Środowisko w muzeach i obiektach zabytkowych. Kierunki standaryzacji przyjęte przez Europejski Komitet Normalizacyjny

Transkrypt

1 This paper was published in Konserwacja zapobiegawcza w muzeach, red. D. Folga-Januszewska, Krajowy Ośrodek Badań i Dokumentacji Zabytków, Warszawa, 2007, Środowisko w muzeach i obiektach zabytkowych. Kierunki standaryzacji przyjęte przez Europejski Komitet Normalizacyjny R. Kozłowski, Ł. Bratasz

2 Środowisko w muzeach i obiektach zabytkowych. Kierunki standaryzacji przyjęte przez europejski komitet normalizacyjny ROMAN KOZŁOWSKI, ŁUKASZ BRATASZ Instytut Katalizy i Fizykochemii Powierzchni PAN, ul. Niezapominajek 8, Kraków W 2004 roku Europejski Komitet Normalizacji CEN powołał nowy Komitet Techniczny TC246 Konserwacja Dziedzictwa Kultury. Przewodniczącym komitetu został prof. Vasco Fassina z Włoch, znany specjalista z zakresu konserwacji kamienia. Praca komitetu toczy się w 5 grupach roboczych: 1. Ogólne wytyczne i terminologia 2. Materiały występujące w obiektach zabytkowych 3. Ocena metod i produktów stosowanych w konserwacji 4. Środowisko 5. Transport i metody pakowania Warto przypomnieć, że normy są dokumentami zmierzającymi do uporządkowanie praktyki w określonej dziedzinie, wyrażającymi zgodną opinię zainteresowanych środowisk, tworzonymi w procesie otwartej dla każdego i dobrowolnej współpracy. Uwzględniają one aktualny stan wiedzy i poziom techniki, powinny być łatwe w stosowaniu i służyć upowszechnianiu wiedzy i postępu technicznego. Projekty norm są poddawane publicznej dyskusji. Praca Komitetu Technicznego TC 246 jest próbą standaryzacji materiałów, metod i zabiegów stosowanych w tak delikatnej i złożonej materii jak konserwacja zabytków. Autorzy niniejszej publikacji pracują w 4. grupie roboczej poświęconej zagadnieniom środowiska w muzeach i obiektach zabytkowych. Grupa przygotowała dotychczas 3 projekty norm: 1. Procedury i instrumenty do pomiaru temperatury powietrza i powierzchni obiektów 2. Wytyczne do ogrzewania zabytkowych kościołów 3. Zalecane warunki temperatury i wilgotności względnej ograniczające uszkodzenia wywoływane przez mikroklimat W niniejszej publikacji zostanie omówiony dokument 2 poświęcony ogrzewaniu zabytkowych kościołów. Będzie on stanowił przykład sposobu tworzenia normy w oparciu o badania z dziedziny prewencji konserwatorskiej. Norma ma odpowiedzieć możliwie jasno na pytanie: Czy mój system grzewczy służy ochronie wnętrza?. Podstawą normy jest założenie, że zmiany mikroklimatu kościelnych wnętrz wywołane przez ogrzewanie zagrażają w największym stopniu higroskopijnym materiałom organicznych. Materiałem higroskopijnym powszechnie występującym w kościołach jest drewno, z którego wykonane są rzeźby, obrazy tablicowe, ołtarze, ławki i inne elementy wyposażenia. Spadek wilgotności względnej zachodzący w czasie ogrzewania prowadzi do wysychania drewna, jego skurczu, deformacji a nawet uszkodzenia. Mechanizm niszczenia drewna pod wpływem zmian wilgotności względnej, oraz krytyczne wielkości zmian, powyżej których pojawiają się 1

3 uszkodzenia drewna, są przedmiotem innego artykułu zawartego w tych samych materiałach konferencyjnych [1]. Odpowiedzi na pytanie o poprawność doboru systemu grzewczego z punktu widzenia ochrony konserwatorskiej zabytku można udzielić w oparciu o dwa kryteria środowiskowe i materiałowe. Pierwsze kryterium będzie wymagało, aby zaburzenia wilgotności względnej spowodowane ogrzewaniem mieściły się w dotychczasowych wahaniach lokalnego mikroklimatu, do których obiekty zaaklimatyzowały się w przeszłości. Będzie to kryterium względne, odwołujące się do historycznych warunków mikroklimatycznych panujących w obiekcie. Drugie kryterium będzie wymagało, aby zaburzenia wilgotności względnej spowodowane ogrzewaniem były mniejsze od wartości progowej, powyżej której mogą wystąpić uszkodzenia materiałów wrażliwych, na przykład drewna. Będzie to kryterium bezwzględne oparte na wymogach ochrony materiału, bez odwoływania się do historycznych warunków w określonym zabytku. Zastosowanie kryterium środowiskowego do oceny zaburzeń wywołanych przez ogrzewanie wymaga wyznaczenia historycznego klimatu odniesienia. Klimatem odniesienia muszą być zawsze warunki w kościele nieogrzewanym, gdyż pierwotnie wszystkie zabytkowe kościoły nie były ogrzewane. Aby opisać historyczny mikroklimat kościoła nieogrzewanego należy podać długookresową średnią wilgotności względnej oraz pasmo naturalnych wahań wokół tej średniej. Przeanalizujmy proponowany przez normę sposób wyznaczania historycznego klimatu odniesienia na przykładzie kościoła parafialnego p.w. św. Michała Archanioła w Dębnie Podhalańskim. Jest to jeden z najbardziej znanych średniowiecznych kościołów drewnianych w Polsce ze względu na zachowane unikatowe malowidła patronowe datowane w przybliżeniu na rok Malowidła pokrywają w całości strop kościoła, ściany prezbiterium i balustradę chóru muzycznego. Kościół od 2003 roku jest wpisany na Listę Światowego Dziedzictwa UNESCO. Kościół w Dębnie jest użytkowany prawie dokładnie tak jak w przeszłości nie istnieje ogrzewanie, nie wprowadzono zmian w izolacji i wentylacji budynku. Przypomina on nieszczelną gablotę muzealną o szybkiej wymianie powietrza pomiędzy wnętrzem i otoczeniem, o niewielkiej akumulacji ciepła w ścianach. Powietrze zewnętrzne bez przeszkód napływa do wnętrza przez relatywnie otwartą drewnianą strukturę oraz często otwierane okna (w celu wietrzenia) i drzwi, przez które wchodzą zwiedzający. Pomiary temperatury powietrza i wilgotności względnej w kilku miejscach wnętrza i na zewnątrz prowadzono od czerwca 1999 do kwietnia Zmiany wilgotności względnej we wnętrzu, przedstawione na il. 2, odzwierciedlają zmiany warunków zewnętrznych. Wbrew intuicji, buforujące działanie mas drewna nie jest w stanie wytłumić zmian średnio- i długookresowych. Stąd w cyklu rocznym obserwuje się znaczące odchylenia od średniej rocznej wilgotności względnej wynoszącej 71%. W zimie 2000 średnia wilgotność względna zwiększyła się do 80%, a w kwietniu tego samego roku zmniejszyła się do 55%, kiedy długotrwały napływ suchego i ciepłego powietrza wyczerpał zapas wilgoci zawartej w drewnie. Tak więc amplituda długookresowej zmiany wilgotności względnej osiągnęła wartość około 25% w okresie pomiarowym. Krótkookresowe zmiany wilgotności względnej można wyodrębnić z danych pomiarowych przez odjęcie długookresowej zmiany rocznej (il.3). Pasmo krótkookresowych fluktuacji wilgotności względnej zostało określone przez odrzucenie 10% obserwowanych wahań (5% od góry i 5% od dołu), w celu pominięcia okazjonalnych zmian o wysokiej amplitudzie i bardziej obiektywnej oceny stabilności klimatu. Poziomy odcięcia od góry i od dołu, nazywane w statystyce opisowej 5. i 95. percentylem są zaznaczone na il.3 jako linie 2

4 proste. Określone w ten sposób pasmo naturalnych krótkookresowych wahań wilgotności względnej ma szerokość + 9% i -13% od chwilowego poziomu średniego. Zalecenia normy odnoszą się do tak wyznaczonego historycznego klimatu odniesienia: - należy utrzymywać wilgotność względną jak najbliższą średniego długookresowego poziomu charakterystycznego dla mikroklimatu w przeszłości - o ile to możliwe, wahania wilgotności względnej wywołane ogrzewaniem nie powinny być większe niż naturalne - niezależnie od historycznego klimatu odniesienia należy unikać warunków ekstremalnych: wilgotność względna nie powinna być wyższa niż 80% lub niższa niż 30% - właściwą strategię ogrzewania i rozwiązania techniczne należy ustalić indywidualnie dla każdego budynku Zastosujmy zalecenia normy do ogrzewania działającego w innym cennym kościele drewnianym Małopolski, również p.w. św. Michała Archanioła, znajdującym się w Szalowej. System grzewczy kościoła jest instalowany czasowo w okresie chłodnym zazwyczaj od listopada do marca. Składa się z elektrycznych promienników ciepła przymocowanych do prętów metalowych na wysokości około 3,5 m nad poziomem posadzki (il.4). W kościele znajduje się łącznie 10 podwójnych grzejników, każdy o mocy 2 kw, co daje 40 kw mocy łącznej. Promieniowanie podczerwone jest skierowane zarówno do wiernych siedzących w ławkach, jak i stojących w przejściu nawy głównej i w nawach bocznych. Grzejniki są włączane około 10 minut przez rozpoczęciem nabożeństw i wyłączane po 45 minutach. Przeprowadzone pomiary parametrów mikroklimatycznych poza strefą ogrzewaną wskazały, że wahania wilgotności względnej wywołane przez okresowe epizody grzewcze nie są większe niż naturalne. Wniosek ten ilustruje porównanie wykresów wilgotności względnej dla czerwca, kiedy ze względu na duże nasłonecznienie naturalne fluktuacje wilgotności względnej są duże, i dla grudnia, kiedy działało ogrzewanie uwidaczniające się krótkookresowymi wzrostami temperatury (il.5). Kryterium materiałowe będzie stosowane wtedy, kiedy wprowadzając ogrzewanie do zabytkowego wnętrza chcemy wprowadzić nowy, sztuczny klimat niemający odniesienia do historycznego klimatu naturalnego i pytamy o dopuszczalną granicę takiej ingerencji. Przeprowadźmy eksperyment myślowy dla nieogrzewanego pomieszczenie średniowiecznego zamku w Malborku, które planujemy ogrzewać do stałej temperatury 12 o C. Il. 5 pokazuje rzeczywistą wilgotność względną zmierzoną w pomieszczeniu nieogrzewanym i symulację zmian tego parametru, gdyby pomieszczenie to ogrzewano do 12 o C. Zalecenie normy odnosić się będzie do progu zmian wilgotności, które toleruje wrażliwy materiał higroskopijny np. drewno, ustalonego w oparciu o modelowanie numeryczne i bezpośredni pomiar uszkodzeń [1]: - o ile to możliwe, wywołane ogrzewaniem odchylenia wilgotności względnej od średniego długookresowego poziomu nie powinny być większe niż 20% Il.6 pokazuje, że ten alarmowy poziom odchyleń o 20% zostanie przekroczony przy założonym trybie ogrzewania praktycznie przez cały okres zimowy. Tak więc albo należy ograniczyć ogrzewania albo usunąć z ogrzewanego pomieszczenia eksponaty zawierające wrażliwe materiały higroskopijne. 3

5 Oprócz kluczowych zaleceń dotyczących wahań wilgotności względnej w ogrzewanym wnętrzu, norma podaje szereg dodatkowych wytycznych i zaleceń: - w celu stabilizacji wilgotności względnej mogą zostać dopuszczone znaczne wahania temperatury - można ustalić granicę dopuszczalnego spadku temperatury na 5 o C, jeżeli konieczne jest zapobieganie zamarzaniu wody - w celu regulacji wilgotności nie zaleca się stosowania nawilżaczy powietrza ze względu na zagrożenie kondensacją - należy zwracać uwagę, aby wrażliwe obiekty zabytkowego wyposażenia nie były wystawione na działanie intensywnego promieniowania widzialnego lub podczerwonego - należy zapobiegać kondensacji - należy ograniczać ruch powietrza poniżej 0,15 cm/s - poziom komfortu cieplnego powinien zostać ograniczony do nieznacznie chłodnego (ang. slightly cool). Odpowiada on temperaturze skóry pomiędzy o C Norma zachęca również do posługiwania się ogrzewaniem jako metodą aktywnej stabilizacji wilgotności względnej we wnętrzach zabytków. Podejście takie, praktycznie nieznane w Polsce, nosi nazwę ogrzewania konserwatorskiego. Utrzymanie we wnętrzu stałej wilgotności względnej uzyskuje się przez ścisłe kontrolowanie ilości wprowadzanego ciepła, a źródła ciepła są uruchamiane przez sterowniki reagujące na zmiany wilgotności względnej (humidystaty). Ogrzewanie konserwatorskie działa przez cały rok, dążąc nieustannie do stabilizowania warunków mikroklimatycznych. W zimie, kiedy zawartość wilgoci w napływającym z zewnątrz powietrzu jest niewielka, stabilizacja wilgotności względnej wymaga utrzymywania temperatury na dość niskim poziomie, chyba że istnieje konieczność zapobiegania zamarzaniu wody w instalacjach. W tym ostatnim przypadku ogrzewanie nie dopuszcza do spadku temperatury poniżej 5 o C. Z kolei w okresie wiosennym i letnim, kiedy zawartość wilgoci w powietrzu zewnętrznym staje się duża, system sterujący dogrzewa pomieszczenie, aby przeciwdziałać zbyt wysokim poziomom wilgotności względnej. Zazwyczaj ustala się maksymalną dopuszczalną temperaturę dogrzewania letniego, aby temperatura wnętrza nie była odczuwana przez ludzi przebywających w budynku jako zbyt wysoka. Il. 7 i 8 przedstawiają symulacje wilgotności względnej i temperatury dla rozważanego powyżej pomieszczenia Zamku w Malborku dla ogrzewania konserwatorskiego stabilizującego wilgotność względna na poziomie 60%. Omawiana norma oprócz przedstawionych powyżej zaleceń zawiera obszerną część informacyjną o różnych strategiach i systemach grzewczych. Pełną zawartość normy ilustruje spis jej wszystkich rozdziałów: - wstęp - zakres - terminologia i definicje - odnośniki do istniejących norm - wytyczne dot. ogrzewania konserwatorskiego - wytyczne dot. ogrzewania, które dąży do pogodzenia komfortu cieplnego użytkowników z ochroną konserwatorską - wytyczne dot. zadawalającego poziomu komfortu cieplnego 4

6 - inwazyjność i odwracalność - strategie grzewcze - układy grzewcze ocena pod względem konserwatorskim, zapewnienia komfortu i odwracalności instalacji - zalecenia ogólne - bibliografia [1] Ł. Bratasz, S. Jakieła, R. Kozłowski, Szok mikroklimatyczny przy przenoszeniu obiektów drewnianych, te same materiały konferencyjne. 5

7 Il.1 Wnętrza kościoła p.w. św. Michała Archanioła w Dębnie Podhalańskim 6

8 Il.2 Kościół p.w. św. Michała Archanioła w Dębnie Podhalańskim. Zmiany wilgotności względnej w ciągu roku we wnętrzu - wartości mierzone co 15 minut. Długookresowe zmiany związane z następstwem pory chłodnej i ciepłej pokazuje dwumiesięczna średnia krocząca. Średnia roczna zaznaczona jest linią prostą 7

9 Il.3 Kościół p.w. św. Michała Archanioła w Dębnie Podhalańskim. Krótkookresowe zmiany wilgotności względnej we wnętrzu 8

10 Il.4 Wnętrze kościoła p.w. św. Michała Archanioła w Szalowej z ogrzewaniem promiennikowym montowanym czasowo w okresie chłodnym 9

11 Il.5 Kościół p.w. św. Michała Archanioła w Szalowej. Fluktuacje wilgotności względnej w okresie działania ogrzewania (grudzień) nie są większe niż fluktuacje naturalne (czerwiec) 10

12 Il.6 Zamek w Malborku. Zmiany temperatury i wilgotności względnej wartości 15 minutowe - w jednym z nieogrzewanych wnętrz oraz symulacja zmian tych parametrów, gdyby pomieszczenie było ogrzewane do 12 o C 11

13 Il.7 Zamek w Malborku. Wprowadzenie ogrzewanie konserwatorskiego pozwoliłoby na znaczne ograniczenie wysokiej wilgotności tego wnętrza. Spadki wilgotności względnej w stosunku do wartości średniej nie przekraczają 10%, oczywiście w okresach tych ogrzewanie konserwatorskie pozostaje wyłączone. 12

14 Il.8 Zamek w Malborku. Porównanie temperatur rzeczywistej i symulowanej dla ogrzewania konserwatorskiego. Wzrosty temperatury wynikające z ogrzewania konserwatorskiego w stosunku do wnętrza nieogrzewanego są bardzo niewielkie i tylko wyjątkowo osiągają 5 o C. W okresie napływu z zewnątrz suchego powietrza ogrzewanie nie działa. 13