstören ein Kunstobjekt nicht, da es genügend Zeit hat, den Gleichgewichtszustand zu erreichen. Eine häufige Frage, die ein Lüftungstechniker hört ist: »Wie

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➔ Unruhige Raumluft, schwankende Temperatur, schlingernde Feuchte

Tabelle 1: Geforderte relative Luftfeuchtigkeit für verschiedene Materialien Material

Relative Feuchte in %

Leinwandgemälde

40–55

Holztafelgemälde, Skulpturen

45–60

Elfenbein, Lackarbeiten

50–60

Pergament

55–60

Papier

≤ 40

Photographisches Material

30–45

Kostüme, textiles Gut

30–50

Möbel, Intarsien

40–60

Archäologisches, völkerkundliches, botanisches Material (Holz, Leder, Faserstoffe, getrocknete Pflanzen, Samen etc.)

40–60

Glas, insbesondere »kranke« Gläser

≈ 40

Keramik, Ziegel, Stein, abhängig vom eventuellen Salzgehalt

20–60

Waffen, Rüstungen, Münzen, je nach Grad der Korrosion

15–40

Quelle: Hilbert 1997: 2

kommt es, dass im Winter die Außenluftfeuchte bei fast 100 % liegt, und jeder von zu trockener Luft in den Innenräumen spricht?« Die Tabelle 2 soll hier Klarheit schaffen. In der ersten Spalte sind verschiedene Temperaturen aufgetragen. In der zweiten Zeile sind exemplarisch fünf relative Luftfeuchtigkeitswerte aufgeführt. Unter den jeweiligen Werten der relativen Feuchte befinden sich die Zahlenwerte der bei einer bestimmten Temperatur erreichten absoluten Feuchte. Die Tabelle ist wie folgt zu lesen: Ausgehend von einem Wintertag mit 0 ˚C Außentemperatur und 100 % relativer Luftfeuchtigkeit ergibt sich eine absolute Luftfeuchte von 3,8 g / kg trockener Luft. In der Tabelle, in der sechsten Spalte und dritten Zeile, zu finden. Die Außenluft gelangt in einen geheizten Raum mit 20 ˚C und erwärmt sich. Die absolute Feuchte ändert sich dabei nicht. Es stellt sich eine relative

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Birgit Müller

50

rel. Feuchte 50

40

40

30

Temperatur

20

20 10

30

0

2

4

6

8

10

12

relative Feuchte in %

Temperatur in °C

Abbildung 3: Sollwerte für das Raumklima in musealen Ausstellungen mit gemischtem Sammlungsgut

10

Monat

Quelle: Hilbert 1997: 2

Tabelle 2: Relative und absolute Luftfeuchtigkeiten bei verschiedenen Temperaturen Temperatur

Relative Feuchte in Prozent

in ˚C

30

50

60

100

0

1,1

1,9

2,3

3,8

5

1,6

2,7

3,3

5,5

10

2,3

3,8

4,6

7,7

15

3,2

5,4

6,4

10,8

4,4

7,4

8,9

14,9

25

6,0

10,0

12,0

20,3

30

8,0

13,5

16,3

27,6

20

25

3,8

Quelle: Fitzner 2001: 43

Feuchte von 25 % bei einer Temperatur von 20 ˚C und einer absoluten Feuchte von 3,8 g / kg trockener Luft ein.

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➔ Unruhige Raumluft, schwankende Temperatur, schlingernde Feuchte

Spannungs-Dehnungs-Diagramm Innere Spannung im Materialgefüge der Kunstobjekte auf Grund von Feuchtigkeitsschwankungen sind der Grund für die Schäden an den Exponaten. Es folgen die wichtigsten Gesetze: σ = F in N 2 S0 m ε =

∆L L–L0 = L0 L0

Spannung =

Kraft (3) Querschnitt

Dehnung = Längenänderung Anfangslänge

(4)

Hookesches Gesetz: σ = E · εe Spannung = Elastizitätsmodul · elastische Dehnung Diese Gleichungen gelten nur bei rein elastischen Verformungen. Der in ihnen auftretende Proportionalitätsfaktor E wird Elastizitätsmodul oder kurz E-Modul genannt. Das E-Modul hat die Einheit einer Spannung [N / m2]. Er ist ein Maß für den Widerstand, den ein Werkstoff seiner elastischen Verlängerung entgegensetzt. Beispiele dafür sind ab Abbildung 10 (S. 85) zu finden.

Ein Beispiel der natürlichen Lüftung In diesem Abschnitt wird ein Beispiel der natürlichen Lüftung in Museen aufgezeigt. Das ausgesuchte Museum ist das Sainsbury Centre for Visual Arts in England. Dieses Museum wurde von dem Architekten Sir Norman Foster entworfen. Es besteht hauptsächlich aus einem Metallrahmen, der mit Stahl- und Glasplatten gefüllt ist. Das gesamte Museum mit Vortragsraum, Restaurant, Café und Ausstellungsräumen ist als ein Raum konzipiert. Dies ergibt nicht nur für die Klimatisierung der Ausstellungsflächen Probleme, sondern auch für die Akustik, wenn Vorlesungen in der Kunsthochschule statt finden. Dieses Gebäude besitzt keine raumlufttechnische Anlage, es wird frei belüftet. Es existieren einige Zuluftventilatoren im Bereich der Eingangstüren, mit denen die unaufbereitete Außenluft in den Raum befördert werden kann. Es gibt keine Möglichkeit, die Luft zu be- oder entfeuchten. Es besteht auch keine Möglichkeit, Temperatur und Luftfeuchtigkeit zu regeln. In Museen ist aber gerade das Regeln der Luftfeuchtigkeit entscheidend für den Erhalt

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Birgit Müller

Abbildung 4: Grundriss des SCVA (Sainsbury Centre for Visual Arts) Museum in England

Quelle: Brimblecombe et al. 1999

der Exponate (vgl. Tabelle 2). In Abbildung 4 ist der Grundriss des SCVA (Sainsbury Centre for Visual Arts) dargestellt. Abbildung 5: Schwankung der Temperatur im Winter über eine Zeitperiode von vier Tagen

Temperatur in °C

22

Ausstellungsfläche

T (7m)

21

T (3m) 20 19 18 12

T (1m) Winter 0

12

0

12 0 Zeit in h

12

0

12

0

Quelle: Brimblecombe et al. 1999

In den Abbildungen 5 und 6 sind die Schwankungen der Raumtemperatur und der relativen Luftfeuchtigkeit für die Winterzeit

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➔ Unruhige Raumluft, schwankende Temperatur, schlingernde Feuchte

Abbildung 6: Schwankung der relativen Luftfeuchtigkeit im Winter über eine Zeitperiode von drei Tagen

46

Ausstellungsfläche

relative Feuchte in %

44 rF (1 m)

42 rF (7 m)

40 38 36

Winter 34 12

0

12

0

12 Zeit in h

0

12

0

12

0

Quelle: Brimblecombe et al., 1999

dargestellt. In Abbildung 5 ist der Verlauf der Temperatur in drei verschiedenen Höhen abgebildet. Die Temperatur ist über die Messzeit aufgetragen. Leider gab es bei dieser Messung keine Angaben über die Außentemperatur. Die Temperatur schwankt im Ausstellungsbereich um ca. 2 ˚C. Die relative Luftfeuchtigkeit ist für die Winterperiode in Abbildung 6 abgebildet. Auch hier fehlen Angaben über die Außenbedingungen. Die relative Luftfeuchtigkeit ändert sich von 34-42 %, also um max. 8 %. Am Verlauf der relativen Luftfeuchtigkeit im Raum kann man erkennen, dass sich die Außenbedingungen während der Messphase verändert haben müssen. Nach knapp zwei Tagen muss es kühler und trockener geworden sein, da die relative Luftfeuchte unabhängig von der Raumlufttemperatur absinkt. Würde diese Feuchteänderung durch die veränderten Raumbedingungen entstehen, so müsste sich auch die Raumtemperatur stark ändern, was sie jedoch nicht tut. Die Schwankungen der relativen Feuchte sind groß, könnten aber je nach Art der Ausstellung noch im Toleranzbereich liegen. Betrachtet man die Raumklimaverhältnisse im Sommer, so ergeben sich deutlich stärkere Schwankungen der Feuchte und Tem-

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Abbildung 7: Schwankung der Temperatur im Sommer über eine Zeitperiode von drei Tagen

28

Temperatur in °C

26

Ausstellungsfläche T (3 m)

Sommer

T (7 m)

T (1 m)

24 22 20 18 16 14 12

T außen 0

12

0 Zeit in h

12

0

12

Quelle: Brimblecombe et al. 1999

peratur. In Abbildung 7 sind die Temperaturschwankungen über die Zeit und in Abbildung 8 die relative Luftfeuchtigkeitsschwankungen der Raumluft über die Zeit aufgetragen. In den Darstellungen für den Sommerfall ist die Außentemperatur und die relative Feuchte der Außenluft mit angegeben. Die Raumtemperatur schwankt zwischen ca. 26 ˚C in der Mittagszeit und ca. 18 ˚C in der Nachtzeit. Die Außentemperatur liegt zwischen 21-25 ˚C am Tage und 14 ˚C in der Nacht. In Abbildung 6 kann man erkennen, dass es in dieser Messperiode geregnet haben muss, da die Außenluftfeuchtigkeit bei über 80 % liegt. Sehr deutlich ist hier zu sehen, dass die relative Luftfeuchtigkeit bedingt durch die abfallenden Temperaturen in der Nacht schwankt. Die Schwankungen liegen bei bis zu 25 % relativer Luftfeuchtigkeit während eines Tages. Dies bedeutet, dass wir am Tage Werte von 40 % und in der Nacht solche um 65 % relativer Luftfeuchtigkeit vorfinden. Diese Schwankungsbreite ist eindeutig zu hoch für die Exponate. Die Raumluftzustände sind abhängig von den Außenluftzuständen und können nicht beeinflusst werden. An dem hier gezeigten Beispiel ist deutlich geworden, dass es

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➔ Unruhige Raumluft, schwankende Temperatur, schlingernde Feuchte

Abbildung 8: Schwankung der relativen Luftfeuchtigkeit im Sommer über eine Zeitperiode von drei Tagen 90 rF außen

80

relative Feuchte in %

70 60 rF (1 m)

50 40 rF (5 m) 30 20 10 12

Living Area 0

Sommer 12

0

12

0

12

Zeit in h Quelle: Brimblecombe et al. 1999

nur geringe Möglichkeiten gibt, die relative Luftfeuchtigkeit in einem Raum zu beeinflussen, wenn das Gebäude keine Klimatisierungsmöglichkeit besitzt. Sollen die in Tabelle 1 dargestellten Forderungen eingehalten werden, so muss ein Raum klimatisiert werden. Bei Neubauten sollte dies entsprechend berücksichtigt werden. Altbauten oder gar historische Bauten können meist nicht einfach umgebaut werden, um eine Klimaanlage zu integrieren. Dort muss auf Hilfsmittel wie transportable Be- oder Entfeuchter zurückgegriffen werden.

Klimatisierung mit raumlufttechnischer Anlage oder mit transportablen Befeuchtern Das Prinzip eines raumlufttechnischen Gerätes ist in Abbildung 9 dargestellt. Es enthält Zuluftventilator, Luftfilter, Kühler, Erhitzer, Befeuchter (und bei Bedarf Entfeuchter). Damit lassen sich im Bereich der Geräteleistung in den Räumen die gewünschten Werte der Temperatur und der Feuchte einstel-

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Abbildung 9: Schema einer raumlufttechnischen Anlage

Filter

Mischkammer

Kühler hler

Vorerhitzer

Tropfenabscheider

Befeuchter

Ventilator

Nacherhitzer

Filter

Quelle: Brimblecombe et al. 1999

len. Es sollte darauf geachtet werden, dass alle Komponenten des Gerätes stufenlos regelbar sind, vor allem der Befeuchter (siehe Abbildung 2c auf S. 75). Wie die Abbildung 2b (siehe ebd.) zeigt, ist eine Regelung durch Ein- / Ausschaltung nicht möglich. Jeder Raum kann je nach Anlagentyp mit klimatisierter Zuluft versorgt werden. Auf die verschiedenen Arten der raumlufttechnischen Anlagen wird hier nicht näher eingegangen (Hilbert 1997: 2; Schramek 1999: 5). Transportable Befeuchter Transportable Befeuchter sollten in Museen nur dort eingesetzt werden, wo der Einbau einer raumlufttechnischen Anlage nicht möglich ist. Wichtig bei der Wahl des Befeuchters ist die stufenlose Regelbarkeit. Viele der kleineren transportablen Befeuchter besitzen entweder gar keine oder lediglich eine Ein- / Ausregelung. Beide Arten der Befeuchterregelung sind in Museen aus konservatorischer Sicht nicht zulässig. Weiterhin sollte immer darauf geachtet werden, dass die Wartung der Geräte regelmäßig durchgeführt wird. Bei schlechter Wartung kann nicht nur das Gerät ausfallen, sondern auch auf Grund von mikrobiellem Wachstum die Gesundheit der Besucher gefährdet werden. Untersuchungen zu transportablen Befeuchtern wurden von Krühne / Finke (1999: 11) durchgeführt und veröffentlicht.

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➔ Unruhige Raumluft, schwankende Temperatur, schlingernde Feuchte

Auswirkungen der Klimaschwankungen auf das Kunstobjekt Wie im Kapitel »Grundlagen« erläutert, ändert sich der Wassergehalt in Kunstobjekten auf Grund von Sorptionsvorgängen. Temperatur- und Feuchtigkeitsänderungen bewirken, dass Wasser vom Kunstobjekt aufgenommen oder abgegeben wird. Dabei ändern sich die Abmessungen des Exponats, und dies wiederum führt zu inneren Spannungen, die das Material zerstören können. Ein so genanntes Spannungs-Dehnungs-Diagramm ist in Abbildung 10 dargestellt. Abbildung 10: Spannung durch Feuchteänderung in Farben (Neapelgelb)

8

Spannung MPa

6 schnelle Änderung 0,0013 / s

4

2 langsame Änderung 0,033 / Monat 0

0

0,01

0,02 0,03 Relative Dehnung

0,04

0,05

Quelle: Mecklenburg / Tumosa 1991: 12

Es ist die Spannung über die Dehnung der Probe aufgetragen. Bei der Probe handelt es sich um eine Ölfarbe. Die Probe wurde zum einen schnellen Feuchtigkeitsänderungen und zum anderen langsamen Änderungen ausgesetzt. Es wird deutlich, dass langsame Änderungen das Material nicht so stark beanspruchen wie schnelle Änderungen. Ein bereits unter Spannung stehendes Material reagiert auf schnelle Änderungen mit noch stärkerer Spannungsänderung. Die Steigerung ist größer. Daraus folgt, dass möglichst nur langsame Änderungen der re-

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lativen Luftfeuchtigkeit zugelassen werden sollen. Welche Amplitude und Frequenz besonders schädlich für ein Kunstobjekt ist, muss noch geprüft werden. Bei den hier gezeigten Beispielen handelt es sich immer um Einzelmaterialien. Kunstobjekte bestehen aber nicht selten aus einer Vielzahl von Materialien, die sich untereinander beeinflussen. Auch hier existiert noch ein großes Forschungspotenzial. Abbildung 11 zeigt das Spannungs-Dehnungs-Diagramm einer Pappel. Es sind die verschiedenen Elastizitätsgrenzen aufgetragen. Ab der oberen Streckgrenze verformt sich ein Material plastisch: das Material kommt nicht mehr in die Ausgangsform zurück. Unterhalb dieser Grenze sind die Verformungen reversibel. Jedes Material besitzt eine andere obere Streckgrenze, die den oben erwähnten Proportionalitätsfaktor (E-Modul) festlegt. Abbildung 11: Spannungs-Dehnungs-Diagramm einer Pappel

7

Spannung (MPa)

6 5 4

Elastizitätsgrenze untere Streckgrenze

3 Elastizitätsgrenze obere Streckgrenze

2 1 0 0

0,005

0,01 Dehnung (mm/mm)

0,015

0,02

Quelle: Mecklenburg / Tumosa 1991: 4

In Abbildung 12 ist die Dehnung auf der y-Achse aufgetragen, die Änderung der relativen Luftfeuchtigkeit auf der x-Achse. Das Versuchsobjekt ist hier eine 350 Jahre alte schottische Pinie. Bei diesem Versuch wurde die Pinie verschiedenen Luftfeuchtigkeiten ausgesetzt. Es wurde nach jeder Änderung der Luftfeuchte stets so

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➔ Unruhige Raumluft, schwankende Temperatur, schlingernde Feuchte

lange gewartet, bis die Pinie den Gleichgewichtszustand erreicht hat. Erst dann wurde die Luftfeuchtigkeit erneut verändert. Die Raumluftfeuchte kann in Gebäuden im Bereich von 35-65 % schwanken. Betrachtet man das Diagramm mit diesem Wissen, so erkennt man, dass die Pinie ohne Schädigung des Materials eine maximale Dehnung von ±0,006 bei einer Schwankung der relativen Feuchtigkeit von 36-63 % erträgt. Dazu muss aber gesagt werden, dass auch hier nur ein Material und kein Materialgefüge untersucht wurde. Weiterhin muss bedacht werden, dass bei diesem Versuch die Änderungen so langsam vorgenommen wurden, bis sich ein Gleichgewichtszustand einstellen konnte. Normalerweise ist dies nicht der Fall. Abbildung 12: Verformung einer 350 Jahre alten schottischen Pinie auf Grund von Feuchtigkeitsänderung

0,06

Dehnung

0,04 -0,006

0,02 +0,006 36 %

0

0

20

50 %

63 %

40 60 relative Feuchte in %

80

100

Quelle: Mecklenburg / Tumosa 1991: 4

Ausblick Museen sollten mit einer raumlufttechnischen Anlage ausgerüstet werden, da sonst die aus konservatorischer Sicht tolerierbaren Schwankungen in Temperatur und Feuchte nicht einzuhalten sind.

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Birgit Müller

Bei Bauwerken, bei denen der Einbau einer raumlufttechnischen Anlage nicht möglich ist, muss auf transportable Befeuchter oder Entfeuchter zurückgegriffen werden. Bei beiden Möglichkeiten ist auf einer kontinuierlichen Regelung zu bestehen. Die Wartung der Be- und Entfeuchter muss regelmäßig und sorgfältig durchgeführt werden. Das Verhalten von Materialgefügen bei Raumklimaschwankungen ist noch nicht erforscht. Aussagen über maximale Amplitude und Frequenz der Klimaschwankungen sind daher noch nicht möglich. In diesen Bereichen muss noch Forschungsarbeit geleistet werden.

Literatur D’Ans, J. / Eucken, A. / Joos, G. / Roth, W. A. (61955): Landolt-Börnstein, Zahlenwerte und Funktionen aus Physik, Chemie, und Technik, Springer. Banks, P. N. (1999): »What Makes Records Deteriorate«. ASHRAE Journal April, S. 71-75. Bradtke, F. (121951): Rietschel-Gröber, Heiz- und Lüftungstechnik, Springer. Brimblecombe, P. et al. (1999): »The Indoor Environment of a Modern Museum Building, The Sainsbury Centre for Visual Arts, Norwich, UK, Intern.« Journal of Indoor Air and Climate, Vol. 9, No. 3, S. 146164, Copenhagen: Munksgard. Fitzner, Klaus (2001): »Luftführung im Ausstellungsbereich – neue Überlegungen und Verfahren«. Beitrag in diesem Band. Gröber, H. (1930): H. Rietschels Leitfaden der Heiz- und Lüftungstechnik, Springer. Hilbert, Günter S. (1997): Sammlungsgut in Sicherheit. Berliner Schriften zur Museumskunde, Band 1, Berlin: Gebr. Mann. Krühne, H. / Finke, U. (1999): Wirksamkeit von mobilen Einrichtungen zur Luftbefeuchtung. Forschungsvorhaben F1301. Im Auftrag der Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin Dortmund. Kühn, H. (1981): Erhaltung und Pflege von Kunstwerken und Antiquitäten, Band 1 und 2, Regensburg: Keysersche Verlagsbuchhandlung München. Mecklenburg, Marion F. / Tumosa, Charls S. (1991): Art in Transit, Washington: National Gallery of Art. Mecklenburg, Marion F. et al. (1999): »Temperature and Relative Humidity Effects on the Mechanical and Chemical Stability of Collections.« ASHRAE Journal, April, S. 77-82.

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71- 89) T03_02 müller.p 285564983000

➔ Unruhige Raumluft, schwankende Temperatur, schlingernde Feuchte

Schramek, Ernst-Rudolf (Hg.) (1999): Taschenbuch für Heizung + Klimatechnik, München / Wien: Oldenbourg.

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23.04.01 --- Projekt: transcript.kum.sicherheit für kulturgut / Dokument: FAX ID 005d285564982848|(S.

71- 89) T03_02 müller.p 285564983000

23.04.01 --- Projekt: transcript.kum.sicherheit für kulturgut / Dokument: FAX ID 005d285564982848|(S.

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) vakat 090.p 285564983008

Schädlingsbekämpfung »Quarantäne ohne Migräne«

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) T04_00 resp schädlingsbekämpfung.p 285564983016

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) vakat 092.p 285564983024

➔ Schädlingsbekämpfung für bewegliches Kulturgut

Achim Unger

Wirkungsvolle Prophylaxe und geeignete Methoden der Schädlingsbekämpfung für bewegliches Kulturgut

Schadorganismen (Pests) Kulturgut aus organischem Material wird hauptsächlich durch Insekten, Pilze und Bakterien geschädigt. Gelegentlich kommen auch Hefen als Schaderreger vor. Die Schäden durch Insekten an Museumsgut sind hinsichtlich des Substanzverlustes umfänglicher und gravierender als diejenigen durch Pilze und Bakterien. Die wichtigsten Schadinsekten gehören zu den Gruppen der Käfer (Coleoptera), Motten (Tineida) und Wohnungsfischchen (Zygentoma). Bei ethnografischen Objekten spielen auch Termiten (Isoptera) eine Rolle. In ungepflegten ober- und unterirdischen Depots können darüber hinaus auch Ameisen, Schaben, Milben, Läuse, Flöhe und Zecken auftreten. Von den Pilzen verursachen vor allem Schimmelpilze an musealen Objekten größere Schäden. Die an Holz anzutreffenden Braun-, Weiß-, Moder- und Bläuepilze besitzen nur eine untergeordnete Bedeutung. Ein Bakterienbefall kann beispielsweise durch unsachgemäße Lagerungsbedingungen an tierischem und pflanzlichem Gewebe (z. B. an Mumien und Herbarmaterial) eintreten.

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Achim Unger

Einfallswege (Invasion ways) Sowohl Insekten als auch Pilze (vor allem Sporen) und Bakterien werden von dem Museumspersonal und den Besuchern in die Ausstellungsräume und Depots eingeschleppt. Anhaftend an der Kleidung, verborgen in Taschen und Beuteln, enthalten in mitgebrachten, vergessenen und überlagerten Nahrungsmitteln, versteckt in Blumensträußen und Zimmerpflanzen gelangen die Schaderreger meistens unbemerkt in die Räume und können unter für sie günstigen Lebensbedingungen das Museumsgut befallen. Versorgungseinrichtungen in den Museen wie Restaurants sind potenzielle Gefahrenherde für die Sammlungsobjekte, wenn keine strikte Trennung der Bereiche gegeben ist. Empfänge mit üppigen Menüs für Honoratioren in Ausstellungsräumen von Museen begünstigen das Aufflammen einer Schädlingspopulation und sollten vermieden werden. Sehr häufig gelangen die Schaderreger über den Leihverkehr durch befallene Objekte oder infiziertes Verpackungsmaterial in die Museen (Achtung! In neuerer Zeit werden verstärkt verschiedene Splintholzkäferarten in stärkehaltigen Laubhölzern eingeschleppt, die zu Transportkisten und -paletten verarbeitet wurden. Die Larven können Holzobjekte fast völlig pulverisieren!). Neuankäufe mit unsichtbarem Befall, die ohne ausreichende Quarantäne in die Depots und Ausstellungsräume aufgenommen werden, können Auslöser für eine Infektion ganzer Sammlungsbestände sein. Auch bei Neuausstattungen von Depots und Ausstellungsräumen und bei dem für Ausstellungen benötigten Dekorationsmaterial sollte man nicht von vornherein davon ausgehen, dass die verwendeten organischen Werkstoffe (Holz, Textilien) schaderregerfrei sind. Die voll ausgebildeten Käfer (Imagines) sind meistens flugfähig und können von dicht neben dem Museum stehenden Bäumen über offene Fenster in das Innere des Gebäudes gelangen. Vogelnester und tote Tiere (Ratten, Mäuse) sind weitere Infektionsquellen. Undichte Dächer und Regenfallrohre begünstigen die Entstehung und Ausbreitung von Schadherden durch Pilze. Eine falsche Gebäudeisolierung und Raumklimatisierung haben den gleichen negativen Effekt.

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➔ Schädlingsbekämpfung für bewegliches Kulturgut

Diagnose eines Schädlingsbefalls (Monitoring) Besteht der Verdacht auf einen Befall von Objekten durch Schadinsekten, dann wird zunächst die Umgebung bzw. der Raum abgesucht, in dem sich die Objekte befinden. Bevorzugte Aufenthaltsorte der Schaderreger sind Fenster, Fenstersohlbänke, Staubansammlungen an Scheuerleisten, Fußbodenritzen und dunkle Raumecken. Alle verdächtigen toten und lebenden Insekten werden zur Bestimmung der Arten aufgesammelt, wobei lebende Tiere einzeln in Präparategläschen mit Plastestopfen, die feine Bohrungen zur Belüftung enthalten, aufbewahrt werden. Anhand von Bestimmungsbüchern und Vergleichspräparaten kann auch der Nichtfachmann unter Verwendung eines Mikroskops eine Eingrenzung auf bestimmte Schaderregerarten vornehmen. Durch einen versierten Entomologen lassen sich letzte Unsicherheiten ausräumen. Sehr hilfreich für die Ortung von Schadinsekten in Räumen sind Pheromon(Lockstoff)-Fallen. Derartige Fallen gibt es bereits für einige Nagekäfer-(Anobien-)Arten wie den Gewöhnlichen Nagekäfer (Anobium punctatum), den Brotkäfer (Stegobium paniceum) und den Tabekkäfer (Lasioderma serricorne), wobei ihre Wirkung auf die Flugzeit der Käfer begrenzt ist. Ihre Reichweite liegt bei ≤ 5 m. Weiterhin sind Fallen für fliegende und kriechende Kleidermotten (Reichweite ≤ 10 m bzw. ≤ 2 m) sowie für Schaben (Reichweite ≤ 1,5 m) verfügbar. Schließlich lässt sich auch die Anwesenheit bestimmter Speckkäferarten (Dermestidae) und Schwarzkäferarten (Tenebrionidae) auf diese Weise ermitteln (Reichweite 1,5-2 m). Von Nachteil ist, dass die Pheromonfallen nur eine begrenzte Wirkungsdauer (etwa 2-12 Wochen) aufweisen. Durch eine geschickte Aufstellung der Fallen ist es möglich, die Hauptschadherde im Raum zu ermitteln. Durch Auszählen der gefangenen Tiere lässt sich die Stärke des Befalls abschätzen. Die eingeleiteten Maßnahmen führen zu einer Identifizierung der im Raum vorhandenen aktiv befallenen Objekte. An diesen Objekten werden alle Veränderungen sorgfältig registriert und dokumentiert. Die sich abzeichnenden Schadbilder, vorhandene Kotballen, Nagsel, Gespinste und Larvenhüllen dienen der Erkennung der Art. Oftmals ist die Entscheidung, ob ein aktiver Befall vorliegt oder nicht, recht schwierig. Verdächtige Objekte sollen daher in Folienhüllen eingeschweißt und laufend (über Wochen und Monate) kontrolliert werden. Insbesondere die Larven Holz zerstörender Käfer und Termiten

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verursachen in den Objekten Fraß- und Bewegungsgeräusche, die durch Schwingungsmessgeräte aufgefangen und verstärkt werden können. Gegenwärtig können das Vorhandensein und die Aktivität von Trockenholztermiten durch derartige Acoustic-Emission(AE)Geräte bereits ausreichend sicher ermittelt werden (wichtig beim Ankauf ethnografischer Objekte aus Ländern mit Termitenvorkommen). Die Möglichkeiten einer Anwendung solcher Geräte auf anobienbefallene Objekte werden zur Zeit geprüft. Durch bildgebende Röntgenverfahren wie Mammografie und Computertomografie können im Holz lebende Larven erkannt werden. Röntgenaufnahmen vor und nach einer Bekämpfung der Schaderreger dienen als Nachweis für die Wirksamkeit von Sanierungsmaßnahmen. An Museumsobjekten, bei denen der Verdacht auf einen Pilzbefall besteht, sollten entsprechende Proben mit sterilen Instrumenten entnommen und unter dem Mikroskop betrachtet werden. Nicht jede Flecken- und Pustelbildung wird durch Schimmelpilze verursacht. Oftmals handelt es sich auch um Materialexkrete infolge von Klimaschwankungen und Alterungsvorgängen. Nur wenn Pilzfäden (Hyphen), Sporenträger und Sporen sicher erkannt werden, ist von einem Pilzbefall auszugehen. Die Diagnostik von Pilzen setzt langjährige Erfahrungen voraus und sollte Mykologen vorbehalten bleiben.

Prophylaktische Schutzmaßnahmen (Preventing) Bei der Abwehr eines Befalls durch Schadinsekten ist dem Raumschutz Vorrang vor dem Objektschutz einzuräumen. Das gilt insbesondere bei der Einrichtung von Depots oder Räumen mit Depotcharakter wie historischen Bibliotheken. Durch gezielte konstruktive Maßnahmen kann ein Eindringen von Schadinsekten stark reduziert, wenn nicht gar verhindert werden. Wirkungsvoll sind Türschleusen und eine Vergitterung von Fenstern und Luftschächten mit insektendichter Edelstahldraht-Gaze. Depots sollten mit einer möglichst geringen Anzahl von Fenstern versehen werden. Sanitärmaßnahmen an Gebäuden wie die regelmäßige Entfernung von Vogelnestern, Installation einer Taubenabwehr und die Beseitigung von Vogelkot vermindern die potenzielle Gefahr eines Schädlingsbefalls im Inneren der Gebäude. Belüftungseinrichtungen sollten mit Filtern versehen sein, die ein Eindringen von Mikroorganismen mit der Außenluft verhindern. Ihre regelmäßige Wartung

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➔ Schädlingsbekämpfung für bewegliches Kulturgut

ist unbedingt zu beachten. Besonders gefährdete Objekte sind in insektendichten Vitrinen und Sammlungsschränken aufzubewahren oder mit Folien einzuhausen. Bezüglich einer Klimatisierung ist davon auszugehen, dass die zur Vermeidung eines Insekten- und Pilzbefalls anzustrebenden Temperaturen und Luftfeuchten nicht in jedem Fall mit den optimalen Klimabedingungen für die Objekte übereinstimmen. Zur Verhinderung eines Insekten- und Pilzangriffs sollten niedrige Temperaturen (< 18 ˚C) und relative Luftfeuchten (< 50 %) angestrebt werden. Bei vielen Insektenarten erschwert ein konstantes Raumklima ihre Vermehrung und Verbreitung. Erst wenn konstruktive und klimatische Maßnahmen für einen vorbeugenden Schutz nicht ausreichend erscheinen, sollte der Einsatz chemischer Substanzen erwogen werden. Dabei ist die Applikation vorbeugend wirkender, flüssiger Mittel direkt auf das Objekt strikt abzulehnen. Zahlreiches Sammlungsgut wurde auf diese Weise in der Vergangenheit geschädigt. Attraktantien (Lockstoffe) und Repellentien (Abschreck- und Vergrämungsmittel), die in der Nähe der zu schützenden Objekte ausgebracht werden, bieten hier eine Alternative, wobei jedoch keine 100-prozentige Sicherheit gegeben ist. Neuerwerbungen sollten genau auf einen eventuellen Insekten-und Pilzbefall untersucht und im Zweifelsfall mit Stickstoff begast werden. Steht eine Stickstoff-Begasungseinrichtung nicht zur Verfügung, dann können bei kleineren Objekten auch Sauerstoff-Absorber eingesetzt werden.

Methoden der Schädlingsbekämpfung (Controlling) Grundsätzlich wird bei der Bekämpfung eines Schädlingsbefalls mit gelösten chemischen Wirkstoffen (Bioziden) die Originalitit des jeweiligen Objektes mehr oder weniger stark beeinträchtigt. Das gilt insbesondere für organische Werkstoffe mit einer Porenstruktur wie z. B. Holz. Bei zahlreichen Objekten haben die in der Vergangenheit eingebrachten Wirkstoffe und Lösemittel im Laufe der Zeit starke Veränderungen bzw. Schäden verursacht. Daher sollten flüssige Präparate zur Schädlingsbekämpfung zukünftig nur dann eingesetzt werden, wenn es keine anderen Möglichkeiten der Liquidation eines Befalls gibt. Gegenwärtig zeichnen sich folgende Tendenzen ab:

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1. Einsatz temporär wirksamer Bekämpfungsmittel und -verfahren an Stelle dauerhaft im Objekt fixierter Wirkstoffe 2. Deutliche Hinwendung zu biologischen und physikalischen Bekämpfungsmethoden 3. Weit gehende Substitution reaktiver durch inerte Begasungsmittel und Verwendung von Atmosphären mit reduziertem Sauerstoffanteil zur Eliminierung oder Hemmung des Wachstums der Schaderreger Im Rahmen der biologischen Schädlingsbekämpfung wird zurzeit der Einsatz von Feindinsekten, Pilzen und Bakterien gegen die Schadinsekten geprüft. Die Untersuchungen zur Bekämpfung von Pilzen durch antagonistische Pilze bzw. Pilzisolate sowie Bakterien befinden sich noch im Anfangsstadium. Ob biologische Mittel und Verfahren zukünftig auf Kulturgut angewendet werden können, ist abzuwarten. In jedem Fall sollten aber die aktuellen Entwicklungen auf diesem Sektor verfolgt werden. Zur Bekämpfung von Schaderregern können prinzipiell folgende physikalische Wirkungen ausgenutzt werden: UV-, Röntgenund Gammastrahlen, Ultraschall, Mikrowellen, Kälte und Wärme sowie Unter- und Überdruck. Gegenwärtig werden an Museumsgut vor allem Behandlungen mit Wärme, Kälte, Mikrowellen und Gammastrahlen durchgeführt. Zur Bekämpfung von Schadinsekten eignen sich alle vier Varianten, Schimmelpilze lassen sich dagegen nur mit Gammastrahlen sicher abtöten. Bei der Anwendung von Wärme, Kälte und Mikrowellen müssen sowohl die Thermotoleranz der verschiedenen Materialien als auch die für die einzelnen Schaderreger erforderlichen Letaltemperaturen genau bekannt sein. Vor dem unkontrollierten Einsatz von Mikrowellen wird gewarnt, weil in Abhängigkeit vom Gerätesystem, der Einwirkdauer und der Materialzusammensetzung des Objektes sowohl nachteilige Veränderungen am Objekt eintreten als auch Schaderreger überleben können. Insektenbefallenes Museumsgut wird gegenwärtig häufig mit Hilfe modifizierter Atmosphären saniert. Zur Herstellung dieser Atmosphären dienen vor allem Stickstoff, Kohlendioxid und Argon, mit deren Hilfe der Sauerstoffgehalt der natürlichen Atmosphäre durch Verdrängung und Austausch stark abgesenkt wird (AnoxiaTreatment). Für mobiles Kulturgut findet vorzugsweise Stickstoff Verwendung. Argon wirkt zwar bei einigen Schadinsekten schnel-

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➔ Schädlingsbekämpfung für bewegliches Kulturgut

ler, es ist aber teurer und schwerer zu handhaben. Für Raum- und Gebäudebegasungen sind Stickstoff und Argon wegen des erforderlichen niedrigen Restsauerstoffgehaltes (< 1 %, besser < 0,1 %) nicht geeignet. Hier kann Kohlendioxid eingesetzt werden, wobei seine Konzentration während der Begasung bei > 60 % liegen muss. Stickstoffbegasungen werden sowohl in mobilen (Zelte, Bubbles) als auch stationären (Container, Begasungskammern) Einrichtungen durchgeführt, für die praxisreife Technologien entwickelt worden sind. In einer Stickstoffatmosphäre mit niedrigem Restsauerstoffgehalt werden zwar Schadinsekten abgetötet, das Wachstum von Pilzen und Bakterien wird aber lediglich inhibiert. In Atmosphären mit reduziertem Sauerstoffanteil vergrößert sich die Langlebigkeit organischer Farbstoffe. Bislang zeigten lediglich (ungeschütztes?) Massikot, Zinnober und Siena in Abhängigkeit von der relativen Luftfeuchte leichte Farbwertänderungen. Dagegen kam es bei in einem öligen Bindemittel gebundenem Bleiweiß, Zinkweiß, Cobaltblau, Preußischblau, Siena, Umbra (gebrannt), Chromgrün, Alizarinlack, Cadmiumrot, Elfenbeinschwarz und gelbem Ocker zu keinen Farbwert- und Glanzänderungen. Der Einsatz von Kohlendioxid führte zu Farbwertänderungen bei Massikot, Mennige, Zinkweiß und Ultramarin sowie zu Veränderungen bei Leinölfirnis, Gummiarabicum und Schellack. Auch ein Anlaufen von Silber wurde beobachtet. Entscheidend für den Angriff des Kohlendioxids waren die Luft- und Materialfeuchte, wobei relative Luftfeuchten von > 65 % als kritisch gelten. Kleinere insektenbefallene Gegenstände lassen sich auch mit Sauerstoff-Absorbern sanieren. Am bekanntesten sind Ageless (Mitsubishi Gas Chemical Company, Japan) und Atco (Standa Industrie, Frankreich), die als Tabletten konfektioniert und in Form von Beuteln angeboten werden. Chemisch handelt es sich um ein Gemisch von hochreaktivem Eisen, Kaliumchlorid, Wasser und Zeolithen (Alumosilicaten). Das aktivierte Eisen reagiert in Gegenwart von Wasser mit dem Luftsauerstoff unter Bildung rostähnlicher Produkte. In luftdichten Folienbeuteln ist auf diese Weise durch eine Absenkung des Sauerstoffgehaltes unter 0,01 Vol. % eine Bekämpfung von Vorrats- und Materialschädlingen in Museumsobjekten möglich. Schimmelpilze und Bakterien werden nicht abgetötet, aber in ihrem Wachstum gehemmt (fungi- und bakteriostatische Wirkung). Benötigt wird ein Folienmaterial mit niedriger Sauerstoffdurchlässigkeit und Verschweiß- oder Verklebbarkeit.

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Laminatfolien auf der Basis von Polyvinylidenchlorid, Polychlortrifluorethylen (Aclar) oder mit Nylon und Polyethylen kaschierte Aluminiumfolie haben sich als besonders geeignet erwiesen. Bei den flüssigen Insektenbekämpfungsmitteln werden gegenwärtig noch überwiegend Naturpyrethrum oder synthetische Pyrethroide (z. B. Permethrin, Deltamethrin und Cyfluthrin) eingesetzt, die als Kontakt- und Nervengifte wirken. Es gibt jedoch bereits Präparate, die mit Hilfe von Wachstumsregulatoren (Chitinsynthesehemmer, Juvenilhormonanaloga) in den Entwicklungszyklus der Insekten eingreifen und ihre Vermehrung verhindern. Da es sich um Fraßgifte handelt, die erst im Insektenkörper akkumuliert werden müssen, tritt die Wirkung zeitlich verzögert ein. Bei allen Sanierungsmaßnahmen sind unbedingt die Belange des Gesundheitsschutzes zu berücksichtigen. Beispielsweise stellen Mykoallergene und -toxine von Schimmelpilzen, auf und in den Objekten verankerte Alt-Biozide und die hohe Inertgaskonzentration während einer Behandlung potenzielle Gefahrenquellen für den Menschen dar.

Weiterführende Literatur (Auswahl) Übersichtsarbeiten Brokerhof, Agnes W. (1989): Control of fungi and insects in objects and collections of cultural value, Amsterdam: Central Research Laboratory for Objects of Art and Science. Pinniger, David (1994): Insect Pests in Museums. 3rd Edition, London: Archetype Publications Limited. Unger, Achim (1998): Alternative Bekämpfungsmaßnahmen gegen Holzzerstörer – Möglichkeiten und Grenzen, Der praktische Schädlingsbekämpfer (6), S. 20-24. Bestimmung der Schaderreger / Insektenfallen Binker, Gerhard (1996): Insektenfallen gegen Anobienbefall. Pheromone im Einsatz gegen Schädlinge in Museen und Kirchen, Restauro 102(6), S. 400-405. Weidner, Herbert (1993): Bestimmungstabellen der Vorratsschädlinge und des Hausungeziefers Mitteleuropas, Stuttgart u. a.: Gustav Fischer.

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➔ Schädlingsbekämpfung für bewegliches Kulturgut

Physikalische Bekämpfungsmethoden Kneppel, Beate (1995): Schädlingsbekämpfung an textilem Kulturgut unter Einsatz hoher und tiefer Temperaturen. Kölner Beiträge zur Restaurierung und Konservierung von Kunst-und Kulturgut, Bd. 2, München: Anton Siegl. Pinniger, David (1996): Insect Control with the Thermo Lignum Treatment, Conservation News No. 59. Inertgase und Sauerstoff-Absorber Selwitz, Charles / Maekawa, Shin (1998): Inert gases in the control of museum insect pests. Research in conservation, Los Angeles: The Getty Conservation Institute. Unger, Achim (1995): Begasung von Kulturgütern: Grundlagen – Materialien – Entwicklungen. Holzschädlingsbekämpfung durch Begasung, München: Bayerisches Landesamt für Denkmalpflege, Arbeitsheft Nr. 75, S. 19-27. Chemische Bekämpfungsmittel Dawson, John E. / Strang, Thomas J. K. (1992): Solving Museum Insect Problems: Chemical Control, Ottawa: Canadian Conservation Institute, Technical Bulletin no. 15. Leiße, Bernhard (1992): Holzschutzmittel im Einsatz, Wiesbaden, Berlin: Bauverlag.

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Brandschutz Konsequente Prophylaxe und Innovation

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➔ Brandfrühwarnung in Museen

Barbara Fischer

Je schneller umso besser Möglichkeiten und Grenzen beim Einsatz von Systemen zur Brandfrühwarnung in Museen

Einführung Warum sollte es gerade in unserem Museum ein Feuer geben? Was könnte hier und wie sollte es hier denn überhaupt anfangen zu brennen? Wer so denkt, befindet sich in guter Gesellschaft – denn niemand kann sich vorstellen, dass es in seinem Museum einmal brennen könnte! Diebstähle, Beschädigungen oder aber Schäden wegen raumklimatischer Probleme oder durch falsche Belichtung ja – aber doch kein Feuer! Allein die Betrachtung der unterschiedlichen Folgen der verschiedenen Bedrohungen für das Sammlungsgut zeigt jedoch, dass in dieser Haltung eine grobe Fehleinschätzung steckt: Schäden auf Grund konservatorischer Problemstellungen oder mutwilliger Beschädigungen sind durch geeignete Maßnahmen häufig durch den Restaurator zu lindern. Im Falle eines Diebstahls kann man mit großer Wahrscheinlichkeit davon ausgehen, dass das gestohlene Stück irgendwann wieder zum Vorschein kommt – sein Weiterbestehen also in diesen Fällen gegeben ist. Für den Brandfall entfallen alle diese Chancen: Das Feuer wählt nicht aus, das Feuer lässt nichts übrig – was es erreicht, zerstört es für immer.1 Obwohl Großbrände dank dem über Jahrhunderte gewachsenen, diffizilen System von Maßnahmen zum Brandschutz heute weniger wahrscheinlich geworden sind und sich im Ernstfalle we-

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sentlich wirkungsvoller bekämpfen lassen denn je, bleibt das Thema Brandschutz ständig aktuell. Diverse Großbrände belegen dies, wie etwa der von Windsor Castle und der Wiener Hofburg im Jahre 1992, vom Kunstmuseum Düsseldorf 1993, der Kuppelbrand des Deutschen Domes in Berlin im Oktober 1994, der Brand in der Pariser Bank Crédit Lyonnais 1996 oder der im Pariser Palais Chaillot 1997. – Brände in älteren und modernen Gebäuden, ohne – aber auch mit Brandmeldetechnik. Welche Brandursachen sind denkbar? Eine unkontrollierte Glühlampe als Zündquelle für einen zu dicht daneben befindlichen brennbaren Stoff, eine Elektroverteilung, in der die Schraubverbindungen sich im Laufe der Jahre gelockert haben oder in die Kondenswasser eingedrungen ist, ein implodierter Bildschirm, »nur eine lockere Klemme in einem Stecker«, gefährliche Reparaturarbeiten wie Trennen, Löten oder Schweißen, die nicht ausreichend beaufsichtigt und nachkontrolliert wurden, oder, oder …?

Das System des Brandschutzes Anforderungen des Gesetzgebers an den Brandschutz Die Beispiele beweisen es: Brände sind nicht sicher zu verhindern. Mein Beitrag widmet sich deshalb hauptsächlich den Entwicklungen auf dem Gebiet der Brandmeldetechnik, die das Erkennen von Bränden in einem sehr frühen Stadium ermöglichen, sie z. T. sogar verhindern helfen, und deren Stellung im System des Brandschutzes. Es sei zunächst in Erinnerung gebracht, dass die gesetzlichen Regelungen zum Brandschutz überwiegend den vorbeugenden und den abwehrenden Brandschutz repräsentieren und im Baurecht sowie in den Feuerwehrgesetzen verankert sind. Es geht dabei um das sichere Benutzen von Gebäuden und baulichen Anlagen. Nach der Grundnorm des Vorbeugenden Brandschutzes (§ 17 Musterbauordnung) müssen bauliche Anlagen so beschaffen sein, dass der Entstehung eines Brandes und der Ausbreitung von Feuer und Rauch vorgebeugt wird und bei einem Brand die Rettung von Menschen und Tieren und wirksame Löschmaßnahmen möglich sind.

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➔ Brandfrühwarnung in Museen

Abbildung 1: Das System des Brandschutzes

Vorbeugende Maßnahmen gegen die Brandentstehung sind z. B. die Anforderungen des Baurechtes an die Brennbarkeit bzw. Feuerwiderstandsfähigkeit der zu verwendenden Baustoffe und Bauteile. Die Ausbreitung von Feuer und Rauch wird danach u. a. begrenzt, indem Brandabschnitte geschaffen werden. Technische Anlagen, die die Begrenzung der Brandausbreitung mit all ihren Begleiterscheinungen unterstützen, sind z. B. Rauch- und Wärmeabzugsanlagen. Bei besonderen Gebäudenutzungen gehört die Sprinkleranlage als ortsfeste Löschanlage dazu – zur Minderung des Risikos von Fehlauslösungen kann einer sog. »Trockensprinkleranlage« eine Brandmeldeanlage vorgeschaltet sein. Für die Rettung von Menschen und Tieren sind vor allem aus-

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reichende Standsicherheit des Gebäudes sowie das System der Rettungswege ausschlaggebend. Wirksame Löscharbeiten setzen das Vorhandensein einer öffentlichen Feuerwehr sowie eine gesicherte Löschwasserversorgung voraus. Aufgabe des Gebäudenutzers: Kompensation von Restrisiken – Betrieblicher Brandschutz In jedem Gebäude bestehen trotz Erfüllung aller gesetzlichen Anforderungen erhebliche nutzungsbedingte Restrisiken. Diverse Baustoffe wie Dämmschichten oder Verkleidungen und Oberflächen von Wänden und Decken müssen bauphysikalischen und ästhetischen Forderungen gerecht werden, die mit anorganischen – also nicht brennbaren – Baustoffen nur schwer, meist gar nicht zu erfüllen sind. Bei der Art und Weise, wie die Räume in den baulichen Anlagen von den Nutzern eingerichtet werden, endet die Einflussnahme des Gesetzgebers vollständig, sofern es sich nicht um Sondernutzungen wie z. B. Versammlungsstätten handelt. Grundsätzlich muss man sich aber stets vor Augen halten, dass gerade die individuellen Ausstattungen durch ihre Brandlasten einen zukünftigen Brandverlauf bereits vorgeben. Das beginnt mit dem Mobiliar, setzt sich fort mit technischen Ausstattungen wie Verdunstungsbefeuchtern, Servern und PC-Arbeitsplätzen mit den dazugehörenden Papiermassen und gipfelt in immer spektakuläreren Einbauten aus Holz, Kunststoff und Technik für die Inszenierung von Sonderausstellungen in unseren Museen.2 Eine erhebliche Brandgefahr wurzelt letztlich im menschlichen Verhalten, das nur bedingt kontrollierbar ist. Häufig sind Leichtsinn, Unachtsamkeit, Bedienungsfehler, z. B. an technischen oder elektrischen Geräten, und leider besonders auch Brandstiftung Ursachen eines Brandes. All diese Restrisiken zu kompensieren, ist Aufgabe des betrieblichen Brandschutzes. Dabei geht es vor allem um organisatorische Maßnahmen wie Brandschutzordnungen und die regelmäßige Schulung des Museumspersonals, auch hinsichtlich der Alarmorganisation bei einem eventuellen Brandfall. Ob und welche Maßnahmen für eine schnellstmögliche Entdeckung eines eventuellen Brandes ergriffen werden, liegt grundsätzlich3 im Ermessen des Gebäudenutzers, also des Museums, und hängt leider auch von dessen finanzieller Kraft ab. Die Schadens-

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➔ Brandfrühwarnung in Museen

versicherer belohnen deshalb den Einbau von Anlagen zur automatischen Branderkennung mit hohen Prämienrabatten für die Feuerversicherung nach dem Motto: Besser Schaden verhüten als Schaden vergüten. Diese Rabatte sind für die wenigsten Museen relevant – welches Museum kann es sich schon leisten, seine unwiederbringlichen und unschätzbar wertvollen Sammlungsobjekte zu versichern? Aber welches Museum kann es sich leisten, seine Existenzgrundlage – die Sammlungen – durch ein Feuer zu verlieren? Ganz zu schweigen vom ethischen Grundgedanken der dauerhaften Bewahrung der Sammlungen für nachfolgende Generationen! Anlagen zur automatischen Früherkennung von Bränden sollten daher zur Standardausstattung für Museen zählen – auch gemessen an der Größe des Brandrisikos. 4 Mit der Quantifizierung des Risikos befasst sich der Beitrag von H. J. Harras in diesem Band.

Die Brandkenngrößen – Basis der Detektionsprinzipien Zwei Grundvoraussetzungen für die Entstehung eines Brandes sind in jedem Museum vorhanden: brennbare Substanzen und Sauerstoff. Es bedarf »nur« des unglücklichen Umstandes, dass eine ausreichende Wärmezufuhr das Gemisch aus brennbarem Stoff und Sauerstoff entzünden kann – und ein Brand entwickelt sich. Der brennbare Stoff selbst wird bei der Verbrennung sowohl energetisch als auch stofflich umgesetzt. Bei der stofflichen Umsetzung entstehen solche Produkte, die als unverbranntes Material und Asche an der Brandstelle verbleiben, und andere, die flüchtig sind – der Rauch. Er setzt sich zusammen aus Verbrennungsgasen wie CO, H2, CH4, die im weiteren Verlauf der Verbrennung z. B. zu CO2 und H2O oxidieren. Wohlbemerkt – der Rauch einer vollständigen Verbrennung enthält neben Brandleitgasen einen großen Anteil Wasserdampf. Er wird zusammen mit kleineren und größeren Rußpartikeln in einer Größenordnung von 0,01 µm – 1 mm durch die Thermik des Brandgeschehens emporgewirbelt.5 Der Rauch nimmt während des Oxidationsvorganges schnell Flammentemperatur an und verbreitet sich rasant.6 Die den Verbrennungsvorgang kennzeichnende energetische Umsetzung setzt Wärme frei, die als Strahlung im IR-UV-Bereich emittiert sowie durch Konvektion an die Raumluft abgegeben wird.

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Klassische Brandmelder Diese mittelbar mit der Brandursache in Verbindung stehenden Brandkenngrößen machen sich die Verfahren zur Brandfrüherkennung zu Nutze, indem sie aus ihrer Veränderung auf das Vorliegen eines tatsächlichen Alarmfalles schließen: • • •

Veränderung der Gas- und Aerosol-Konzentration im Raum Veränderung der infraroten, sichtbaren und und ultravioletten Strahlung Veränderung der Raumtemperatur

Dementsprechend wurden die klassischen Meldertypen Wärmemelder und Flammenmelder sowie Rauchmelder entwickelt. Wärmemelder7 messen ständig die Raumtemperatur und sprechen auf Temperaturerhöhung an. Solche Melder werden vor allem dort angewendet, wo mit einer sehr schnellen Wärmeentwicklung im Brandfalle zu rechnen ist, z. B. bei brennenden Kunststoffen. Flammenmelder reagieren auf typische IR- und UV- Strahlen, wie sie von offenem Feuer ausgehen. Sie werden bevorzugt in Bereichen eingesetzt, in denen mit Bränden ohne Rauchentwicklung gerechnet werden muss oder in denen die normalen Arbeitsabläufe eine starke Rauchentwicklung mit sich bringen. Rauchmelder Beim üblichen Brandgeschehen haben wir es meist mit der Verbrennung fester organischer Stoffe zu tun. Daher wird in den meisten Fällen ein entstehender Brand, noch vor einem deutlichen Ansteigen der Temperatur oder dem Auftreten von Flammen, Rauch und ähnliche Verbrennungsprodukte erzeugen. Rauchmelder sind daher die am häufigsten eingesetzten Branddetektoren. Ionisations-Rauchmelder Der Grundstein zur Brandfrüherkennung wurde mit der Erfindung des Ionisationsmelders vor ca. 60 Jahren gelegt. Dieser Meldertyp weist ein breites Ansprechverhalten auf, detektiert also

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➔ Brandfrühwarnung in Museen

praktisch alle real auftretenden Brände. Unerreicht ist er insbesondere zur Detektion von offenen Bränden, bei denen vor allem kleine, dunkle Rauchaerosole erzeugt werden. Durch eine winzige Menge eines radioaktiven Präparates (Americium) wird die Luft in der Messkammer des IO-Melders zwischen zwei Elektroden ionisiert, d. h. mit einer elektrischen Ladung versehen. Demzufolge fließt über die »Luftbrücke« ein schwacher Strom, der sich verringert, wenn die Luft durch Verbrennungsprodukte verunreinigt wird, auch, wenn es sich um unsichtbare Rauchteilchen handelt. Die Veränderung wird im Wesentlichen dadurch bewirkt, dass sich Ionen an die Rauchteilchen anlagern und dadurch schwerer und langsamer werden. Obwohl Ionisationsmelder den Vorteil haben, dass selbst kleinste Rauchpartikel in der Umgebungsluft nachgewiesen werden und Vorgänge in der Umgebung, z. B. das Aufwirbeln von Staub, nicht zur Auslösung führen, sind diese Melder seit Jahren schon in der Diskussion. Die schwach radioaktive Quelle im Ionisationsmelder ist zwar für niemanden, der sich in dem damit geschützten Raum aufhält, gefährlich. Dadurch unterliegen Ionisationsrauchmelder jedoch der Strahlenschutzordnung und damit hinsichtlich Überwachung der Herstellung, Transport, Lagerung und Entsorgung zunehmend verschärften Vorschriften, so dass bei diesem Produkt insgesamt eine deutliche Tendenz zum Anwendungsrückgang vorhanden ist. Optische Rauchmelder (Streulichtprinzip) In den letzten 15 Jahren haben daher findige Ingenieure die Messkammern von optischen Rauchmeldern soweit optimiert, dass sie ein ähnliches Detektionsvermögen wie Ionisationrauchmelder aufweisen. Optische Rauchmelder nutzen den Tyndall-Effekt, gemäß dem Lichtstrahlen durch Reflexion an der Oberfläche kleiner (Rauch-) Partikel diffus gestreut werden: Der Melder enthält in seiner Messkammer eine Licht- bzw. Infrarotlicht aussendende Sendediode, deren Strahl durch eine entsprechende Gehäuseform reflexionsfrei absorbiert wird. Außerhalb des direkten Lichtstrahles befindet sich ein lichtempfindlicher Empfänger. Sobald Rauchaerosole in die Messkammer gelangen und in den direkten Strahlengang treffen, wird dadurch ein Teil des Lichtes reflektiert bzw. gestreut und trifft auf den Empfänger, was zur Auslösung eines Signale führt. Da das Funktionsprinzip auf der Reflexion von Licht basiert,

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weisen optische Rauchmelder eine etwas höhere Empfindlichkeit für hellen Rauch gegenüber dunklem Rauch auf. Täuschen lassen sie sich vor allem durch Wasserdampf und andere gut sichtbare Dämpfe. Die Detektionseigenschaften eines Streulichtmelders hängen wesentlich von der Geometrie der optischen Kammer und vom Streuwinkel zwischen Strahlen von der Lichtquelle und solchen zum Empfänger ab. Melder mit einem Streuwinkel über 90˚ – so genannte Rückwärtsstreuer – weisen ein wesentlich besseres Ansprechverhalten bezüglich verschiedener Brandarten auf als Vorwärts- oder Seitwärtsstreuer und sind etwa äquivalent zu Ionisationsmeldern. Das bevorzugte Einsatzgebiet optischer Rauchmelder sind Bereiche, in denen mit Schwelbränden oder Brandrisiken durch elektrische Anlagen gerechnet werden muss.

Multi-Sensor-Melder Die berechtigte Frage nach einem Melder mit Allround-Detektionsprinzip lässt sich nicht mit JA beantworten – vielmehr gibt es die genannten Spezialverfahren mit mehr oder weniger ausgeprägten Vor- und Nachteilen: Der Wärmemelder detektiert Brände, die ohne Rauchentwicklung ablaufen, nicht aber unvollständige Verbrennungen in der Schwelbrandphase. Dies kann der Optische Rauchmelder, der wiederum für offene Brände mit Flammenbildung weniger geignet ist als der Ionisationsrauchmelder. Multi-Sensor-Melder vereinigen die Messmethoden zur Detektion der unterschiedlichen Brandkenngrößen Rauch, Wärme – und neuerdings auch Gas – in einem einzigen Gehäuse und können die Signale in geeigneter Weise verknüpfen. Trotz der Funktionserweiterung bleiben die Abmessungen solcher Melder im Rahmen des Üblichen. Die Komponente Gas-Melder detektiert übrigens Brandleitgase wie CO oder CO2 nach einem »brandneu« entwickelten chemo-optischen Verfahren. Tritt ein Brandleitgas in die Messkammer ein, reagiert die Beschichtung des speziellen optischen Systems durch Tönung. Die Beleuchtungsstärke am Empfänger reduziert sich. Es wird Alarm ausgelöst.

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Weil der Transport von Gasen schneller ist als der von Rauchpartikeln, verspricht der Hersteller erheblich verkürzte Detektionszeiten und eine besonders hohe Detektionsempfindlichkeit bei fast allen Brandarten.

Qualitätskriterien Detektionsempfindlichkeit Je nach Einsatzgebiet wird eine unterschiedliche Ansprechcharakteristik der Melder von normaler bis zu höchster Empfindlichkeit verlangt, die selbst minimale Rauchkonzentrationen zweifelsfrei einem frühen Brandstadium zuordnen kann. Die Empfindlichkeit der Melder wird meist angegeben in Prozent Lichttrübung = Rauchkonzentration / m Herkömmliche Melder weisen eine Empfindlichkeit um 0,5 % / m aus. Melder für die Brandfrüherkennung reagieren schon bei einer Lichttrübung von 0,01-0,05 % / m.8 Sicherheit vor Täuschungsalarmen Die prinzipiell angewandte indirekte Detektionsmethode der Brandmelder ist in der Praxis nicht unproblematisch. Neben dem tatsächlichen Alarmereignis können nämlich eine Vielzahl von Täuschungs- und Störgrößen ein gleichartiges Messsignal erzeugen. Eine Alarmauslösung eines Melders durch brandvortäuschende Phänomene führt zu einer Falschalarmierung und damit zu unnötigen Belastungen der Feuerwehren und zu einem gewissen Erlahmen der Aufmerksamkeit der Belegschaft bei echtem Brandalarm. Die täuschungsalarmfreie Funktion der Brandmelder in einer Brandmeldeanlage ist daher noch wichtiger zu bewerten als die frühestmögliche Alarmierung.9 Auch auf diesem Gebiet hat sich dank Mikroelektronik und Ingenieur-Know-How eine rasante Entwicklung vollzogen. Je nach Einsatzort kann der Kunde heute zwischen Grenzwertmeldern, die nur den Normalzustand und den Alarmzustand kennen, und Multi-State-Meldern entscheiden. Moderne Multi-State-Melder lassen sich individuell auf die Ein-

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satzumgebung parametrieren. Damit kann z. B. ein in der Möbelrestaurierungswerkstatt befindlicher Rauchmelder zwischen aufgewirbeltem Staub, Zigarettenrauch und Rauch eines Schwelbrandes unterscheiden. Ihre Intelligenz verdanken Multi-State-Melder einer Software, in deren Kern die Algorithmen verschiedenster Brandphänomene und Umgebungseinflüsse stecken, die ständig mit den aktuellen Signalen verglichen werden.10 Einige Hersteller hinterlegen diese Detektionsintelligenz in der Brandmeldezentrale – man spricht dann von zentraler Intelligenz. Andere Hersteller arbeiten mit Rechnerleistung in Mikrocontrolern direkt im Melder. Man spricht dann von dezentraler Intelligenz.11

Brandmeldesysteme für die spezielle Anwendung in Museen Die bisher vorgestellten Brandmeldertypen sind punktförmige Brandmelder. Sie sind entsprechend den einschlägigen Vorschriften meist unter der Decke so zu installieren, dass der Rauch in sie hineinzieht. Ihre Wirksamkeit endet spätestens bei einer Raumhöhe von etwa 12 m oder in unzugänglichen Bereichen, wie Zwischendecken oder Lüftungskanälen Eine gewisse Unsicherheit liegt u. a. im Zeitpunkt des Eintretens des Rauches in den Melder. Für die Anwendung in Museen haben sie besonders ästhetische Nachteile. Lineare Lichtschrankenmelder (Durchlichtprinzip) Lineare Lichtschrankenmelder bestehen aus einem IR-Sender, der einen unsichtbaren Infrarot-Lichtstrahl zum Empfänger sendet, und dem Empfänger, der ein dem Infrarotlicht analoges Spannungssignal gewinnt. Von der Auswerteeinheit wird das entsprechende Signal als Alarm oder Störung bewertet und an die Brandmeldezentrale (BMZ) weitergeleitet. In den Strahlengang eindringende Rauchaerosole dämpfen das Signal, wobei heller und dunkler Rauch nahezu den gleichen Effekt haben. Der Linienbrandmelder wirkt wie eine Kette punktförmiger Melder – aber eine Einheit Sender/Empfänger kann eine Fläche von ca. 1400 m2 detektieren. Die Systeme haben eine Reichweite von 10 bis 100 m, der seitliche Erfassungsbereich kann bis zu 7 m

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jeweils rechts und links der Strahlmittelachse betragen. Sie haben folgende besondere Vorteile: • •

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Eignung für höhere Räume; Montage an Wänden von Räumen oder langen Fluren möglich, deren künstlerische Ausstattung, z. B. eine Deckenmalerei, nicht verletzt werden darf; Retrobetrieb möglich, wenn an einer der Wände keine Verkabelung machbar ist. Dafür müssen Sender und Empfängergehäuse unmittelbar nebeneinander angebracht werden. Das Infrarotsignal wird mittels eines Prismenspiegel-Systems zurückgestrahlt.

Achtung: Sender und Empfänger des Linear-Brandmelders müssen sich immer sehen, d. h. es dürfen sich keinerlei Hindernisse im Strahlengang befinden.12 Aktive Rauchansaugsysteme (Luftproben-Rauchmeldesysteme) Funktionsweise Die Idee wurde in den 1960er Jahren auf Grund besonderer Anforderungen aus der Denkmalpflege geboren: Um in Schlössern automatische Brandmeldung ohne Zerstörung des Deckenbildes durch Punktmelder zu ermöglichen, wurden Rauch-Ansaug-Systeme entwickelt.13 Der grundsätzliche Systemaufbau ist einfach: Eine Grundplatine zur Aufnahme von einem oder zwei Rauchmeldern, ein Ventilator und eine Ansaugleitung mit Ansaugbohrungen bis zu 100 m Länge. Der funktionsüberwachte Ventilator saugt über die Saugleitungen Luftproben des überwachten Raumes zum Detektorkasten, in dem die Rauchmelder sie auf Rauchpartikel prüfen. Neben Qualität und Sensibilität der Rauchdetektion versprechen die Systeme Sicherheit gegenüber Täuschungsalarmen: Die Saugleitungen werden ständig auf eventuelle Verstopfungen von Detektionsstellen oder Unterbrechungen des Rohrsystemes überwacht, die Vorschaltung eines Filters vergrößert die Falschalarmsicherheit, indem Staubpartikel gar nicht erst in die Melderkammer gelangen. Durch Einsatz algorithmisch arbeitender, dezentraler Meldertypen sind Empfindlichkeiten von 0,01 % / m erreichbar.14

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Rauch-Ansaug-Systeme eignen sich für Anwendungen in Museumsräumen sehr gut, wie viele Anwendungsbeispiele zeigen. Ihre Einsatzgebiete sind zugleich Kabelkanäle, Lüftungskanäle von Klimaanlagen, Zwischendecken etc., wo herkömmliche Melder nicht mehr zu warten sind. Raum- und Einrichtungsüberwachung Neben der Zielsetzung, Gebäude zu schützen, ist zunehmend die Brandfrühesterkennung an wichtigen technischen Ausstattungen erwünscht – ein Einsatzgebiet, für das sich auch Museen im Zeitalter der EDV-gestützten Dokumentation interessieren müssen. Das Rauchansaugsystem wird dabei direkt am Server montiert. Enthalten die dem Gehäuseinneren entnommenen Luftproben auch nur die geringsten Rauchpartikel, z. B. aus der pyrolytischen Zersetzung eines beginnenen Kabelbrandes, kann der Rechner automatisch stromlos geschaltet werden, so dass der Brand gar nicht erst zur vollen Entwicklung kommt.

Laser-Technologie In hochsensiblen Bereichen können auch Lasermelder eingesetzt werden, bei denen ein Laserstrahl Rauchpartikel zuverlässig von anderen Partikeln in der Luft unterscheidet. In den betreffenden Informationsschriften ist die Empfindlichkeit der sowohl als Punktmelder15 als auch als Einrichtungsüberwachungseinheit angebotenen Produkte verschiedener Hersteller mit 0,01-0,2 % Lichttrübung pro Meter angegeben.16 Diese Systeme sind sehr teuer. Deshalb kommen sie nur bei Höchstanforderungen (z. B. zur Überwachung geschlossener Raumeinheiten mit Reinluftbedingungen) zum Einsatz.

Planungshinweise für Museen Die Erfahrung lehrt, dass die meisten Brände mit einer Schwelphase beginnen und erst nach Stunden oder sogar Tagen in einen Flammenbrand übergehen. Fasst man die vorkommenden brennbaren Stoffe sowie die Brandursachen und -erscheinungen ins Auge, die in Museen beobachtet wurden, so überwiegen dort feste, Glut bildende brennbare Stoffe und damit Brände, bei denen aller

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Voraussicht nach durch örtliche Überhitzung zunächst Schwelgase und Rauch entwickelt werden. Daher ergibt sich für Rauchmelder aller Art dort ein optimales Einsatzgebiet. In jedem Falle sollte der Planung einer BMA in einem bestehenden Gebäude eine ausführliche Risikoanalyse mit ganzheitlicher Betrachtung des Brandschutzsystems im Gebäude vorangehen. Im Idealfall übernimmt ein Planungsbüro für den Brandschutz diese Aufgaben, das die Angebote der unterschiedlichen Anbieter kennt und zu differenzieren vermag. Wie groß der Umfang einer automatischen Brandmeldeanlage sein muss, welche Aufgaben man ihr zumisst und welche Wirksamkeit sie im Endeffekt haben wird, hängt von der eindeutigen Klärung der Frage ab, welche Alarmorganisation hinter der Brandmeldeanlage des Hauses steht. Wie gibt z. B. die zu alarmierende Feuerwehr ihre Anmarschzeiten vor und: Wie hat das Museum den Notfall geplant – z. B. in den Nachtstunden, in denen normalerweise wenig Personal für Rettungs- und Bergungsmaßnahmen zur Verfügung steht? Gibt es einen aktuellen Kulturgutschutzplan?

Anmerkungen 1 Vgl. dazu: Dembski 1999. 2 Ein empfehlenswertes Fachbuch zum baulichen Brandschutz, auch für Nicht-Fachleute: Klingsohr 1994. 3 »Grundsätzlich« besagt immer, dass es auch Ausnahmen gibt – wenn Brandmeldeanlagen z. B. von der Bauaufsicht als Kompensationsmaßnahme für zu große Brandabschnitte vorgeschrieben werden. 4 Das Brandrisiko entspricht dem Produkt aus der Wahrscheinlichkeit des Eintretens eines Brandereignisses und der Größe der Auswirkung (Verlust der Sammlungen!). 5 Die Brandgase sind in der Lage, weitere organische Gegenstände im Raum zunächst pyrolytisch aufzubereiten und dann zu zünden. Daraus resultiert die Dynamik, mit der sich das Brandgeschehen auf die vorhandenen brennbaren Stoffe ausweitet. 6 Ein kg fester Brennstoff kann immerhin bis zu 3000 m3 Rauch bilden! 7 Brandmeldekabel sind eine Sonderform der Wärmemelder und werden zur Überwachung von Kabelkanälen, in denen einem eventuellen Schwelbrand eine langsame Temperaturentwicklung

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vorangeht, eingesetzt. Sie werden mit dem Kabelverbund mitgeführt und übermitteln bei einer gewissen Temperatursteigerung ein Signal. Vorsicht: Manche Hersteller weisen die Empfindlichkeit in % / ft aus, so dass Umrechnungsunterschiede zu beachten sind. Vgl. dazu Wüthrich 1993. AlgoRex. Der Quantensprung in der Brandmeldetechnik. In: Interaktiv. Firmenschrift der Fa. Cerberus Ristow GmbH, Karlsruhe. o. J. Fuhrmann 1992. Vgl. dazu Fireray 1999. »Nutzen Sie unsere Nase. Rauchansaugsysteme für besonderen Brandschutz«. Firmenblatt der Fa. Securiton AG, Zollikofen. o. J. Vgl. Impulse, Heft 1/1999. Aus Firmenprospekt Notifier zu VIEW Laser-Brandmeldersystem. Aus CERBERUS-Information HSD 24.

Literatur CERBERUS (o. J.): CERBERUS-Information HSD 24. Dembski, G. (1999): »Brandschutz in Gemäldegalerien«. In: Brandschutz in historischen Bauten. Tagungsband zum 1. Brandschutzseminar der Schönbrunn Akademie, Schloß Schönbrunn, 30. April 1999. Arbeitsmaterialien Nr. 8. Fireray (1999): Lineare Rauchmelder im praktischen Einsatz. Sonderdruck ES 5/99, Wuppertal: Firmenschrift Ingenieurbüro Hansgeorg Rosin. Fuhrmann, H. (1992): Gefahrenmeldesysteme. Technik und Strukturen. Heidelberg: Hüthing. Impulse (1999): Firmenschrift der Fa. WAGNER Alarm- und Sicherungssysteme GmbH, Langenhagen, Heft 1/1999. Klingsohr, K. (41994): Vorbeugender baulicher Brandschutz. Stuttgart: Kohlhammer. Wüthrich, A. (1993): »Kombinierte Melder (Mehrsensortechnik). In: Brandmeldeanlagen«. Tagungsband zur VdS-Fachtagung am 15. Dezember 1993 in Köln.

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Innovative Feuerlöschsysteme im Rahmen der Sicherheit für Kunst und Kulturgut

Einleitung Der Schutz unwiederbringlicher Werte bzw. von Kunst- und Kulturgütern ist ein fester Bestandteil umfassender Risikoanalysen auf dem Gebiet der Einbruch-, Diebstahlsicherung und des vorbeugenden sowie abwehrenden Brandschutzes. Inhalt dieses Beitrages ist die Darstellung der Möglichkeiten zum Schutz von Kunst- und Kulturgütern vor den von Bränden ausgehenden Gefahren mittels stationärer automatischer Wasser- und Inertgas-Löschanlagen. Es wird ein Ausblick auf weitere Löschtechniken gegeben, insbesondere aber sollen die möglichen Sekundärwirkungen der vorgestellten Arten von Löschtechniken auf die Kunst- und Kulturgüter als auch deren Löschwirkungen herausgearbeitet werden. Dieser Beitrag soll im Rahmen noch zu leistender Fachdiskussionen zum Nachdenken über den Einsatz verschiedener Löschmittel bei Kunst und Kulturgut anregen. Das heute erreichte anlagentechnische Niveau sowie ein gewachsenes theoretisches Verständnis des Wirkmechanismus der verschiedenen Löschmittel in ihrer Wechselwirkung mit der Flammensäule / Heißgasströmung ermöglicht auch ihren Einsatz in »kritischen« Bereichen. Zu Beginn einer Löschanlagenauswertung und ihrer risikogerechten Dimensionierung und Gestaltung erfolgt die Ermittlung aller erforderlichen Auslegungskenngrößen (s. Anhang 1 auf S.

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139f.). Diese Auslegungskenngrößen bestimmen unmittelbar die verschiedenen Parameter einer stationären automatischen und halbautomatischen Feuerlöschanlage (s. Anhang 2 auf S. 140).

Wassernebel Hoch- und Niederdruck – die Rückkehr des Löschmittels Wasser Dem Wasser kommt eine besondere Bedeutung als Löschmittel zu, besonders wenn man bedenkt, dass 80-90 % aller Brände mit diesem Löschmittel gelöscht bzw. kontrolliert werden können. Ende der 1980er / Anfang der 1990er Jahre begann auf Grund des Verbots von Halon als Feuerlöschmittel eine verstärkte Suche nach effektiven Löschmitteln und -methoden mit einer möglichst hohen Personensicherheit. Eine Richtung war die Erhöhung der Effektivität der Brandbekämpfung in Verbindung mit einer effektiveren Ausnutzung des Löschmittels Wasser durch das Aufgreifen einer Idee zur feinsten Zerteilung des Wassers in Löschmittelstrahlen durch spezielle Erzeugungsverfahren. Besonders die technischen Entwicklungen bei den Löschdüsen und Pumpen sowie das gewachsene theoretische Verständnis vom Wirkmechanismus diffuser Wasser-Löschmittelstrahlen bei ihrer Wechselwirkung mit der Flammensäule / Heißgasströmung hat zur Verbesserung der Löschanlagentechnik durch die Erzeugung feinster Wassersprühstrahlen geführt. Stand der Technik und Richtlinien Ende der 1980er / Anfang der 1990er Jahre wurden auf Grund der oben genannten technischen Entwicklungen die unterschiedlichsten volumenwirksamen stationären automatischen und halbautomatischen Wasservernebelungsanlagen bzw. Wasserfeinstsprühtechniken am Markt eingeführt. Diese stationären Wasser-Feuerlöschanlagen bringen das Löschwasser mit einer großen spezifischen Oberfläche horizontal oder vertikal als auch in Kombinationen beider Richtungen auf den Brandherd. Ebenso wie die konventionellen stationären WasserLöschanlagen lässt sich diese Löschanlagentechnik durch verschiedene Klassifizierungsmerkmale charakterisieren. Ihre zwei

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➔ Innovative Feuerlöschsysteme

grundlegenden Einteilungskriterien basieren auf dem Zerteilungsgrad des Wassers im Löschmittelstrahl sowie auf der Stärke des an den Löschdüsen vorhandenen Betriebsnenndrucks. Diese Einteilung auf der Basis der Düsenspezifikationen wird durch die Abbildung in Anhang 3 (S. 141ff.) dargestellt. Wie man bereits aus der systematischen Klassifizierung der Wasseraerosol-, Wassernebel- sowie Wassersprühnebel-Feuerlöschtechnik erkennt, ist die Erarbeitung allgemein gültiger Richtlinien und Vorschriften für diese Art der stationären Löschanlagentechniken sehr differenziert zu betrachten. Der Einsatz einer bestimmten Düsenart, dem Kernelement dieser Löschanlagentechnik, führt unter Beachtung des vom Löschanlagenbetreiber definierten Schutzzieles (Brandlöschung, Brandkontrolle, Brandsperre, Rauchgas- und Wärmebindung) sowie der brandspezifischen Einflussfaktoren (sicherheitstechnische Kennwerte zur Beschreibung des Brandablaufes, Brandausbreitung, Strahlungs- und Konvektionswärmeanteil, Lüftungsverhältnisse, Brandstoffanordnung, bauliche und technologische Besonderheiten) zwangsläufig zu unterschiedlichen Dimensionierungsgrundsätzen und damit Gestaltungen der Löschanlagen sowie der Gesamtbrandschutzkonzepte. Diesen Grundlagen geschuldet ist auch der Umstand, dass es weltweit unterschiedliche wissenschaftliche Grundauffassungen zu und praktische Herangehensweise an folgende Fragen gibt: • •

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Fragen der brandstoffabhängigen effektivsten Brandlöschung im Löschmittelstrahl der während des Löschvorganges wirkenden Löschmechanismen(Inertisierung,Kühlung,Trennung,Verdünnung,heterogene Inhibition), der für die Erzeugung günstiger Tropfengrößen erforderlichen Düsenkonstruktion sowie der Betriebsnenndrücke an den Löschdüsen, der risikogerechten Anlagengestaltung, der erforderlichen raum- bzw. volumenbezogenen Mindestlöschintensitäten und weiterer sich daraus ableitender brandschutztechnischer Probleme.

Die unterschiedliche Beantwortung dieser Fragen führt zu unterschiedlichen Herangehensweisen an die Erarbeitung brandschutz-

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technisch relevanter Richtlinien und Vorschriften, was sich deutlich an den derzeit existierenden Entwürfen und Standards ablesen lässt. Hier sind zu nennen: • •

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NFPA 750 »Standard for the Installation of Water Mist Fire suppression systems«. SP1 / 96 zu VdS 2109 08 / 90 »Richtlinien für SprühwasserLöschanlagen – Planung und Einbau (Sprühwasserlöschanlagen mit Feinsprühdüsen)«. Richtlinien für Feinsprüh-Löschanlagen in Ergänzung zu VdS 2109 – Planung und Einbau (Entwurf 11 / 97). Richtlinie VdS 2562 »Verfahren für die Anerkennung neuer Löschtechniken«. IMO – Fire-fighting systems – »Fixed water-spraying systems for vehicle decks on ro-ro passenger ships«. IMO – Fire-fighting systems – »Local fire extinguishing system for machinery spaces«. IMO – Fire-fighting systems – »Fire-fighting systems in machinery and other spaces«. ISO 6182-9 »Requirements and test methods of test for water mist nozzles«. VdS 2498 »Anforderungen und Prüfmethoden für Feinsprühdüsen«.

Alle hier aufgeführten Unterlagen sind über das Entwurfsstadium hinaus, haben aber unterschiedliche Ansatzpunkte und Zielsetzungen. Richtlinieninhalte und Bemessungsgrundlagen Die verschiedenen zur Zeit existierenden Richtlinien haben folgende Inhalte: •

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Technische Anforderungen und Prüfmethoden für Bauteilekomponenten, insbesondere der Speziallöschdüsen. Die Zulassung der Löschdüsen kann dabei auch von der Durchführung entsprechender Löschversuche abhängen. Anforderungen an die Dimensionierungskenngrößen, z. B. der Mindestlöschintensität in Abhängigkeit der vom Brand freigesetzten Wärmemengen (Wärmestrom), Strömungsgeschwindig-

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➔ Innovative Feuerlöschsysteme

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keiten und Rohrleitungs- sowie Düsendrücke, Löschwasserqualität, Pumpen- und Druckbehälter, Filtration, Branddetektion usw. Festlegungen zur Branddetektion und Löschanlagensteuerung. Vorgaben der Löschdüsenanordnungen und Mindestbetriebszeiten für verschiedene Anwendungsgebiete. Definition möglicher Schutzziele und der dafür erforderlichen Bemessungsgrundlage in Abhängigkeit vom Wärmestrom, der Geschwindigkeit der Brandgase und Tropfen in der Termiksäule, der Tropfenverdampfung und des Stoffaustausches. Grundlagen zur Durchführung von Löschversuchen im Rahmen einer Bauteile- und Systemprüfung (Systemanerkennung). Festlegung von Testbedingungen für spezifische Anwendungen in Abhängigkeit der Raumvolumina und typischer Brandszenarien.

Theoretischer und praktischer Ausgangspunkt in den Richtlinien für die technische Bemessung der stationären automatischen sowie halbautomatischen Feinsprühlöschanlagentechniken sind folgende Kennwerte: 1. Art der Löschdüse und gewähltes Aufbringungsverfahren des Löschwassers auf den Brandherd. Dabei wird zwischen einer Schwerkraftaufbringung und einer Aufbringung des Löschwassers im Zuluftstrom unterschieden. 2. Die Geometrie des Raumes, die Raumgröße, die Ventilationsbedingungen sowie Brandstoffanordnung und Brandablauf im Wirkbereich der Feuerlöschanlage. 3. Die gewählte Löschtechnik im Nieder-, Mittel- und Hochdruckbereich und die damit an den Löschdüsen erzeugten Tropfengrößen. 4. Die vom Brand freigesetzte Wärmemenge (Wärmestrom) und die sich daraus ergebenden Einflüsse auf die Wechselwirkung des von der Löschdüse erzeugten Tropfenschwarmes in Wechselwirkung mit der aufsteigenden Flammensäule / Heißgasströmung (Thermiksäule).

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Anwendung Die in den Punkten 1 bis 3 beschriebenen Aspekte führen bzw. führten dazu, dass für eine spezifische Anwendung als Objektund / oder Raumschutz umfangreiche Löschversuche durchgeführt werden müssen. Die praktisch ermittelten Versuchsergebnisse sind jedoch nicht ohne weiteres auf andere Einbaubedingungen und Brandstoffe übertragbar. Hier bedarf es der Entwicklung einfacher empirischer Auslegungskenngrößen auf der Basis theoretischer, strömungstechnischer, thermodynamischer und physikalischer Zusammenhänge, wobei die sich bereits abzeichnenden Grenzen aus anwendungstechnischer Sicht zu berücksichtigen sind. Für die Ausbildung der einzelnen möglichen Löscheffekte sind verschiedene miteinander korrespondierende Faktoren zu beachten. In einer Vielzahl von Löschversuchen an Brandobjekten im Maßstab 1:1 konnte nachgewiesen werden, dass für die Ausbildung der einzelnen Löscheffekte in Synergie drei Energiebereiche unterschieden werden können: Bereich 1: Wärmestrom ≤ 400 kW, Bereich 2: Wärmestrom > 400 bis ≤ 1.000 kW, Bereich 3: Wärmestrom ≥ 1.000 kW. Besonders die beiden Hauptlöscheffekte Kühlung und lokale Inertisierung (heterogene Inhibition) werden in Abhängigkeit vom Wärmestrom am Brandherd unterschiedlich stark ausgebildet. Der Anteil einer lokalen Inertisierung nimmt vom Bereich 1 bis zum Bereich 3 zu. In den Bereichen 1 und 2 überwiegt der Kühleffekt in der Flammenzone und auf der Brandstoffoberfläche. Durch eine lokale Inertisierung können kurzzeitig im Wärmestrombereich 3 am Brandherd Sauerstoffkonzentrationen von 12-14 Vol. % erreicht werden. Die Zuluft zum Brandherd sowie die den Brandherd umgebende Raumluft muss mit 100 % relativer Luftfeuchte gesättigt sein. Um auch Brände in den Wärmestrombereichen 1 und 2 ohne eine durch einen Brand eintretende Sauerstoffkonzentrationsverminderung erfolgreich löschen zu können, ist im Löschmittelstrahl eine Mindesttropfendichte von ≥ 0,6 l / m3 zu realisieren. Mit diesem Wert wird eine Abnahme der Tropfenkonzentration im Löschmittelstrahl bei seiner Bewegung zum Brandherd durch Impulsabbau berücksichtigt. Je höher der Wärmestrom, desto niedri-

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ger wird die im Löschmittelstrahl erforderliche Mindesttropfendichte, so dass für Wärmeströme weit über 1 MW 0,3-0,4 l / m3 ausreichend sind. Dies ist aber im Hinblick auf eine risikogerechte Dimensionierung und Gestaltung der stationären Wasserfeinsprühtechniken für die Entstehungsbrandphase nicht praxisrelevant. Werden Wassertropfen mit Durchmessern ≤ 400 µm erzeugt, so erfolgt nach 0,3-1,2 m vor der Düsenaustrittsöffnung eine Abbremsung der Wassertropfen auf ihre spezifische Schwebegeschwindigkeit. Mit dem Erreichen der tropfengrößenabhängigen Absetzgeschwindigkeit fallen die Wassertropfen durch die Veränderung des an den Wassertropfen vorhandenen Kräftegleichgewichtes aus dem Löschmittelstrahl. Die Tropfendichte im Löschmittelstrahl wird verringert. Im Rahmen des Einsatzes feinst zerteilten Wassers in der stationären Brandschutztechnik muss von einem turbulenten Freistrahl der freien Strahlturbulenz bei seiner Bewegung in einem praktisch unbegrenzten Raum ausgegangen werden. Bei einer Strahlfreisetzung werden 1 % der kinetischen Energie für die Oberflächenvergrößerung eingesetzt, 10 % der Energie den Tropfen als kinetische Energie und 89 % der kinetischen Energie für die Beschleunigung der Umgebungsluft zugeführt. Der Reichweite des Löschmittelstrahles sind durch eine alleinige Steigerung des Düsendruckes unter Berücksichtigung des Wasservolumenstromes sowie Sprühwinkels bei ca. 6 MPa Grenzen gesetzt. Die zum Einsatz gelangenden Löschdüsen sollten im Niederund Mitteldruckbereich Sprühwinkel von 90˚-140˚ und im Hochdruckbereich Sprühwinkel von 60˚-90˚ aufweisen. Die in der Praxis realisierbaren größten Reichweiten des Löschmittelstrahles liegen in allen Druckbereichen für eine Löschmittelzuführung zum Brandherd über die Zuluft bei 3-5 m und über die Schwerkraft bei 5-7 m. Eine Erhöhung der Reichweite des Löschmittelstrahls durch alleinige Steigerung des Düsendruckes stellt keine geeignete Maßnahme dar und würde zu anlagentechnischen Überdimensionierungen führen. Es kann festgehalten werden, dass ab einem Düsendruck von 6 MPa einer weiteren Verkleinerung der Wassertropfen im Löschmittelstrahl bei gleichzeitiger Geschwindigkeitserhöhung Grenzen gesetzt sind und ein nennenswerter Einfluss auf das Löschergebnis nicht gegeben ist. Die Erzeugung von Löschmittelstrahlen mit mög-

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lichst kleinen Wassertropfen für eine hohe spezifische Oberfläche und mit hohem Wärmebindungsvermögen durch Verdunstung / Verdampfung am Brandherd stellt wegen des hohen Energieaufwandes bei geringer Löscheffektivitätssteigerung keine geeignete Maßnahme dar. Hierbei sind Effekte zu berücksichtigen, die sich aus dem Erreichen der Kühlgrenztemperatur im Raum oder der Leidenfrost’schen Temperatur auf heißen Betriebsmitteloberflächen während der Wechselwirkung des Löschmittelstrahls mit der aufsteigenden Flammensäule / Heißgasströmung ergeben. Obwohl unter bestimmten Bedingungen die vorhandenen kleineren Tropfendurchmesser schneller ablaufende strömungstechnische und thermodynamische Vorgänge im Laufe des Löschprozesses zur Folge haben, sind weitere anlagentechnische Besonderheiten zu beachten. Durch das Erstellen von Löschintensitäts- / Löschzeit- sowie Löschintensitäts- / Tropfengrößen-Diagrammen können in Abhängigkeit von den im Druckbereich erzeugten mittleren Tropfendurchmessern die günstigsten brandstoffspezifischen Tropfendurchmesser für die effektivste Brandlöschung ermittelt werden. Die Durchdringungsfähigkeit von Wassertropfen mit einem Durchmesser von ≤ 800 µm gegenüber der aufsteigenden Flammensäule / Heißgasströmung ist nur eine Funktion des Tropfendurchmessers und des Düsendrucks. Wassertropfen mit einem Durchmesser von ≤ 50 µm und einer Dichte von 0,1 l / m3 im Löschmittelstrahl ermöglichen die Erzeugung quasistationärer Nebel mit kurzen Verweilzeiten. Als weitere Eigenschaften der Wassertropfen in Abhängigkeit vom mittleren Tropfendurchmesser sind zu nennen: •

• • •

Tropfen ≤ 150 µm treten ab einem Wärmestrom von ca. 400 kW in Wechselwirkung mit der aufsteigenden Flammensäule / Heißgasströmung, Tropfen > 150 µm treten je nach Höhe des Wärmestromes noch in Wechselwirkung mit der Brandstoffoberfläche, die größtmögliche Absorption der Wärmestrahlung erfolgt mit Tropfendurchmessern von > 50 bis ≤ 100 µm, Tropfen mit Durchmessern ≤ 50 µm haben einen hohen Anteil der Reflexion der Wärmestrahlung gegenüber einem niedrigeren Absorptionsanteil zur Folge,

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•

• • •

ein Tropfengrößenbereich von 400-600 µm ist für Brandstoffe der Brandklasse A und von 100-350 µm für Brandstoffe der Brandklasse B bzw. Gefahrklasse A und B nach der Verordnung über brennbare Flüssigkeiten (VbF) in Bezug auf eine effektive Brandlöschung anzuwenden, Tropfen mit einem Durchmesser von ≤ 100 µm sind geeignet zur Löschung von Bränden der Brandklasse C, für die Brandlöschung niedrig siedender Öle und Fette liegt die günstigste Tropfengröße im Bereich von 280-500 µm, Brände höher siedender Öle und Fette werden mit Tropfengrößen von 450-600 µm am effektivsten gelöscht.

Aus der Kenntnis des effektiven Tropfendurchmessers bzw. Tropfengrößenbereichs ergeben sich unter Berücksichtigung des Brandstoffs für die Brandbekämpfung Besonderheiten hinsichtlich der Anwendung einer bestimmten Löschtechnik. Die Anwendung des günstigsten Tropfendurchmesserbereiches muss einhergehen mit einer risikogerechten Dimensionierung und Gestaltung der automatischen stationären Feinsprühlöschanlagentechnik sowie der brandstoffspezifischen Mindestlöschintensität. Durch die infolge der kleinen Tropfendurchmesser im Löschmittelstrahl vorhandenen volumen- bzw. raumwirksamen Wirkmechanismen während der Brandlöschung kann die brandstoffabhängig zu realisierende Mindestlöschintensität in l / (m3 · min) angegeben werden. Für die verschiedenen Wasservernebelungs-Löschtechniken kann anhand von Löschversuchen (unter Berücksichtigung der Düsenleistungparameter) die raum- bzw. volumenbezogene Mindestlöschintensität [l / (m3 · min)] in Anlehnung an die versicherungstechnische Einteilung der Brandrisiken in Risikoklassen (Brandgefahrenklasse BG) für den Schutz von Kunst und Kulturgütern angegeben werden (vgl. Tabelle 1). Aus Tabelle 1 ist erkennbar, dass mit der Abnahme der Tropfengröße, der Erhöhung der kinetischen Energie bei der Freisetzung des Löschmittelstrahls und für eine hohe Tropfendichte eine vielfach höhere Löscheffizienz für verschiedene Anwendungsgebiete vorhanden ist. Damit kann oft nicht nur die Mindestlöschintensität verringert werden, sondern auch die Löschzeit. Für die Erfüllung des Schutzzieles und Schutzumfanges sind im Wirkbereich der Feuerlöschanlage noch weitere Einsatzbedingungen zu realisieren:

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Tabelle 1: Auswahl volumenbezogener Mindestlöschintensitäten in Abhängigkeit von der Brandgefahr und Düsenleistungsparameter für die Feinsprühlöschanlagentechniken Düsenleistungsparameter Parameter

Niederdruck Einstoff

Zweistoff

Druck in bar

4-8

12 - 14

3-5 Wasser

Tropfengrößenbereich in µm

20 - 200

60 - 150

Durchflussrate 8 - 65 in l / min Sprühwinkel in ˚

90 - 140

3,5 - 5,5 Gas

Mittel-

Hoch-

druck

druck

30 - 40

60 - 80

5 - 200

20 - 200

20 - 150

11 - 45

2,5 - 20

3 - 40

3 - 20

60 - 90

90 - 120

90 - 120

60 - 90

Volumenlöschintensität in l / (m3 · min) Brandgefahr

Niederdruck

in bar

Einstoff 4-8

12 - 14

MittelZweistoff

3-5 Wasser

3,5 - 5,5 Gas

druck

Hochdruck

30 - 40

60 - 80

BG 1

2,50

1,75

1,90

1,50

1,00

BG 2.1

3,00

2,10

2,25

1,80

1,20

• • •

• •

•

die allseitige und möglichst homogene räumliche Löschmittelbeaufschlagung mit einer Mindestlöschintensität, die Vermeidung von Luftturbulenzen infolge Parallelströmungen zur aufsteigenden Flammensäule / Heißgasströmung, ein Verhältnis von ≥ 0,3 zwischen der Wärmefreisetzungsrate des Brandes zum Wärmebindungsvermögen durch das Löschmittel, die direkte Löschmittelbeaufschlagung verdeckter Raumbereiche (Sprühschatten), die Unterschreitung einer Geschwindigkeit der Luftquerströmung am Brandherd von ≤ 3 m / s bezogen auf den Strömungsquerschnitt des Löschmittelstrahles, die Unterschreitung einer Nettoöffnungsfläche des Raumes von ≤ 25 % gegenüber der freien Umgebung,

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•

die Realisierung ökonomisch sinnvoller Wirkbereiche oder Wirkteilbereiche in Abhängigkeit vom Erzeugungsverfahren, der Löschdüsenkonstruktion, der Löschmittelzuführungszeiten, der Gleichzeitigkeit der Löschmittelbeaufschlagung, der Branddetektionszeiten, der Mindestbetriebszeiten, der Löschdüsenanordnung und der Zuführungsart des Löschmittels.

Ausgehend von der Entstehungsbrandphase und damit von der Höhe der durch den Brand freigesetzten Wärmemenge ergeben sich bei der Realisierung eines Raum- oder Objektschutzes bestimmte Löschwasserausnutzungsgrade am Brandherd (vgl. Tabelle 2).

Tabelle 2: Löschwasserausnutzungsgrad am Brandherd in Abhängigkeit von der freigesetzten Wärmemenge und dem Druckbereich Vom Brand freigesetzte Wärmemenge in [kW]

Ausnutzungsgrad des Löschwassers am Brandherd in % Niederdruck

Mitteldruck

Hochdruck

Objekt

Raum

Objekt

Raum

Objekt

Raum

≤ 400

32

25

35

25

40

30

> 400 - < 1.000

55

40

55

40

60

45

≥ 1.000

75

55

80

60

80

65

Die praktische Umsetzung dieser Einsatzbedingungen erfordert die Kenntnis der baulich / technologischen Besonderheiten, der Verteilung und Anordnung der Brandstoffe einschließlich der Brandlasten, der Lüftungsverhältnisse und der sicherheitstechnischen Kennwerte zur Beschreibung des Brandablaufes anhand des Brandverhaltens der Brandstoffe im Wirkbereich der Feuerlöschanlage. Wie man aus den genannten Aspekten erkennt, ist mit einer Wasserbeaufschlagung der Kunst und Kulturgüter zu rechnen. Diese Wasserbeaufschlagung stellt aber auch unter Berücksichtigung der Mindestbetriebszeiten für die Feuerlöschanlagen nur einen Bruchteil der heute üblichen bzw. erforderlichen Wassermengen dar. Die Löschwasserreduzierung kann bei richtiger, risikoge-

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recht dimensionierter und gestalteter Löschanlagen im Vergleich zur konventionellen Löschanlagentechnik für vergleichbare Anwendungen 40-60 % betragen. Die in Tabelle 3 aufgeführten Feinsprühlöschanlagentechniken sind heute versicherungstechnisch bewertbar. Tabelle 3: Bisher versicherungstechnisch anerkannte Feinsprühlöschanlagentechniken Firma und Zertifizierer

FeinsprühLöschanlagentechnik

Securiplex – FIRE-SCOPE 2000 durch FMRC

Niederdruck mit Zweistoffdüsen

TOTAL WALTHER – MicroDrop® durch VdS

Niederdruck mit Einstoffdüse

Fa. Marioff Oy Hochdruck mit Einstoffdüsen – Hi fog durch FMRC und IMO SEMCO-Marine – Sem Safe durch FMRC und IMO

Hochdruck mit Einstoffdüsen

Heien Larssen – Flexi FOG (ABB) durch FMRC

Niederdruck mit Rotationszerstäuber

Grinnell – Aqua Mist® durch FMRC und IMO

Niederdruck mit Einstoffdüsen

Fogtec – Fogtec® durch IMO

Hochdruck mit Einstoffdüsen

Löschsysteme aus reinen Inertgasen oder Inertgasgemischen – wie, wo und wann nicht? Die Löschwirkung der Inertgase beruht auf einer für den jeweiligen Brandstoff zu unterschreitenden sicheren löschfähigen O2-Konzentration. Diese Einsatzkonzentrationen sind je nach Löschmittel un-

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ter Berücksichtigung der chemisch-physikalischen Eigenschaften unterschiedlich. Alt bewährt ist hier der Einsatz des Löschmittels Kohlendioxid unter hohem Druck als Hochdruckverfahren (15˚C, 60 bar, flüssige Lagerung in Stahlflaschen) und unter niedrigem Druck als Niederdruckverfahren ab 2.000 kg erforderliche Einsatzmenge (-20˚C, 20 bar, flüssige Lagerung in isoliertem Tank). Ein Problem, welches sich besonders beim Einsatz dieses hervorragenden Löschmittels zeigt, ist die toxische Wirkung des Kohlendioxids ab Einsatzkonzentrationen von über 8 Vol. %. Beachtet man die Mindesteinsatzkonzentration von 34 Vol. % Kohlendioxid, ist eine Personengefährdung bei Einsatz des Löschmittels im Brandfalle oder im Täuschungsalarmfalle immer gegeben. Deshalb sind hier nach ZH1 / 206 (BG-Richtlinie) besondere Personenschutzmaßnahmen erforderlich. Für den Einsatz dieses Löschmittels sind unter Berücksichtigung der Besonderheiten für den Schutz von Kunst- und Kulturgütern folgende Vor- und Nachteile zu berücksichtigen: Vorteile: • Günstiger Einstiegspreis für Anlagen und Löschmittel. • Geringste Unterhaltskosten und geringster Platzbedarf von allen zugelassenen Inertgasen bzw. Inertgasgemischen. • Gute physikalische Eigenschaften für den Einsatz als Löschmittel. Nachteile: • Taupunktsunterschreitung der Luft unter Bildung von Nebel. • Höhere Dichte als die Umgebungsluft und damit vor allem für tief liegende Schutzbereiche schwierig zu beseitigen. • Temperaturabsenkung im Raum während Flutung auf Temperaturen von -20˚C bis -40˚C. • Austrag von Feuchtigkeit in Form von Eisschnee. Durch die Halonverbotsordnung sind weitere Hochdruckgase neben Kohlendioxid auf dem Markt etabliert worden, z. B. Argon, Stickstoff, Mischungen aus Argon / Stickstoff (Argonite™) sowie Mischungen aus Argon / Stickstoff / Kohlendioxid (INERGEN™). Diese Löschmittel werden als Hochdruckgase in Stahlbehälter

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unter Drücken von 150 bar, 200 bar oder vereinzelt schon mit 300 bar eingesetzt. Die Unterschiede der einzelnen Löschmittel liegen im physikalisch-chemischen Verhalten und in der Atembarkeit für den Menschen bei einer O2-Konzentration im geschützten Bereich von 8 Vol. % ohne Berücksichtigung von toxischen Rauch- und Brandgasen im Brandfalle. Für den Einsatz von Argon und Stickstoff sowie daraus hergestellten Inertgasgemischen ergeben sich die nachfolgend aufgeführten Vor- und Nachteile. Vorteile: • Verfügbarkeit für reine Inertgase gegeben. • Keine Taupunktsunterschreitung der Luft und damit keine Nebelbildung. • Trockenes Löschmittel. • Temperaturabsenkung im Raum während der Flutung um 46˚C. • Problemlose Entsorgung über Außenluft durch Dichte möglich (Einschränkung bei reinem Argon ist gegeben). Nachteile: • Keine automatische Atmungsstimulation im Einsatzfall oder Täuschungsalarmfall, d. h. Personenschutz erforderlich. • Höhere Inertgaskonzentration für die Brandlöschung gegenüber Kohlendioxid erforderlich. • Höherer Platzbedarf für die Löschmittelbevorratung gegenüber Kohlendioxid notwendig. • Druckreduzierung vor dem Verteilerrohrnetz nach dem Sammelrohr auf maximal 60 bar. Bei Zusatz von Kohlendioxid zu Argon und Stickstoff wird unter Berücksichtigung einer speziellen prozentualen Mischung eine automatische Atmungsstimulation im Alarmzentrum des Menschen bei O2-Konzentrationen bis 8 Vol. % und maximal CO2-Konzentration in der löschfähigen Atmosphäre bis 5 Vol. % erreicht. Dies kann durch entsprechende medizinische Gutachten belegt werden. Unter Berücksichtigung einer Toleranz der O2-Konzentration in mit Inertgas beaufschlagten Räumen kann hier auf Personenschutzmaßnahmen, wie sie beim Einsatz von Stickstoff, Argon sowie deren Gemischen für O2-Konzentrationen bis 10 Vol. %

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notwendig sind, verzichtet werden. Lediglich eine Vorwarnzeit von 10 Sekunden sollte vorgesehen werden, um Personen auf die bevorstehende Flutung des Löschmittels vorzubereiten. So können Stress- und Paniksituationen weitestgehend vermieden werden. Unter Berücksichtigung der verschiedenartigen Kunst- und Kulturgüter liegen je nach eingesetztem Löschmittel die löschfähigen Sauerstoffkonzentrationen überwiegend im Bereich zwischen 13 und 16 Vol. %, also bei einer Inertgaseinsatzmenge, bei der eine automatische Atmungsstimulierung beim Menschen durch den Einsatz spezieller Inertgasgemische einen entschiedenen Vorteil darstellt. Berücksichtigt man die Löschfähigkeit nach physikalischen und chemischen Gesichtspunkten, so ergibt sich bei der Ermittlung zur Brandlöschung eine erforderliche Inertgaskonzentration im Gemisch fester Brandstoff, Inertgas, Luft folgende Wichtigkeit gegenüber dem Kohlendioxid: • • •

INERGEN™ Stickstoff (N2) Argon (Ar)

[+7,5 %] [+ 7,5 %] [+ 12,5 %]

Dabei steigt die erforderliche Inertgaskonzentration von Kohlendioxid über Stickstoff bis Argon stetig an. Dieser theoretische Ansatzpunkt wurde durch entsprechende Löschversuche, die die Industrie in Zusammenarbeit mit dem Verband der Schadensversicherer durchführte, bestätigt. Beim Einsatz von Inertgasen in geschlossenen Räumen kommt es durch das Einbringen des Löschgases zu einer Raumdruckerhöhung, da diese Löschtechnik vom Grundsatz her ein Sauerstoffverdrängungsverfahren und damit letztendlich Raumluftverdrängungsverfahren darstellt. Für einen Druckabbau auf Umgebungsdruck bzw. normalen Luftdruck ist daher der Einsatz von Druckluftentlastungsöffnungen erforderlich, welche nach einer bestimmten Flutzeit gewichtsbelastet oder energiegesteuert bei Druckausgleich wieder schließen müssen. Auf Grund der höheren Einsatzmengen für die Hochdruckgase gegenüber dem Löschmittel Kohlendioxid sind größere Öffnungsflächen erforderlich. Im Regelfall wird die Druckentlastungsfläche so ausgelegt, dass ein maximaler Raumüberdruck von 1 mbar nicht überschritten wird. Überdrücke bis 5 mbar können bei entspre-

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chender stabiler Ausführung der raumbegrenzenden Wände im Einzelfall zugelassen werden. Die Druckentlastungsöffnung wird auf den maximal möglichen Massenstrom des Löschgases zu Flutungsbeginn ausgelegt und darf im Normalfall nicht in einen so genannten »gefangenen« Raum führen, d. h., die Entlastung hat in das Freie zu erfolgen. Im zu prüfenden Einzelfall kann aber auch eine Entlastung zu »gefangenen« Räumen erfolgen. Hier muss aber besonders der Personenschutz unter Beachtung der während der Entlastung freigesetzten Rauch- und Brandgase berücksichtigt werden. Auch an den Einbruch- und Diebstahlschutz ist zu denken. Vor der Installation von Inertgasfeuerlöschanlagen ist ein ganzheitliches Löschanlagenkonzept anhand der Risikoanalysen für den zu schützenden Bereich zu erarbeiten. Bestehende und neu zu bauende Anlagen werden abweichend zu den einschlägigen Normen und Richtlinien wie folgt ausgelegt: •

•

•

• •

Einströmung von 80 % der Mindestlöschmittelmenge (= löschfähiger O2-Konzentration) bzw. Unterschreitung von 13,8 Vol. % Sauerstoff in 120-240 Sekunden. Mindesthaltezeit einer Sauerstoffkonzentration unter 13,8 Vol. % nach der Löschmittelflutung von 10 bis maximal 20 Minuten. Richtige Anordnung der Löschdüsen zu den Kunst- und Kulturgütern (Düsendruck ca. 40 bar) einschließlich des evtl. Einsatzes von Objektschutzdüsen mit gerichtetem Löschmittelstrahl. Mindestvorwarnzeiten bei erforderlichen Personenschutzmaßnahmen von 20 Sekunden. Einsatz- und Reserveschaltung der Löschanlage ermöglichen.

Das Löschanlagenkonzept muss immer mit den anderen Maßnahmen des vorbeugenden sowie abwehrenden Brandschutzes koordiniert werden, z. B. wird das Löschmittel INERGEN™ (ein Inertgasgemisch aus Argon, Stickstoff und Kohlendioxid) bereits in folgenden Museen erfolgreich und zur Zufriedenheit der Kunden eingesetzt: • • •

Lutherhalle Wittenberg (Baujahr 1993) Depoträume der Semper-Galerie Dresden (Baujahr 1995) KIASMA Museum in Helsinki (Baujahr 1998)

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• •

Österreichische National-Bibliothek in der Wiener Hofburg (Papyree-Sammlung) (Baujahr 1998) Nationalarchiv der Tschechischen Republik in Prag (Baujahr 1998)

Der Einsatz von Inertgasfeuerlöschanlagen hat sich besonders bewährt für den Schutz von Archiven und Depoträumen. Die Ausstellungsflächen werden oft aus dem Schutz durch stationäre automatische Löschanlagen herausgenommen, zum einen aus Kostengründen, zum anderen auf Grund der räumlichen Komplexität und Variabilität der verschiedenen Ausstellungsräume sowie Ausstellungsflächen.

Möglichkeit der Dauerinertisierung brandgefährdeter Räume Im Gegensatz zu den bisher dargestellten Löschtechniken wird bei Anwendung einer permanenten Rauminertisierung durch ein niedriges Niveau an Sauerstoffkonzentration gewährleistet, dass eine Verbrennung nur schwer oder gar nicht durch Entzündung des Brandstoffes auftreten kann. Der Inertisierungseffekt beruht im Wesentlichen darauf, dass durch die Verringerung des Sauerstoffanteils im brennbaren Gemisch die Wärmefreisetzung aus der Verbrennungsreaktion gesenkt wird und dadurch eine Abnahme der Flammenfortpflanzungsgeschwindigkeit sowie eine Verengung der Zündgrenzen des Gemisches erfolgt. Dies kann z. B. für den speziellen Anwendungsfall, natürlich ebenfalls brandstoffspezifisch, durch eine Verringerung des Sauerstoffgehaltes in der Raumluft auf ca. 15 Vol. % erreicht werden. Diese Sauerstoffkonzentration führt noch nicht zu einer akuten Gefährdung von Personen, kann aber nicht ohne begleitende Sicherheitsmaßnahmen für den Menschen als Dauerzustand während der Arbeit akzeptiert werden, da zur Zeit bei Einsatz von Stickstoff keine Atmungsstimulation für den Sauerstoffmangel erfolgt. Die Inertisierung des Raumes wird durch Inertgas-Generatoren gewährleistet, die entsprechend der Inertgasdichte das Inertisierungsmittel in den Raum einbringen. Man stellt sich die Permanentinertisierung grundsätzlich in drei Betriebsformen vor:

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1. Die Grundinertisierung Der Sauerstoffgehalt wird auf ein Niveau gesenkt, das die Brennbarkeit der Stoffe im Raum deutlich reduziert und dabei den Aufenthalt von Personen unter Sicherheitsmaßnahmen erlaubt (O2-Gehalt ca. 15 Vol. %, stundenweise zwischen 13 und 14 Vol. %). 2. Die Vollinertisierung Die Sauerstoffkonzentration im Raum wird ständig unter einer löschfähigen Konzentration von 11-12 Vol. % gehalten. Diese Räume sollten für Personen nicht begehbar sein. Die Vollinertisierung ersetzt dabei die Löschanlage. 3. Die Grund- / Vollinertisierung für Bediener- / bedienerlosen Betrieb Dies stellt eine Kombination der Betriebszustände aus 1. und 2. dar. Das Niveau der Sauerstoffkonzentration wird in vorgegebenen Zeitintervallen geändert oder den Arbeitszeiten sowie arbeitsfreien Zeiten angepasst. Zu bedenken ist, dass trotz Grundinertisierung die Entstehung von Glimmbränden (bis 2 Vol. % O2) möglich ist. Deshalb wird bei einer Grundinertisierung der Einsatz stationärer automatischer Inertgas-Feuerlöschanlagen für eine schnelle Brandlöschung erforderlich. Die für die hier geschilderten Betriebszustände erforderlichen Inertgasmengen ergeben sich aus dem zu ersetzenden Luftvolumen zuzüglich der Leckverluste, die infolge des erforderlichen Überdruckes im Raum entstehen. Die Überdrücke sollen zwischen 1-2,5 kPa betragen. Bei Anwendung dieser Form der Inertisierung (Verdrängungsverfahren bzw. Mischverfahren) sind folgende Voraussetzungen zu erfüllen: • • •

die Zündgrenzen sowie der maximal zulässige O2-Gehalt für die Brandstoffe oder den Brandstoff müssen bekannt sein, das Inertgas muss wasserfrei sein und darf nicht mit dem zu inertisierenden Medium reagieren, die ständige Sauerstoffkontrolle im System muss gewährleistet sein,

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➔ Innovative Feuerlöschsysteme

• • • •

die Versorgungssicherheit mit dem Inertgas muss vorhanden sein, das System sollte weitestgehend dicht sein, der Überdruck nach der Inertisierung sollte mindestens 0,1-0,8 kPa betragen, die Einführung des Inertgases sollte die allseitige Erfassung des Raumvolumens gewährleisten.

Ausblick: Möglicher Einsatz von Halonersatzstoffen Zurzeit existiert kein Löschmittel, das Halon auf Grund seiner Wirkungsweise, des chemisch-physikalischen Verhaltens und der daraus resultierenden Löschmittelkonzentrationen ersetzen könnte. Seit 1997 ist unter der Zulassungsnummer SP28 / 97 das Löschmittel Heptanfluorpropan für die Löschung von Brandstoffen der Brandklasse A und B zugelassen (Produktname FM 200). Es handelt sich hier ebenfalls um ein Halogen. Es ist ein gasförmiges Löschmittel, das unter einem Druck von 25 bar in Stahlflaschen flüssig gelagert wird. Die minimale Löschkonzentration L für die Brandklasse A wurde mit 5,8 Vol. % FM 200 ermittelt (ohne anlagentechnische Sicherheitsfaktoren und Fülltoleranzzumischung). Die maximale Detektionszeit sowie die Erstflutung des Löschmittels muss nach maximal 5 s erfolgen. Kann während dieser Zeit das Löschmittel nicht eingebracht werden, steigt die Anwendungskonzentration des FM 200 auf über 8 Vol. % an. Ab einer Löschmittelkonzentration von 9 Vol. % hat FM 200 eine leitend narkotische Wirkungsweise und besitzt ein kardiotoxikologisches Potenzial. Diese Konzentration ist für den Menschen nicht zumutbar. Der Löschprozess von FM 200 wird nachfolgend erläutert. Dazu muss man zu dem Bild greifen, dass die Bindung zwischen den Atomen oder besser den Ionen eines Moleküls nicht als starr angesehen werden darf, sondern eher mit einer Spiralfeder zu vergleichen ist. Im kalten Zustand ist diese Bindung nahezu starr. Mit zunehmender Erwärmung treten Schwingungen dieser »Spiralfeder-Bindung« in translatorischer und rotierender Bewegung auf, bis schließlich die Bindung aufbricht und einzelne Atome (Ionen) oder Atomgruppen (Ionengruppen) aus dem Molekül herausbre-

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chen. Es ist bekannt, dass Fluorbindungen sehr viel Energie zugeführt werden muss, um sie zum Brechen zu bringen. Die Energie, die das bewirkt, ist die der Flammenreaktionszone entzogene konvektive und Wärmestrahlungsenergie. Da die Bindungen der sieben Fluorionen an die Kohlenstoffionen bzw. das Wasserstoffion des FM 200-Moleküls sehr stabil sind, kann FM 200 der Brandreaktion vor dem Aufspalten seiner Moleküle im hohen Maße Wärme entziehen. Daher handelt es sich beim Löschen mit FM 200 primär nicht um katalytisches, sondern um kühlendes Löschen. Die Löschwirkung beruht in erster Linie auf einem energetischen Eingriff in die Verbrennungsreaktion. Grundsätzlich ist beim Einsatz von Heptanfluorpropan im Brandfall mit dem Auftreten von Fluorwasserstoff zu rechnen. Die Menge an entstehendem Fluorwasserstoff kann durch die Erhöhung der Löschmittelkonzentration sowie eine Verkürzung der Löschmitteleingriffszeit verringert werden. Dies führt aber unabdingbar zu Maßnahmen des Personenschutzes bzw. zu in der Praxis unrealistischen Löschmitteleingriffszeiten von der Branderkennung bis zur Auslösung der Löschanlagen von unter 5 Sekunden. Dies ist besonders auch bei Öffnung dieser Räume im Fehlauslösungsfalle oder nach einer erfolgten Brandlöschung zu beachten.

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Anhang 1: Die Arbeitsschritte zur Ermittlung der Auslegungskenngrößen

Raumschutz

Bauliche und technologische Besonderheiten

Schutzziel und Schutzumfang

Brandstoffe sowie deren horizontale und/oder vertikale Anordnung

Brandablauf (Brandverhalten des Brandstoffes) – Flammentemperatur – Temperaturregime – Abbrandgeschwindigkeit – Wärmestromdichte – Brandausbreitungsgeschwindigkeit – Wärmestrom – Rauchdichte – Toxizität der Brandgase und Pyrolyseprodukte

vertikale Ausbreitung

vertikale und horizontale Ausbreitung

Objektschutz

Lüftungsverhältnisse im zu betrachtenden Bereich (Öffnungsflächen bei Wasser ≤ 25 %)

Strahlungs- und Konvektionswärmeanteil in der Entstehungsbrandphase

horizontale Ausbreitung

bei Brandgefahr (BG)

über Berechnung

über Berechnung

Brandablauf sowie Brandlast und deren Verteilung

Brandablauf sowie Brandlast und deren Verteilung

DIN 18230 TGL 10685

DIN 18230 TGL 10685 Volumenlöschintensität

Leistungscharakteristik der gewählten Löschmittelauswurfsvorrichtung

Löschschmittel

Aufbringungsart

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Ulf Schremmer

Düsenanordnung und Einordnung in das Bauwerk bzw. um das Schutzvolumen Schutzvolumen

Druckentlastung

Raumbegrenzung (Stabilität bzgl. Druckfestigkeit) und Löschwasserrückhaltung

Mindestbetriebszeit

zu signalisierende Brandkenngröße

Meldesystem

Ansprechzeit

Personenschutz (Evakuierung)

Rohrnetz

Auswahl und Bemessung der Löschmittel- und Energieversorgung

Anordnung der Steuer- und AlarmVentile

Anhang 2: Übersicht der Parameter stationärer automatischer und halbautomatischer Feuerlöschanlagen

Stationäre automatische oder halbautomatische Feuerlöschanlage

Betriebsparameter

Technische Parameter

Hydraulische Parameter

– – – –

– Anzahl und Größe der L öschsektionen bzw. einer Anlage – Anzahl und Anordnung der Löschmittelauswurfvorrichtungen – Anordnung und Anzahl der Brandmelder – Rohrnetzvolumen – Anordnung und Anzahl der Steuer- und/oder Alarmventile – Energieversorgung – Druckentlastung in nichtgefangene Räume

– Druckverluste – Fließgeschwindigkeit – Volumenstrom

Volumenlöschintensität Mindestbetriebszeit Schutzvolumen Ansprechzeit der Brandmelder – Leistungscharakteristik der Löschmittelauswurfvorrichtung

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➔ Innovative Feuerlöschsysteme

Anhang 3: Grundsätzliche Einteilung stationärer Wasseraerosol-, Wassernebel- und Wassersprühnebel-Feuerlöschanlagen

Anlagentyp: Wasseraerosol Feuerlöschanlage d T ≤ 10 µm

WassernebelFeuerlöschanlage d T > 10 ... ≤ 100 µm

Wassersprühnebel Feuerlöschanlage d T > 100 ... ≤ 400 µm

Löschmittelart: ohne löschwirksame Zusätze

mit löschwirksamen Zusätzen 0,1 % ... 3 % AFFF

Löschintensität:

kleine Löschmittelauswurfmenge ≤ 1,5 l/(m3 x min)

mittlere Löschmittelauswurfmenge > 1,5 l/m3... ≤ 5 l/(m3 x min)

große Löschmittelauswurfmenge > 5 l/(m3 x min)

Löschzeit:

schnell löschend ≤ 10 s

mittlere L öschdauer > 10 s ... ≤ 900 s

langsam löschend s > 900

Betriebszeit: Impulswirkung ≤1 s

Kurzzeitwirkung > 1 ... ≤ 300s

Langzeitwirkung > 300 s

gesondert begrenzt

Kombination der beiden Zuführungs arten

Zuf ührungsart:

zentral kontinuierlich

Ansprechdauer: sehr schnell 1s

schnell > 1 ... ≤ 10s

mittelschnell > 10... ≤ 300 s

normal > 300... ≤ 600 s

träge > 600 s

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Ulf Schremmer

Automatisierungsgrad:

automatisch

halbautomatisch

manuell

Betriebsnenndruck: Niederdruck ≤ 1,6 MPa

Mitteldruck > 1,6 ... ≤ 4,0 MPa

Hochdruck > 4,0 MPa

Wirkprinzip: selektiv (einzelne Löschmittelauswurfvorrichtung)

Gruppenauslösung (Löschsektion)

Schutzziel:

Brandlöschung

Brandkontrolle

Brandsperre

Wärme- und Rauchgasbindung

Brandkenngrößen:

Temperatur

Rauch

Flammen

Aufbringungsart:

Schwerkraftaufbringung

Aufbringung im Zuluftstrom

Kombination Schwerkraftaufbringung und Aufbringung im Zuluftstrom

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➔ Innovative Feuerlöschsysteme

Düsenart:

Zweistoff- bzw . Mehrstoffdüsen

Einstoffdüsen

Spezifikationen:

Pralldüsen

Dralldüsen

Flachstrahldüsen

Ultra schall zerstäuber

Flachstrahl

Rundstrahl

Innenmischung

Außenmischung

Rota tions zerstäuber

Ultraschallzerstäuber mit gasgestützter Zerstäubung

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23.04.01 --- Projekt: transcript.kum.sicherheit für kulturgut / Dokument: FAX ID 005d285564982848|(S. 119-143) T05_02 schremmer.p 285564983084

23.04.01 --- Projekt: transcript.kum.sicherheit für kulturgut / Dokument: FAX ID 005d285564982848|(S. 144

) vakat 144.p 285564983088

Die »Tücke der Lücke« Sicherheit für die Sammlung

23.04.01 --- Projekt: transcript.kum.sicherheit für kulturgut / Dokument: FAX ID 005d285564982848|(S. 145

) T06_00 resp sicherheit.p 285564983096

23.04.01 --- Projekt: transcript.kum.sicherheit für kulturgut / Dokument: FAX ID 005d285564982848|(S. 146

) vakat 146.p 285564983128

➔ Integrative Überwachungskonzepte

Hans-Jürgen Harras

Integrative Überwachungskonzepte für kleine und große Museen

Sicherheit im Museum – ein vielschichtiges Problem Es sind die großen Schadensereignisse in den Museen, die uns aufhorchen lassen. Der Raub zweier Gemälde aus dem Louvre, ein Großbrand im Schloss Windsor, der Diebstahl von Caspar David Friedrichs Gemälde aus dem Schloss Charlottenhof in Potsdam – das sind Ereignisse, die spektakulär durch die Medien gehen. Die meisten von uns hören diese Nachrichten zum Glück nur, für einige wenige aber werden sie zum traumatischen Ereignis, wenn sie selbst davon betroffen sind. Solche Vorkommnisse führen immer wieder zu der Erkenntnis, dass für die Sicherheit in unseren Museen nicht überall das Notwendige getan wird. Für geschickte Vertriebsvertreter ist dies der günstige Moment, um neue Systeme anzubieten und zu verkaufen. Mit sicherheitstechnischen Anlagen kann die Sicherheitslage im Museum sicher verbessert werden. Diese kosten eine Menge Geld, müssen aber auch so konzipiert werden, dass sie dazu beitragen, die vom Museum vorzugebenden Schutzziele zu erreichen. Was bedeutet Sicherheit im musealen Bereich? Dazu ist von der begrifflichen Bestimmung eines Museums auszugehen: Das Museum ist eine nicht gewinnorientierte, ständige Ein-

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23.04.01 --- Projekt: transcript.kum.sicherheit für kulturgut / Dokument: FAX ID 005d285564982848|(S. 147-161) T06_01 harras.p 285564983160

Hans-Jürgen Harras

richtung im Dienste der Gesellschaft, die der Öffentlichkeit zugänglich ist und folgende Hauptfunktionen hat: • • • •

das Sammeln materieller Zeugnisse über den Menschen und seine Umwelt das Bewahren der Sammlungsgüter für die nachfolgenden Generationen das Erforschen und Dokumentieren der Sammlungsbestände das Präsentieren der Sammlungen zum Zwecke des Studiums, der Erbauung und der Bildung von Menschen

Das Museum hat also treuhänderisch dafür Sorge zu tragen, dass die natur-, kunst- und kulturhistorischen Zeugnisse der Menschheit auch für zukünftige Generationen zur Verfügung stehen. Gleichzeitig haben die Museen das gegenwärtige Erleben des Kulturerbes zu ermöglichen. Der Kostendruck der öffentlichen Haushalte führt dazu, dass die Museen immer mehr unter Rentabilitätsdruck geraten. Sie werden häufig genug daran gemessen, wie sich die Zahl der Museumsbesucher entwickelt. Die Folge: Sonderausstellungen, in denen die kurzfristige, außergewöhnliche gemeinsame Präsentation von Kunstwerken aus gutem Grund viele Besucher anzieht, werden in immer kürzeren Abständen inszeniert. Auch das Museumsambiente als Hintergrund für andere Events, etwa Tanzdarbietungen, Musikveranstaltungen, Modenschauen und Ähnliches soll den zahlenden Besucher verstärkt anlocken. Durch solche Ereignisse, durch das verstärkte Ins-Licht-setzen, Begreifbarmachen, manchmal sogar Greifbarmachen der musealen Objekte tritt eine Erhöhung des potenziellen Risikos, in manchen Fällen die Schädigung der präsentierten Objekte ein. Es sind nicht nur die Brand- und Diebstahlgefährdungen, sondern auch die schädigenden Einflüsse durch klimatische Schwankungen und Licht. Diese Beanspruchungen und Gefährdungen des Sammlungsgutes sollten Museumsleuten immer bewusst sein. Diese Risiken zu minimieren, ist ein Problem der Ethik der Museumswissenschaftler selbst.

Risikominderung durch Sicherheitsplanung Jedes Museum hat, entsprechend seiner Lage, seiner Raumgestaltung, seiner Ausstellungen, seiner Museumskonzeption und seiner

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➔ Integrative Überwachungskonzepte

Tabelle 1: Eintrittswahrscheinlichkeit und Auswirkung Eintrittswarscheinlichkeit Stufe Eintrittswahrscheinlichkeit Erwartung 1

sehr unwahrscheinlich

alle 10.000 Tage (30 Jahre)

2

unwahrscheinlich

alle 1.000 Tage (3 Jahre)

3

wahrscheinlich

alle 100 Tage

4

häufig

alle 10 Tage

5

dauernd

täglich

Auswirkung Stufe Gefährdung

Die Störung …

1

gering

führt zu einer unbedeutenden Beeinflussung

2

mittel

zwingt zu einer Änderung innerhalb der Ausstellung / des Museums

3

groß

zwingt zur Veränderung dominierender Ziele und Erwartungen

4

sehr groß

stellt einen wesentlichen Teil des Museums in Frage

5

existenzgefährdend

stellt alles in Frage

Hausorganisation eine spezifische Risikolage. Vor der Installation von technischen Anlagen und Einrichtungen zur Erfassung und Anzeige der verschiedenen Gefährdungen bzw. vor der Erweiterung oder Veränderung vorhandener Anlagen ist dringend zu empfehlen, eine Sicherheitsplanung durchzuführen. Diese sollte in den folgenden Schritten erfolgen: • • • • • •

Risikobestimmung je Bezugsobjekt Risikobeurteilung Festlegen der Prioritäten zur Risikominderung Schutzkonzept erstellen, Schutzmaßnahmen festlegen Realisieren des Schutzkonzeptes Überprüfen des verbleibenden Restrisikos

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Hans-Jürgen Harras

Was ist eigentlich ein Risiko? Es ist die Möglichkeit, dass ein schädigendes Ereignis eintritt, welches Auswirkungen unterschiedlicher Größenordnung auf den Museumsbetrieb hat. Das Risiko kann definiert werden als Produkt aus Eintrittswahrscheinlichkeit und Dimension der Störung. Risiken können in die folgenden Stufen eingeteilt werden: • • • • •

Bagatellrisiko Kleinrisiko Mittelrisiko Großrisiko Katastrophenrisiko

Für die Eintrittswahrscheinlichkeit und die Auswirkung der Störung wird die in Tabelle 1 dargestellte Abstufung eingeführt. Für jede Gefährdungsart kann die entsprechende Risikostufe, bezogen auf ein Objekt, ermittelt werden. Die Risikostufe ergibt sich durch Multiplikation der Eintrittswahrscheinlichkeit eines Ereignisses mit der Dimension der Folgen (s. Tabelle 2). Tabelle 2: Risikostufen Risiko R = E · A

Risikostufe

20, 25

5

Katastrophenrisiko

10, 12, 15, 16

4

Großrisiko

5, 6, 8, 9

3

Mittelrisiko

2, 3, 4

2

Kleinrisiko

1

1

Bagatellrisiko

Bezugsobjekte sind die Träger von Risiken. Als Bezugsobjekt ist eine organisatorisch, örtlich oder funktional abgegrenzte Einheit zu verstehen, für die eine in sich abgeschlossene Risikobewertung möglich ist. Die Einordnung und Bestimmung der Bezugsobjekte ist vorzugsweise so zu wählen, dass Funktionseinheiten, Areale, Gebäudeteile oder ganze Gebäude den Rahmen für die Abgrenzung des Bezugsobjekts bilden. Das kann beispielsweise wie in Tabelle 3 dargestellt erfolgen. Zur Bestimmung der Risiken je Bezugsobjekt einschließlich der darin einzubeziehenden Risikonehmer (Personen, materielle und

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➔ Integrative Überwachungskonzepte

Tabelle 3: Bezugsobjekte Abgrenzung

Bezugsobjekt

örtliche Abgrenzung

Verwaltungsgebäude, Ausstellungshalle, Außengelände

organisatorische Abgrenzung

Museum, Restaurant, Vortragsraum, Museumsshop

funktionale Abgrenzung Eingangsbereich, Ausstellung, Technikbereich, Werkstatt, Depot, Bibliothek immaterielle Werte) lassen sich vorteilhaft als Informationsträger so genannte Risikomatrixen verwenden (s. Anhang auf S. 161). Hier können für jeden Risikonehmer im Bezugsobjekt die Eintrittswahrscheinlichkeit und die Auswirkungsgröße eingetragen werden. Diese sind sortiert nach Gruppen der möglichen Bedrohungen und Gefährdungen. Daraus wird das resultierende Risiko errechnet. Die Ergebnisse lassen sich grafisch als Risikopyramide recht anschaulich darstellen (s. Abbildung 1). Damit ist ein schneller Überblick zu gewinnen, der eine Aussage darüber zulässt, an welchen Stellen mit höchster Priorität etwas für die Verbesserung der Sicherheitslage getan werden muss. Aus den ermittelten Risikostufen sind die Prioritäten abzuleiten, mit denen Maßnahmen gegen die Gefährdungen eingeleitet werden (s. Tabelle 4). Dabei kann es sich sowohl um vorbeugende Maßnahmen zur Verringerung der Eintrittswahrscheinlichkeit handeln wie auch um abwehrende Maßnahmen zur Verminderung der Auswirkungen real auftretender Gefährdungen. Es ist allerdings vorteilhaft, Risikoanalysen nicht selbst durchzuführen – eine gewisse Betriebsblindheit und subjektive Selbstbeeinflussung, um nicht zu sagen Selbstberuhigung, sind hier nicht auszuschließen. Besser ist es, hiermit externe Sicherheits-Planungsbüros zu beauftragen, die sich auf das Fachgebiet der Risiko- und Sicherheitsanalysen spezialisiert haben bzw. die Hilfe des LKA, der Feuerwehr oder sonstiger neutraler fachkundiger Berater in Anspruch zu nehmen.

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Hans-Jürgen Harras

Abbildung 1: Risikopyramide

Risikopyramide

Risikostufe

Priorität

5

1

4

2

3

3

2

4

1

5

Bezugsobjekte

Einsatz von Gebäudemanagementsystemen Aus der Risikoanalyse können jetzt die Schutzmaßnahmen und das Schutzkonzept abgeleitet werden. Dabei sind sowohl bauliche und anlagentechnische sowie organisatorische Maßnahmen festzulegen. Es ist zu bestimmen, wie die Mitarbeiter in die Verbesserung der Sicherheitslage einbezogen werden können. Dies halte ich für einen der entscheidenden Punkte. Vielfach sind in Planungsbesprechungen Sätze zu hören wie: »Die Tür sichern wir Ihnen mit einer Öffnungs- und Verschlussüberwachung« oder so ähnlich. Das ist gelinde gesagt falsch. Entscheidend ist die Beantwortung folgender Fragen vor der Installation von Gefahrenmeldeanlagen: • • •

Ist der Informationsgehalt der erzeugten Alarmmeldung eindeutig? Wer nimmt als Hilfe leistendes Personal die Alarmmeldung entgegen und tritt der Gefährdung entgegen? Ist die Alarmmeldung immer wahr oder hat das Personal die Möglichkeit der schnellen Verifizierung?

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➔ Integrative Überwachungskonzepte

Tabelle 4: Prioritäten Risiko Risikostufe R=E·A

Prioritäten

20, 25

5

Katastrophenrisiko

mit höchster Priorität muss ein umfangreiches Maßnahmenpaket eingeleitet werden, um die Gefährdungen sofort abzuwenden

10, 12, 15, 16

4

Großrisiko

mit hoher Priorität muss ein umfassendes Maßnahmenpaket eingeleitet werden, um nach einem Zeitplan und an neuralgischen Punkten sofort die Gefährdung abzuwenden

5, 6, 8, 9

3

Mittelrisiko

es müssen kurzfristig geeignete Maßnahmen eingeleitet werden, um die vorgegebenen Ziele und Erwartungen zu erreichen

2, 3, 4

2

Kleinrisiko

es müssen geeignete Maßnahmen eingeleitet werden, um die vorgegebenen Mittel und Verfahren unverändert beibehalten zu können

1

1

Bagatellrisiko

es drängen sich keine unmittelbaren Maßnahmen auf; die Mittel und Verfahren können unverändert beibehalten werden

In den günstigsten Fällen, vor allem in größeren Museen, gibt es ständiges Aufsichtspersonal für die Schauräume und Personal zur Überwachung der allgemeinen Sicherheitslage des Museums. Durch den herrschenden Sparzwang auf allen Ebenen wird aber auch dieses Personal immer knapper. Durch sicherheitstechnische Anlagen, die auf die Bedürfnisse des Museums genau zugeschnitten sind, kann hier Abhilfe geschaffen werden. Das Prinzip solcher Anlagen ist es, die Sinneswahrnehmung des Wachpersonals für die Gefahrenerkennung mit geeigneten Sensoren für den zu überwachenden Bereich zu intensivieren und im Gefahrenfall sofort eine eindeutige Alarmmeldung abzugeben. Heute können uns beim Er-

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kennen und Signalisieren vieler Arten der Gefährdung sicherheitstechnische und Gefahrenmeldeanlagen helfen. Darunter sind z. B. die in Tabelle 5 dargestellten Anlagen zu verstehen. Tabelle 5: Gefahrenmelde- und Sicherheitstechniken

• • • • • • • • • • •

Überfall- und Einbruchmeldeanlagen Objektsicherungsanlagen Brandmeldeanlagen Videobeobachtungsanlagen, ggf. mit Videosensoren Perimeterschutzanlagen Gaswarnanlagen ELA-Anlagen zur Alarmierung bei erforderlicher Evakuierung Zutrittskontrollsysteme Leckage- und Wassermeldesysteme Wächterkontrollanlagen Gebäudeautomationssysteme

Diese Aufzählung zeigt eine Reihe von Techniken mit jeweils spezifischen Aufgabenbereichen. Die Ausrüstung eines Museums mit den aufgezählten Anlagen erzeugt aber noch kein effektives Sicherheitssystem. Erst durch sinnvolle Verknüpfung einzelner Anlagen entsteht ein wirklicher Nutzen. Ein gutes Beispiel ist die Verknüpfung einer Perimeterschutzanlage mit einer Videoüberwachungsanlage: Perimeterschutzanlagen sind durch die zahlreichen Einflüsse, denen sie im Außengelände ausgesetzt sind, nie ganz »täuschungsalarmfrei«. Durch die mit der Alarmauslösung verknüpfte Aufschaltung einer Videokamera mit dem Bild des alarmauslösenden Bereiches auf einen Monitor in der Sicherheitszentrale kann sofort eine Alarmverifizierung durch das Wachpersonal erfolgen. Ein anderes Beispiel ist die Auslösung eines Brandmelders, die automatisch über die ELA-Anlage die Alarmsignalisierung zum Veranlassen der Evakuierung des betroffenen Brandabschnittes bewirken kann. Oder: Bei einer technischen Störung der Klimaanlage oder einer Überschreitung der vorgegebenen Klima-Grenzwerte wird über die Telekommunikationsanlage automatisch die

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➔ Integrative Überwachungskonzepte

Telefonnummer des diensthabenden Technikers oder der Wartungsfirma angerufen. Solche Anlagen werden oft von unterschiedlichen Herstellern produziert und geliefert. Jede Anlage hat ihr ganz individuelles Bedien- und Anzeigefeld, ihre eigene »Bedienphilosophie« und oft auch noch eine eigene Begriffswelt. Damit ist das Wachpersonal oftmals vor sehr schwierige Aufgaben gestellt. Im Alarmfall soll es schnell erkennen, wo welche Gefahr aufgetreten und was zu unternehmen ist. Unter den Stressbedingungen eines Alarms kann dabei schon einiges durcheinander kommen. Die Aufstellung aller Bediengeräte für die Einzelanlagen lässt häufig so genannte Sicherheitszentralen zum geografischen Sammelpunkt von PC-Bedienstationen, Anzeige- und Bedienfeldern werden. Diese haben häufig die Eigenart, dass sie das Eintreffen einer Alarmmeldung mit einem akustischen Signal zeigen. Die Anordnung mehrerer sicherheitstechnischer Anlagen in einer Sicherheitszentrale führt manchmal zu einem akustischen Durcheinander, das auch die Zuordnung dieser Signale zu den Alarmen der einzelnen Anlagen schwer macht. Diese Probleme haben auch die Hersteller von Gefahrenmeldetechnik seit einigen Jahren erkannt. Sie bemühen sich, Gefahren-Management-Systeme (GMS) zu schaffen, die alle sicherheitstechnischen Anlagen unter einer Bedienoberfläche zusammenfassen. Die oben beschriebene Verknüpfung verschiedener Arten von Anlagen wird heute ebenfalls durch GMS realisiert. Dabei gibt es verschiedene Ansätze: Die Hersteller der marktgängigen Sicherheitstechniken wie Einbruch-, Brandmelde- und Videotechnik bieten solche Managementsysteme häufig als geschlossene Systeme an. Darunter sind herstellerspezifische Systeme zu verstehen, an die sich ausschließlich Gefahrenmeldeanlagen dieses Herstellers anschließen lassen. Erst in letzter Zeit ist ein langsamer Wandel erkennbar, so dass an diese GMS auch Anlagen anderer Hersteller angeschlossen werden können. Es gibt einige dieser geschlossenen Systeme, bei denen eine Datenübertragung aus den Gefahrenmeldeanlagen beim Anschluss an das GMS erfolgt. Dabei werden die für die Bedienung und Anzeige erforderlichen Daten eingelesen, welche Melder auf welchen Adressen oder Meldelinien angeschlossen sind und welche Alarm- und Ruhezustände sie einnehmen können. Eine mit Fehlermöglichkeiten behaftete manuelle Eingabe erübrigt sich damit; es werden lediglich Texte und Grafiken ergänzt.

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Hans-Jürgen Harras

Abbildung 2: Gefahren-Mangement-System Text

Grafik

Gefahren-Management-System Einbruchmeldeanlage

Telekommunikations-Anlage

Brandmeldeanlage

WächterkontrollAnlage

Objektsicherungsanlagen

Störmelde-Anlagen

Video-Kreuzschiene

ELA-Anlage

Zutrittskontrollanlage

Andererseits tummeln sich auch Software-Hersteller in diesem Marktsegment. Ihr besonderer Vorteil besteht darin, dass sie einem spezifischen Problem zu Leibe rücken: der Schnittstellenproblematik. GMS-Systeme basieren hardwareseitig fast immer auf Standard- oder Industrie-PCs. Sie bieten ihre Bedienoberfläche auf meistens getrennten Monitoren für Alarm- und Maßnahmentexte sowie Grafikdarstellungen zur örtlichen Kennzeichnung und symbolischen Darstellung des ausgelösten Melders an. Die verschiedenen angeschlossenen sicherheitstechnischen Anlagen werden über Schnittstellen verschiedenster Art sowie mit jeweils spezifischen Datenprotokollen mit dem GMS verbunden. Über lange Zeit waren die großen Hersteller der klassischen Sicherheitstechnik kaum dazu zu bewegen, ihre Schnittstellen offenzulegen. Dies hat sich seit kurzem, auch bedingt durch den Druck der Kunden, geändert. Die o. g. Softwarehersteller portieren ihre GMS-Systeme auf eine große Anzahl von Schnittstellen der verschiedensten Hersteller. Ihre GMS-Systeme zeichnen sich deshalb durch Herstellerunabhängigkeit in Bezug auf die anschließbaren Anlagen aus. Auch die Anbieter aus dem Bereich der Gebäudeleittechnik

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➔ Integrative Überwachungskonzepte

haben den Markttrend erkannt und bieten ihrerseits integrierte Gebäude-Management-Systeme an. Hierbei werden dann häufig auch die Bedienungen der Gebäudeautomation, die Energieabrechnung und ähnliches mit abgewickelt. Mir erscheint es allerdings fraglich, ob diese Bedienungen auch durch Wachpersonal zu realisieren sind. Die vielfältigen technischen Möglichkeiten, die moderne Rechnertechnik bietet, müssen für den Betrieb von Sicherheitszentralen auf ein angemessenes Maß reduziert werden. Ich halte es zum Beispiel für richtig, Über- oder Unterschreitungen von Grenzwerten der Klimatechnik (Temperatur, Feuchte), Störmeldungen aus haustechnischen Anlagen (Frostschutz, Keilriemendefekt an Klimaanlagen) mit anzuzeigen. Da das Wachpersonal selbst nicht durch Reparatur o. ä. helfen kann und soll, muss für diese Fälle eindeutig definiert sein, wer im Fall solcher Alarmmeldungen als Hilfeleistender herbeigerufen werden kann. Abbildung 3: Gefahrenmeldezentrale mit Video-Kreuzschiene

Videomonitor AlarmierungsEinrichtungen, extern

alphanumerisches Bedien- und Anzeigeteil

Bildspeicher

AlarmierungsEinrichtungen, intern

GefahrenmeldeZentrale

Videokreuzschiene

Bedienteil

sonstige Störmeldesensoren

Sensoren der Einbruchmeldetechnik Sensoren der Brandmeldetechnik

potenzialfreie Kontakte der Klimastörmeldung

Sensoren der Objektsicherung

Für kleinere Museen ist der Einsatz von GMS häufig nicht sinnvoll. Hier ist es oft zweckmäßiger, auch auf dem Markt verfügbare Sicherheitszentralen zu verwenden, die bereits Einbruch- und Brandmelder parallel verarbeiten und anzeigen können. Hier bietet sich dann auch die Möglichkeit, Störmeldungen von klimatechnischen Anlagen als potenzialfreie Kontakte mit aufzuschalten und anzuzeigen, ebenso beispielsweise Wassermelder oder andere haustechnische Meldungen, die mit potenzialfreien Kontakten am

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jeweiligen Sensor oder Melder angezeigt werden können. Auch die Verknüpfung von Einbruchmeldeanlage und Videokreuzschiene zur Aufschaltung der Videokameras eines Bereiches, aus dem die Einbruchmeldung erfolgt, ist heute ohne GMS möglich. Vorteilhaft ist bei solchen Zentralen die Verwendung alphanumerischer Bedienfelder, auf denen neben der Alarmmeldung mit Angabe der Alarmart auch meldungsspezifische Alarmtexte und Maßnahmentexte angezeigt werden können. Besonders vorteilhaft ist es, wenn nach der Erstinstallation diese Texte auch durch den Nutzer selbst geändert werden können, um Anpassungen an veränderte Situationen oder Organisationsveränderungen selbst vornehmen zu können. Auch beim Einsatz von GMS muss eine Sicherheitszentrale über eine so genannte Rückfallebene als Anzeige- und Bedieneinrichtung für jede einzelne Anlagentechnik verfügen. Die GMS arbeiten fast immer auf der Grundlage solcher Betriebssysteme wie DOS oder Windows. Damit besitzen sie auch gleich gelagerte Fähigkeiten für Ausfall oder Programmabsturz. Für Gefahren-Management-Systeme hat der VdS inzwischen eine Richtlinie herausgegeben, nach der solche Systeme geprüft und zertifiziert werden können. Mir sind bisher noch keine GMS bekannt, die dieser Richtlinie genügen. Die zu den einzelnen Anlagen gehörenden Anzeige- und Bedieneinrichtungen sind dagegen hinsichtlich der Zuverlässigkeit und der Ausfalleigenschaften geprüft. Falls also das GMS ausfällt, ist mit diesen Gerätschaften eine Bedienung der Sicherheitstechnik immer noch möglich. Bei der Planung und Beschaffung solcher Gefahren-Management-Systeme sollten alle Leistungsmerkmale, die für den Nutzer wichtig sind, in die Leistungsbeschreibung einfließen. Dazu zählen zum Beispiel die vom System benötigte Zeit zum Aufbau einer Grafikseite, die Konfigurierbarkeit hinsichtlich der abzuspeichernden Daten des Historyspeichers, die Bedienung über Sondertastaturen mit wenigen Tasten, die zur Bedienung des Gerätes ausreichen. Es ist auch zu bedenken, dass in den Sicherheitszentralen aus immer mehr Sensoren und Meldern, aus komplexen Anlagensystemen eine ständig wachsende Zahl von Alarmen und Meldungen verschiedenster Art nicht nur entgegenzunehmen sind, sondern auch entsprechende Maßnahmen zur Hilfeleistung, zur Vermeidung von Schäden und zur Gefahrenabwehr einzuleiten sind. Auch beim Einsatz von GMS bleibt dies eine sehr verantwortungsvolle und auch anspruchsvolle Aufgabe. Es kann nicht davon ausgegan-

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➔ Integrative Überwachungskonzepte

gen werden, dass diese Aufgaben durch den bislang eingesetzten Wächter, der sich durch ein Mindestmaß an Monotonieresistenz auszeichnet, in vollem Umfang und in der erforderlichen Qualität geleistet werden können. Hier ist ein Umdenken erforderlich. Die Sicherheitszentralen sind mit Mitarbeitern zu besetzen, die, besonders bei großen Objekten, eine umfangreiche Ausbildung zur Sicherheits- und Haustechnik und zum Umgang mit Gefahrsituationen haben. In einigen Fällen ist durchaus der Einsatz von Sicherheitsingenieuren geboten. Die Effektivität sicherheitstechnischer Anlagen hängt auch entscheidend von der Organisation der Alarm-Entgegennahme und der Alarmverfolgung ab. Es ist deshalb sehr wichtig, vor der Installation eines Sensors zu überlegen, wer zu welcher Zeit einen möglichen Alarm entgegennehmen kann, welchen Informations- und Wahrheitsgehalt diese Alarmmeldung hat und wer in welcher Weise Maßnahmen einleitet. Nicht alle Museen verfügen 24 Stunden über Wachpersonal. Häufig gibt es Wach- und Aufsichts-Personal nur während der Dienst- und Öffnungszeit. Nachts ist das Museum nicht besetzt. Auch für diesen Fall müssen die Art der Alarmweiterleitung, der Alarmverfolgung, der Alarmverifizierung genau geklärt sein. Kann das Wachschutzunternehmen schnell genug vor Ort sein? Verfügt es ständig über Personal, das mit den Örtlichkeiten im Museum vertraut ist sowie mit der Bedienung der Sicherheitstechnik? Ist der Hausmeister, bei dem der Alarm gegebenenfalls aufläuft, wirklich immer zu Hause? Kann er aus der übertragenen Alarmmeldung bereits erkennen, um welche Art von Alarm es sich handelt? Ist er im Umgang mit Feuerlöschern vertraut? Ich habe Museen erlebt, in denen die Kassiererin eine Reihe von Videomonitoren zu beobachten hatte, um mögliche Vorkommnisse in den Räumen der Ausstellung zu erkennen. Abgesehen davon, dass eine nicht ereignisgesteuerte Videoübertragung ein sehr ermüdendes Programm ist, stellt sich die Frage, was diese Frau im Falle eines Vorkommnisses dagegen tun sollte? Fazit: Elektronische Gefahrenmeldetechnik verhindert keine Schädigung. Durch die immer weitere Verbesserung dieser Technik können Gefährdungen nur differenzierter und schneller gemeldet und angezeigt werden. Die gut durchdachte und praktisch erprobte Organisation, die nach dem Eintreffen eines Alarms sofort fachkundig Hilfe leisten kann, ist das entscheidende Mittel zur Gefahrenabwehr.

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23.04.01 --- Projekt: transcript.kum.sicherheit für kulturgut / Dokument: FAX ID 005d285564982848|(S. 147-161) T06_01 harras.p 285564983160

Hans-Jürgen Harras

Literatur Harke, Werner (1999): »Die Chancen ergreifen, Marktübersicht ›Gebäude-Management-Systeme‹«. Zeitschrift Wirtschaftsschutz & Sicherheitstechnik Nr. 8-9. Harke, Werner / Waneck, Peter (1997): Gebäude-Management-Systeme, Heidelberg: Hüthig. Hilbert, Günter S. (1997): Sicherheitssysteme und die Schnittstelle Mensch. Vortrag auf der ICMS-Konferenz, Berlin. Reithaar, Kurt (1992): Risikominderung durch Sicherheitsplanung, CRP Intrusionsschutz-Handbuch Cerberus AG.

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23.04.01 --- Projekt: transcript.kum.sicherheit für kulturgut / Dokument: FAX ID 005d285564982848|(S. 147-161) T06_01 harras.p 285564983160

➔ Integrative Überwachungskonzepte

Anhang: Risikomatrix

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15.05.01 --- Projekt: transcript.kum.sicherheit für kulturgut / Dokument: FAX ID 01e3287413620480|(S. 147-161) T06_01 harras.p - Seite 161 287413620560

23.04.01 --- Projekt: transcript.kum.sicherheit für kulturgut / Dokument: FAX ID 005d285564982848|(S. 162

) vakat 162.p 285564983178

Anhang

23.04.01 --- Projekt: transcript.kum.sicherheit für kulturgut / Dokument: FAX ID 005d285564982848|(S. 163

) T07_00 resp anhang.p 285564983184

23.04.01 --- Projekt: transcript.kum.sicherheit für kulturgut / Dokument: FAX ID 005d285564982848|(S. 164

) vakat 164.p 285564983192

➔ Autorinnen und Autoren

Autorinnen und Autoren

Dipl.-Ing. Barbara Fischer, Studium der Technischen Kybernetik an der Technischen Universität Ilmenau; Entwicklungsingenieurin am Institut für Elektroanlagen Berlin; dann Koordinierungsingenieurin für große Bauvorhaben; ab 1981 wissenschaftliche Mitarbeiterin im Institut für Museumswesen, Berlin (Ost) für den Bereich Museumstechnik; seit 1993 wissenschaftliche Mitarbeiterin bei der Stiftung Stadtmuseum Berlin; seit 1997 Mitglied des ICMS im ICOM. Prof. Dr. Ing. Klaus Fitzner, Maschinenbaustudium an der TU Berlin, 1967 mit Promotion abgeschlossen; 1968-1971 Industrietätigkeit in Forschung und Entwicklung (Klimatechnik); 1972-1991 Leitung der Forschung und Entwicklung / Mitglied der Geschäftsleitung in der Fa. H. Nickel GmbH, Betzdorf (Klimatechnik); 1991 Ernennung zum Professor für Heizungs- und Klimatechnik; geschäftsführender Direktor am Hermann-Rietschel-Institut für Heizungs- und Klimatechnik, TU Berlin. Dipl.-Ing. Hans-Jürgen Harras, Fachhochschulstudium der Richtung Nachrichtentechnik an der FHTW Berlin-Lichtenberg; 19811990 Entwicklung von Telekommunikationsgeräten und nachrichtentechnischen Anlagen bei der Telefon- und Signalbau Berlin sowie Stern-Radio Berlin; 1990-1995 Projektierung und Vertrieb von Gefahrenmelde-Systemen bei der Dr. A. Ristow GmbH (später

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23.04.01 --- Projekt: transcript.kum.sicherheit für kulturgut / Dokument: FAX ID 005d285564982848|(S. 165-167) T07_01 autoren.p 285564983200

Autorinnen und Autoren

Cerberus AG); seit 1995 Leiter des Objektschutzes der SMPK; seit 1997 Mitglied des ICMS im ICOM. Dipl.-Ing. Günter S. Hilbert, Studium Allgemeiner Maschinenbau mit Schwerpunkt Thermodynamik an der TU Berlin; leitende Stellung in der Industrie; 1971-1989 Leiter des Technischen Dienstes in der Generalverwaltung der Staatlichen Museen zu Berlin Preußischer Kulturbesitz (SMPK); seit 1989 Fachberater für Museumstechnik; Herausgeber und Mitverfasser des Standardwerkes »Sammlungsgut in Sicherheit« (Berliner Schriften zur Museumskunde, Bd. 1, 2. vollst. überarb. u. erw. Aufl. 1996). Dipl.-Ing. Birgit Müller, Studium der Energie- und Verfahrenstechnik an der TU Berlin; 1997 Diplomabschluss; seit 1997 wissenschaftliche Mitarbeiterin am Hermann-Rietschel-Institut für Heizungs- und Klimatechnik, TU Berlin. Dr. Ing. Paul W. Schmits, 1970-1978 Studium der Elektrotechnik an der TU Berlin; 1979-1981 wissenschaftlicher Mitarbeiter mit Lehrtätigkeit am Institut für Lichttechnik der TU Berlin; 1988 Promotion über ein lichttechnisches Thema; 1987 / 1988 Geschäftsführer der L.E.T. Gesellschaft für Angewandte Lichttechnik Berlin; seit 1989 Leiter der Abteilung Lichtanwendung, SemperLux AG, Lichttechnische Werke, Berlin; Mitglied in zahlreichen Fachgremien; Lehrtätigkeit auf dem Gebiet Lichttechnik / Lichtgestaltung an der HDK Berlin und TU Cottbus. Dr. Ing. Ulf Schremmer, Ingenieur-Studium an der Otto-vonGuericke-Universität Magdeburg mit Schwerpunkt Brandschutz; danach Tätigkeit als Projektmanager in der Abteilung Forschung / Entwicklung bei der TOTAL WALTHER GmbH, Feuerschutz und Sicherheit, Köln; Promotion über Einsatz und Anwendungsgrenzen von stationären automatischen Wasservernebelungsanlagen; seit 1997 Leiter Projektmanagement, Bauteile Konstruktion sowie Forschung und Entwicklung-Löschsysteme bei der Fa. TOTAL WALTHER GmbH. Dr. Achim Unger, Chemiestudium an der Ernst-Moritz-ArndtUniversität Greifswald; 1968-1985 wissenschaftlicher Mitarbeiter im Bereich Holzforschung des Instituts für Forstwissenschaften Eberswalde; 1974 Promotion zum Thema Holz-Kunststoff-Kombi-

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23.04.01 --- Projekt: transcript.kum.sicherheit für kulturgut / Dokument: FAX ID 005d285564982848|(S. 165-167) T07_01 autoren.p 285564983200

➔ Autorinnen und Autoren

nationen; nebenberufliche Lehrtätigkeit im Fachschulfernstudium für Restauratoren am Museum für Deutsche Geschichte Berlin (Ost); 1986 Leiter des Konservierungs- und Restaurierungslabors bei den Staatlichen Museen zu Berlin (Ost); seit 1993 wissenschaftlicher Angestellter im Rathgen-Forschungslabor der SMPK.

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23.04.01 --- Projekt: transcript.kum.sicherheit für kulturgut / Dokument: FAX ID 005d285564982848|(S. 165-167) T07_01 autoren.p 285564983200

Die Titel dieser Reihe Compania Media (Hg.)

Frühjahr 2001

Der Museumsshop Positionen – Strategien –

Claudia Gemmeke

Sortimente.

Hartmut John

Ein Praxisführer

Harald Krämer (Hg.)

1999, 384 Seiten, ca. 100 Abb., kart., 78 DM ISBN 3-933127-02-5

euphorie digital? Aspekte der Wissensvermittlung in Kunst,

Susann Qubeck

Kultur und Technologie

Museumsmarketing

Frühjahr 2001, 260 Seiten,

im Internet

kart., 42,00 DM

Grundlagen – Anwendungen –

ISBN 3-933127-56-4

Potentiale Hans Scheurer (Hg.) 1999, 172 Seiten, 3 Abb., kart., 38 DM ISBN 3-933127-39-4

Presse- und Öffentlichkeitsarbeit für

Hartmut John (Hg.)

Kultureinrichtungen

Shops und kommerzielle

Ein Praxisführer

Warenangebote

Frühjahr 2001, ca. 200 Seiten,

Publikumsorientierte

kart., zahl. Abb., ca. 49,80 DM

Instrumente zur Steigerung der Museumsattraktivität 2000, 132 Seiten, kart., 39,80 DM ISBN 3-933127-55-6

Bernd Günter Hartmut John (Hg.) Besucher zu Stammgästen machen Neue und kreative Wege zur Besucherbindung

ISBN 3-933127-67-X

Stefan Brüggerhoff Ruth Tschäpe (Hg.) Qualitätsmanagement im Museum?! Qualitätssicherung im Spannungsfeld zwischen Regelwerk und Kreativität. Europäische Entwicklungen Frühjahr 2001, 236 Seiten, kart., 42,00 DM

2000, 140 Seiten, kart., 39,80 DM

ISBN 3-933127-69-6

ISBN 3-933127-57-2

24.04.01 --- Projekt: transcript.kum.sicherheit für kulturgut / Dokument: FAX ID 01c2285618111872|(S. 168-169) T99_01 anzeige transcript 2 seiten.p 285618111992

Die Titel dieser Reihe Gabriele Kindler (Hg.)

Frühjahr 2002

MuseumsTheater Theatrale Inszenierungen

Dagmar Mack

in der Ausstellungspraxis

Kreativmotor Internet –

Frühjahr 2001, ca. 200 Seiten,

Antrieb auch für das

kart., 42,00 DM

Theatermanagement?

ISBN 3-933127-70-X

Ein Ratgeber

Hartmut John

Frühjahr 2002, ca. 250 Seiten, kart., ca. 39,80 DM

Susanne Kopp-Sievers (Hg.) Sicherheit für Kulturgut Innovative Entwicklungen und Verfahren für Museen und Ausstellungen Frühjahr 2001, 170 Seiten, kart., 39,80 DM ISBN 3-933127-68-8

Herbst 2001 Andrea Hausmann Besucherorientierung von Museen unter Einsatz des Benchmarking Herbst 2001, ca. 324 Seiten, kart., ca. 49,80 DM

Hans-H. Clemens Inventur im Museum Rekonstruktion und Modernisierung traditioneller Sammlungsverwaltung Herbst 2001, ca. 200 Seiten, kart., ca. 39,80 DM

24.04.01 --- Projekt: transcript.kum.sicherheit für kulturgut / Dokument: FAX ID 01c2285618111872|(S. 168-169) T99_01 anzeige transcript 2 seiten.p 285618111992

24.04.01 --- Projekt: transcript.kum.sicherheit für kulturgut / Dokument: FAX ID 01c2285618111872|(S. 170

) T99_02 anzeige mutec.p 285618112000