Die Schutzverglasung - Technische Universiteit Eindhoven

alexandria.tue.nl

Die Schutzverglasung - Technische Universiteit Eindhoven

Die Schutzverglasung

eine wirksame SchutzmaBnahme

gegen die Korrosion

an wertvollen Glasmalereien

Stefan Oidtmann


Die Schutzverglasung - eine wirksame SchutzmaBnahme

gegen die Korrosion an wertvollen Glasmalereien

PROEFSCH Rl FT

ter verkrijging van de graad van doctor aan de

Technische Universiteit Eindhoven, op gezag van

de Rector Magnificus, Prof. Dr. J. H. van Lint,

voor een commissie aangewezen door het College

van Dekanen in het openbaar te verdedingen op

dinsdag 6 december 1994 om 16.00 uur

door

Stefan Josef Christoph Oidtmann

geboren te Julich (D)


Dit proefschrift is goedgekeurd door de promotoren

Prof. lr. J. Vorenkamp

en

Prof. lr. N.A. Hendriks

Copromoter: Prof. Dr. E. Jagers (school voor hoger beroepsonderwijs Keulen)

CIP-GEGEVENS KONINKLIJKE BIBLIOTHEEK, DEN HAAG

Oidtmann, Stefan

Die Schutzverglasung - eine wirksame SchutzmaBnahme gegen die Korrosion an wertvollen

Glasmalereien I Stefan Oidtmann. - Eindhoven: Technische Universiteit Eindhoven

Proefschrift Eindhoven. - Met literatuuropgave. - Met samenvattingen in het Engels eri in het

Nederlands.

ISBN 90-386-0344-4

Schlagworte: Schutzverglasung; Tauwasserbildung; Korrosion; Simulationsmodelle.

© 1994, Stefan Oidtmann

Druk: Verlag M. Brimberg, Aachen


Fi.ir Bettina,

Saskia, Lisa, Michael


Vorwort

Die vorliegende wissenschaftliche Arbeit wurde ermoglicht durch die finanzielle

Unterstutzung des Bundesministeriums fur Forschung und Technologie (BMFT) der

Bundesrepublik Deutschland und der Vereinigten Glaswerke Aachen {Vegla}.

Mein besonderer Dank gilt meinem Doktorvater Prof. lr. J. Vorenkamp, der die Entstehung

der Arbeit mit groBem Interesse verfolgte, fur die Unterstutzung und die fruchtbaren

Diskussionen, die positiven EinfluB auf den Fortgang der Arbeit hatten. lch mochte mich

weiterhin bedanken bei Prof. lr. N.A. Hendriks, der die Arbeit kritisch begleitete und

dadurch neue DenkanstoBe gab.

Ferner bin ich Frau Prof. Dr. E. Jagers, Prof. lr. E.L.J. Bancken und Prof. Dr. lr. G. Dijkstra,

den Mitgliedern der Kernkommission, zu Dank verpflichtet, die die Entwurfsfassung dieser

Arbeit gelesen und kommentiert haben. Dies gilt auch fUr die anderen Mitglieder der

Prufungskommission Prof. Dr. lr. M.F.Th. Bax, Prof. lr. P.G.S. Rutten sowie insbesondere

Dr. U.-D. Korn, der den AnstoB zur Bearbeitung dieser Thematik gab, und Dr. B.A.H.G.

Jutte, der mich in wesentlichen Fragen bei der Durchtuhrung der ,in-situ"-Messungen

beriet und dessen Einsatz und Fursprache die Dissertation an der Technischen Universitat

Eindhoven ermoglichten.

Besonderer Dank gilt lr. Henk Schellen fur seine konstruktive Zusammenarbeit, die sich

nicht nur auf die Diskussionen und gemeinsamen Publikationen erstreckte, sondem auch

auf seine maBgebliche Beteiligung an der Entwicklung der Rechenmodelle. Durch sein

Interesse an der Thematik gelang es ihm, immer wieder Studenten wie Cellarette Eggels­

Hofman, Marcel van Aarle, Maurice van Essen und Branco Schot zur Mitarbeit an der

Bearbeitung der Modelle zu bewegen.

Allen Mitarbeitern der Fachgruppe FAGO danke ich fUr lhr Wohlwollen, insbesondere Wim

van der Ven, Jan Vermeulen, Jos van Schijndel und Louis Dings fur ihre technische

UnterstUtzung bei der Durchfuhrung der Messungen und vielen Dingen mehr.

Dank gilt auch den folgenden Pfarrgemeinden fUr ihre Zusammenarbeit und die

Bereitstellung ihrer Kirchen, in denen die ,in-situ"-Messungen durchgetuhrt wurden:

- Altenberg, Dom

- Breinig, St. Barbara

- Keyenberg, Heilig Kreuz

- Kloster Neuendorf, Klosterkirche

- Mln,Dom

- Lamersdorf, St. Cornelius

- Marburg, Elisabethkirche

- Monchengladbach, Munsterkirche

- Monchengladbach-Hardt, St. Nikolaus

- Monchengladbach-Hermges, St. Josef

- Rheydt-Giesenkirchen, St. Gereon

Bedanken mochte ich mich bei den Werkstatten fUr Glasmalerei und Restaurierung Dr. H.

Oidtmann in Linnich, insbesondere bei meinem Vater Ludovikus Oidtmann und meinem

Onkel Friedrich Oidtmann, die mich von meiner Tatigkeit in der Werkstatt zeitweise frei-


II

stellten und dadurch die Moglichkeit gaben, mich dieser Thematik zu widmen. Dank gilt

auch meinem Cousin Heinrich Oidtmann fUr sein Interesse und seine UnterstOtzung, indem

er mir in der Endphase der Dissertation viele Aufgaben in der Werkstatt abnahm.

Auch den Mitarbeitern der Werkstatt, besonders dem Ieider inzwischen verstorbenen

Hermann Dahmen, sei an dieser Stelle Dank gesagt fOr ihr Verstandnis und ihre positive

Anteilnahme.

Zuletzt mochte ich mich bei meinen Freunden und meiner Familia fUr ihr Verstandnis und

ihre Aufmunterungen bedanken, insbesondere bei meinen Schwestern Birgit und Elisabeth

tor das Korrekturlesen der Endfassung.

Vor allem aber bin ich meiner Frau Bettina zu groBem Dank verpflichtet tor die zahlreichen

Hilfestellungen, tor ihr EinfOhlungsvermogen und ihre moralische UnterstOtzung.

Stefan Oidtmann, Dezember 1994


Ill

lnhaltsverzeichnis

Vorwort

lnhaltsverzeichnis

Symbolliste

Ill

VII

I. Einleitung und Problemstellung

II.

Grundlagen

A. Glas, Bemalung und Schadan

5

5

1.

2.

3.

4.

5.

6.

Geschichte des Glases

Struktur und Eigenschaften des Glases

2.1 Struktur des Glases

2.2 Chemische Bestandigkeit- Korrosion

2.3 Optische Eigenschaften

2.4 Warmeverhalten von Glas

2.5 Mechanische Eigenschaften

Herstellung des Glases

3.1 Bestandteile des Gemenges

3.2 Zusammensetzung des Gemenges

3.3 SchmelzprozeB

3.4 Einteilung der Glaser

3.5 Zusammensetzung historischer Glaser

Bemaltes Glas - Glasgemalde

4.1 Geschichtliche Entwicklung des Glasgemaldes

4.2 Herstellung eines Glasgemaldes

4.3 Glasmalfarben

4.4 Maltechnik

4.5 Brenntechnik

Schad en

5.1 Schadensbilder

5.2 Ursachen der Schaden

Literatur

5

7

7

9

11

11

11

12

12

14

14

14

15

17

17

17

18

19

19

20

20

24

26

B. AuBenschutzverglasung

28

1.

2.

SchutzmaBnahmen tor historische Fenster

Die Schutzverglasung

2.1 Geschichtliche Entwicklung der Schutzverglasung

2.2 Schutzverglasungskonzepte

2.2.1 Beluftungssysteme

2.2.2 Konstruktionsvarianten

2.2.3 Gestaltung der Schutzverglasung

28

29

29

30

30

31

33


IV

3. Oberprufung vorhandener Schutzverglasungen 38

3.1 Messungen 38

3.2 Glassensoren 41

3.3 Sonstige Untersuchungen ~2

4. Erfassen von Schutzverglasungen 44

4.1 Zeichnerische Bestandsaufnahme 44

4.2 Fragenkatalog und Datenbank 45

5. Literatur 47

c. Bauphysikalische Aspekte 48

1 . Einleitung 48

2. Theorie 50

2.1 Warme 50

2.2 Feuchte 52

3. Physikalische Modelle 54

3.1 Fenstermodell 54

3.1.1 Modellbeschreibung 54

3.1.2 FluBdiagramm des Fenstermodells 60

3.1.3 Parameterstudie 63

3.2 Kirchraummodell 64

3.2.1 Modellbeschreibung 65

3.2.2 FluBdiagramm des Kirchraummodells 76

4. Literatur 80

Ill. Bauphysikalische Messungen 81

1. Einleitung 81

2. Messungen in dar Klimakammer 81

2.1 Die MeBaufstellungen in der ,hot-box" 82

2.2 Das MeBprogramm 88

2.3 Die MeBapparatur 89

3. Messungen in den Kirchen 91

3.1 Auswahl der MeBobjekte 91

3.2 Beschreibung der MeBobjekte 97

3.2.1 Keyenberg, Heilig Kreuz 97

3.2.2 Kloster Neuendorf 100

3.2.3 Koln, Dom 102

3.3 Die MeBprogramme 105

3.3.1 Das allgemeine MeBprogramm 105

3.3.2 Das spezielle MeBprogramm tor Keyenberg 106

3.4 Die MeBapparatur 106

3.4.1 Die allgemeine MeBapparatur 106

3.4.2 Die MeBapparatur fur Keyenberg 107

3.5 Die Glassensorstudie 108

3.6 Die Schadstoffmessungen 109

4. Ventilationsgradmessungen 110

4.1 MeBaufstellung und MeBprogramm 110

4.2 Die MeBapparatur 111

5. Literatur 112


v

IV. Auswertung der Labor-Messungen 113

1. Auswertung der Parameterstudie 113

1.1 Ergebnisse 113

1.2 SchluBfolgerung 119

2. Auswertung der Warmeschutzglas-Studie 123

2.1 Ergebnisse 123

2.2 SchluBfolgerung 126

3. Literatur 126

v. Anwendung der Rechenmodelle 127

1. Das Fenstermodell 127

1.1 Ergebnisse der ,hot-box/cold-box"-Messungen 127

1.2 Ergebnisse der ,in situ"-Messungen in Keyenberg 135

2. Das Temperatur- und Feuchtemodell 137

2.1 Einfache OberprDfung 137

2.2 OberprOfung einer beheizten und unbeheizten Kirche 140

3. Simulation verschiedener Parameter 146

3.1 Beheizte Kirche - Unbeheizte Kirche 147

3.2 lnnenbeiOftung - AuBenbeiOftung 149

3.3 Orientierung des Fensters 152

3.4 Hygroskopische Materialien 153

3.5 Ventilationsgrad der Kirche 153

4. SchluBfolgerungen 156

5. Literatur 157

VI. Auswertung der Praxis-Messungen 159

1. Beurteilung der einzelnen MeBstationen 160

1.1 Altenberg, Dom 160

1.2 Breinig, St. Barbara 162

1.3 Keyenberg, Heilig Kreuz 163

1.4 Kloster Neuendorf, Klosterkirche 167

1.5 Koln, Dom 169

1.6 Lamersdorf, St. Cornelius 174

1.7 Marburg, Elisabethkirche 175

1.8 Monchengladbach, MOnsterkirche 177

1.9 Monchengladbach-Hardt, St. Nikolaus 178

1.10 Monchengladbach-Hermges, St.Josef 180

1.11 Rheydt-Giesenkirchen, St. Gereon 181

2. Vergleich der MeBstationen unter verschiedenen Aspekten 183

2.1 Beheizung der Kirche 183

2.2 BeiOftungssysteme 187

2.3 Orientierung der Fenster 191

2.4 Konstruktionsdetails 195

3. SchluBfolgerung 197

4. Literatur 199


VI

VII. SchluBfolgerung und Ausblick

201

Zusammenfassung

Summary

Samenvatting

203

204

205

Appendix

A. Oberprufung vorhandener Schutzverglasungen

B. Konstruktionszeichnungen

C. Bestandsaufnahme

D. Beschreibung der MeBobjekte

E. Zusammenhang dimensionsloser Zahlen

F. Auswertung der Praxismessungen (Grafiken)

207

207

217

223

235

241

245

Lebenslauf

255


VII

Symbolliste

Symbol Physikalische GroBe Einheit

a Temperaturleitfahigkeit m•/s

A Flache, Oberflache m2

b Breite des Spaltes m

c absolute Luftfeuchtigkeit g/m 3

c. Wasserdampfsattigungskonzentration g/m 3

Co spezifische Warme bei konstantem Druck J/kgK

Warmekapazitat J/K

c Konzentration kg/m 3

d Tiefe des Spaltes m

dh hydraulischer Durchmesser m

D Diffusionskoeffizient tor Wasserdampf m 2 /s

f Temperaturtaktor -

FG Formfaktor -

9 Gravitationsbeschleunigung m/s 2

G Wasserdampfabgabe an die Glasoberflache kg/s

h Hohe der BeiOftungsoffnung m

H Hohe des Spaltes m

k, Konstante tor Spaltluft-Warmestromdichte W/m 2 K

L latente (verborgene) Warme kJ/kg

Masse kg

m Massestrom kg/s

n Luftwechselzahl 1/s

p Wasserdampfpartialdruck Pa

P• Wasserdampfsattigungsdruck Pa

p Druck Pa

q Warmestromdichte W/m 2

Q Warmestrom w

R relative Gaskonstante J/kgK

R spezifischer Warmewiderstand einer Materialschicht m 2 KIW

Rw Widerstandsdruck Pa

t Zeit s

T Temperatur K

Luftgeschwindigkeit m/s

Volumen m3

v Volumenstrom m 3 /s

X Platzkoordinate m

X absoluter Feuchtegehalt der Luft kg/kg(lrod


VIII

Griechische Symbole

Symbol Physikalische GroBe Einheit

a Wiirmeubergangskoeffizient Wlm 2 K

a. Wiirmeubergangskoeffizient fUr Strahlung Wlm 2 K

f) Wasserdamptubergangskoeffizient slm

B Diffusionsleitkoeffizient fUr Wasserdampf m 2 ls

E Emissionskoeffizient -

1) Dynamische Viskositiit kg/ms

e Temperatur oc

A Wiirmeleitkoeffizient WlmK

A Reibungszahl IL Diffusionswiderstandszahl -

v Kinematische Viskositiit m 2 ls

~ Widerstandsfaktor -

~ Tangens an die hygroskopische Kurve -

p Dichte kglm 3

p Reflexionsgrad -

(J' Stefan-Boltzmann-Konstante Wlm 2 K 4

T Transmissionsgrad -

T Schubspannung Nlm 2

Wiirmestrom w

Massestrom kgls

Relative Feuchtigkeit %

Indices

Symbol

Bedeutung

1 Schutzglas

2 Originalglas

a

Absorption

c

Konvektion

c1

Konvektion zum Schutzglas

c2

Konvektion vom Originalglas

d

Dampf

e

auBen

fie

fiktiv angenommene Temperatur

h

Himmel

i

innen

I

Luft

lm

Luft in der Mitte des Segments

11 Luft am Eingang des Segments

12 Luft am Ausgang des Segments

s

Strahlung

ein I Eintritt

Eingang des Spaltes

aus I Austritt

Ausgang des Spaltes

oben

Beluftungsoffnung oben

unten

Beluftungsoffnung unten

sp

Spalt

w

Wand


Kapitel I

Einleitung und Problemstellung

Seit Beginn dieses Jahrhunderts beobachtet man bei sehr vielen mittelalterlichen Glasgemalden

eine zunehmende Zerstorung ihres Erscheinungsbildes, wahrend sich dieselben

Glasmalereien in den fri.iheren Jahrhunderten kaum verandert haben. Dieser ,ZerstorungsprozeB"

scheint sich standig zu beschleunigen, so daB innerhalb der nachsten Jahrzehnte

der Verlust vieler Glasmalereien zu befurchten ist.

Zustandsvergleiche zwischen den schon seit langerer Zeit museal aufbewahrten und den

,in situ" befindlichen mittelalterlichen Glasmalereien zeigen dies deutlich. lnzwischen hat

man festgestellt, daB nicht nur die mittelalterlichen Glasmalereien von diesem Zerfall betroffen

sind, sondern ebenso ein Teil der Scheiben des 19. Jahrhunderts.

Dies deutet darauf hin, daB Umweltfaktoren als entscheidende Ursachen fUr die katastrophalen

Schadan an den Glasgemalden anzusehen sind. Begunstigt wird diese Entwicklung

durch die nati.irliche Alterung, mangelnde Pflege, unsachgemaBe Restaurierungen, Einbau

von Heizungen und die damit verbundene Zunahme der Tauwasserbildung auf der Glasoberflache.

Die Verwitterung (Korrosion) des Glases hangt von der chemischen Zusammensetzung der

einzelnen Glaser und deren Bestandigkeit gegenuber waBrigen Losungen und feuchten

Atmospharen ab.

Niederschlag, Schwitzwasser und hohe Luftfeuchtigkeit fi.ihren zur chemischen Auslaugung

der Glasoberflache. Dabei reagieren die in der Luft vorhandenen aggressiven Gase, vornehmlich

Schwefeldioxid (80 2 ), mit den ausgelaugten Bestandteilen zu den entsprechenden

Verbindungen, die sich als Korrosionskrusten (Wetterstein) auf der Glasoberflache

ablagern.

Die Korrosion des Glases muB somit als ein Zusammenwirken verschiedener chemischer

und physikalischer Prozesse angesehen warden.

Chemische

Prozesse

Physikalische

Prozesse

Es hat schon viele Versuche gegeben, die katastrophale Entwicklung aufzuhalten, um die

kostbaren historischen Glasgemalde fUr die nachfolgenden Generationen zu erhalten und

zu sichern.

Da die Glasgemalde als Bestandteile der Kirchengebaude und ihrer Architektur anzusehen

sind, sollten sie grundsatzlich an dem Platz verbleiben, fUr den sie geschaffen wurden. Die

Aufbewahrung der gefahrdeten Glasmalereien in Museen erscheint nur in Einzelfallen und

auch nur dann sinnvoll, wenn es sich um Einzelscheiben bzw. kleine und/oder auBerst

bedeutende Fenster handelt. lm Normalfall wird man bei dieser Methode zur Erhaltung der

wertvollen Glasgemalde auf groBe Schwierigkeiten stoBen, da man z.B. kein Museum von

den AusmaBen des Kainer Domes errichten wurde.


2

Diese Austuhrungen zeigen, daB es notwendig ist, eine andere Schutzmoglichkeit zu entwickeln;

die auch aus denkmalpflegerischer Sicht in bezug auf die Konservierung alter

Glasmalereien zu vertreten ist. Eine Losung dieses Problems erfordert die Zusammenarbeit

unterschiedlicher Fachbereiche, da es sich um eine multidisziplinare Aufgabenstellung handelt.

In den letzten Jahrzehnten wurden verschiedene Schutzkonzepte entwickelt und mit unterschiedlichem

Erfolg getestet.

Eine der wirksamsten Methoden, das kostbare Glas zu schutzen, ist nach heutigen Erkenntnissen

in der Fachwelt der Einbau einer AuBenschutzverglasung. Sie schafft die fUr

die bedrohten Glasgemalde notwendige ,quasi museale Aufbewahrung in situ". Durch den

Einbau einer Schutzverglasung schutzt man das Originalglas vor dem direkten Kontakt mit

der AuBenbewetterung.

lm Expertenkreis ist es allgemein bekannt, daB der Spalt zwischen den Verglasungen beluftet

warden muB. Dabei bestehen zwei grundsatzlich verschiedene Auffassungen bezuglich

des Beluftungssystems: die Beluftung des Spaltes mit AuBenluft und die lnnenbeluftung.

In England wurde auf Grund von Messungen relativer Feuchte, Oberflachentemperaturen

und Tauwassermengen die Auffassung vertreten, daB eine Beluftung mit AuBenluft den Vorzug

verdient. Die Experten in Deutschland, Osterreich, der Schweiz und den Niederlanden

sind jedoch der Meinung, daB eine lnnenbeluftung erforderlich ist. Dies bestatigen die Messungen

in den Niederlanden und in Deutschland.

SchlieBiich wird auch noch die Auffassung vertreten, daB vollig auf eine Beluftung zwischen

Schutzverglasung und Originalscheiben verzichtet werden kann.

Die Problematik der AuBenschutzverglasung zeigt sich darin, daB bei den unterschiedlichen

Beluftungssystemen verschiedene Konstruktionsvarianten existieren, da die Situation an

den einzelnen Bauwerken unterschiedlich ist und oft nur ein bestimmtes Konstruktionssystem

zulaBt.

Obwohl seit Jahrzehnten AuBenschutzverglasungen in den unterschiedlichsten Konstruktionsvarianten

ausgefuhrt werden, beschranken sich klimatechnische und naturwissenschaftliche

Arbeiten zur erreichten Schutzwirkung bisher auf wenige Einzelfalle. Es fehlt

eine systematische Bestandsaufnahme, die durch vergleichende Charakterisierung der


Einleitung und Problemstellung 3

Konstruktionen, der resultierenden mikroklimatischen Verhaltnisse hinter den AuBenschutzverglasungen

sowie der verbleibenden korrosiven Belastungen an den historischen Originalfenstern

eine Basis fur weiterfiihrende Forschungen schafft.

Der Einbau einer Schutzverglasung kann unter Umstanden dazu fiihren, daB die Tauwasserbildung

auf der Glasoberflache nicht verhindert, sondern sogar begiinstigt und dadurch

die Zerstorung der Glasmalereien beschleunigt wird. Es ist deshalb von groBer Bedeutung,

diesem ProzeB mit seinen negativen Folgen entgegenzuwirken. Eine Moglichkeit, die Tauwasserbildung

auf der Glasoberflache zu verringern, besteht darin, den Spalt zwischen den

beiden Verglasungen in der richtigen Weise zu beliiften.

Um die genaue Wirkungsweise der einzelnen Schutzverglasungssysteme erkennen zu

konnen, wurden im Rahmen dieser Arbeit umfangreiche klimatechnische Messungen an

unterschiedlichen Konstruktionssystemen in der Klimakammer der Technischen Universitat

Eindhoven und in verschiedenen Kirchen durchgefiihrt. Die Entwicklung von Computermodellen

dient dazu, die Tauwasserbildung an den Fenstern vorherzusagen. Die Oberpriifung

dieser Rechenmodelle erfolgte mit Hilfe der bereits erwahnten Messungen.

Die Ergebnisse dieser Untersuchungen sollen die wissenschaftlichen und technischen

Voraussetzungen fUr die Praxis schaffen, damit fUr die jeweilige Situation die optimale

Schutzverglasungskonstruktion ausgewahlt werden kann.


5

Kapitelll

Grundlagen

Die Erhaltung von Glasmalereien, die Erarbeitung von Schutzkonzepten gegen die Korrosion

des Glases ist, wie bereits in der Einleitung erwahnt, eine multidisziplinare Aufgabe, an

der verschiedene Fachdisziplinen wie Denkmalpflege, Naturwissenschaften und Restaurierung

beteiligt sind. Um allen lnteressenten die Gesamtproblematik Ieichter verstandlich zu

machen, werden in diesem Kapitel die Grundlagen und Aufgaben der einze\nen Fachbereiche

erlautert:

Das Unterkapitel ,Gias, Bemalung und Schaden" beschaftigt sich mit dem Werkstoff Glas,

den es zu schOtzen gilt. Neben der Geschichte des Glases werden lnformationen gegeben

Ober die Eigenschaften des Glases, die Herstellung des mundgeblasenen Glases, die Anfertigung

von Glasgemalden sowie· Ober die bekannten Schaden an Glasgemalden und deren

Ursachen.

lm zweiten Unterkapitel ,AuBenschutzverglasung" wird zuerst die geschichtliche Entwicklung

der Schutzverglasung aufgezeigt. Danach wird ein Oberblick Ober die bereits vorliegenden

Untersuchungen und die daraus resultierenden Ergebnisse gegeben, sowie die

systematische Erfassung von vorhandenen Schutzverglasungen dargestellt.

Das dritte Unterkapitel ,Bauphysikalische Aspekte" erlautert nach der Beschreibung der

wichtigen physikalischen EinfluBgroBen - der Warme und der Feuchte - die im Rahmen der

Arbeit entwickelten Rechenmodelle, das Fenstermodell und das Kirchraummodell.

A. Glas, Bemalung und Schaden

1 . Geschichte des Glases

Glas existierte bereits lange Zeit vor den ersten primitiven Glasformungsversuchen der

Menschen in Form von Naturglasern, den sogenannten Obsidianen, die in den Gluten vulkanischer

AusbrOche durch Zusammenschmelzen von Kieselsaure und Erdalkalien entstanden.

Aus welcher Zeit die ersten von Menschenhand geschaffenen Glaserzeugnisse stammen,

ist umstritten, aber anhand der bisherigen Erkenntnisse ist das Glas a\s Schmuckgegenstand

seit ca. 3000 v.Chr. in Mesopotamian und Agypten nachweisbar. Die Kunst der Glasformung

wurde im Verlauf der Jahrhunderte standig weiterentwicke\t, so daB neben

Schmuck auch HohlgefaBe entstanden. Voraussichtlich im 1. Jh. v. Chr. erfanden die Phonizier

die Glasmacherpfeife. Mit Hilfe der Blastechnik wurde die Glasformung vereinfacht,

so daB neue Formen und GraBen entstanden. Um die Zeitwende trat eine weitere Verwendungsmoglichkeit

des Glases durch die Herstellung von Flachglas in den Vordergrund: ein

lichtdurchlassiger RaumabschluB in der Architektur.

Anfangs wurde das Glas als FensterabschluB in Thermen verwendet. Das alteste verglaste

Fenster, ein Bronzerahmen mit vier kleinen, 13 mm dicken Scheiben, stammt aus den

Forumsthermen von Pompeji (60 v.Chr.). Diese frOhen romischen Fensterglaser wurden

wahrscheinlich auf fo\gende Weise hergestellt: Die zahfiOssige Glasmasse wurde mit einer

SchOpfkelle auf eine glatte Unterlage gegossen und dann vom G\asmacher moglichst eben

verstrichen. Um die Sichtbehinderung durch die Mattierung soweit wie moglich zu beheben,

wurden die Scheiben teilweise zusatzlich poliert.

Die groBe Zahl der Glasfunde bezeugt, daB dieses Verfahren der Glasherstellung bis ins

5. Jh. n. Chr. angewandt wurde, obwohl durch das Blasverfahren ein qualitativ besseres


6

Glas hergestellt werden konnte. Das Festhalten am alten Verfahren findet seine Begri.indung

vermutlich darin, daB hierdurch Glaser von gr6Beren Abmessungen gefertigt werden

konnten.

Ab dem 5. Jh. n. Chr. setzte sich das Zylinder-Bias-Verfahren endgi.iltig durch, bei dem eine

Glastafel hergestellt wurde, die auf beiden Seiten eine weitgehend glatte Oberflache aufwies.

lm Verlauf der Jahrhunderte wurde das Verfahren standig verbessert; es entspricht

heute noch weitgehend der Herstellungsart, die in der Schedula des Monches Theophilus

[31 ;38;39] beschrieben wurde. Aus diesem Grund soli das derzeit praktizierte Verfahren,

nach dem das sogenannte Echtantikglas hergestellt wird, etwas genauer beschrieben und

in Abb. 1.1 dargestellt werden:

Der Glasmacher nimmt mit Hilfe der Glasmacherpfeife (a) eine kleine Menge Glas aus dem

Hafen, indem er den Kopf der Pfeife (Nabel) in die Glasschmelze taucht. Zuerst blast er eine

kleine Kugel (b), die er wiederum in den Hafen halt, urn sie mit einer weiteren Glasschicht zu

i.iberziehen. Diese Tatigkeit muB er so oft wiederholen, bis er genugend Glasmasse auf der

Kugel hat. Durch standiges Blasen, Schwenken und Formen entsteht ein langlicher Glaskolben

(c). Diesen reibt der Glasmacher zwischenzeitlich in einer ,gezahnten" Eisenmulde,

dem sogenannten Hobel, wodurch die Schlieren entstehen, die tor das Echtantikglas so

charakteristisch sind.

'o

b)

a)

h) k)

Abb. 1.1: Fertigung des Echtantikglases (37)

Danach setzt der Glasmacher eine kleine Menge heiBe Glasmasse auf die untere Wolbung

des Kolbens (d). Der Glaskolben ist bereits erstarrt, nur der Klumpen Glas ist noch weich.

Wenn der Glasmacher nun den Kolben in den Ofen hebt und dabei das MundstOck der

Pfeife zuhalt, sprengt die eingeschlossene und in der Hitze sich ausdehnende Luft den Kolben

an der schwachsten Stelle, d. h. dort wo der weiche Klumpen Glas sitzt, mit horbarem

Knall (e). Mit einer Schere wird die Ottnung groB und glatt ausgeschnitten (f). Das offene

Kolbenende wird gerade gerichtet. Der Glasmacher legt die Pfeife auf eine Gabel. Wahrend

er die Pfeife dreht, wird in die ge6ffnete Seite des Kolbens ein Metal/stab hineingehalten, so

daB sich durch das Rotieren der Kolben kreisrund offnet (g). Dabei entsteht auf der lnnenseite

des Kolbens auch ein Hobel. In die Ottnung greift der Glasmacher dann mit einer Spezialzange

und sprengt die Pfeife ab und offnet auch hier in der oben beschriebenen Weise

die Ottnung kreisrund (h). Der Zylinder wird im KOhlofen getempert. Dann wird er der Lange

nach aufgeschnitten oder aufgesprengt und kommt in den Streckofen. Der zusammensinkende

Zylinder wird mit Hilfe von Eisenstangen auseinandergefaltet (i) und anschlieBend mit

langstieligen, wassergetrankten Holzrakeln flachgebOgelt (k). AbschlieBend wird die so entstandene

Glastafel im KOhlofen getempert, wobei das Glas nochmals bis zum Erweichungspunkt

erwarmt wird, damit sich die Spannungen auflosen.


Grundlagen A 7

lm 14. Jh. entwickelten sich aus dem Zylinder-Bias-Verfahren die Herstellung der Butzenscheiben

und das Mondglas-Verfahren als neue Produktionsmethoden. lm 17. Jh. kam als

weitere Variante noch die Herstellung der Tellerscheiben hinzu.

Ende des 17. Jh. besann sich der Franzese de Nehou historischer Produktionsformen und

verbesserte das seit dem 5. Jh. kaum noch angewandte GuB-Verfahren. Er konstruierte

einen GuBtisch, auf den er die Glasmasse ausgoB, aber dann nicht verstrich, sondern mit

Hilfe einer Walze glattbOgelte. Die Oberflachen der gegossenen Platte wurden anschlieBend

poliert. Somit war ein Glas entstanden, das sowohl in den Abmessungen als auch in der

Qualitat dem zylindergeblasenen Glas Oberlegen war. Die hohen Herstellungskosten verhinderten

aber anfangs eine weite Verbreitung. Das GieB-Walz-Verfahren erlangte seinen

Durchbruch erst im 19. Jh. nach der Entwicklung des Wanneofens, da es nun moglich war,

das Glas in Masse zu produzieren.

1900 entwickelte Sievers das maschinelle Zylinder-Bias-Verfahren. Durch das Aufblasen

des Zylinders mit PreBiuft erhielt man wesentlich gr6Bere Glastafeln als beim traditionell

hergestellten mundgeblasenen Glas, aber das Verfahren hatte keine Zukunftschancen, da

die Qualitat des Glases nachlieB, der Energieverbrauch sehr hoch war und auBerdem noch

ein erhohter Glasbruch hinzukam. Zu Beginn dieses Jahrhunderts entwickelten der Belgier

Fourcault und der Amerikaner Colburn zwei weitere Verfahren. Es gelang ihnen, das Glas

direkt aus der Wanne zu ziehen. Da das Glas unmittelbar der giOhenden Masse entnommen

wurde, hatte es eine feuerblanke Oberflache. Die so entstandenen Scheiben werden Ziehglas

genannt. Dieses Verfahren loste nun endgOitig das Zylinder-Bias-Verfahren ab, wurde

aber selbst schon Anfang der 70er Jahre dieses Jahrhunderts durch das Floatglasverfahren

abgelost, bei dem das Glas aus der Schmelze auf ein Metallband (Fioatband) aus

geschmolzenem Zinn lauft und sich ausbreitet.

Die Verwendung von Glas findet in der heutigen Zeit, besonders in der Architektur, standig

neue Anwendungsmoglichkeiten. Glas ist durch seine Durchsichtigkeit, seine Harte, seinen

Glanz, seine weitgehende chemische Bestandigkeit und seine fast unbegrenzte Formbarkeit

ein , historischer" Werkstoff mit Zukunft. Auf neue Entwicklungen und Verwendungszwecke

kann hier jedoch nicht naher eingegangen werden.

Es bestehen auch heute noch einige GlashOtten, die Flachglas nach den traditionellen

Zylinder-Bias-Verfahren herstellen. Sie produzieren die Flachglaser, die von den Glasmalerei-Werkstatten

tor die Anfertigung kOnstlerischer Verglasungen benotigt werden. Die frOheren

,Fehler" des Glases, wie Blasen, Schlieren und Schattierungen, die dem Glas ihren

Charakter geben, werden teilweise sogar absichtlich eingebracht.

2. Struktur und Eigenschaften des Glases

2.1 Struktur des Glases

Glas ist ein fester, in seiner Oberwiegenden Masse nichtkristalliner, sproder anorganischer

Werkstoff. lm Vergleich zu einem kristallinen Stoff besitzt das Glas keinen definierten

Schmelz- und Erstarrungspunkt, sondern geht allmahlich, d.h. ohne sprunghafte Anderung

der Eigenschaften, in einen anderen Aggregatzustand Ober.

Die Vorstellungen uber die Struktur des Glases beruhen heute im wesentlichen auf der

Theorie von Zachariasen und Warren [34], der sogenannten Netzwerkhypothese. Danach

wird das nur aus einer Komponente bestehende Quarzglas von [Si0 4 ]-Tetraedern gebildet,

die uber Sauerstoff-Brucken miteinander verbunden sind.


8

a) Quarzkristall b) Quarzglas c) Natriumsilikatglas

Abb. 2.1: Strukturmodelle (nach Zachariasen und Warren) [19]

Wahrend diese Netzwerkbildner (Si0 4 -Einheiten) im Quarzkristall regelmaBig angeordnet

sind, liegen sie im Glas als unregelmaBiges Netzwerk vor, wie in Abb. 2.1 zu erkennen ist.

Das Fensterglas besteht aber im allgemeinen nicht nur aus den Netzwerkbildnern, sondern

auch aus einem oder mehreren Netzwerkwandlern (Kap. II.A.3.1 ). Netzwerkbildner sind

neben dem Silicium auch seltener Germanium (Ge), Bor (B), Arsen (As) und Phosphor (P),

Netzwerkwandler sind die Oxide der Alkalien und Erdalkalien. Der EinfluB der Netzwerkwandler

auf die Struktur des Glases ist an folgendem Beispiel erkennbar:

= Si-0-Si= + Na-0-Na -. = Si-0-Na + Na-0-Si== (2.1)

Durch den Einbau der Netzwerkwandler wird das Netzwerk aufgespalten und anstelle der

=Si-0-Si=-Bindung tritt zum Teil die schwachere Bindung Ober Alkali- und Erdalkaliionen

(Abb. 2.1 c) Die meisten Eigenschatten der Alkali-Silicatglaser erklaren sich aus der Aufspaltung

des Netzwerks, die sich in der Schwachung der Glasstruktur bemerkbar macht. lm

Vergleich zum Quarzkristall andern sich die folgenden Eigenschatten: die Erweichungstemperatur

wird erniedrigt, die mechanische Festigkeit verringert, der Ausdehnungskoeffizient

erhoht und die chemische Bestandigkeit vermindert.

Der Schwachungsgrad, den das Silicat-Netzwerk durch den Einbau der Netzwerkwandler

erfahrt, hi:ingt sowohl von der Menge als auch von der Art der lonen ab. Je hoher der Alkaligehalt

eines Glases, desto niedriger ist z.B. sein Erweichungspunkt und seine chemische

Bestandigkeit. Der Einbau der groBeren und schwacher gebundenen Kaliumionen Iockert

die Struktur des Netzwerkes starker als die Natriumionen.

Es gibt also eine Vielzahl von Elementen, die das Glasnetzwerk verschieden stark schwachen,

aber auch andere, die die Glasstruktur verstarken und damit wiederum eine Verfestigung

und damit Verbesserung der chemischen BesUindigkeit bewirken (Kap. II.A.3.5).


Grundlagen A 9

2.2 Chemische Bestandigkeit - Korrosion

Die Eigenschaft des Glases, gegen Umwelteinfli.isse zu widerstehen, bezeichnet man als

chemische Bestandigkeit, die Zerstorung des Glases als Verwitterung oder Korrosion. Unter

Glaskorrosion versteht man einerseits den Angriff von Wasser und waBrigen Losungen auf

die Glasoberflache, andererseits aber auch die komplexen Reaktionen bei der Wechselwirkung

mit der Atmosphare (Luftfeuchtigkeit, Schadgase usw.).

lm wesentlichen laufen dabei zwei sich gegenseitig beeinflussende Reaktionsmechanismen

ab, die Netzwerkauflosung und die Auslaugung in Form von lonenaustausch-Prozessen

[35].

Als Auflosung bezeichnet man die zwar geringe, aber doch meBbare Loslichkeit aller Si0 2 -

Modifikationen in Wasser. Die Glasoberflache weist offene Bindungen auf, die sehr schnell

mit dem Wasser der umgebenden Atmosphare reagieren, dabei das Glasnetzwerk aufspalten

und =Si-OH-Gruppen bilden. Diese Reaktion kann folgendermaBen schematisch dargestellt

werden:

=Si-0-Si= + H 2 0 --> =Si-OH + OH - Si= (2.2)

Haben aile vier Bindungen eines [Si04]-Tetraeders entsprechend dieser Gleichung reagiert,

so liegt formal die losliche monomere Kieselsaure Si(OH)4 vor.

Analog zeigt sich, daB alkalische Losungen die Silicatbindungen schneller auflosen:

=Si-0-Si= + OH- --> =Si-OH + -o-Si= (2.3)

Die wasserlosliche =Si-0--Gruppe kann dann mit H 2 0 weiter reagieren, wobei die OWlonen

als Katalysator wirken.

(2 .4)

Durch die zuvor beschriebenen Vorgange wird das Netzwerk des Glases aufgelost, wobei

Glassubstanz abgetragen wird.

Dagegen wird das Netzwerk an sich bei der Auslaugung nicht verandert. In sauren Losungen

tritt als erstes ein lonenaustausch zwischen den Alkaliionen des Glases und den H+oder

H 3 0+-Ionen der Losung auf. Dabei bilden sich im Glas Si-OH-Gruppen, und die

Losung verarmt an H+-lonen, d.h. der pH-Wert steigt an. Sohematisch lauft bei einem Natriumsilicatglas

folgende Reaktion ab:

=Si-0-Na+(Gias) + H+(LOsung) ...... =Si-OH(Gias) + Na+(LOsung) (2.5)

Es entsteht eine Oberflachenschicht, die arm an Netzwerkwandlern (Aikalien) ist und statt

dessen einen erhohten Gehalt an Wasserstoff (und Wasser) zeigt. Diese Schicht nennt man

ausgelaugte Zone oder auch Gelschicht.

Jedes Glas bildet eine Gelschicht, wobei die Dicke von der Zusammensetzung des Glases

abhangt. Moderne Glaser weisen nur eine sehr dunne Gelschicht auf, wahrend die Gelschicht

insbesondere bei mittelalterlichen Glasern teilweise sehr dick sein kann.

Bei pH-Werten unter 9 findet hauptsachlich die Auslaugung der Glasoberflache statt, da

hierbei ungebundene H+-lonen in der Losung vorliegen, die gegen die Alkalien ausgetauscht

werden konnen. Dagegen uberwiegt bei hoheren pH-Werten der ProzeB der Netzwerkauflosung,

da hier mehr freie OW-Ionen fUr die Reaktion vorhanden sind. Bei der


10

Reaktion von Glas mit Wasser ist das Verhaltnis der Glasoberflache zum Losungsvolumen

von groBer Bedeutung:

Anfangs ist die Losung neutral, und es findet die Auslaugung statt, d.h. es diffundieren

standig H+-lonen aus der Losung in das Glas. 1st das Losungsvolumen nur gering, so fuhrt

dies schnell zu einer Erhohung des pH-Wertes, und es folgt die Reaktion der Auflosung.

Auch bei der Verwitterung von Glas in der feuchten, mit Schadstoffen angereicherten

Atmosphare wird die Bildung von Gelschichten an der Glasoberftache festgestellt. Aber die

dabei ablaufenden Reaktionen sind nur teilweise mit der Korrosion in waBrigen Losungen

zu vergleichen, da das Verhaltnis von Glasoberflache und Losungsvolumen vollig anders ist

und zusatzlich die in der Luft vorhandenen aggressiven Gase mit den ausgelaugten

Bestandteilen des Glases zu Sulfaten, Carbonaten oder anderen Verbindungen reagieren.

Ein chemisch resistentes Glas sollte also moglichst wenig Alkalien enthalten, weiterhin sollte

das Netzwerk gut stabilisiert sein, was z.B. durch Ersatz eines Teiles von Si0 2 durch

einen anderen Netzwerkbildner geschehen kann. Diese lnformationen waren dem mittelalterlichen

Glasmacher selbstverstandlich nicht bekannt.

Um einen allgemeinen Oberblick uber den EinfluB der Glaszusammensetzung auf die Eigenschaften

des Glases, besonders die chemische Bestandigkeit, zu erhalten, werden die

wichtigsten Bestandteile des Gemenges in drei Gruppen unterteilt und in Abb. 2.2 in einem

Dreiecks-Diagramm in Molprozenten dargestellt [26;28]:

- Gehalt an Siliciumdioxid (SiO:J, welches das Grundgerust des Netzwerks bildet.

- Gehalt an Alkalioxiden (Kalium, Natrium), die die Festigkeit des Netzwerks verringern,

dargestellt durch den R 2 0-Gehalt.

- Gehalt an Erdalkali- und anderen Oxiden (Calcium, Magnesium, Aluminium usw.), die in

geringer Menge die Festigkeit erhOhen, dargestellt durch den RO-Gehalt.

6

.. ~"'

J-.

'0

A .. ,

X p


Legende:

c

a• A = modemes Tafelglas

P,Q = Flachgll!.ser 12. Jh.

H~ ~J aus York

50 H,J = Flachglaser des

~ R ~ ~ ..? Mittelalters

RO

Abb. 2.2 Dreiecksdiagramm nach lliffe und Newton

Die verschiedenen historischen und modernen Glaser, die mit unterschiedlichen Methoden

analysiert wurden, konnen in das Diagramm eingetragen und beurteilt werden. Die bestan-


Grundlagen A 11

digsten Glassorten befinden sich im Bereich des Mittelpunktes des Dreiecks, dort konnen

die modernen Tafelglaser (A) eingetragen werden. Die Qualitat des Glases nimmt in Richtung

der unteren rechten Ecke ab. In diesen Bereich sind die instabilen Kalium-Calcium­

Giaser (H,J) einzuordnen.

2.3 Optische Eigenschaften

Trifft Licht auf eine Glasoberflache, so wird ein Teil der Strahlung reflektiert, ein anderer Teil

durchdringt das Glas, wobei wiederum ein gewisser Teil absorbiert wird.

Farbloses Glas ist weitgehend lichtdurchlassig, d.h. Licht wird von diesem Glas nur in

geringem MaBe reflektiert und absorbiert. Reflexion, Transmission und Absorption sind von

der chemischen Zusammensetzung des Glases, u.a. der Glasfarbe, und vom Einfallswinkel

des Lichtes abhangig. In Tabelle 2.1 werden beispielhaft die Strahlungskoeffizienten von

Floatglas und Bleiverglasungen aufgelistet.

Glasart Absorption Transmission Reflex ion

Floatglas 4 mm 0,10 0,80 0,10

Bleiverglasung 0,30-0,80 0,10-0,60 0,10

Tab. 2.1: Strahlungskoeffizienten verschiedener Glaser

2.4 Warmeverhalten von Glas

Glas besitzt im Vergleich zu anderen Werkstoffen eine geringe Warmeausdehnung, die von

verschiedenen EinfluBgroBen wie z.B. von der chemischen Zusammensetzung abhangig ist.

Der Ausdehnungskoeffizient des normalen Flachglases betragt a = 8,5 - 9,1 · 1 o·s [K'].

Bezogen auf eine Glastafel von 1 m Lange und einer Erwarmung von 1 oooc erfolgt eine

Ausdehnung um ungefahr 1 mm.

Die Temperaturerhohung durch Absorption ist meist gering, da das Glas die aufgenommene

Warme schnell an die kaltere Umgebung abgibt. Eine ungleichmaBige Warmeaufnahme

aufgrund von Bemalung oder Farbunterschieden des Glases sowie bei mittelalterlichen

Glasern durch die unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten von intaktem Glas und Gelschicht

kann Ieicht zu Spannungen im Glasinneren fOhren und eine RiBbildung zur Folge

haben.

2.5 Mechanische Eigenschaften

Von den mechanischen Eigenschaften ist die Festigkeit, Harte und Elastizitat fOr diese Thematik

von Bedeutung.

Die praktische Festigkeit fOr die Bruchspannung liegt in der Regel um das 1 OOfache niedriger

als der rechnerische Wert, da die hohen Zugspannungen an den Mikrorissen und Kerben

der Glasoberflache durch geringfOgige Krafte wie z.B. ErschOtterungen oder Temperaturwechsel

im Laufe der Zeit zum Glasbruch tohren konnen.

Das elastisch-sprode Verhalten von Glas wird gekennzeichnet durch das Elastizitatsmodul,

das bei Flachglas 7,2 · 10 5 N/mm 2 betragt. Dieser Wert nimmt vom Quarzglas Ober das


12

Natrium-Calcium-Gias zum Kalium-Calcium-Gias hin ab, da durch den Einbau der Natriumlonen

oder der noch gr6Beren Kalium-lonen das Netzwerk des Glases geschwacht wird

(s.Kap. II.A.2.1).

Die Harte des Glases ist z.B. fOr die restauratorische Behandlung historischer Glaser wichtig,

da die mechanische Reinigung einer ,weichen" Glasoberflache Ieichter zu Schaden

fOhren kann, als dies bei einer ,harten" Oberflache der Fall ist.

3. Herstellung des Glases

3.1 Bestandteile des Gemenges

Die Hauptbestandteile, aus denen sich das Gemenge zusammensetzt, sind seit Jahrtausenden

einfache natOrliche Rohstoffe. Dabei handelt es sich urn Sand, den eigentlichen

Glasbildner, und Asche, die als FluBmittel dient. Vervollstandigt wird das Gemenge durch

die Stabilisatoren und die Farbstoffe.

Glasbildner

Zur Herstellung von farblosen Glasern, insbesondere Kristallglas, konnen nur reinweiBe und

feinkornige Sande, sogenannte Kristallquarzsande, gebraucht warden, von deren Reinheit

die Qualitat des Glases abhangt. Aus diesem Grund finden heute in diesem Bereich vor

allem die sogenannten Quarz- oder Glassande mit einem Anteil von mindestens 99% Siliciumdioxid

und einem auBerst geringen Eisenoxidanteil Verwendung. Fur die Anfertigung

gewohnlicher Glaser konnen auch gelbe bis rote Sande mit hoherem Eisen- und Tongehalt

als Glasbildner eingesetzt werden.

Bei der Herstellung der historischen Glaser wurden meist die Sande verwendet, deren Vorkommen

in unmittelbarer Nahe der jeweiligen Glashutte lagen.

FluBmittel

Ein wesentlicher Bestandteil des Gemenges ist Asche, die als FluBmittel dient, da sie den

Schmelzpunkt des Gemenges von uber 1700°C auf unter 900°C herabsetzen kann.

Grundsatzlich kann die Asche jeder Pflanze zur Glasherstellung verwendet werden [4], entscheidend

ist der in ihr enthaltene Anteil an Alkalien, die den SchmelzprozeB fordem.

In den alten Schriften werden als Rohstoffe fOr die Asche die Pflanzen ,Salicornia herbacera"

und ,Kalidium caspicum" erwahnt, die einen hohen Anteil an Natrium aufweisen.

Theophilus spricht in seiner ,Schedula" [31 ;38;39] von Buchenasche, die hohe Anteile an

Calcium und Kalium aufweist.

Theophilus [39] als auch Agricola [1] erwahnen in ihren Schriften aber nicht die Verarbeitung

der Pflanzenasche zu Pottasche. Daraus laBt sich folgern, daB dieser Arbeitsvorgang, der

den SchmelzprozeB vereinfacht, wahrscheinlich bis ins 16. Jahrhundert nicht bekannt war.

Neben der Pflanzenasche war die naturliche Soda den fruhen Glasmachem als FluBmittel

bekannt, denn sie beeinfluBt den SchmelzprozeB ahnlich positiv wie die Asche.

Als Rohstoff fOr die modernen Glaser dient heute entweder reines Natriumcarbonat (calcinierte

Soda) oder Natriumsulfat (Giaubersalz).


Grundlagen A 13

Diese AusfOhrungen zeigen deutlich, daB die Auswahl des FluBmittels schon immer eine

sehr groBe Bedeutung hatte, denn die unterschiedliche chemische Zusammensetzung des

FluBmittels (Tab. 3.1 in Kap. II.A.3.5) beeinfluBt in groBem MaBe die Eigenschaften des Glases

(Kap. II.A.2), was sich auch in den Schadensphanomenen (Kap. II.A.5.1) zeigt.

Stabilisatoren

Die Stabilisatoren sollen das Glas chemisch bestandig machen. Es werden hierzu vor allem

Erdalkalimetalle sowie Blei und Zink, meist in Form ihrer Carbonate oder Oxide, verwendet.

Die haufigste Verwendung findet das Calciumcarbonat (Kalkspat, Marmor, Kreide) als Stabilisator.

In alten Rezepten wird der Zusatz von Kalk nicht berOcksichtigt, da die vorhandenen

Sande bereits wechselnde Mengen natorlichen Kalks enthielten.

Neben dem Calciumcarbonat kamen Tonerde (Aiuminiumoxid), Bleioxid und Magnesiumoxid

als Stabilisatoren zur Verwendung. Das Aluminiumoxid verbessert die chemische Resistenz

und die Festigkeit des Glases. MaBige Zusatze von Bleioxid erhohen die Witterungsbestandigkeit,

hohere Zusatze setzen die Harte herab und bewirken ebenso wie das Magnesiumoxid

eine Emiedrigung der Schmelztemperatur.

Farbungs- und Trubungsmittel

Zur Farbung der Glaser wurden schon seit frOhesten Zeiten vor allem Metalloxide genutzt.

Der Farbton, den die Oxide geben, hangt von der Ofenatmosphare, der Basizitat der

Schmelze, der Wertigkeit der Metallionen und den Obrigen vorhandenen Metalloxiden ab. In

der Regel bedarf es nur einer geringen Konzentration solcher Farboxide (meist unter 3%),

um der Glasmasse die entsprechende Farbigk~it zu geben.

Entfarbemittel

Auch bei der Verwendung moglichst reiner Rohstoffe fOr die Glaserzeugung enthalten aile

Glaser neben anderen Verunreinigungen eine minimale Menge Eisenoxid, die durch den

ArbeitsprozeB (Hafenauflosung, Eisen der Glasmacherpfeife usw.) in die Glasmasse geraten

und ihr eine mehr oder weniger starke Gruntarbung verleihen.

Zur Herstellung von vollig farblosem, reinweiBem Glas, vor allem Kristallglas, mOssen dem

Gemenge daher Entfarbungsmittel zugesetzt werden, deren Wirkung teils physikalisch und

teils chemisch ist:

Die physikalische Entfarbung beruht darauf, daB man im Glas in auBerst schwachem MaBe

eine solche Farbung erzeugt, die nach dem Gesetz der Erganzungsfarben die oben genannte

MiBfii.rbung zu ,WeiB" erganzen.

Die chemische Einfarbung beruht darauf, daB in erster Linie das Eisen in eine viel schwachar

farbende Verbindung umgewandelt wird, die dann mit viel weniger physikalischen Entfarbungsmitteln

und daher vollkommener zu entfarben ist.

Einige Entfarbungsmittel, wie z.B. der Braunstein (vierwertiges Manganoxid), haben gleichzeitig

physikalische und chemische Eigenschaften.


14

3.2 Zusammensetzung des Gemenges

Fur die Verarbeitung und Formgebung des Glases sind Zahigkeit, Oberilachenspannung

und Neigung zur Kristallisation von besonderer Bedeutung. Diese Eigenschaften werden

unter anderem durch die Art und Menge der erschmolzenen Rohstoffe bestimmt.

In den verschiedenen schriftlichen Quellen vom 7. Jh. v. Chr. bis zum 17. Jh. n. Chr. andert

sich das Verhiiltnis Sand zu Asche von 1:3 bis 2:1. Es wurden dabei aber selten Angaben

uber Gewichts- oder Volumenanteile gemacht.

Durch Schmelzproben nach dem .,Theophilus-Rezept" bewies Geilmann [14;15;16], daB es

moglich ist, Glas aus Buchenasche und Sand bei beliebiger Zusammensetzung des

Gemenges sowohl in Gewichts- als auch in Raumteilen herzustellen. Lediglich die chemische

Zusammensetzung der gewonnenen Glaser war verschieden, da die Raumteile des

Sandes mit der der Asche nicht identisch sind.

3.3 Der SchmelzprozeB

Die Glasschmelze ist aufgrund der Zusammensetzung des Gemenges aus den verschiedenen

Rohstoffen ein komplizierter chemischer und physikalischer ProzeB.

Wahrend der Sand, in der Hauptsache Siliciumdioxid, eine Schmelztemperatur von mehr

als 1700°C hat, liegt die von Asche bei ca. 900°C. Die Erhitzung der unterschiedlichen

Bestandteile eines Gemenges hat verschiedene Reaktionen zur Folge, die die Schmelztemperatur

herabsetzen. Je nach Anteil der einzelnen Komponenten steigt oder tallt die

Schmelztemperatur des Gemenges.

Durch die Fortschritte in der Ofentechnik war es den Glasmachern dann auch moglich, den

Anteil des Sandes im Gemenge stetig zu erhohen. Dies hatte wiederum zur Folge, daB das

Glas hiirter wurde.

3.4 Einteilung der Glaser

Eine Einteilung der Glaser ist nach unterschiedlichen Kriterien moglich, wie z.B. nach der

chemischen Bestandigkeit, der Herstellungsart, dem Verwendungszweck u.a. Fur die vorliegende

Problematik ist eine Unterscheidung der Glaser nach ihrer Zusammensetzung und

damlt nach ihrem Korrosionsverhalten sinnvoll.

Dabei sollen nicht nur die qualitativen Ahnlichkeiten der Glaser aufgrund der chemischen

Zusammensetzung gepruft warden, sondern auch die besonderen Verhaltnisse ihrer wichtigsten

glasbildenden Komponenten sowie die ihrer Spurenelemente. So ergibt sich z.B.

eine Klassifizierung der Glaser nach dem Anteil der Hauptkomponenten des Glases oder

nach dem Gehalt der .,kleinen Komponenten".

Natrium-Calcium-Giaser

Der weitaus groBte Teil des heute industriell hergestellten Glases zahlt zur Gruppe des

Natronkalkglases (Natrium-Calcium-Gias).

Dieses Glas besteht durchschnittlich aus 71-75% Siliciumdioxid, 12-16% Natriumdioxid

und 1 Q-15% Calciumdioxid, die aus den Rohstoffen Sand, Soda (Natriumcarbonat) und

Kalk (Calciumcarbonat) stammen. Um die Eigenschaften dieses Glastyps zu modifizieren,

wird manchmal ein Teil des Natriumoxids durch Kaliumoxid oder ein Teil des Calciumoxids

durch Magnesiumoxid ersetzt.


Grundlagen A 15

Kalium-Calcium-Giaser

Verwendet man als FluBmittel anstelle von Soda (Natriumcarbonat) Pottasche (Kaliumcarbonat),

so entstehen Kalikalkglaser (Kalium-Calcium-Giaser), die sich unter anderem durch

ihre geringe chemische Bestandigkeit vom Natronkalkglas unterscheiden.

Das Kalikalkglas zeigte haufig eine grunliche Farbung, die auf Eisenverunreinigungen

zuruckzutohren ist. Daneben stellte man allerdings auch farbloses hochwertiges Kalikalkglas

her.

Natrium-Kalium-Calcium-Giaser

Neben den Natrium-Calcium-Giasern treten schon in der Antike die Natrium-Kalium-Calcium-Giaser

auf. Schon im Mittelalter wurden diese ,gemischten" Glaser hii.ufig hergestellt.

Wie in Kap. II.A.3.1 beschrieben, sind in den Pflanzenaschen grundsatzlich Anteile von Kalium

und Natrium vorhanden, wenn auch teilweise nur in auBerst geringen Mengen. Da aber

noch im Mittelalter ein GroBteil der Glaser mit Hilfe des Rohstoffes Asche - ohne Verarbeitung

desselben zu Pottasche - hergestellt wurde, ist das Auftreten der gemischten Natrium-Kalium-Calcium-Giaser

einfach zu erklaren.

Bleisilicat-Giaser

Wird das Calcium im Rohstoffgemenge in gri:iBerem Umfang durch Bleioxid ersetzt, so

erhalt man die sogenannten Bleisilicat-Giaser.

In der mittelalterlichen Glasmalerei treten wiederholt bleihaltige Glassorten auf. Dies wird

vermutlich daran liegen, daB die Bleiglaser gegenuber den Calciumglasern eine niedrigere

Schmelztemperatur besitzen. AuBerdem weist das Bleiglas eine hi:ihere Dichte und ein

hi:iheres Lichtbrechungsvermi:igen auf.

Chemische Untersuchungen an mittelalterlichen Glasern haben gezeigt, daB die Glaser, die

Bleioxid enthalten, eine hi:ihere Korrosionsbestandigkeit zeigen.

Mangan-Glaser

Die Mangan-Glaser, die im Mittelalter entwickelt wurden, zeichnen sich durch einen hohen

Anteil an Manganoxid aus.

Nach dem derzeitigen Stand der Wissenschaft erweisen sich gerade die manganhaltigen

Glaser als korrosionsanfallig. Es wird vermutet, daB das Mangan die teilweise auftretende

starke Verdunkelung der Glaser verursacht (s. Kap. II.A.5.1).

3.5 Zusammensetzung historischer Glaser

Anhand chemischer Analysen wird seit vielen Jahren die Zusammensetzung mittelalterlicher

Glaser in verschiedenen Landern mit unterschiedlichen Methoden ermittelt, wobei die

Gegensatze zu den modernen Glasern deutlich werden.

Die geringe chemische Bestandigkeit und die daraus resultierende Korrosion des mittelalterlichen

Glases (s. Kap. II.A.2.2) liegt im Verhaltnis der Hauptkomponenten zueinander.

Die Glaser enthalten in der Regel nur 45 - 60 Masse-% Siliciumdioxid und sehr hohe Anteile

an Kalium- und Calciumoxid.


16

Bezborodor [4] wahlte bei der Bearbeitung seiner Analysen von 234 antiken und 528 mittelalterlichen

Glasern die Klassifizierung nach dem Gehalt der Hauptkomponenten:

In der Antike wurden zum groBten Teil (87,7%) die Natrium-Calcium-Giaser hergestellt.

Einen kleineren Anteil (8,4%) bilden die gemischten Natrium-Kalium-Calcium-Giaser. Der

Rest (3,9%) konnte keinem Typus direkt zugeordnet werden. Bei der Analyse der mittelalterlichen

Glasproben kristallisierte sich keine so dominierende Gruppe heraus. Vielmehr

kann man eine Einteilung in drei Gruppen vornehmen, der ca. 80% der Proben zugeordnet

sind. Es handelt sich urn die Natrium-Calcium-Giaser, die gemischten Natrium-Kalium-Calcium-Giaser

und die Bleiglaser. Die restlichen 20% entfallen auf die Kalium-Calcium-Giaser,

die Manganglaser u.a.

Newton stellt in den CV-.. News Letters" [5] mehr als 150 Analysen aus verschiedenen internationalen

Laboratorian vor, nimmt aber dabei keine Einteilung in Gruppen vor. Er weist

vielmehr darauf hin, daB man die Ergebnisse mit Vorsicht betrachten muB, da Vergleichsmessungen

unterschiedlicher Laboratorian an demselben Glas unterschiedliche Analysenwerte

ergaben.

Muller [25] teilt die mittelalterlichen Glaser nach der Auswertung von 305 Glasanalysen in

fi.inf verschiedene Typen ein, die in Tabella 3.1 dargestellt sind. Neben den in der Tabelle

aufgezahlten Komponenten, sind in allen Glastypen auch noch andere Bestandteile wie

Magnesium-, Aluminium- und Manganoxid enthalten:

Die mittelalterlichen Glaser des Typs 1, die ungefahr die gleichen Anteile an Calcium- und

Kaliumoxid aufweisen, zeigen die geringste chemische Bestandigkeit. Ca. 90% der analysierten

Glasproben zeigen diese Glaszusammensetzung. Die Glaser des Typs 2 bestehen

aus denselben Komponenten, wie die Glaser des Typs 1, aber das Verhaltnis der Netzwerkwandler

Calcium : Kalium betragt ungefahr > 2 : 1. Diese Glaser stellten sich: als etwas chemisch

bestandiger, also korrosionsstabiler heraus.

Typ Si0 2 CaO K20 Na 2 o PbO P205 Farbe

1 45-55 15-25 15-25 0-2 0-1 0-4 aile

2 45-55 25-35 10-15 0-2 0-1 0-4 aile

3 60-75 1-6 5-6 10-16 0-1 0-4 blau

4 30-40 5-20 5-20 0-1 10-50 0-10 grun

5 55-70 10-20 2-6 2-6 0-1 3-10 aile

Tabelle 3.1 Mittelalterliche Glastypen; chemische Zusammensetzung in Masse-% (n~ch Muller [25))

Bei den drei anderen Glastypen handelt es sich urn chemisch stabilere Glaser mit verbesserten

Eigenschaften, die jedoch im Mittelalter seltener anzutreffen sind. Die blauen Glaser

des Typs 3 zeichnen sich durch einen sehr hohen Gehalt an Si0 2 , einen sehr geringen an

Kalium und einen hohen an Natrium aus. Bei den grOnen Glasern des Typs 4 handelt es

sich urn die Bleisilicatglaser mit einem sehr hohen Bleigehalt. Die Glaser des Typs 5 mit

einem hohen Si0 2 -Gehalt, niedrigen Kalium- und Natriumgehalten sowie einem hohen

Phosphorgehalt sind meist erst in der Renaissance entstanden.


Grundlagen A 17

4. Bemaltes Glas - Glasgemalde

4.1 Geschichtliche Entwicklung des Glasgemaldes

lm 4. - 6. Jh. werden in antiken Schriften farbige Glasfenster erwahnt, im 9. Jh. ist erstmalig

von auf Fenstern dargestellten Bildern die Rede.

Beweise, daB es in dieser Zeit schon echte Glasmalerei gab, sind zum einen durch schriftliche

Quellen [38;39] und zum anderen durch Funde belegt. Bei der Betrachtung der altesten

noch erhaltenen Fragmente figurlicher Glasmalerei aus der Zeit zwischen dem 9. und

11. Jh. - Kopf aus der Klosterkirche Lorsch, ,Schwarzacher Kopfchen" und Kopf von

WeiBenburg - kann man erahnen, wie weit die Glasmalerei zu diesem Zeitpunkt bereits entwickelt

war.

lhre eigentliche Blute erlebte die Glasmalerei erst nach dem 11. Jh. Schon die romanischen

Kirchen boten den Glasmalern gQnstige Moglichkeiten, aber erst in der Gotik konnte sich

die Glasmalerei vollig entfalten. In der Spatgotik und beim Obergang zur Renaissance

anderte sich die Auffassung bezuglich des Glasgemaldes vom teppichartigen Glasmosaik

zum auf Glas gemalten Tafelbild. lm Barock verlor die Glasmalerei an Bedeutung, da diese

Stilrichtung keinen Platz tor farbige Glasgemalde bot. Erst in der Zeit der Neugotik, als die

Architektur groBe Fenstertlachen schuf, lebte die Glasmalerei wieder auf.

Heute erstreckt sich der Arbeitsbereich der Glasmalerei-Werkstatten nicht nur auf die

Anfertigung neuer Fenster, sondem auch auf die Restaurierung und Erhaltung historischer

Fenster.

4.2 Die Herstellung eines Glasgemaldes

Grundlage eines jeden Glasgemaldes ist heute wie fruher der kunstlerische Entwurt. Wahrend

der mittelalterliche Glasmaler die Skizzen oder Zeichnungen selbst direkt in Originalgr6Be

anfertigte, werden heute die Entwurte von freischaffenden Kunstlern zuerst im verkleinerten

MaBstab (meist M. 1 :1 0) angefertigt und spater in den OriginalmaBstab M. 1:1

Obertragen. Der ,.Karton" gibt AufschluB Ober den Verlauf des Bleinetzes, Qber die LinienfOhrung

der Binnenzeichnung, zumindest in den HauptzOgen, und Ober die Farbe der Glaser.

Nach Theophilus legte der Glaser die ausgewahlten GlasstOcke auf den Karton, zeichnete

die durchscheinenden Linien mit Kreide auf das Glas, sprengte das Glas mit einem giOhenden

Eisen nach den aufgezeichneten Angaben und glattete die Rander mit dem Kroseleisen.

Bei der heutigen Arbeitsweise wird der Karton auf Schablonenpapier durchgepaust.

Mit einer Schablonenschere wird die Pause ausgeschnitten, wobei der Bleikern ausgespart

wird. Danach legt der Zuschneider die Schablone auf das ausgewahlte GlasstOck, schneidet

das Glas mit dem Diamanten auf die exakte GroBe und kroselt die Rander mit einer

Flachzange ab, dam it sich die Glaser spater besser im Bleinetz einpassen lassen.

Danach erfolgt, soweit es vom Entwerter vorgesehen ist, die Bemalung der Glaser. Sobald

die einzelnen GlasstOcke bemalt und gebrannt sind, werden sie in der richtigen Anordnung

auf einen Holztisch gelegt und verbleit, d. h. in die vorbereiteten Bleiruten gefaBt. Die einzelnen

Glaser werden StOck tor StOck zusammengesetzt. Dabei wird das ganze Getoge

durch kleine Nagel gehalten, urn ein Verschieben der StOcke zu verhindern. Nach dem Verbleien

werden die Bleie an das Glas angedrOckt und die Treffpunkte mit Zinn gelotet. AnschlieBend

wird die Scheibe gewendet, und die Treffpunkte der Ruckseite werden ebenfalls

gelotet. Die Arbeiten des Verbleiers damals und haute ahneln sich sehr stark. Unterschiede

bestehen hauptsachlich in der Anfertigung der benotigten Bleiprofife, die fruher selbst

gegossen wurden, wahrend man sie heute meist fertig bezieht.


18

Die einzelnen Teile eines Fensters werden anschlieBend verkittet, d.h. mit einem Pinsel wird

zahflussiger Kitt in das Bleinetz eingerieben, die BleifiOgel der ROckseite werden zugestrichen,

urn Wasserdichtigkeit und zusatzlich hohere Stabilitat zu erzielen.

In den alten Schriften wird nichts von Verkitten erwahnt. Man muB also davon ausgehen,

daB ein Abdichten im Mittelalter nicht erfolgte und in der Neuzeit nur in Ausnahmefallen.

4.3 Die Glasmalfarben

UrsprOnglich kannte die Glasmalerei nur eine einbrennbare Farbe, das Schwarzlot. lm

14. Jh. wurde das Silbergelb bzw. Silberlot fUr die Glasmalerei erfunden. Die Emailfarben

wurden erst ab dem 16. Jh. fOr die Glasmalerei genutzt.

Das Schwarzlot

Das Schwarzlot, eine braunlich-schwarze Farbe, bestand - wie auch heute noch - aus

einem in der Zusammensetzung wechselnden Gemenge aus pulverisiertem Glas, dem

sogenannten GlasfluB, und den farbenden Metalloxiden, in der Hauptsache Kupfer- oder

Eisenoxid, wobei die Auswahl der farbenden Substanz regional und zeitlich bedingt war.

Besonders wichtig fUr die Herstellung des Schwarzlots war die richtige Aus,INahl des Glasflusses,

da das pulverisierte Glas der Malfarbe einen niedrigeren Schmelzpunkt haben muB

als das farbige Glas, das bemalt wird. Schon bei Theophilus wird Bleiglas als GlasfluB vorgeschrieben,

da nur diese Glassorte die geforderte Eigenschaft besitzt.

Urn die pulverisierte Farbe mit dem Pinsel auftragen zu konnen, muB sie mit einem fiOssigen

Bindemittel gemischt werden, bis die richtige Konsistenz erreicht ist. Als Bindemittel

wird von Theophilus Wein oder Harn empfohlen; heute wird in der Regel • Essig, 01 oder

Petroleum verwendet. Zusatzlich wird manchmal auch noch Gummi Arabicum zugegeben,

damit die Farbe einerseits besser haftet und andererseits schneller antrocknet. Die so hergestellte

Farbe kann sowohl deckend als auch lasierend auf das Glas aufgetragen werden,

wobei die Lasuren dem Grundglas eine andere Tonung geben konnen. Dies liegt zum Teil

an der Wahl des farbenden Oxids im Schwarzlot, das unterschiedliche Tonungen zwischen

Schwarz-Grau, Braun und Grau-GrOn hervorruft.

Das Silbergelb

Das Silbergelb, auch Silberlot oder Gelbbeize genannt, ist eine Lasur, die keinen GlasfluB

als Tragersubstanz benotigt. Das pulverisierte Schwefelsilber wird mit Lehm oder Ton vermischt

und mit Wasser auf die richtige Konsistenz angeruhrt.

Das Silbergelb wird in der Regel auf die Ruck- oder AuBenseite des Glases aufgetragen.

Die Farbung des Glases zeigt sich erst nach dem Brand, bei dem das Schwefelsilber zu

metallischem Silber reduziert wird; die nicht verbrannten Reste des Tons oder Lehms mussen

zuerst mechanisch entfernt werden. Auf der ROckseite des Glases entsteht ein hauchdunner

Silberfilm, der im Auflicht blaulich schimmert und im Durchlicht die gesamte Farbskala

vom leichten Zitronen-Gelb uber das leuchtende Gold-Gelb bis hin zum tiefen Ocker

zeigen kann.

Die Emailfarben

Die bunten Emailfarben, die durch die Verbindung von GlasfluB und Metalloxiden entstehen,

wurden in erster Linie fUr die Herstellung von Kabinettscheiben und Schweizer Scheiben

im 16. und 17. Jh. verwendet. Der spatere Einsatz der Emailfarben in der monumenta-


Grundlagen A 19

len Glasmalerei tohrte dazu, daB die Glasscheiben eines Fensters dem Glasmaler nur noch

als Farbtrager oder ,Leinwand" dienten. Durch die groBflachige Auftragung auf der lnnenseite

des Glases wirken die Farben meist wolkig und stumpf, und die Brillanz der Farbglaser

geht vollstandig verloren.

4.4 Die Maltechnik

In der Glasmalereiforschung ist es umstritten, in welcher Reihenfolge die einzelnen Arbeitsschritte

der Schwarzlotmalerei durchgetohrt wurden. In den alten Schriften z.B. des Theophilus

erfolgt zuerst das Aufmalen der Konturen, danach das Auftragen der Lasuren und

zuletzt die Schattierung. Verschiedene Beispiele mittelalterlicher Glasmalereien sind Zeugnisse

dator, daB in umgekehrter. Reihenfolge gearbeitet wurde. Man kann davon ausgehen,

daB beide Techniken zur Anwendung kamen, wobei das Arbeiten von den Schattierungen

aus eine hohere Qualifikation des Glasmalers voraussetzte.

lm Folgenden wird die Maltechnik, wie bei Theophilus beschrieben und heute in der Regel

noch ausgetohrt, erlautert:

Der Glasmaler bemalt die einzelnen GlasstOcke entsprechend der im Karton bzw. Entwurf

vorgegebenen Linien mit Schwarzlot. Dazu benutzte er einen langhaarigen, dem heutigen

Schlepper ahnlichen Pinsel, der genugend Farbe aufnehmen konnte, um lange und deckende

Konturen ziehen zu konnen. An das Konturieren der GlasstOcke schlieBt sich das Auftragen

der die Kontur begleitenden halbdeckenden Lasuren und das Auflegen der fliichigen

Schattierungen an.

In der Regel werden die Malschichten auf die lnnenseite des Glases aufgebracht. Es gibt

aber auch die Moglichkeit, Malschichten auf die AuBenseite des Glases aufzutragen, mit

dem Effekt, daB die dazwischenliegende Glasschicht die Malschichten weicher erscheinen

laBt. Da die AuBenseite des Glases aber sHindig dem AuBenklima ausgesetzt ist, sind die

dort aufgetragenen Malschichten viel starker von der Verwitterung betroffen.

4.5 Die Brenntechnik

Die beschriebenen Malfarben benotigen unterschiedliche Einbrenntemperaturen. Wahrend

die Temperatur des Ofens beim Schwarz- und Silberlot mindestens 600- 620 oc betragen

muB, benotigen die Emailfarben lediglich Temperaturen von ca. 540-580 ac.

Zum Einbrennen der Malfarben benutzte der Glasmaler im Mittelalter einen einfachen Ofen,

der nach Theophilus aus einem Gewolbe biegsamer, mit Lehm verputzter Auten hergestellt

wurde. lm 19. Jh. kannte man zwei Systeme von Brennofen. Beim Muffelofen sind Feuerung

und eigentlicher Brennraum getrennt, und je nach GroBe und Art des Ofens war in der

Muffel Platz fUr 10-25 Eisenplatten ubereinander. Der Brand dauerte 4- 12 Stunden, die

Nachglut und das Abkuhlen nochmals ca. 15 Stunden.

lm sogenannten Schnellofen befand sich nur eine kleine gewolbte Muffel und daruber ein

Gestell zum Vorwarmen und Abkuhlen der Eisenplatten, auf denen die Glaser lagen. Sobald

die Muffel rotgluhend war, wurde die mit Glasstucken belegte Eisenplatte fUr eine Einbrenndauer

von 8 - 1 0 Minuten eingeschoben.

Die heute gebrauchlichen Gas- und Elektroofen entsprechen im Prinzip dem Muffelofen,

nur ist die Oberwachung der Ofen durch eine vollautomatische Steuerung viel einfacher.

Wie schon im Mittelalter werden die einzelnen GlasstOcke nicht direkt auf die Eisenplatten

aufgelegt, sondern die Platten werden vorher mit einer Kreideschicht bestreut, damit die

Glaser nicht anbacken konnen. Dem eigentlichen Einbrennen geht ein langsames Erhitzen

voraus, gefolgt von einer allmahlichen Abkuhlung, damit die GlasstOcke nicht zerspringen.


20

5. Schaden

Kaum ein mittelalterliches Glasgemalde zeigt dem heutigen Betrachter noch sein ursprungliches

Erscheinungsbild. Die historischen Glasgemalde waren als Fensterabschlusse der

Kirchen und anderer Bauwerke standig den wechselnden Klimabedingungen wie Sturm,

Hagel, Schnee, Regen und Temperaturschwankungen mit der daraus resultierenden Tauwasserbildung

sowie mechanischen Beschi:idigungen wie z.B. Steinwurfen ausgesetzt. Um

die Fenster gegen diese Schaden zu schUtzen und zu erhalten, wurden einerseits von

auBen Drahtgitter angebracht und andererseits vielfach mit ortsansassigen Glaserwerkstatten

Wartungsvertrage geschlossen, damit die Fenster in regelmaBigen Abstanden ,gewaschen"

und repariert wurden. Durch das Fehlen dieser lnstandhaltungs-Ma~nahmen sowie

den Ausbau und die meist unsachgemaBe Lagerung wahrend des Krieges, den Einbau von

Kirchenheizungen usw. wurde der Zerfall der historischen Glasmalereien besthleunigt.

Der Verlauf derKorrosion uber die Jahrhunderte hinweg ist jedoch nicht genau geklart, da

Ieider nur wenige Quellen mit objektiven Beschreibungen und genauen Beobachtungen vorhanden

sind. Zustandsvergleiche zwischen museal aufbewahrten und ,in situ" befindlichen

mittelalterlichen Glasgemalden aus denselben Glasmalereizyklen weisen darauf hin, daB die

Zerstorung seit Beginn dieses Jahrhunderts standig zunimmt [9;17]. Eine di ~ekte Beschleunigung

des Zerfalls ist definitiv aber erst nach dem 2. Weltkrieg festzustellen, was mit

groBer Wahrscheinlichkeit auf die Umwelteinflusse zuruckzufuhren ist, wobei die Bedeutung

der einzelnen Faktoren aber noch nicht abzuschatzen ist.

Die unterschiedlichen Ablagerungen auf den Oberflachen der verschiedenfarbigen Glaser

tuhren im allgemeinen zu starken Transparenzverlusten, die gemeinsam mit den haufig auftretenden

Schwarzlotschaden die Lesbarkeit der Glasgemalde deutlich herabsetzen. Der

ZerstorungsprozeB scheint sich standig zu beschleunigen, so daB innerhalb der nachsten

Jahrzehnte der Verlust vieler Glasmalereien zu beturchten ist. lnzwischen hat man festgestellt,

daB nicht nur die mittelalterlichen Glasgemalde betroffen sind, sondern auch ein

groBer Teil der Scheiben des 19. Jh., bei denen es in der Hauptsache um die Schwarzlotverluste

geht.

Dem ZerfallsprozeB der Glaser, der in der Regel erst viele Jahrzehnte bzw. sogar Jahrhunderte

spater deutlich wird, kann man kaum entgegenwirken, da der Zerfall des Glases im

Prinzip sofort nach seiner Herstellung einsetzt. Die Verwitterung (Korrosion) des Glases ist

von vielen Faktoren in unterschiedlichem MaB abhi:ingig, wie z.B. von der chemischen

Zusammensetzung, der Umweltsituation, dem HerstellungsprozeB, der Oberflachenbeschaffenheit,

dem EinfluB der durchgetuhrten RestaurierungsmaBnahmen u.a.

5.1 Schadensbilder

An mittelalterlichen Glasgemalden kann man verschiedene verwitterungsbedingte Schadensbilder

unterscheiden. Zu den Schi:iden, die an der Glasoberflache hervorgerufen werden,

gehoren die Oberflachenkorrosion, die Verbraunung und die Krakelierung. Die Oberflachenkorrosion

ist der Schadenstypus, der sich an mittelalterlichen Glasgemalden in allen

Stadien nachweisen laBt. Das Anfangsstadium, das lrisieren der Glasoberflache, ist auch

hi:iufig schon bei Scheiben des 19. Jahrhunderts festzustellen. Die Verbraunung wurde bisher

nur selten vorgefunden und zwar nur bei mittelalterlichen Glasern. Die Krakelierung trifft

man dagegen bei Glasern aus allen Epochen, wenn auch nicht allzu haufig.

Die Glasgemalde sind komplexe Gebilde und bestehen nicht nur aus dem Tragerglas, sondern

auch aus der daraufliegenden Bemalung und der Verbleiung. Die Verbleiung soli hier


Grundlagen A 21

nicht weiter berucksichtigt werden, aber datur sollen die Malschichtverluste, die sehr haufig

auf bemalten historischen Glasem erkennbar sind, austuhrlicher behandelt werden.

Oberflachenkorrosion

Von diesen Schadensphanomenen sind im Prinzip aile mittelalterlichen Glasgemalde

betroffen.

Die Verwitterung (Korrosion) des Glases hangt, wie bereits in Kap. II.A.2.2 beschrieben, von

der chemischen Zusammensetzung der einzelnen Glaser und ihrer chemischen Bestandigkeit

gegenuber waBrigen Losungen und feuchten Atmospharen ab. Niederschlag, Schwitzwasser

und hohe Luftfeuchtigkeit tuhren zur chemischen Auslaugung der Glasoberflache.

Dabei reagieren die in der Luft vorhandenen aggressiven Gase, vornehmlich Schwefeldioxid

(80 2 ), mit den ausgelaugten Bestandteilen zu den entsprechenden Verbindungen, die sich

auf der Oberflache des Glases ablagern (Abb. 5.1). Analysen solcher Verwitterungskrusten

(Wetterstein) auf der Glasoberflache weisen meist einen hohen Sulfatgehalt durch Gips

(CaS0 4 2 H 2 0) und Syngenit (K 2 S0 4 • CaS0 4 · H 2 0) auf.

Die an der Glasoberflache mittelalterlicher Glasgemalde vorliegenden Korrosionsprodukte

sind als das Ergebnis eines komplexen Korrosionsmechanismus anzusehen. Sie stellen das

Produkt einer jahrhundertelangen Einwirkung der Umweltbedingungen auf die Glasoberflache

dar, wobei die entsprechende Klimasituation die Korrosionsvorgange mitbestimmt.

Anderseits muB man auch beachten, daB die Zusammensetzung der einzelnen Glaser, der

Herstellungs- und BearbeitungsprozeB sowie die Behandlung uber Jahrhunderte hinweg

die resultierenden Schadensphanomene beeinfluBt.

a) Flachendeckende Korrosionsschicht b) Detail

Abb. 5.1: Verwitterungsschichten auf der AuBenseite eines Glasgemaldes aus Kloster LOne (14. Jh.)

Die Korrosion mittelalterlicher Glaser verlauft nach heutigem Kenntnisstand folgendermaBen

[9;17;21 ;35]:

In einem ersten Stadium bilden sich an der Glasoberflache dOnne wasserhaltige Gelschichten.

lm Auflicht schimmert diese ,irisierte" Oberflache farbig, im Durchlicht erscheint das

korrodierte Glas trub. Die standigen Temperatur- und Feuchtewechsel haben durch Quellen


22

und Schrumpfen eine Rif3bildung (Krakelierung) in der Gelschicht zur Folge, die sich sHindig

in der Horizontalen ausbreitet und zu schuppenartigem Abplatzen der Glasoberflache tohrt.

lm Anschluf3 daran erfolgt die Zerstorung des Glases in die Tiefe. Ausgehend von Verunreinigungen,

Spannnungen oder Verletzungen der Oberflache bilden sich urn diese ,Defektstellen"

spiralformig verlaufende Risse, die sich standig erweitern und mit Korrosionsprodukten

tollen, bis die Glasteilchen wie ein Pfropfen aus der Glasoberflache herausgesprengt

werden und kleine Krater entstehen (Abb. 5.2a). Das FrOhstadium des Lochfraf3es

ist erreicht. Die Vergrof3erung der Krater wird durch radial von den Kraterwanden ausgehende

Risse vorbereitet, die sich ebenfalls mit Korrosionsprodukten tollen. Die horizontale

Ausbreitung der Krater schreitet dabei schneller voran als die vertikale, also ,in die Tiefe. Mit

dem Zusammenwachsen der Einzelkrater geht der Lochfraf3 in die Flachernkorrosion Ober

(Abb. 5.2b), bei der die gesamte Oberflache des Glases zerstort wird. Auf :der Oberflache

bleiben dann die Korrosionsscbichten verschiedener Farbe, · unterschiedlicher Dicke und

Festigkeit zurOck. Da es sich bei den Korrosionsprodukten um zersetzte Glassubstanz handelt,

kann man davon ausgehen, daB die Korrosion zu einem bestandigen Abtrag der Glaser,

also einer Verringerung der Glasdicke, tohrt.

a) LochfraBkorrosion b) Obergang in Flachenkorrosion

Abb. 5.2: LochfraB und Flachenkorrosion auf der AuBenseite eines Glasgemaldes aus Kloster LOne

(14. Jh.)

Die zuvor beschriebenen Phanomene Iauten aber nicht immer in der beschriebenen Reihenfolge

ab, manche Glaser bleiben in einem bestimmten Stadium stehen. So entsteht nicht

immer aus Gelschichtrissen Lochfraf3, aus Lochfraf3 nicht automatisch Flachenfraf3 usw.

Dies liegt wiederum an den unterschiedlichen Faktoren.

In der Regel setzt die Korrosion zuerst an der Auf3enseite des Glases an, da diese standig

den wechselnden Klimabedingungen ausgesetzt ist. Aber auch die lnnenseite der Glasgemalde

ist stark gefahrdet, da hier die Tauwasserbildung die Zerstorung der Glasoberflache

vorantreiben konnte.

Verbraunung

Bei der Verbraunung des Glases handelt es sich um eine TrObung der oberflachennahen

Glasschichten und nicht der Glasoberflache selbst. Die Glasoberflache scheint intakt, ist


Grundlagen A 23

aber von Mikrorissen durchzogen, die hauptsachlich senkrecht zur Glasoberflache bis auf

die braunliche bzw. braunlich-schwarze undurchsichtige Schicht verlaufen, die durch Oxidation

der bei der Auslaugung der Glasoberflache freigesetzten Metallionen z.B. des vierwertigen

Mangans (Braunstein) entstanden ist. Die Verbraunung des Glases ist teilweise so

intensiv, daB im Durchlicht weder die Farbe des Glases noch die Bemalung zu erkennen

sind. Dabei ist die Verdunkelung aber nicht mit der Oberflachenkorrosion gekoppelt, es gibt

verbraunte Glaser mit relativ intakten Oberflachen.

Glucklicherweise sind nur wenige mittelalterliche Glasmalereibestande von diesem Schadenstypus

betroffen, wobei Glaser mit hohem Mangan- und Eisengehalt (lnkarnate), insgesamt

gesehen, starker betroffen sind. Leider handelt es sich meist um Kopfe und GliedmaBen.

Ober die Ursachen dieses Schadensbildes ist noch wenig bekannt. lm Rahmen eines

BMFT-Forschungsverbundprojektes beschaftigen sich mehrere Forschungsinstitute

(22;23;24;32;41] mit dem Phanomen der Verbraunung.

Krakelierung

Der dritte Schadenstypus, der das Glas selbst betrifft, ist die Krakelierung des Glases.

Dabei sind die Glaser mit sehr feinen Haarrissen, dem sogenannten Craquelee, uberzogen.

Diese Risse sind aber nicht auf die Glasobertlache beschrankt, sondern sie gehen durch die

gesamte Dicke des Glases hindurch. Das Schadensbild der Krakelierung zeigt das gleiche

Phanomen, wie es beim ZerreiBen stark verspannter, ungenugend getemperter Glaser

typisch ist.

Die Ursachen und das Phanomen der Krakelierung sind noch nicht ausreichend erforscht,

da es selten auftritt. Es ist lediglich bekannt, daB sich die Krakelierung nicht auf Glaser verschiedener

Herstellungszeiten und bestimmter Farben beschrankt.

Ablosung der Malschichten

Neben den Zerstorungsprozessen, die an der Glassubstanz stattfinden, sind vielfach Schaden

an der Bemalung historischer Glaser zu beobachten.

Da das Schwarzlot (Kap. II.A.4.3) aus pulverisiertem Glas, meist Ieicht schmelzbarem Kalioder

Natronglas, und den farbenden Metalloxiden besteht, ist die Bemalung der Glaser

genauso gegen Verwitterung und Zerstorung anfallig wie das Glas selbst. Es ist zu beachten,

daB die Bemalung des Glases, zumindest im Mittelalter, sowohl auf der AuBenseite als

auch auf der lnnenseite ertolgte. Durch die weit fortgeschrittene Verwitterung der auBeren

Glasoberflachen ist die auBenseitige Bemalung meist vollig verschwunden, manchmal noch

als Fragment erkennbar und sehr selten vollstandig erhalten. Die lnnenseite, auf der der

Hauptanteil der Bemalung aufgetragen wurde, weist auch katastrophale Schaden an der

Bemalung auf, obwohl sie der Verwitterung weniger ausgesetzt ist.

Der Verlust der MaJschichten erfolgt in der Regel im direkten Zusammenhang mit der Oberflachenkorrosion.

Bei der Betrachtung der Oberflachen mittelalterlicher Glasgemalde lassen

sich verschiedene Schadensphanomene unterscheiden: Zum einen ist die Bemalung noch

vollstandig intakt, wahrend das unbemalte Glas stark verwittert ist. Dies zeigt, daB die Malschicht

als Schutzschicht gewirkt hat. Bei einem anderen Teil der Glaser ist es genau

umgekehrt: das Glas ist intakt, die Bemalung zerstort. Dies deutet darauf hin, daB der Kontakt

zwischen Glastrager und Bemalung nicht ausreichend war. Der groBte Teil der Glaser

zeigt aber unterschiedliche Stadien und Formen der Verwitterung bei Bemalung und Glas

(Abb. 5.3).


24

a) Durchlicht-Aufnahme b) Auflicht-Aufnahme

Abb. 5.3: Malschichtverluste auf der AuBenseite eines Glasgemaldes aus Kloster LOne (14. Jh.)

Die Bemalungsschaden der darauffolgenden Jahrhunderte zeigen andere Phanomene. Die

Glaser aus dieser Zeit sind harter als die mittelalterlichen und dadurch wenig korrosionsanfallig.

So sind bei den Kabinettscheiben des 16. und 17. Jh. haufig Verluste der Emailmalerei

festzustellen, wahrend das Glas und die Schwarzlotmalerei noch intakt scheinen.

Die Glasgemalde des 19. Jh. weisen haufig Verluste der Schwarzlotmalerei auf, obwohl hier

keine bzw. nur geringe Glaskorrosion vorliegt.

5.2 Ursachen der Schaden

Aus jeder Epoche der Glasmalerei existieren sowohl sehr gut als auch sehr schlecht erhaltene

Glasgemalde, die vom Durchschnitt stark abweichen. Meist kann man bei den gut

erhaltenen Fenstern auch eine hohe kunstlerische Qualitat und eine hervorragende handwerkliche

Verarbeitung feststellen. Ein Schlechter Erhaltungszustand bedeutet aber nicht

automatisch, daB eine schlechte Zusammensetzung oder Herstellung des Glases vorliegen

oder daB die kunstlerische und handwerkliche AusfUhrung mangelhaft ist. Dies kann auch

andere Ursachen haben, da in den meisten Fallen nicht nur ein Faktor fUr die Entstehung

der katastrophalen Schaden ausschlaggebend ist, sondern vielmehr das Zusammenwirken

verschiedener Faktoren (synergistischer Effekt).

Eine der Hauptursachen fUr die Oberflachenkorrosion ist, wie bereits in mehreren Kapiteln

erwahnt, die chemische Zusammensetzung des Glases (Kap. II.A.3.2). Die verschiedenen

Analysenergebnisse von Bezborodov [4], Newton [26] und Muller [25] weisen nach, daB im

12. bis 15. Jh. im mitteleuropaischen Raum hauptsachlich Kalium-Calcium-Giaser hergestellt

wurden, die zwar Ieicht schmelzbar, dafQr aber weich und chemisch instabil waren.

Der Zerfall der alkalireichen Glaser beginnt wegen ihrer Hygroskopizitat sofort nach ihrer

Herstellung. Mit der Hohe des Alkaligehalts allein laBt sich die Korrosionsanfalligkeit nicht

erklaren. Die anderen Bestandteile des Glases spielen eine ebenso bedeutende Rolle.

Neben der chemischen Zusammensetzung der Glaser ist auch die Umweltbelastung eine

wesentliche Ursache fUr die Korrosion des Glases. Dies ist schon allein daran zu erkennen,

daB sich der ZerstorungsprozeB in den letzten Jahrzehnten mit der steigenden Umweltverschmutzung,

hervorgerufen durch die lndustrialisierung, standig zu beschleunigen scheint.


Grundlagen A 25

Zustandsvergleiche zwischen den schon seit langerer Zeit museal aufbewahrten und den

,in situ" befindlichen Scheiben zeigen dies deutlich. Untersuchungen an Glasgemalden

einer Entstehungszeit aus der gleichen Werkstatt an unterschiedlich belasteten Standorten

bezeugen dies ebenfalls. Dabei ist vor allem der Zustand der Bemalung sehr aufschluBreich.

Fur die Korrosion des Glases bzw. die Verluste der Malschichten ist die Herstellung des

Glases (Kap. II.A.3.3} und ebenso die Anfertigung des Glasgemaldes (Kap. II.A.4.2} von

Bedeutung. Bei der Glasherstellung muB insbesondere auf die richtige Kuhlung geachtet

werden, da der KuhlprozeB die Eigenschaften des Glases in entscheidendem MaBe beeinfluBt.

Aufgrund der hohen Temperaturunterschiede, die im Sommer wie im Winter an der

AuBen- bzw. lnnenseite des Kirchraums herrschen, konnen niimlich Glaser, die innere

Spannungen aufweisen, Ieicht zerspringen. Ursache fOr die Schwarzlotverluste mussen in

der mangelhaften technischen AusfOhrung (Kap. II.A.4.4} gesucht werden. Dabei sind vor

allem die Zusammensetzung des Schwarzlots (Kap. II.A.4.3} und Einbrenntemperaturen

(Kap. II.A.4.5} fOr die Hattung von Glastriiger und Bemalung wichtig.

Die unsachgemaBe Behandlung der Glasgemiilde seit der Herstellung, wie unqualifizierte

Restaurierungen, Ausbau und nicht sachgerechte Lagerung wahrend des Krieges u.ii., kann

unter anderem auch als Ursache fOr die katastrophalen Schadan angesehen werden.

Bei der Aufzahlung der Ursachen muB selbstverstiindlich auch die natOrliche Alterung der

Glasgemalde genannt werden, auch wenn sie nur eine untergeordnete Rolle spielt.

lm Rahmen eines BMFT -Forschungsverbundprojektes wird seit kurzem auch der EinfluB

von Mikroorganismen auf die verschiedenen Schadensphanomene Oberpruft [41 ].

Diese AusfOhrungen zeigen, daB die Schadenserforschung noch lange nicht abgeschlossen

ist. Es gibt z.B. nur wenige Anhaltspunkte Ober die Ursachen der Schadensbilder ,Verbraunung"

und ,Krakelierung". Daran ist zu erkennen, daB noch viele Fragen unbeantwortet

sind und sich bei der Bearbeitung dieser Fragen stiindig neue Aspekte ergeben.


26

6. Uteratur

[1] Agricola, Georg: BerckwerkBuch, Frankfurt 1580

[2] Bacher, Ernst: Glasmalerei·Restaurierung - Forschung, Methodik, Praxis, in: Glasrestaurierung,

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[5] Corpus Vitrearum Medii Aevi- News Letters 1 (1972)- 43/44 (1990)

[6] Drachenberg, Erhard: Schadensformen an Glasgemalden und Methoden der Sicherung,

Konservierung und Restaurierung mittelalterlicher Glasmalerei in der DDR, in Glaskonservierung,

Arbeitsheft 32, Bayerisches Landesamt fi.ir Denkmalpflege. Munchen 1985

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(9] Frenzel, Gottfried: Probleme der Restaurierung, Konservierung und prophylaktischen

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[1 0] Frodi-Kraft, Eva: Das Problem der Schwarzlotsicherung an mittelalterlichen Glasgemalden.

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vom lnstitut fOr osterreichische Kunstforschung des Bundesdenkmalamtes, Wien 1963

[11] Frodi-Kraft, Eva: Untersuchungen und praktische Erfahrungen in der Konservierung

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[12] Frodi-Kraft, Eva: Die Glasmalerei. Entwicklung-T echnik-Eigenart. Wien und Munchen 1979

[13] Frodi-Kratt, Eva: Zur Frage der Werkstattpraxis in der mittelalterlichen Glasmalerei, in

Glaskonservierung, Arbeitsheft 32, Bayerisches Landesamt fur Denkmalpflege, Munchen 1985

[14] Geilmann, W.: Beitrage zur Kenntnis alter Glaser II. Glastechnische Berichte 27, 1954

[15] Geilmann, W.: Beitrage zur Kenntnis alter Glaser Ill. Glastechnische Berichte 28, 1955

[16] Geilmann, W.: Beitrage zur Kenntnis alter Glaser. Glastechnische Berichte 33, 1960

[17] Kern, Ulf-Dietrich: Ursachen und Symptome des Zerfalls mittelalterlicher Glasmalereien, in:

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[18] Kuhn, Hermann: Erhaltung und Pflege von Kunstwerken und Antiquitaten Band 2, Munchen 1981

[19] Lohmeyer, Sigurd u.a.: Werkstoff Glas. Grafenau 1979

[20] Marschner, Hannelore: Zur LochfraBkorrosion an mittelalterlichen Fensterglasern. Fortschr.

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(21] Marschner, Hannelore: Untersuchungen zur Verwitterung und Konservierung von

historischem Fensterglas, in: Glaskonservierung, Arbeitsheft 32, Bayerisches Landesamt fOr

Denkmalpflege. Munchen 1985

[22] Marschner, Hannelore: Tischvorlagen BMFT-Verbundprojekt-Kolloquien 1991-1994

[23] Muller, Wolfgang: Versuche zur Wiederaufhellung stark gedunkelter mittelalterlicher Glaser,

in Glaskonservierung, Arbeitsheft 32, Bayerisches Landesamt fOr Denkmalpflege, Munchen 1985

(24] Muller, W., Torge, M., Adam, K.: Tischvorlagen BMFT-Verbundprojekt-Kolloquien 1991-1994

(25] Muller, W., Torge, M., Adam, K., Drachenberg, E.: Chemische Zusammensetzung von

historischen Glasern und deren Oberflachenkorrosionsschichten, in: Gemeinsame.s Erbe

gemeinsam erhalten, 1. Statuskolloquium des Deutsch-Franzosischen Forschungsprogramms

fOr die Erhaltung von Baudenkmalern. Karlsruhe, 24.-25.03.1993

(26] Newton, R.G.: The Deterioration and Conservation of Painted Glass: A Critical

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[27] Newton, R.G.; Fuchs, D.: Chemical compositions and weathering of some medieval glasses

from York Minster. Part 1; Glass Technology Vol. 29 No. 1 February 1988

(28] Newton, R.G.; Davison, S.: Conservation of Glass, London 1989

[29] Oidtmann, Heinrich: Die Glasmalerei, 1. Teil. Koln 1892

[30] Oidtmann, Heinrich: Die Glasmalerei, 2. Teil. Koln 1898

[31] Oidtmann, Heinrich: Die rheinischen Glasmalereien vom 12. bis zum 16. Jahrhundert, Band 1,

Dusseldorf 1912


Grundlagen A

27

[32] Romich, H.; Fuchs, D.: Tischvorlagen BMFT-Verbundprojekt-Colloquien 1991 -1994

[33] Scholze, Horst: Untersuchungen zum Schutz mittelalterlicher und historischer Glasfenster

durch Beschichtung, in: Glaskonservierung, Arbeitsheft 32, Bayerlsches

Landesamt fOr Denkmalpflege, Munchen 1985

[34] Scholze, Horst: Glas- Natur, Struktur und Eigenschaften. Berlin 1988

[35] Scholze, Horst; Schreiner, Manfred: Korrosionsmechanismen von historischen Glasfenstern

(Literaturstudie), Forschungsbericht 106 08104, ISC- Wurzburg im Auftrag des Umweltbundesamtes,

1985

[36] Schreiner, Manfred: Ober die Verwitterung der grOnen Scheiben in mittelalterlichen Glasgemalden,

in: Glaskonservierung, Arbeltsheft 32, Bayerisches Landesamt fOr Denkmalpflege,

MOnchen 1985

[37] Seiz, Robert: Glaserfachbuch, Schorndorf 1971

[38] Strobl, Sebastian: Glastechnik des Mittelalters, Stuttgart 1990

[39] Theobald, Wilhelm: Technik des Kunsthandwerks im 12. Jahrhundert. Des Theophilus

Presbyter Dlversarum Artium Schedula, Dusseldorf 1984 (Faksimile der Originalausgabe

von 1933)

[40] van Treeck, Peter: Zur historischen Entwicklung, zum heutigen Bestand und Zustand der Glasmalerei

des 19. Jahrhunderts und ihren Restaurierungsproblemen, in: Glaskonservierung,

Arbeitsheft 32, Bayerisches Landesamt fOr Denkmalpflege, MOnchen 1985

[41] WeiBmann, R.; NOssler, M.; Drewello, R.: Tischvorlagen BMFT-Verbundprojekt-Kolloquien

1991-1994


28

B. AuBenschutzverglasung

1. SchutzmaBnahmen fur historische Fenster

In den letzten Jahren wurden verschiedene Konzepte zum Schutz wertvoller Glasgemalde

mit unterschiedlichem Erfolg angewahdt bzw. getestet:

Als ,direkten" Schutz kann man die flachigen Auftragungen von Schutzschichten ansehen.

In der Vergangenheit erfolgten solche Beschichtungen mit Olen, Wachsen, Wasserglas

sowie mit Materialien auf Acrylat- und Urethanbasis wie z.B. Viacryl. In der Regel wurde

die Glasoberflache der Originalscheiben vorher einer intensiven Reinigung unterzogen, urn

eine bessere Haftung zu erzielen. Da diese Schichten auf Dauer den Wasser- und Schadstoffdurchtritt

aber nicht verhindern konnen, sind Haftungsverluste und fortschreitende Korrosion

die natOrliche Folge. In den meisten Fallen haben diese Beschichtungen zu negativen

Langzeiteffekten getuhrt (1 ;2;6]. Ein neues Beschichtungssystem (Ormocer) auf der

Basis organisch modifizierter Heteropolysiloxane, das im Fraunhofer-lnstitut fUr Silicatforschung

[6] entwickelt und getestet wurde, scheint diese Nachteile nicht zu, besitzen. Aber

auch hier fehlen noch Langzeiterfahrungen an Originalglasern.

Eine weitere angewandte Schutzmoglichkeit besteht in den ,Sandwich-Verglasungen", in

der Fachwelt besser unter dem Begriff ,Doublierungen" bekannt. Es konnen dabei in der

Hauptsache zwei Methoden unterschieden werden: Beim Jacobi-Verfahren [16] werden die

historischen Glaser nach sorgfaltiger Reinigung der Glasoberflachen beidseitig in eine weiche

Kunststoffmasse eingebettet und danach mit einem dunnen Deckglas abgedeckt. Bei

der zweiten Methode wird ein Deckglas mit einem Zweikomponenten-Epoxidharz aufgeklebt,

aber nur auf die aul3ere Glasoberflache. Beide Verfahren tuhrten in der Praxis zu

negativen Ergebnissen und werden in der Regel nicht mehr angewandt.

Unbestritten dagegen ist nach heutigen Erkentnissen in der Fachwelt die als ,indirekter

Schutz" fUr die gefahrdeten historischen Glasgemalde anzusehende Aul3enschutzverglasung.

Sie schafft die fUr die bedrohten Scheiben notwendige ,quasi-museale Aufbewahrung

in situ", ohne daB dabei auch gleichzeitig Eingriffe konservatorischer oder restauratorischer

Art an der Glassubstanz vorgenommen werden mussen.

Kontrovers diskutiert werden jedoch die Wirksamkeit der verschiedenen Schutzverglasungskonstruktionen

und Beluftungssysteme sowie die Wahl der zu verwendenden Glassorten

und Austohrungsmoglichkeiten tor das Schutzglas.

Neben dem ,Korrosionsschutz" weist die Schutzverglasung noch weitere Vorteile auf. So

bietet sie Schutz vor der mechanischen Beanspruchung durch die Aul3enbewetterung

sowie Beschadigungen durch Vandalismus wie z.B. durch Steinwurfe und vor starken Verschmutzungen

wie z.B. durch Taubendreck. Zusatzlich wird auch noch der Warmeverlust

des Gebaudes durch das Fenster eingeschrankt.

Daneben mul3 man aber auch auf die asthetischen Nachteile der Schutzverglasung hinweisen.

Durch den Einbau einer Schutzverglasung nimmt man schwerwiegende Eingriffe in die

Architektur der profilierten Steingewande vor. Die Plastizitat des Fenstergewandes geht je

nach gewahlter Konstruktion teilweise oder sogar vCillig verloren. Besonde~ storend erweisen

sich diese ,Profilverluste" bei starkem Sonnenlicht, wenn die Schutzverglasung von

aul3en aufgebracht ist. Sollte das Schutzglas jedoch im Originalfalz sitzen und das Originalglas

nach innen versetzt sein, ist dieser optische Gewandeverlust nicht so bedeutend, da

im lnnenraum des Gebaudes meist ein diffuses Licht herrscht, und man so die einzelnen

Profilierungen des Steingewandes nicht genau erkennen kann.


Grundlagen B 29

Bei allen Konstruktionssystemen zeigt sich ein asthetischer Nachteil in der AuBenansicht

des Bauwerks durch die gtatte Oberftachenbeschaffenheit des modernen Tafelglases. In

dieser Oberflache spiegeln sich haufig die umliegenden Hauser oder Baume sowie dar

Himmel, so daB die Fassaden dar Kirchen wie riesige Schaufensteranlagen wirken konnen.

Durch den Einsatz spezieller oder auch behandelter Ganzglasscheiben sowie die Verwendung

von Bleiverglasungen als Schutzglas konnen die starken Reflexionen bzw. Spiegelungen

teilweise gemindert werden.

Unabhangig davon, welches Konstruktions- und Beluttungssystem gewahlt wird, welche

Art und Gliederung des Schutzglases den Vorzug erhalt, wie gut oder schlecht die handwerkliche

Austuhrung ist, die Schutzverglasung ist und bleibt ein KompromiB. Es ist deshalb

von groBer Bedeutung, den jeweiligen Fall fUr sich zu betrachten und zu versuchen,

den ,optimalen KompromiB" tor die entsprechende Situation zu finden.

2. Die Schutzverglasung

2.1 Geschichtliche Entwicklung der Schutzverglasungen

Die in dar Literatur oft als alteste bezeichneten Schutzverglasungen wurden 1861/62 am

5-Schwestern-Fenster, am groBen Westfenster sowie Ostfenster des Yorker MOnsters in

England errichtet [2;4;14]. Das erwunschte Ziel bestand in einer besseren Warmeisolierung.

Dar Schutz der Glasgemalde war nicht geplant, wurde aber dankbar registriert.

Nach neuesten Erkenntnissen ist umstritten, ob es sich dabei wirklich um die altesten erhaltenen

Schutzverglasungen handelt, da in dar Zeit von 1826-1886 an einem groBen Nordostfenster

im Dom von Orvieto in Italian [13] eine Schutzverglasung eingebaut wurde. Ober

eine Begrundung des Einbaus ist nichts bekannt.

1897 wurden die romanischen Glasgemalde dar kleinen Kirche in Lindena (Mark Brandenburg)

[2;4;5] von der Glasmalerei Oidtmann mit einer Schutzverglasung versehen. Diese

diente wahrscheinlich dem Schutz vor mechanischen Beschiidigungen und Witterungseinflussen.

Zwei Scheiben dieses Zyklus befinden sich seit ungefahr dieser Zeit im Germanischen

Nationalmuseum in Nurnberg. Beim Vergleich zeigen sich zwischen den ,in situ"

befindlichen und den museal aufbewahrten Scheiben keine bemerkenswerten Unterschiede

in bezug auf den Erhaltungszustand, was wohl eindeutig auf die gute Schutzwirkung der

Schutzverglasung zuruckzutuhren ist.

Zu Beginn des 20. Jahrhunderts wurden im Verlauf dar Reparatur- und Erneuerungsarbeiten

[2] an den bestehenden Schutzverglasungen des Yorker MOnsters weitere Fenster mit

AuBenschutzverglasungen versehen.

Es gab mit Sicherheit im 19. und zu Beginn des 20. Jahrhunderts weitere Schutzverglasungen,

aber Ieider ist daruber nichts Genaues bekannt.

Durch die Einlagerung der mittelalterlichen Glasgemalde wahrend des 2. Weltkrieges und

die damit verbundenen fotografischen Bestandsaufnahmen und Dokumentationen wurde

das AusmaB der Schiiden erst richtig sichtbar. Aus diesem Grund wurde verbunden mit

dam Wiedereinbau der historischen Glasgemalde oftmals direkt eine Schutzverglasung als

prophylaktische konservatorische MaBnahme eingesetzt.

In der Schweiz begann man bereits 1946 im Berner Munster [2;4] und ab 1948 in dar Klosterkirche

Konigsfelden [2] mit dam Einbau von Schutzverglasungen. Nach und nach wurden

und werden systematisch in den Kirchen aile historischen Glasgemalde mit einer

Schutzverglasung versehen.


30

In der Bundesrepublik Deutschland wurde der Einbau von Schutzverglasungen zum Schutz

historischer Glasgemalde, bedingt durch die notwendige lnstandsetzung der Kirchen, erst

zu Beginn der 50er Jahre dieses Jahrhunderts vorangetrieben. Seit dieser Zeit werden an

immer mehr Objekten [3] im gesamten mitteleuropaischen Raum, meist im Zusammenhang

mit den dringend notwendigen Restaurierungen der geschadigten historischen Glasgemalde,

Schutzverglasungen mit den unterschiedlichsten Konstruktionssystemen ausgefi.ihrt.

In d~n folgenden Jahren wurden auch in anderen Uindern wie in 6sterreich und den Niederlanden

immer mehr wertvolle historische Glasgemalde mit Schutzverglasungen ausgestattet.

In Frankreich dagegen setzt man sich erst seit wenigen Jahren mit dieser Problematik

auseinander, obwohl gerade dort unzahlige mittelalterliche Glasgemalde existieren.

2.2 Schutzverglasungskonzepte

Urn einen Oberblick i.iber die ausgefi.ihrten Schutzverglasungen zu bekommen, war es notwendig,

die verschiedenen Beli.iftungs- und Konstruktionssysteme in den einzelnen Landern

zu studieren.

In diesem Kapitel sollen die grundsatzlichen Unterschiede der einzelnen Beli.iftungs- und

Konstruktionssysteme sowie der verschiedenen Gestaltungsmoglichkeiten der Schutzverglasungen

dargestellt und erlautert werden, ohne dabei Aussagen i.iber die Schutzwirkung

vorzunehmen.

2.2.1 Beluftungssysteme

Es existieren grundsatzlich vier unterschiedliche Arten der Schutzverglasung: das unbeli.iftete,

das auBen- und das innenbeli.iftete System sowie Mischli.iftungen.

Das unbeluttete System

Unter dem Begriff ,Doppelverglasung" verstand man lange Zeit das Schutzverglasungssystem,

bei dem der Luftspalt zwischen dem Schutz- und dem Originalglas vollig abgeschlossen

ist.

In der Praxis hat sich jedoch gezeigt, daB dies nicht realisierbar ist, da einerseits AuBenluft

durch undichte Stellen im Steinwerk und Mortal sowie eventuell durch die Schutzverglasung

(als Bleiverglasung) und anderseits lnnenluft durch die undichte historische Verglasung

in den Spalt gelangt. Seit der Begriff Doppelverglasung in der Architektur fi.ir die lsolierverglasungen,

also Verglasungen mit einem Spalt mit trockener Luft, Verwendung fand,

ist die richtige und bessere Formulierung ,unbeli.iftete Schutzverglasung".

AuBenbeiUftung

Die beiden Begriffe ,AuBenschutzverglasung" und ,auBere Schutzverglasung" stehen fi.ir

das Schutzverglasungssystem, bei dem ein auBerer Schutz in Form von Glas oder Kunststoff

von auBen vor den zu schi.itzenden Scheiben angebracht wird, wahrend diese im Originalfalz

verbleiben konnen. Anfangs handelte es sich dabei meist urn einen Schutz vor

Wettereinfli.issen und Vandalismus. Der Spalt ist nach auBen nicht abgeschlossen, so daB

sowohl die mit Schadstoffen angereicherte AuBenluft als auch teilweise Regen in den Spalt


Grundlagen B 31

eindringen kann. lm Spalt selbst ist relativ selten mit Tauwasserbildung an der AuBenseite

des Originalglases zu rechnen, datur aber an der lnnenseite der Bleiverglasung. Dieses

Phanomen wird in Kap. II.C.1 noch genauer erklart.

lnnenbeluftung

Die ,isothermale Schutzverglasung" ist der Typ Schutzverglasung, der versucht, gleichmaBige

Klimabedingungen an der lnnen- und AuBenseite der Originalverglasung zu schaffen

und diese gleichzeitig vor auftretender Feuchtigkeit, d.h. Regen und Tauwasser, zu

schutzen. Urn diese tor die gefahrdeten Scheiben notwendigen ,quasi-musealen Bedingungen"

zu schaffen, ist es erforderlich, daB die Schutzverglasung nach auBen abgedichtet und

der Spalt zwischen den beiden Verglasungen mit lnnenluft beiUftetet wird. Diese Beluttungsvariante

ist bauphysikalisch problematischer als die Beluftung mit AuBenluft (s. Kap.

II.C.1), da schneller Tauwasser entstehen kann. Es muB also darauf geachtet werden, daB

eine ausreichende Beluftung des Spaltes gewahrleistet ist, damit die Tauwasserbildung

moglichst vermieden wird oder ansonsten nur am Schutzglas entstehen kann.

Mischsysteme

Bei der sogenannten ,Mischbeluftung" handelt es sich urn eine Kombination der lnnen- und

AuBenbeluftung. Die Konstruktionen werden dabei in derselben Art und Weise ausgetuhrt,

wie bei den ,reinen" Systemen beschrieben, aber die Beluftungsoffnungen befinden sich

zum lnnenraum und zum AuBenraum hin. In vielen Fallen erfolgte die Anordnung dieser

BeiOftungsoffnungen nicht mit Absicht, aber durch Unkenntnis bzw. auf Grund der vorhandenen

baulichen Situation wurden aus den geplanten ,reinen" BeiOftungen Mischsysteme.

Beluftungsoffnungen

Bei den belufteten Systemen ist die Lage und GroBe der Beluftungsoffnungen von besonderer

Bedeutung. Es muB unterschieden werden zwischen geringtugigen Beluftungen

durch kleine Offnungen bzw. Locher und groBdimensionierten BeiOftungen mit breiten Offnungen.

Bezi.iglich der Lage der BeiOftungsoffnungen existieren mehrere Varianten : Die .,allseitig

offenen" Verglasungen sollen einen guten und schnellen Wechsel der Luft bewirken.

In der Praxis jedoch werden meist an der Sohlbank (unten) und an den Kopfscheiben (oben)

Ottnungen in Form von Schlitzen angeordnet, urn durch den sogenannten ,Kamineffekt"

einen guten Luftaustausch zu erzielen . Teilweise werden aus Unkenntnis oder auf Grund

baulicher Probleme Ottnungen nur im oberen, unteren oder seitlichen Bereich angelegt,

was die Beli.iftung des Zwischenraumes erheblich behindern kann.

2.2.2 Konstruktionsvarianten

Beim Einbau einer Schutzverglasung gibt es drei grundsatzlich unterschiedliche Konstruktionssysteme,

die einerseits von . der baulichen Situation und den geplanten MaBnahmen

und andererseits von


32

eines dieser drei Konstruktionssysteme bestimmt aber nicht automatisch ein Beluftungssystem,

obwohl jede Konstruktion eine bestimmte Beluftungsart bevorzugt. Es ist in den

meisten Fallen moglich, wenn auch technisch aufwendig, eine andere Beluftung vorzusehen

und einzubauen.

Originalglas in Originalfalz - Schutzglas auBen vorgesetzt

Bei dieser Konstruktion verbleibt die Originalverglasung am ursprunglichen Ort, und die

Schutzverglasung wird von auBen vorgesetzt.

Dabei bestehen zwei Moglichkeiten tor die Anbringung der Originalverglasung:

Einerseits kann die Originalverglasung unbehandelt an Ort und Stelle verbleiben oder nach

einer Restaurierung wieder eingeputzt bzw. eingekittet werden. Dabei ist die Verglasung

nach innen meist vollig abgedichtet.

Anderseits kann die Originalverglasung nach der Restaurierung in Rahmen gefaBt und dann

,trocken" von innen in den Falz eingesetzt werden. Bei dieser Variante besteht die Moglichkeit,

Beli.iftungsoffnungen zum lnnenraum zu schaffen.

Auch tor die Befestigung der Schutzverglasung von auBen existieren unterschiedliche

Varianten:

Zum einen besteht die Moglichkeit, die Schutzverglasung in einem gesonderten Rahmen

aus Metal!, Holz oder Aluminium ohne direkten Kontakt zu der Rahmenkonstruktion, in der

die Originalverglasung sitzt, anzubringen. Dieser zusatzliche Rahmen kann fest an das

Mauerwerk angedri.ickt und versiegelt werden, so daB keine Beli.iftung von auBen erfolgen

kann, oder aber mit Abstand am Mauerwerk verankert werden, so daB die AuBenluft in den

Spalt gelangen kann.

Eine Variante dazu stellt die Befestigung der Schutzverglasung mit Spezialhaltern dar.

Diese Halter konnen entweder seitlich im Steingewande verankert sein oder an der vorhandenen

Konstruktion der Originalverglasung befestigt werden. Die zweite Moglichkeit besitzt

den Vorteil, daB die Steingewande nicht angetastet werden. Diese Art der Befestigung ist in

den meisten Fallen nicht vollig abzudichten und tohrt automatisch zu einer Beli.iftung mit

AuBenluft.

Weiterhin besteht die Moglichkeit, einen zweiten Falz tor den Einbau der Schutzverglasung

anzubringen. Diese Variante ist aus denkmalpflegerischen Grunden bei einem bestehenden

historischen Steingewande sehr umstritten, da man einen gravierenden Eingriff in Originalsubstanz

vornimmt. Leichter tallt die Entscheidung, wenn die alten Steingewande vollstandig

erneuert werden mi.issen und der zweite Falz direkt im Werk eingeschnitten werden

kann. Durch das Einputzen bzw. Einkitten der Schutzverglasung wird der Spalt abgedichtet,

so daB keine Auf3enluft eindringen kann. Luftschlitze an der Sohlbank und moglicherweise

auch an den Kopfscheiben konnen aber dazu fUhren, daB der Spalt von auf3en beli.iftet

wird.

Originalglas nach innen versetzt- Schutzglas in Originalfalz

Die Originalverglasung wird nach innen versetzt, und in den urspri.inglichen Falz wird die

Schutzverglasung montiert.

Um dieses Konstruktionssystem anwenden zu konnen, ist es unbedingt notwendig, die Originalverglasung

auszubauen. Bei historischen Glasgemalden ist das i.iblich, da mit dem Einbau

einer Schutzverglasung meist eine Restaurierung verbunden ist. In den Originalfalz wird

dann das Schutzglas eingesetzt und nach auf3en abgedichtet, so daB im Normalfall die

Beli.iftung von innen ertolgt. Sollte jedoch die innere Verglasung auch abgedichtet werden,


Grundlagen B 33

lage ein unbelufteter Spalt vor. Haufig werden bei diesem Konstruktionstyp an der Sohlbank

Schlitze oder Rohrchen nach auBen hin angeordnet, urn das moglicherweise anfallende

Tauwasser abtohren zu konnen. Durch diese Ottnungen kann natOrlich auch AuBenluft in

den Spalt gelangen.

Fur die Befestigung der nach innen versetzten Originalscheiben gibt es viele Moglichkeiten;

hier konnen nur einige beispielhaft aufgezeigt werden:

Die einfachste Losung besteht darin, die vorhandenen ,Kioben", ,Nocken", ,Dollen" oder

Gewindestifte zu verlangern und die Originalverglasung, die in stabilisierende Profile

gerahmt wird, frei vorzusetzen. Die Scheiben werden seitlich fest an das Steingewande

angedruckt, urn storenden Lichteinfall zu verhindern. Da die Konstruktion nicht dicht ist, tritt

automatisch lnnenluft in den Spalt ein. Unten an der Sohlbank und oben an den Kopfscheiben

werden Beluftungsoffnungen angeordnet, urn so die Beluftung des Spaltes zwischen

den Verglasungen mit lnnenluft


34

Bei der AusfUhrung einer Schutzverglasung beeinfluBt die Wahl der Gliederung und der

Glasart die Ansicht des Bauwerks in entscheidendem MaBe. Aus diesem Grund muB fUr

jede Situation neu Oberlegt warden, welche Art der Schutzverglasung zu einer asthetisch

und konservatorisch befriedigenden Losung fUhrt.

Einscheibenverglasung

Die haufigste eingesetzte Form der Schutzverglasung ist die Einscheibenverglasung, die

aus unterschiedlichen Materialien bestehen kann.

In York wurde, wie bereits erwahnt, anfangs Rohglas verwendet, das aber durch seine

grOnliche Farbung die Fenster trObe erscheinen lieB. Heute wird haufig einfaches Floatglas,

Einscheibensicherheitsglas (ESG) oder Verbundsicherheitsglas (VSG) verwendet, welches

zwar vollkommen durchsichtig ist, aber auch zu starken Spiegelungen fiihrt. Die beiden

zuletzt genannten Glaser werden in der Hauptsache dann verwendet, wenn mit Vandalismus

zu rechnen ist. In den letzten Jahren wird immer ofter maschinengezogenes Goetheglas

eingesetzt, da die Oberflache dieses Glases nicht vollkommen plan ist, sondern leichte

Bewegungen aufweist, und somit weniger spiegelt. Mit der modernen Tecl')nik ist es moglich,

auch aus diesem Glas ein Verbundsicherheitsglas herzustellen.

Seltener anzutreffen sind Schutzverglasungen aus GuBglas, bei denen nicht mit Spiegelungen

zu rechnen ist, aber bei starker Sonneneinstrahlung scheint das Muster des Schutzglases

durch das Originalglas hindurch, so daB diese Verglasung ihren eigenen Charakter verliert

und wie ein GuBglas wirkt.

Schutzverglasungen aus gesandstrahlten oder geatzten Glasern wurden ebenfalls verschiedentlich

getestet, aber die Behandlung des Schutzglases verfalschte die originale Durchsicht

und auBerdem setzte sich der Schmutz aus der Luft an den behandelten Glasflachen

viel schneller fest, so daB die Schutzglaser undurchsichtig wurden. In den Niederlanden

werden in Sand gegossene Glaser verwendet, jedoch verandern auch sie die Durchsicht

des Originalglases.

Es existieren einzelne Schutzverglasungen mit entspiegelten Glasern. Ein Nachteil dieser

extrem teuren Glaser besteht darin, daB sie nur in der geraden Aufsicht keine Spiegelung

zeigen. Wie bei allen beschichteten Glasern ist auch hier die Beschichtung in Form eines

storenden blaulichen Schimmers sichtbar, wahrend in der Durchsicht keinerlei Farbveranderung

erkennbar ist.

In wenigen Fallen wird auch lsolierglas als Schutzglas verwendet. lm Normalfall ist der Einsatz

dieser Glaser nicht moglich, da die Abmessungen der Falze nicht ausreichend sind.

Eine Anderung der Steingewande verbietet sich in den meisten Fallen, da es sich urn historische

Substanz handelt. Bei neuen Steingewanden besteht die Moglichkeit, die Falze der

Natursteine so vorzurichten, daB sie ein lsolierglas aufnehmen konnen.

Schutzverglasungen aus Kunststoff wie Polycarbonat (Makrolon), Polymethyi-Methacrylat

(Plexiglas) o.a. haben den Vorteil, daB sie relativ einfach von auBen an9ebracht werden

konnen. Als Nachteil erweist sich hier eine gewisse Spiegelung, und da der Kunststoff

,relativ weich" ist, zeigen sich schnell Kratzer durch mechanische Schadan und Verfonnungen

durch WettereinfiOsse sowie bei alteren Schutzverglasungen starke Verschmutzungen

durch die statische Aufladung des Materials.

Eine einfache Moglichkeit, die bei den genutzten Einscheibenverglasungen vorhandene

Spiegelung auszuschalten, ist der Einbau eines feinmaschigen Schutzgitters. Sollte diese

ZusatzmaBnahme eingesetzt werden, kann man an gefahrdeten Stellen eine Einscheibenverglasung

wahlen und benotigt kein Sicherheitsglas.


Grundlagen 8 35

Bleiverglasung

Es besteht nati.irlich die Moglichkeit, Bleiverglasungen als Schutzverglasungen einzusetzen,

was zwar eine asthetisch bessere Losung tor die AuBenfassade bedeutet, aber auch viel

kostenintensiver ist als die Einscheibenverglasung. Durch das Aneinandersetzen der Glassti.icke

mit Blei stehen die einzelnen Teile in unterschiedlichen Winkeln zueinander und

nicht mehr parallel, so daB die Reflexion weitgehend ausgeschaltet wird.

1st die Originalverglasung in der Durchsicht relativ ,dicht" {d.h. nur durchscheinend, aber

nicht durchsichtig) und dadurch bei Sonnenbestrahlung der BleiriB nur in geringem MaBe

erkennbar, so kann man Schutzverglasungen mit Rechteck-, Waben-, Spitzrauten- und

Kreisteilungen oder Butzenscheiben verwenden. Sollte es sich um sehr helle und transparente

Originale handeln oder um bedeutende Objekte mit baulich sehr differenzierten Fassaden,

dann sollte eine Bleiverglasung gewahlt werden, die den BleiriB der Originalverglasung

in vereinfachter Form wiedergibt {Abb. 2.1).

BleiriB von Fenster II XX

BleiriB der Schutzverglasung

Abb. 2.1: Beispiel eines Bleirisses von einem Originalfeld und der Entwurf fOr die Schutzverglasung

(Aitenberg, Dom)

Bei der Wahl des Glasmaterials fUr die Schutzverglasung gibt es wiederum viele Alternativen,

die von den asthetischen Anspruchen und den finanziellen Moglichkeiten abhangen.

Die asthetisch beste, aber auch teuerste Losung ist die Anfertigung der Schutzverglasung

aus Echtantik-Goetheglas. In den meisten Fallen wird aber einfaches Floatglas verwandt.

Maschinengezogenes Goetheglas kommt seltener zum Einsatz, da das Glas dicker ist und

sich schlechter verbleien laBt. Eine Bleiverglasung bietet schon als ,Einfachverglasung"

einen gewissen Schutz gegen mechanische Schaden, da sie in einem bestimmten MaB

nachgibt. An besonders gefahrdeten Stellen kann man natOrlich auch Verbundsicherheitsglas

zur Erstellung einer Bleiverglasung verwenden, wobei die Schwierigkeiten beim

Zuschnitt allerdings nur eine einfache gerade Teilung der Schutzverglasung zulassen.


36

2.3 Unterschiedliche Auffassungen der Schutzverglasung

In der Fachwelt werden unterschiedliche Auffassungen bezuglich der Schutzverglasungen

und deren Beluftungsmoglichkeiten diskutiert. Die ersten Schutzverglasungen wurden als

Warmeschutz und Schutz vor mechanischen Beschadigungen eingebaut. An einen Schutz

vor Umwelteinflussen dachte man zu diesem Zeitpunkt noch nicht.

Bei den fruhen Schutzverglasungen in York, Orvieto und Lindena handelt es . sich ausschlieBiich

um unbeluftete Systeme, bei denen jeweils unterschiedliche Konstruktionsmerkmale

festzustellen sind:

Die ersten Schutzverglasungen am 5-Schwestern-Fenster sowie am groBen bst- und Westfenster

des Yorker MOnsters wurden anfangs mit einer Einscheibenverglasung aus grunlichem

Rohglas ausgetohrt. Die Originalverglasung verblieb im Originalfalz, wahrend von

auBen im Abstand von ca. 8 em zusatzlich eine zweite Falz in das vorhandene Steingewande

eingeschnitten und ein weiteres T-Eisen montiert wurde. In diese neue Konstruktion

wurde die Schutzverglasung eingesetzt und eingemortelt bzw. eingekittet. Der Einbau dieser

Schutzverglasungen wurde von der 6tfentlichkeit [2] mit groBer Skepsis beobachtet und

kommentiert, da einerseits die Architektur des Gebaudes durch das Verringern der Gewandeprofile

und durch das Spiegeln der groBen ebenen Glasflachen nicht m~hr voll zur Geltung

kam und anderseits die Durchsicht von innen durch das Rohglas gemindert wurde. Ab

1907 wurden diese asthetisch unbefriedigenden Schutzverglasungen, die bereits zum

groBen Teil gerissen bzw. gesprungen waren, durch eine Spitzrautenverglasung aus Fensterglas

ersetzt. Weitere Fenster des Yorker MOnsters, die im Rahmen dieser SanierungsmaBnahmen

ebenfalls geschutzt werden sollten, erhielten von Anfang an eine rautenformige

Bleiverglasung als Schutzverglasung [2;4].

Beim groBen Nordostfenster im Dom von Orvieto sitzt die mittelalterliche Verglasung im

ursprunglichen Falz; die Scheiben der Schutzverglasung befinden sich in einem Holzrahmen,

der sehr viel mehr Unterteilungen besitzt als die Originalverglasung. Der Rahmen

ist in einem Abstand von mehr als 30 em von auBen vorgesetzt. Es wurden sowohl von

innen als auch von auBen keine Beluftungsoffnungen angeordnet [13].

Beim Apsisfenster der kleinen Dorfkirche in Lindena wurde die Originalverglasung nach der

Restaurierung wieder von innen in den vorhandenen Falz eingesetzt, von auBen wurde ein

Holzrahmen mit einer Schutzverglasung aus Ganzglasscheiben im Aqstand von ca.

6- 8 em befestigt. Die Verglasung wurde nicht beluftet [1 ;2;4].

Seit Mitte dieses Jahrhunderts hat sich die Zielsetzung tor den Einbau einer Schutzverglasung

verandert bzw. dahingehend erweitert, daB der Schutz vor schadigenden Umwelteinflussen

besonders berucksichtigt wird.

Bedingt durch den standig zunehmenden Einbau von Schutzverglasungen, beschaftigen

sich Experten aus vielen Landern mit der Problematik der unterschiedlichen Konstruktionsund

Beluftungssysteme.

Wahrend Roy Newton aus England -Grunder der , News Letters" des C\IMA (Corpus Vitrearum

Medii Aevi) - eine Beluftung mit AuBenluft fur die beste Losung halt, sind die Fachleute

in Deutschland, Belgien, den Niederlanden, 6sterreich und der Schweiz der Auffassung,

daB eine Beluftung mit lnnenluft etfektiver fOr den Schutz der wertvollen historischen

Glasgemalde ist. Die unbeluftete Schutzverglasung findet in der Fachwelt als wirkungsvolle

SchutzmaBnahme fOr bedrohte Glasmalereien kaum BefOrworter:

Die als auBenbeluftet bekannten Schutzverglasungen z.B. im Munster von York und in der

Kathedrale von Canterbury zeigten bei genauer Untersuchung der Konstruktionen vor Ort

ganz andere Merkmale als erwartet:


Grundlagen B 37

Bei der Schutzverglasung in York handelt es sich im Prinzip um ein unbeluftetes System,

denn die Originalverglasung ist von innen in den ursprunglichen Falz eingesetzt und beigeputzt

und die AuBenschutzverglasung von auBen in einen nachtraglich in das Steingewande

eingeschnittenen Falz. Die minimalen V-formigen Ablaufe in den Sohlbanken der Fenster fur

das anfallende Tauwasser- inzwischen durch Schmutz vollstandig geschlossen - stellen

die Beluftungsoffnungen nach auBen dar.

Die AuBenbeluftungs- und lnnenbeluftungsvarianten in Canterbury, an denen die Glassensorstudie

des Fraunhofer-lnstituts fur Silicatforschung (ISC Wurzburg) durchgefuhrt wurden,

zeigen kaum Unterschiede auf. Die Originalverglasung ist in beiden Fallen in einen

Aluminiumrahmen eingesetzt, der auf den umlaufenden Eichenholzrahmen der Schutzverglasung

aufgeschraubt ist. Bei der AuBenbeluftung sind im unteren und oberen Bereich der

Fenster jeweils zwei kleine (ca. 2 x 1 0 em) Beluftungsoffnungen angeordnet. Bei der lnnenbeiUftung

ist die Schutzverglasung vollstandig nach auBen hin abgedichtet, aber dafUr

befinden sich die kleinen Offnungen in der Originalverglasung, z.B. fehlende Stucke in der

Borte. Da die Originalverglasung relativ viel Spielraum in den Aluminiumrahmen hat, findet

die tatsachliche Beluftung in beiden Fallen von innen statt.

Wie in diesen Beispielen beschrieben, handelt es sich in England bei vielen als auBenbeiUftet

bezeichneten Schutzverglasungen um unbeluftete oder schlecht funktionierende innenbeluftete

Systeme. Naturlich gibt es aber auch tatsachlich auBenbeluftete Schutzverglasungen,

genau wie essie auch auf dem Kontinent gibt.

Zum Schutze gefahrdeter historischer Glasgemalde, insbesondere mittelalterlicher, werden

heute in den meisten Fallen isothermale, also innenbeluftete Schutzverglasungen eingesetzt.

lnzwischen kommt dieses Beluftungssystem immer haufiger in England zum Einsatz,

und zwar ganz bewuBt. Anhand einer intemationalen Glassensorstudie [12] laBt sich nachweisen,

daB diese Beluftungsart - unabhangig von Qualitat und Ausfuhrung der Konstruktion

- wesentlich bessere Ergebnisse erzielt als die anderen Beluftungssysteme.

Es gibt vereinzelt innenbeluftete Schutzverglasungen, die mit einer automatisch gesteuerten

Beheizung des Luftzwischenraumes versehen sind. Diese soli die relative Feuchte standig

auf einem gleichbleibenden Niveau von ca. 50% halten, um die mogliche Tauwasserbildung

zu verhindern. Verglasungen dieser Art wurden z.B. in der St.-Lorenz-Kirche in Nurnberg,

dem Augsburger Dam und der Klosterkirche Konigsfelden (Schweiz) eingesetzt.

Unterschiedliche Auffassungen bestehen ebenso bezuglich des Abstandes zwischen den

Verglasungen. So wird in England haufig eine auBerst geringe Spalttiefe, teilweise unter

1 em, gewahlt, wahrend in den meisten anderen Landem groBere Spalttiefen bevorzugt

werden. Dies liegt allein an der Tatsache, daB durch die Konstruktion der isothermalen

Schutzverglasung eine Mindest-Spalttiefe vorgegeben wird. Je nach Art und Form des vorhandenen

Steingewandes liegt dieser Mindestabstand im Bereich von 3 bis 13 em, stellenweise

sogar daruber.

Aufgrund der internationalen Untersuchungen an bestehenden Schutzverglasungen. vor

Glasgemalden aus allen Zeitepochen kann man behaupten, daB sowohl in England als auch

auf dem gesamten Kontinent die unterschiedlichsten Konstruktions- und Beluftungsvarianten

mit den verschiedensten Abstanden ausgefUhrt wurden. Dies betrifft in den rrieisten Fallen

die modernen Verglasungen, teilweise auch die gefahrdeten Scheiben des 19. Jahrhunderts

und glucklicherweise selten mittelalterliche Fenster.

Die Wahl einer Schutzverglasung, die eine schlechte Schutzwirkung oder sogar Verschlechterung

des ungeschutzten Zustandes zur Folge hat, kann mehrere Ursachen haben:


38

Die Restaurierung mittelalterlicher Glasgemalde und der damit verbundene Einbau einer

Schutzverglasung wird meist von erfahrenen Werkstatten, denen Denkmalpfleger sowie

Naturwissenschaftler beratend zur Seite stehen, ausgetuhrt. Wenn es um Scheiben des 19.

Jahrhunderts oder gar der Moderne geht, sind die Restaurierungs-Werkstatten in der Regel

auf sich selbst und ihre Erfahrung angewiesen, da in diesen Fallen Experten selten zur VerfUgung

stehen. Wenn also die Werkstatt, der zustandige Architekt oder Vertreter der Denkmalpflege

Ober nicht ausreichende Erfahrungen oder lnformationen verfOgen, kann es Ieicht

zu unbeabsichtigten Fehlern kommen.

Es gibt natOrlich auch Situationen, in denen man aus finanziellen, konstruktiven oder anderen

Grunden die schlechtere Losung wahlt, obwohl dies den Verantwortlichen bewuBt ist,

aber die Rahmenbedingungen gewisse Kompromisse verlangen.

3. Oberprufung vorhandener Schutzverglasungen

In diesem Abschnitt sollen die vorhandenen lnformationen aus frOheren Untersuchungen

und Messungen erfaBt und ausgewertet werden. Dabei handelt es sich um bauphysikalische

Messungen, Schadstoffmessungen, Glassensorstudien u.a.

3.1 Messungen

In verschiedenen europaischen Landern wurden Klimamessungen an AuBenschutzverglasungen

durchgefUhrt. In diesem Abschnitt sollen drei wichtige Untersuchungen exemplarisch

dargestellt werden, indem die Messungen kurz beschrieben und ihre Ergebnisse

erlautert werden. Analog geschieht dies im Appendix fUr die restlichen bekannten Untersuchungen,

nach Landern chronologisch geordnet.

Gouda, St. Janskerk

Die Glasgemalde in der St. Janskerk in Gouda (Niederlande) sollten mit einer Schutzverglasung

versehen werden. Da aber Unklarheit herrschte, welches Konstruktions- und Beluftungssystem

den besten Schutz fUr das wertvolle Glas bringt, wurden vor Beginn der

geplanten MaBnahmen aufwendige Untersuchungen an je einem Fenster der Nord- und der

SOdseite durchgefUhrt. Nach AbschluB der Arbeiten wurden Kontrollmessungen gestartet,

um zu OberprOfen, ob das gewahlte Schutzverglasungssystem auch die gewunschte

Schutzwirkung zeigte [2;8;9].

1983 - 84 wurde ein vierbahniges Fenster der Nordseite zum Vergleich unterschiedlicher

Konstruktionen genutzt. Durch die vorhandene bauliche Situation war ein Versetzen der

Originalverglasung um 1 - 2 em nach innen nicht moglich, der Mindestabstand betrug

6 em. Da man in England festgestellt hatte, daB ein schmaler Spalt zu einer hohen Stromung

und damit zu einer Beschleunigung des Luftaustauschs tohrt, wurde in die erste Lanzetta

eine innenbeiOftete Konstruktion mit einem Abstand von 6 em zwischen den Verglasungen

hergestellt, wobei im Abstand von 1 em eine zusatzliche Glasscheibe vor der· Originalverglasung

eingebaut wurde. Um einen Vergleich zwischen lnnen- und AuBenbeiOftung

aufstellen zu konnen, · wurde die zweite Lanzetta mit einer Spezialkonstruktion versehen,

deren 1 em breiter Spalt sowohl von innen als auch von auBen beiOftet werden konnte. In

der dritten Lanzetta wurde statt eines einfachen Floatglases ein lsolierglas als Schutzglas


Grundlagen B 39

mit einem Abstand von 6 em vor der Originalverglasung eingesetzt; diese Konstruktion

wurde mit einer lnnenbeluftung versehen. Die letzte Lanzette verblieb zu Vergleichzwecken

ohne Schutzverglasung im Originalzustand.

Um die einzelnen Konstruktionen auf ihre Wirksamkeit untersuchen und miteinander vergleichen

zu konnen, wurden fUr die Dauer eines Jahres aufwendige Messungen durchgetuhrt.

Dabei wurden die Lufttemperatur und die relative Feuchte im Spalt, im Kircheninneren

und auBen, die Luftgeschwindigkeit im Spalt, die Tauwasserbildung auf der lnnenseite des

Schutzglases und auf beiden Seiten des Originalglases sowie die Oberflachentemperaturen

von Schutz- und Originalglas aufgezeichnet, wobei auch unterschiedliche Glasfarben

berucksichtigt wurden.

Bei keiner der Schutzverglasungsvarianten wurde Tauwasserbildung festgestellt. Die Werte

fUr die relative Feuchte im Spalt bei den innenbelufteten Schutzverglasungen wiesen kaum

Unterschiede auf. Da die relative Feuchte bei der AuBenbeluftung jedoch mehrmals knapp

unter 100% lag, muBte man befurchten, daB bei dieser Variante ungunstige Wetterbedingungen

zu Feuchtigkeit auf dem Originalglas tuhren konnten. Die Luftgeschwindigkeit war

bei den schmaleren Spalten standig wesentlich hoher als bei den breiten Zwischenraumen.

Bei den Oberflachentemperaturen wurden nur geringe Unterschiede festgestellt, da das

Fenster von keiner direkten Sonneneinstrahlung betroffen war.

lm AnschluB an die Messungen des Nordfensters wurde mit den Untersuchungen am

sechsbahnigen Sudfenster begonnen. Auch hier wurden verschiedene Varianten im Vergleich

getestet.

Die erste Lanzette wurde im Originalzustand belassen. Die anderen Lanzetten wurden mit

ahnlichen innenbelufteten Konstruktionen versehen wie das Nordfenster. Auf die AuBenbeluftung

und die innenbeluftete Variante mit lsolierglas wurde verzichtet. Die Verglasung

mit 6 em Abstand und der zusatzlichen Scheibe auf 1 em Abstand sowie die Konstruktion

mit 1 em Abstand zwischen den Verglasungen wurden auf der Sudseite getestet. Eine neue

Alternative war eine Einfachverglasung mit 6 em Abstand zur Originalverglasung.

Auf der Sudseite zeigte wiederum die Konstruktion mit dem Spalt von 1 em Breite die

hochsten Feuchtwerte. Bei den Glastemperaturen waren groBe Temperaturschwankungen

festzustellen.

Als endgultige Losung fUr die gesamten Fenster wurde eine innenbeiUftete Konstruktion mit

einer Einfachverglasung und einem Abstand von 6 em zwischen den Verglasungen gewahlt,

da diese Konstruktion sowie die Variante mit dem lsolierglas die besten Ergebnisse fUr die

Nord- und Sudseite erzielten. Die Schutzverglasung mit lsolierglas kam nicht zur Ausfuhrung,

da nur 10 Jahre Garantie auf diese Art der Verglasung gegeben wurden. Die

AuBenbeluftung stieB auf Ablehnung, da eventuell Tauwasser auf den Originalscheiben auftreten

konnte. Die Variante mit der Zusatzscheibe wurde aus finanziellen und statisch konstruktiven

Grunden nicht ausgetuhrt.

Von 1989 bis 1990 wurden die Kontrollmessungen durchgetuhrt, um herauszufinden, ob

durch den Einbau einer Schutzverglasung Veranderungen des lnnenklimas hervorgerufen

wurden und ob diese EinfluB auf andere in der Kirche vorhandenen KunstgegensUinde

haben. Die Untersuchungen erfolgten nur an einer Lanzetta des Sudfensters, wobei auch

nur die Lufttemperatur und die relative Feuchte im Spalt und im lnnenraum sowie die Luftgeschwindigkeit

im Spalt aufgezeichnet wurden.

Die Ergebnisse dieser Kontrollmessungen zeigen, daB ein guter Luftaustausch zwischen

lnnenraum und Spalt vorhanden war. Es gab keine langandauernden Perioden ohne Luftaustausch.

lm Spalt wurden gr6Bere Temperaturschwankungen festgestellt als im Kircheninneren,

aber auch dort sind die auBeren Wetterwechsel deutlich spurbar. Zu keinem


40

Zeitpunkt erreichte die Temperatur den Taupunkt, sie blieb stets darOber. Die relative

Feuchte im Spalt variierte mehr als die Feuchte im lnnenraum. Kritische Werte, bei denen

die Moglichkeit der Tauwasserbildung besteht, wurden nie gemessen. Die Werte der relativen

Feuchte hatten sich sogar im Vergleich zur ersten MeBserie am SOdfenster verbessert.

lnsgesamt gesehen wurde das Klima in der Kirche durch die Schutzverglas'ung stabilisiert,

da die Feuchte im Kircheninneren abgenommen hat.

Marburg, Elisabethkirche

Die mittelalterlichen Glasgemalde im Ostchor der Elisabethkirche in Marburg wurden ab

1977 mit einer Schutzverglasung aus maschinengezogenem Goetheglas versehen. Das

Schutzglas wurde in den Originalfalz eingesetzt, die historischen Glasgemalde in Messing­

U-Profile gerahmt und dann auf verlangerte Flachkloben im Abstand von ca. 8 em zum

lnnenraum hin frei vorgesetzt. Die Bel0ftungs6ffnungen an der Sohlbank und den Kopfscheiben

waren ca. 2 em breit.

Von 1987 bis 1989 wurden an je einem Fenster der SOdseite und der Nordseite bauphysikalische

Messungen durchgefOhrt. Es wurden die Lufttemperatur und die relative Feuchte

im Kircheninnenraum und im Spalt aufgezeichet, ebenso die Lufttemperatur auBerhalb der

Kirche, die Luftgeschwindigkeit im Spalt und auch die Oberflachentemperaturen des

Schutz- und des Originalglases, bei dem zusatzlich noch Glaser unterschiedlicher Farbe

OberprOft wurden.

Obwohl bei beiden Fenstern die gleiche Konstruktion zur AusfOhrung kam, zeigten sich

andere Ergebnisse:

Beim SOdfenster hat sich das Feuchteverhalten im Spalt als befriedigend erwiesen, da der

Wert der relativen Feuchte im Zwischenraum der Verglasungen im allgemeinen nur

5 - 1 0% hoher lag als der Wert im lnnenraum. Der Tages-Maximalwert erreichte selten

85%, die 90 %-Grenze wurde nie Oberschritten. Bei der Betrachtung der Oberflachentemperaturen

kann man davon ausgehen, daB auf dem Originalglas in keinem Fall mit Tauwasserbildung

gerechnet werden muBte, beim Schutzglas wurde der Taupuhkt nicht Oberschritten,

obwohl die Temperaturen ab und zu in seine Nahe kamen.

Diese Resultate zeigen, daB die vorhandene Schutzverglasung auf der SOdseite die

gewOnschte Schutzwirkung fOr die wertvollen Glasgemalde erreicht.

Beim Nordostfenster verhalt es sich anders. Der Wert der relativen Feuchte im Spalt liegt in

der Regel um mehr als 15 % hoher als der im lnnenraum. Die Hochstwerte der relativen

Feuchte zwischen den Verglasungen wurden haufig Ober 90%, teilweise sogar Ober 95%

notiert. Die Temperaturen des Originalglases passen sich denen im Kircheninneren an, und

verhindern dadurch gerade noch das Auftreten von Tauwasser.

Die Oberflachentemperaturen des Schutzglases sind oft erheblich niedriger als die Lufttemperaturen

im Spalt. Das hat zur Folge, daB bei hoher relativer Feuchte der Taupunkt unterschritten

wird und Tauwasserbildung auftritt. Dies war haufiger der Fall. Die hohe Differenz

bei den Werten der relativen Feuchte macht deutlich, daB der Luftaustausch und der damit

verbundene Feuchteaustausch zu gering ist.

Diese Ergebnisse zeigen, daB die Schutzverglasung am Nordostfenster eine gewisse

Schutzwirkung zeigt, da die Tauwasserbildung auf der Schutzverglasung und nicht auf den

Originalscheiben entsteht. Aber da dies sehr hi:iufig geschieht, muB intensiv darOber nachgedacht

werden, welche Veranderungen an der Schutzverglasung vorgenommen werden

konnen, um die Schutzwirkung zu erhohen.


Grundlagen B 41

Lausanne, Kathedrale

lm Munster von Lausanne sollte die groBe Sudrose, ein reines MaBwerkfenster, mit einer

Schutzverglasung versehen werden. Schon die Wahl des Konstruktionssystems brachte

viele Problema mit sich, da keine profilierte Steinkonstruktion vorhanden war, sondern nur

eine glatte Wandflache, in die kleine Eisenrahmen zur Aufnahme der Glasgemalde eingelassen

waren. Die lnnenseite des Fensters bekommt sehr viel Auflicht von den umgebenden

Fenstern, so daB ein Versetzen des Originalglases nach innen betrachtliche asthetische

Problema bringt. Auch die Glaswahl fUr die Schutzverglasung stellte sich aus optischen und

physikalischen Grunden als sehr problematisch heraus.

Urn nun den ,optimalen KompromiB" fUr die bedeutende Rose finden zu konnen, wurden

unterschiedliche Konstruktionssysteme im Vergleich getestet [15], wobei man sich von

Beg inn an auf eine innenbeluftete Schutzverglasung festlegte.

Seit 1990 werden sehr umfangreiche Messungen durchgetuhrt, bei denen die Oberflachentemperaturen

an verschiedenen Positionen der Medaillons, die Lufttemperatur am Ein- und

Austritt des Spaltes, im lnnenraum und auBen, die relative Feuchte innen sowie das Tauwasservorkommen

auf der Schutzverglasung und der Originalverglasung erfaBt wurden. Bei

den Vergleichsmessungen wurde die Konstruktion im Prinzip gleichgehalten, lediglich die

Art des Schutzglases wurde verandert. So wurden neben der ublichen Einfachverglasung

auch unterschiedliche lsolierglaser getestet.

Bei den Zweischeiben-lsolierglasern wurde die Austuhrung mit einer Gastullung gewahlt.

wobei die innere Scheibe jeweils ein Warmeschutzglas war, wahrend bei der auBeren Glasscheibe

entspiegeltes Armiranglas oder maschinengezogenes Goetheglas verwendet

wurde. Auch eine Dreischeiben-lsolierverglasung mit Gastullung, bestehend aus drei Scheiben

Armiranglas, kam zum Einsatz. Neben den unterschiedlichen Glasarten wurden die

GroBe der Beluftungsoffnungen und der Abstand zwischen den Verglasungen gepruft.

Die Steuerung des lnnenklimas der Kathedrale durch Heizung und Befeuchtung, das wegen

der Orgel zu Beg inn der Messungen auf ca. 45% relative Feuchte eingestellt war, funktionierte

nicht so, wie erwartet. Auf Grund dieser Tatsache wurde die Einstellung verandert,

sodaB sich das Klima auf ca. 40% relative Feuchte bei 18°C einpendelte, was das Kondensationsrisiko

erheblich herabsetzte.

Das Ergebnis der aufwendigen Messungen, die anhand von Modellberechnungen uberpruft

wurden, zeigte, daB wahrend des MeB-Zeitraums nur bei der Dreischeiben-lsolierverglasung

kein Tauwasser auftrat. Bei den unterschiedlichen Typen der Zweifach-lsolierverglasung

wurde selten Tauwasservorkommen festgestellt, bei der Einfachverglasung relativ

haufig.

Eine definitive Entscheidung uber die AusfUhrung der Schutzverglasungskonstruktion soli

voraussichtlich in Kurze fallen.

3.2 lnternationale Glassensorstudie

Zur Beurteilung des Korrosionsverhaltens von Glas ist die rein klimatechnische Erfassung

und Auswertung von MeBdaten nicht ausreichend. Oft ist es nicht moglich, umfangreiche

und kostspielige Messungen durchzutuhren. Aus diesem Grund wurden im Fraunhoferlnstitut

fur Silicatforschung die sogenannten Glassensoren zum Nachweis der korrosiven

Belastung entwickelt [12].

Die dazu benotigten unterschiedlich empfindlichen Modellglaser warden aus speziellen

Kalk-Kalisilicatglasern, die in ihrer chemischen Zusammensetzung den historischen Glasern


42

entsprechen, hergestellt. Die Oberflache der Glaser wird so bearbeitet, daB sie jederzeit

reproduzierbar und damit vergleichbar ist. Durch geeignete Modifizierung der Zusammensetzung

konnen die Korrosionsvorgange auf dem Modellglas beschleunigt werden, so daB

kurzzeitige Expositionszeitraume ausreichen, um die Langzeitwirkung fUr historische Glaser

vorherzusagen, bei denen die Korrosion haufig erst nach Jahrzehnten erkennbar ist.

Die Glassensoren werden nach Moglichkeit auf verschiedene Hohen oder zumindest in der

Mitte eines Fensters auf den einzelnen Glasoberflachen befestigt. Es ist erforderlich, die

korrosive Belastung auf der AuBenhaut des Gebaudes (AuBenseite Schutzglas), im Spalt

(AuBenseite Originalglas) und im lnnenraum (lnnenseite Originalglas) zu OberprOfen. Die

Sensoren werden fOr die Dauer eines Jahres an den ausgewahlten Positionen angebracht,

nach Expositionsende abgenommen und erst danach im Labor analysiert. Die Auswertung

erfolgt durch die IR-Spektroskopie und die Mikroskopie.

An verschiedenen bedeutenden Objekten in sieben europaischen Landern wurden die

unterschiedlichen Beloftungssysteme mit den Glassensoren Oberproft. An dieser internationalen

Studie beteiligten sich Deutschland, die Niederlande, die Schweiz, Osterreich, England,

Belgien sowie Spanien.

Die Ergebnisse [12] zeigten eindeutig, daB in allen Landern die innenbelufteten Schutzverglasungskonstruktionen

eine bessere Schutzwirkung aufweisen als die auBen-, misch- und

unbelufteten Systeme.

Der Nachteil einer reinen Sensorstudie ohne klimatechnische Messungen liegt darin, daB

fundierte Begrundungen zur Wirksamkeit von Schutzverglasungen nicht moglich sind.

3.3 Sonstige Untersuchungen

Neben der Aufarbeitung und Auswertung der bisher international durchgetohrten Messungen

(Kap. II.B.3.1 und Appendix) sowie der Glassensorstudie (Kap. II.B.3.2) wurde noch auf

eine andere Art die Wirksamkeit verschiedener vorhandener Schutzverglasungen Oberpruft.

Dazu wurden speziell ausgesuchte historische Objekte mit den vorhandenen fotografischen

und schriftlichen Dokumentationen fruherer Restaurierungsarbeiten verglichen.

In der Literatur [2;4] wird immer wieder darauf hingewiesen, daB Zustandsyergleiche zwischen

,museal" aufbewahrten und ,in situ" befindlichen Scheiben deutlich der Schutzverglasung

eine gute Schutzwirkung bescheinigen, ohne jedoch auf ein bestimmtes Beluftungssystem

einzugehen. Dabei wird nur in wenigen Fallen auf konkrete Objekte eingegangen,

wenn Oberhaupt wird zumeist das Beispiel Lindena gebracht.

In den letzten Jahren hat es weitere Untersuchungen gegeben, z.B. im Berner Munster.

AuBerdem wurden im Rahmen eines Forschungsprojektes bisher zwei weitere Objekte, die

Munsterkirche in Monchengladbach und die Johanniskirche in Herford, untersucht, die vor

Jahren restauriert und mit einer Schutzverglasung versehen wurden. Anhand des vorhandenen

Fotomaterials sollte festgestellt werden, ob die Korrosion des Glases weiter fortgeschritten

ist, ob sie verlangsamt wurde oder ob sie sogar zum volligen Stillstand gekommen

ist.

Bern, MOnster

lm Zuge des Wiedereinbaus nach dem 2. Weltkrieg wurden die Fenster des Berner Monsters

1946 mit einer Schutzverglasung versehen, bei der es sich wahrscheinlich um die

erste richtige isothermale Verglasung handelt.


Grundlagen B 43

Die Konstruktion der Schutzverglasung ist folgendermaBen aufgebaut: In den Originalfalz

wurde ein Eisenwinkel eingebaut und am Steingewande verankert. In den Winkel wurde das

Schutzglas eingesetzt. Das Originalglas wurde gerahmt und mit einfachen Scharniernbandern

versehen. Diese wurden in die entsprechenden Gegenstucke (Zapfen/Kioben) eingehangt,

die an den Winkeleisenrahmen befestigt waren. So kann jedes Feld tor sich wie ein

Fensterflugel bewegt werden. Der Abstand zwischen den Verglasungen betragt ca. 35 mm

und die Scheiben sind rundum beluftet.

Nach 40 Jahren wurde die Schutzwirkung der isothermalen Schutzverglasung uberpruft [2].

Dies war gut moglich, da nur die Rechteckscheiben in den Lanzetten eine Schutzverglasung

erhalten hatten, wahrend die Kopfscheiben und das MaBwerk noch ungeschUtzt

waren. Die Untersuchungen zeigten sehr deutlich, daB sich die geschUtzten Glasgemalde in

einem viel besseren Zustand befanden als die ungeschutzten. Auf dem geschutzten Glas ist

keine oder nur auBerst geringe Korrosion zu erkennen, die aber schon vor dem Krieg existierte,

was anhand von Fotos nachzuweisen ist. Die ungeschutzten Glaser dagegen wiesen

dicke Korrosionskrusten an der AuBenseite und feinen, dichten LochfraB an der lnnenseite

sowie Malschichtverluste auf. Diese Ergebnisse zeigen deutlich die postive Schutzwirkung

der vorhandenen Schutzverglasung.

M6nchengladbach, Munsterkirche

lm April 1991 wurden einzelne Felder des mittelalterlichen Bibelfensters, das 1978/79

restauriert und mit einer Schutzverglasung versehen wurde, ausgebaut, urn anhand der vorhandenen

austuhrlichen Fotodokumentation und der vorliegenden Restaurierungsberichte

die Wirksamkeit der Schutzverglasung zu uberprufen.

Das Fenster wurde durch eine isothermale Schutzverglasung gesichert, wobei die Beluftungsschlitze

an der Sohlbank und den Kopfscheiben zum lnnenraum angelegt sind. Bei

den Untersuchungen wurde aber festgestellt, daB im Bereich der Sohlbank auch ein breiter

Schlitz nach auBen vorhanden war, der bei der Montage vermutlich als Ablaut des auftretenden

Tauwassers eingeplant wurde.

Die Untersuchung der mittelalterlichen Glaser zeigte keine optisch wahrnehmbaren Veranderungen

im Vergleich zu den vorhandenen Fotos. Auch konnte keine Korrosion auf den

Glasoberflachen festgestellt werden. Der Epoxidharzfilm (Araldit), der bei der Restaurierung

zur Schwarzlotsicherung und als Korrosionsschutz groBflachig auf die Glasoberflachen aufgetragen

wurde, schien vollig intakt. Diese Ergebnisse zeigen deutlich, daB die vorhandene

Schutzverglasung die gewunschte Schutzwirkung fUr die historischen Glasgemalde

erbringt.

Herford, Neustadter St.-Johannis-Kirche

Die mittelalterlichen Chorfenster wurden 1969 restauriert und mit einer Schutzverglasung

versehen. Dabei handelt es sich urn eine isothermale Konstruktion mit einem Abstand von

ca. 4 em zwischen den Verglasungen. Aus finanziellen Grunden wurden die Kloben verlangert,

aber keine neuen Deckschienen hergestellt, sondern die waagerechten Lichtschlitze

wurden provisorisch mit Dichtungsbandern aus Schaumgummi geschlossen. Wie zu dieser

Zeit ublich, wurden die Beluftungsoffnungen nicht besonders groB ausgebildet, sondern

ergaben sich aus den vorhandenen Gegebenheiten.


44

lm Rahmen einer Chorraumsanierung bestand 1992 nach ca. 23 Jahren die Moglichkeit, die

Originalverglasung zu untersuchen [1 0], urn lnformationen Ober die Wirksamkeit der Schutzverglasung

zu erhalten:

lm Zuge der RestaurierungsmaBnahmen an der Kirche wurden 1986 die Fugen der AuBenfassade

ausgekratzt, mit einem Hochdruckreiniger abgestrahlt und anschlieBend wieder

vermortelt. 8ei diesen Arbeiten gelangten groBere Mangen an Wasser und Sand durch

undichte Stellen in der Schutzverglasung, an den Sturmeisen, am Steingewande sowie

durch Mortelfugen in den Spalt und lagerten sich zum Teil auf dem Schutzglas ab. Es war

aber auch deutlich zu erkennen, daB Wasser Ober die Flachkloben auf die Ruckseite und

teilweise durch die vorhandenen Lichtschlitze auf die lnnenseite der Originalglaser abgelaufen

war. Ob es sich dabei urn das von auBen eingedrungene Wasser oder Tauwasser handelta,

war nicht zu klaren. Soweit erkennbar, wurden durch das Wasser keine groBeren

Schaden hervorgerufen. An einzelnen Stellen wurde der Epoxidharzuberzug, der bei der

Restaurierung zur Sicherung des Schwarzlot ganzflachig aufgetragen wurde, zerstort und

der 8eginn neuer Korrosion war zu erkennen.

Die Ergebnisse zeigen, daB sich die vorhandene Schutzverglasung bewahrt hat, aber zu

optimieren ware. lm Rahmen der anstehenden SanierungsmaBnahmen wurden verschiedene

Anderungen an der Schutzverglasung und der Konstruktion vorgenommen, urn die

Schutzwirkung zu verbessern. Die alte undichte Schutzverglasung wurde erneuert, die

Dichtungsbander wurden entfemt und statt dessen Deckschienen angefertigt. Die 8el0ftungsoffnungen

an der Sohlbank und den Kopfscheiben wurden vergroBert.

4. Erfassung von Schutzverglasungen

Wie in Kap. 11.8.2.2 erwahnt, soli eine Obersicht Ober die ausgetohrten Schutzverglasungssysteme

und -konstruktionen erstellt werden. lm Rahmen des 8MFT-Forschungsprojektes

soli zu diesem Zweck zum einen eine zeichnerische 8estandsaufnahme und zum anderen

eine Liste der mittelalterlichen Glasgemalde der 8undesrepublik Deutschland angefertigt

werden, die mit einer Schutzverglasung versehen sind. In der vorliegenden Arbeit soli nur

eine kurze Obersicht gegeben werden.

4.1 Zeichnerische Bestandsaufnahme

Urn austohrliche lnformationen Ober die ausgetohrten Schutzverglasungen . und damit die

unterschiedlichen Losungen diverser Konstruktionsdetails zu erhalten, wurde begonnen,

eine zeichnerische 8estandsaufnahme und Katalogisierung aller bekannter Konstruktionssysteme

durchzutohren, wobei es unwichtig ist, ob die Schutzverglasung ein mittelalterliches

oder ein neuzeitliches Glasgemalde sichert.

Die Zeichnungen sind entsprechend der drei grundsatzlichen Konstruktionsunterschiede

(Kap. 11.8.2.2.2) in drei Hauptgruppen unterteilt, die jeweils nach den entsprechenden

Detailpunkten in Untergruppen aufgegliedert werden, wobei jeder dieser Gruppen die entsprechenden

Varianten zugeordnet sind. Ein systematischer Oberblick Ober eine der Hauptgruppen

des ,Konstruktions-Katalogs" wird in Abb. 4.1 gegeben. Die Gliederung der anderen

Gruppen erfolgt nach dem gleichen Prinzip. Es wird also keine Unterteilung nach 8eluftungssystemen

vorgenommen, da im Prinzip jede 8el0ftungsart bei jedem Konstruktionssystem

moglich ist.

Da die Forschungsarbeit derzeit noch nicht abgeschlossen ist, und die 8estandsaufnahme

standig aktualisiert wird, sollen in dieser Arbeit nur einige wenige Konstruktionszeichnungen

beispielhaft im Appendix gezeigt werden.


Grundlagen B

45

Konstruktionssystem:

- Originalglas im

Originalfalz

- Schutzglas au Ben

vorgesetzt

Variante 1

Variante 2

r----+- Sohlbank Variante 3

-----{ Variante 4

Variante 5-?

---t -Variante

1

Variante 2

- Kopfscheibe - Variante 3

Variante 4

Variante 5-?

Variante 1

~

Variante 2

- MaBwerk -----1 Variante 3

Variante 4

Variante 5-?

Abb. 4.1: Schematischer Aufbau des ,Konstruktions-Kataloges" (Ausschnitt)

4.2 Fragenkatalog und Datenbank

lm Rahmem des BMFT-Forschungsauftrages war geplant, eine Liste der mittelalterlichen,

schutzverglasten Glasgemalde zu erstellen. Da es sich bei dieser Aufstellung aber nicht um

eine einfache Aufzahlung der Objekte handeln soli, sondern moglichst viele wichtige lnformationen

aufgezeichnet werden sollen, wurde ein austohrlicher Fragenkatalog entwickelt.

Dieser gliedert sich in einen allgemeinen und einen speziellen Teil:

Der allgemeine Fragenkatalog beschaftigt sich mit dem Objekt, also mit der Kirche. Er wird

auch nur einmal tor jedes Objekt ausgetullt.

Neben der Objektidentifikation werden Fragen zur Lage des Objekts, den Anprechpartnern

und der Baugeschichte gestellt. Von weiterem Interesse sind lnformationen zur Klimasituation

innerhalb und auBerhalb des Gebaudes sowie zum vorhandenen Heizsystem und dessen

Nutzung. Von Bedeutung, insbesondere tor die Rechenmodelle, sind auch umfassende

Angaben zur Art, Dicke und Masse der einzelnen im Bauwerk verwandten Materialien sowie

die wichtigsten Abmessungen des Objekts.


46

Der spezielle Teil des Fragenkatalogs muB tor jedes Fenster, das mit einer Schutzverglasung

versehen ist, einzeln bearbeitet werden. Eventuell ist es moglich, kleinere Fenstergruppen

bei volliger Obereinstimmung der Daten auf einmal zu erfassen. Das so lite aber die

Ausnahme sein.

Neben einer kurzen Objektidentifikation werden ausfi.ihrliche Angaben zur:n untersuchten

Fenster benotigt. Auf einer schematischen GrundriBzeichnung soli die Lage des Fensters

unter Angabe der Orientierung eingetragen werden. Wichtig ist auch die GroBe des Fensters

sowie dessen Unterteilung. Zur Obersicht kann eine skizzenhafte Darstellung der Fensteransicht

nutzlich sein. lm AnschluB werden ausfOhrliche lnformationen zur Schutzverglasung

gefordert. Neben den Angaben, ob das gesamte Fenster mit einer Schutzverglasung

versehen ist, oder nur partiell, ist die Glassorte und die Gliederung der Schutzverglasung

von Interesse. Von groBer Bedeutung ist das ausgewahlte Konstruktion- un¢J Beluftungssystem

mit der GroBe und der Lage der Beluftungsoffnungen. Nach Moglichkeit sollen Schemazeichnungen

der Konstruktion in Horizontal- und Vertikalschnitt sowie Details an Sohlbank

und Kopfscheibe erstellt werden. Sollten eventuell Untersuchungen am Fenster

durchgefOhrt worden sein, ist dies mit den bekannten Ergebnissen zu vermerken.

Bei der Bearbeitung des Fragenkatalogs stellte sich heraus, daB eine manuelle Auswertung

der Daten sehr aufwendig und wahrscheinlich auch wenig effektiv sein wird. Aus diesem

Grund wurde anhand des modifizierten und vereinfachten Fragenkatalogs: ein Computermodel!

entwickelt. Diese Datenbank soli die vor Ort aufgenommenen umfassenden lnformationen

erfassen und auswerten. Da es zu aufwendig ware, auch die technischen Zeichnungen

in dieses Computerprogramm aufzunehmen, die Konstruktionsdetails aber meist

von Bedeutung tor die Wirksamkeit einer Schutzverglasung sind, werden in der Datenbank

Verweise auf die zeichnerische Bestandsaufnahme gegeben.

Muster des allgemeinen und -~peziellen Teils des erstellten Fragenkatalogs ,sind im Appendix

beigetogt, ebenso ein Uberblick Ober die Eingabemaske des ,Konstruktionsprogramms".


Grundlagen B

47

5. Literatur

[1] Bacher, Ernst: Glasmalerei-Restaurierung- Forschung, Methodik, Praxis, in:

Glaskonservierung, Arbeitsheft 32, Bayerisches L.andesamt tor Denkmalpflege, MOnchen 1985

[2] Corpus Vitrearum Medii Aevi- News Letters 1 (1972) - 43/44 (1990)

[3] Fitz, St.; Fitz-Uirich, E.; Frenzel, G.; KrOger, R. ; KUhn , H.: Die Einwirkung von Luftverunreinigungen

auf ausgewahlte Kunstwerke mittelalterlicher Glasmalerei. Forschungsbericht 10608002.

Herausgeber: Bundesministerium des lnneren, Bonn, und Deutsches Museum, MOnchen. 1984

[4] Frenzel, Gottfried: Probleme der Restaurierung, Konservierung und prophylaktischen

Sicherung mittelalterlicher Glasmalereien, in: Maltechnik-Restauro, 88. Jg., 4/1982

[5] Frodi-Kratt, Eva: Untersuchungen und praktische Erfahrungen in der Konservierung

mittelalterlicher Glasgemiilde 1963-72, in: Clsterr. Zeitschrift tor Kunst- und Denkmalpflege

1973- XXVII- Heft 1/2

[6] Fuchs, Dieter R.; Romich, Hannelore; Tur, Peter; LeiBner, Johanna: Konservierung

historischer Glasfenster- lnternationale Untersuchungen neuer Methoden.

Forschungsbericht 10807005/03, WOrzburg 1991

[7] Gibson, Peter: AuBenschutzverglasung und Restaurierung historischer Glasfenster in York,

England, in: Glaskonservierung, Arbeitsheft 32, Bayerisches Landesamt tor Denkmalpflege,

MOnchen 1985

[8] JOtte, B.A. H. G.: AuBenschutzverglasung- MeBergebnisse in der St. Janskirche zu Gouda,

in: Glaskonservierung, Arbeitsheft 32, Bayerisches Landesamt tor Denkmalpflege, MOnchen 1985

[9] JOtte, B.A. H. G.; Crevecoeur, R.: Beschermende museale beglazing, in: Glans der Goudse

Glazen, Weert 1990

[1 0] Korn, Ulf-Dietrich: Bericht Ober das lnternationale Fachcolloquium zu Fragen der Restaurierung

von Glasmalerelen aus Herford/St. Johannis, SoesVSt. Patrokli und Kloster Wienhausen am

30./31. Miirz 1992 in der Glasmalereiwerkstatt Dr. H. Oidtmann, Linnich

[11] LeiBner, J.; Fuchs, D.R.: Investigations by glass sensors on the corrosive environmental

conditions at stained glass windows with protective glazings in Europe. Spring Meeting of the

Materials Research Society, Symposium J.: Materials Issues in Art and Archaeology Ill,

San Francisco 1992

[12] LeiBner, J.; Fuchs, D.R.; Glass sensors: A European study to estimate the effectiveness of

protective glazings at different cathedrals. Congresso International de Rehabilitacion del

Patrimonio Arquitectonico y Edificacion, Islas Canarias 1992

[13] Marabelli, M.; Santopadre, P.; Verita, M.: Influence of the external protective glazing upon

conservation of the medieval stained glass window in Orvieto Cathedral, in: Rivista della

Stazione Sperimentale del Vetro 3, 1993

[14] Newton, R.G.: The Deterioration and Conservation of Painted Glass: A Critical

Bibliography, CVMA, Great Britain- Occasional Papers II, Oxford University Press, Oxford 1982

(15] Sorane SA lngeniers conseils: Etat de vaud. Monuments historiques & archeologiques:

Cathedrale de Lausanne. Rapport 1 - 4 (1991-1992)

[16) Wolff, Arnold: Das Verfahren Jacobi, Koln


48

C. Bauphysikalische Aspekte

1. Einleitung

Eine der wirksamsten Methoden, die kostbaren Glasgemalde gegen ihren weiteren Zerfall

zu schOtzen, ist, wie bereits erwahnt, der Einbau einer AuBenschutzverglasung. Die Praxiserfahrungen

und verschiedene bauphysikalische Messungen zeigen, daB die Anbringung

einer Schutzverglasung die Tauwasserbildung auf der Glasoberflache nicht verhindert, sondern

sogar begOnstigt, da die Temperatur der auBeren Verglasung niedriger wird als die der

Bleiverglasung im ursprOnglichen Zustand. Eine Moglichkeit, die Tauwasserbildung auf der

Glasoberflache zu verringern bzw. ihr entgegenzuwirken, besteht darin, den Spalt zwischen

den beiden Verglasungen in der richtigen Weise zu beiOften.

Die Problematik der AuBenschutzverglasung zeigt sich darin, daB bei den unterschiedlichen

BeiOftungssystemen auch noch verschiedene Konstruktionsvarianten existieren. Dies liegt

in der Hauptsache daran, daB die Situation an den einzelnen Bauwerken unterschiedlich ist

und oft nur ein bestimmtes Konstruktionssystem zulaBt.

In der Praxis unterscheidet man vier unterschiedliche Systeme, deren schematische Darstellung

in der Abbildung 1.1 zu sehen ist.

aussen

Te

a us sen

Te

- t

innen

Ti

a) Keine BeiOftung

_t

b) AuBenbeiOftung

aussen

Te

a us sen

Te

-

inn en

Ti

c) lnnenbeiOftung

d) Mischsysteme

Abb. 1.1 : BeiOftungssysteme


Grundlagen C 49

Es muB also der Versuch unternommen werden, ein Rechenmodell zu entwickeln, das die

Moglichkeit bietet, vorherzusagen, ob es bei einem geplanten Konstruktionssystem zu einer

Tauwasserbildung auf der Glasoberflache kommt. AuBerdem sollte es in der Lage sein, vorhandene

Systeme zu OberprOfen und eventuelle Konstruktionsanderungen vor der AusfOhrung

zu berechnen.

Rein bauphysikalisch gesehen, scheint die Aufgabe nicht allzu schwierig:

In der Theorie ist das System ohne BeiOftung (Abb. 1.1 a) die beste Losung, da in einem

geschlossenen Spalt mit trockener Luft keine Tauwasserbildung moglich ist. In der Praxis

ist es jedoch absolut unmoglich, einen geschlossenen Spalt mit trockener Luft herzustellen.

Bei BeiOftung mit (absolut gesehen) trockener AuBenluft (Abb. 1.1 b) entsteht keine Tauwasserbildung

im Spalt: die relativ kalte AuBenluft tritt an der Unterseite des Spaltes ein und

erwarmt sich. Die Dichteunterschiede zwischen der Luft im Spalt und auBen tohren zu

einem Druckunterschied, der eine Stromung im Spalt bewirkt und die Luft aufsteigen laBt.

Durch Zunahme der Lufttemperatur nimmt die relative Feuchte ab und damit gleichzeitig

auch die Moglichkeit von Tauwasserbildung auf der Glasoberflache im Spalt. Die eintretende

kalte Luft kOhlt jedoch die lnnenoberflache der Bleiverglasung stark ab, wodurch die

Moglichkeit besteht, daB auf der lnnenseite der Bleiverglasung Tauwasser entsteht.

Die BeiOftung mit lnnenluft (Abb. 1.1 c) scheint, bauphysikalisch gesehen, ungOnstig. Die

(absolut gesehen) feuchte lnnenluft tritt an der Oberseite des Spaltes ein, kOhlt ab und es

entsteht eine abfallende Stromung. Durch die Temperaturabnahme kann eiile Sattigung der

Luft an der kalten Schutzglasscheibe auftreten. Diese tohrt zu Tauwasserbildung im Spalt

auf der lnnenseite der Schutzverglasung. Die verletzbare kostbare Bleiverglasung bleibt

jedoch relativ warm, wodurch Tauwasserbildung hierauf vermieden wird!

Bei den verschiedenen Mischsystemen (Abb. 1.1 d) handelt es sich, wie bereits in Kapitel

II. 8 .2.2.1 erwahnt, urn Kombinationen der lnnen- und AuBenbeiOftung. In dieser Arbeit werden

diese Mischsysteme physikalisch noch nicht erfaBt, da zuerst einmal die ,reinen"

BeiOftungssysteme erforscht und geprOft werden mOssen, bevor man sich mit den komplexen

mischbeiOfteten Systemen beschaftigen kann.

Bei gleichwertigen Scheiben ist auf den ersten Blick die Entscheidung, rein bauphysikalisch

gesehen, darum einfach zu treffen:

Die BeiOftung mit lnnenluft fOhrt schneller zu Tauwasserbildung im Spalt auf der AuBenscheibe

als die AuBenbeiOftung zu Tauwasser-Niederschlag auf der lnnenscheibe. Aus diesem

Grund wird haufig bei einem nachtraglichen Einbau zwecks besserer Warmedammung

aus technischen und finanziellen Aspekten eine ,Vorsatzverglasung" von auBen angebracht,

die dann von auBen oder gar nicht beiOftet wird.

Aber die Notwendigkeit der Vermeidung von Tauwasserbildung auf den kostbaren Glasgemalden

laBt die Entscheidung zu einem schwierigen Problem werden.

Mit Hilfe eines Rechenmodells eines natOrlich beiOfteten Spaltes soli deshalb festgestellt

werden, welchen Temperaturen die Verglasungen ausgesetzt werden und unter welchen

Umstanden Tauwasserbildung bei gegebenem lnnen- und AuBenklima auftritt. Dieses

Rechenmodell soli experimentell OberprOft werden anhand von Modellmessungen an lnnenund

AuBenbeiOftungssystemen in einer sogenannten ,hot-box/cold-box"-MeBaufstellung in

der Klimakammer der Technischen Universitat Eindhoven und den praktischen ,in situ"­

Messungen an unterschiedlichen Schutzverglasungssystemen in verschiedenen Kirchen in

Deutschland. Die Beschreibung der Messungen sowie die daraus folgenden Ergebnisse

werden in spateren Kapiteln erlautert.


50

Es stellt sich aber auch die Fraga, welchen EinfluB der Einbau einer Schutzverglasung auf

das gesamte lnnenklima einer Kirche hat.

Kunzel hat sich mit der Thematik insofern beschaftigt, daB er den EinfluB des Heizbetriebes

mit Hilfe von Vergleichsmessungen [6;7] in einer beheizten und einer unbeheizten Kirche

untersucht hat. Deutlich ist zu erkennen, daB sich die absolute Feuchte und damit der Taupunk!

in einer Kirche andert.

Bei genauer Betrachtung des Problems kann man verschiedene Ursachen fi.ir die voraussichtliche

Beschleunigung der Tauwasserbildung auf der Glasoberflache finden:

Durch den Einbau einer Heizungsanlage andert sich die mittlere Lufttemperatur und damit

die maximale Wasseraufnahmefahigkeit der Luft im Kircheninnenraum. Durch Absorptionsund

Desorptionsvorgange an Wanden, Decken und FuBboden erhoht sich moglicherweise

die absolute Feuchte. Die Abki.ihlung der absolut feuchteren Luft kann dann an kalten

Oberflachen, wie Verglasungen und Mauem, zu Tauwasserbildung fi.ihren.

Durch den richtigen Einbau einer Schutzverglasung andert sich der Ventilationsgrad einer

Kirche. Die Verringerung der Luftung kann zu einer hoheren relativen Feuchte im Kircheninnenraum

fi.ihren .

Aus den oben genannten Grunden soli nicht nur ein Computermodell fi.ir das Fenstersystem

erarbeitet werden, sondem es soli auBerdem ein Rechenmodell fi.ir das instationare thermische

und hygrische Verhalten einer Kirche aufgestellt warden, um eine Vorhersage uber

die Veranderung des lnnenklimastreffen zu konnen.

Dieses Modell soli anhand der durchgefi.ihrten Messungen in verschiedenen Kirchen in

Deutschland uberpruft werden. Die Ergebnisse werden in Kapitel V erlautert.

An dieser Stelle soli erwahnt werden, daB die Rechenmodelle in Zusamm~narbeit mit der

Fachgruppe FAGO an der Technischen Universitat Eindhoven entwickelt' wurden. Dabei

wurde die Problemstellung von mir vorgegeben, wahrend Studenten und Mitarbeiter der

Fachgruppe, insbesondere Henk Schellen, die Computerprogramme erstellten und eine

erste Bearbeitung und Oberprufung durchtuhrten [1 ;3;4;16]. Die wichtigen Vergleichsmessungen

mit unterschiedlichen Parametern in der Klimakammer sowie die gesamte Bearbeitung

der MeBdaten aus den ,in situ"-Messungen mit den Rechenmodellen wurden von mir

durchgefi.ihrt.

2. Theorie

2.1 Warme

Um das Phanomen der Tauwasserbildung auf der Glasoberflache zu untersuchen, mussen

die Oberflachentemperaturen des Schutzglases und der Bleiverglasung bekannt sein. Diese

Temperaturen konnen durch den Warmestrom berechnet werden. Der Warmetransport

kann auf drei unterschiedliche Arten erfolgen, durch:

- Warmeleitung

- Konvektion

- Warmestrahlung

Diese verschiedenen Moglichkeiten der Warmeubertragung treten in diesem Fall kombiniert

auf.


Grundlagen C 51

Warmeleitung

WarmeObertragung durch Warmeleitung findet statt, wenn in einem bestimmten Korper ein

Temperaturgradient besteht. Es erfolgt ein Energietransport vom Ort hoherer Temperatur

zum Ort niederer Temperatur, ohne daB die Teilchen den Ort verandern. HierfOr gilt die Fourier-Gieichung:

(2.1)

mit

q

A.

aT/ax

Warmestromdichte

Warmeleitfahigkeit

Temperaturgradient in Stromungsrichtung

[W/m2]

[W/mK]

[Kim]

Konvektion

Die Obertragung von Warme durch MitfOhrung in Stromungen wie Luft, wird als Warmekonvektion

bezeichnet. Die Stromungen konnen durch ortliche Temperatur- bzw. Dichteunterschiede

verursacht werden, was man freie, natOrliche Konvektion nennt, oder durch

mechanische Hilfsmittel wie Ventilatoren, wodurch man eine erzwungene Konvektion erhalt.

Warmeaustausch zwischen Luft und einer angrenzenden, festen Oberflache bezeichnet

man als WarmeObergang. WarmeObergang von Luft zum Bauteil bzw. umgekehrt muB bei

den Berechnungen des baulichen Warmeschutzes mit einbezogen werden. Da die Obertragungsvorgange

sehr kompliziert sind, wurde fOr die praktische Anwendung ein WarmeObergangskoeffizient

fOr Konvektion etc nach der folgenden Gleichung definiert:

qc Cic (Tw- TJ (2.2)

mit Cic konvektiver WarmeObergangskoeffizient [W/m2K]

Tw Temperatur der Wand [K]

Tl Temperatur der umgebenden Luft [K]

Der WarmeObergangskoeffizient etc ist abhangig von der Temperatur, der Stromungsgeschwindigkeit

und der Warmeleitung. Da er analytisch schwer zu bestimmen ist, wird er

haufig mit Hilfe von empirischen Beziehungen angenahert.

Warmestrahlung

lm Gegensatz zu den Mechanismen Warmeleitung und Konvektion, bei denen der Energietransport

durch ein Medium erfolgt, kann WarmeObertragung auch in Bereichen stattfinden,

in denen ein vollstandiges Vakuum herrscht. In diesem Fall handelt es sich um die Warmestrahlung.

Jeder Korper emittiert elektromagnetische Strahlung, deren lntensitat und spektrale Energieverteilung

von seiner Temperatur und Oberflachenbeschaffenheit abhangt. Da die Temperatur

hierbei die entscheidende EinfluBgroBe ist, spricht man auch von Temperaturstrahlung.


52

Die Warmestromdichte der Strahlung aus einem schwarzen Korper wird durch das Stefan­

Boltzmann-Gesetz wiedergegeben.

q, =(I r• =c. c ~0 r

(2.3)

mit

q. = Warmestromdichte infolge der Strahlung des schwarzen Korpers

rr = Stefan-Boltzmann-Konstante

T4 = absolute Temperatur

c. = Strahlungskonstante des schwarzen Korpers

[W/m 2 ]

[W/m 2 K 4 ]

[K]

[W/m 2 K 4 ]

Fur die Bestimmung des StrahlungsObergangs zwischen zwei nicht schwarzen Korpern

werden die Emissionsfaktoren e 1 und e 2 sowie der Formfaktor FG eingefOhrt.

Jeder Korper strahlt Warmeenergie ab und absorbiert Warmeenergie. Ein nicht transparenter

Korper reflektiert einen Teil der Strahlung, ein transparenter Korper laBt zudem einen Teil

der Strahlung durch.

In der Regel wird nicht die gesamte auftreffende Strahlung reflektiert, sondern nur ein

Bruchteil, der durch den Reflexionsgrad p gekennzeichnet ist. Der nicht reflektierte Teil der

auftreffenden Strahlung kann durch einen transparenten Korper hindurchgehen, was mit

dem Transmissionsgrad -r bezeichnet wird, oder von einem Korper absorbiert werden, was

durch den Absorptionsgrad a 5 ausgedruckt wird. Zwischen diesen drei GraBen besteht die

Beziehung:

a 5 + p + T = 1 (2.5)

Dabei hangen a 5

, p und -r vom Material und von der Wellenlange der Strahlung ab, p zusatzlich

auch noch vom Winkel der Strahlung auf die Oberflache des Materials.

(2.4)

2.2 Feuchte

Wasserdampfgehalt der Luft

Neben der Temperatur ist die Feuchte ein wichtiger Faktor tor die Tauwasserbildung auf

den Glasoberflachen.

Die Luft kann nur eine begrenzte Menge an Wasserdampf aufnehmen. Die Menge ist von

der Temperatur abhangig, wobei die Aufnahmefahigkeit mit der Temperatur zunimmt. Auch

Luft unter ooc kann noch eine geringe Menge Wasserdampf aufnehmen, bevor sie gesattigt

ist.

1st der Wasserdampfgehalt in der Luft in geringerer Konzentration vorhanden als bei der

betreffenden Temperatur moglich ware, so nennt man die Luft ungesattigt. Zur Kennzeichnung

dieses Zustandes gibt man das Verhaltnis der vorhandenen Wasserdampfkonzentration

c zur maximal loslichen Konzentration c. bei der betreffenden Temperatur an und

bezeichnet dies als relative Luftfeuchte 'P· Sie berechnet sich aus dem Quotienten aus dem

tatsachlich herrschenden Wasserdampfpartialdruck p und dem bei der vorhandenen Lufttemperatur

moglichen Sattigungsdampfdruck Ps·


Grundlagen C 53

'P

.£. _Q_

Cs Ps

(2.6)

mit 'P = relative Luftfeuchtigkeit [-]

c = absolute Luftfeuchtigkeit [g/m 3 ]

Cs = Wasserdampfsattigungskonzentration [g/m 3 ]

p = Wasserdampfpartialdruck

[Pa]

Ps = Wasserdampfsattigungsdruck

[Pa]

Wenn die Temperatur abkOhlt, erhoht sich die relative Luftfeuchte , bis sie den Wert 1 00%

erreicht hat. Dann besitzt die abgekOhlte Luft den bei dieser Temperatur maximal moglichen

Wasserdampfgehalt, d.h. sie ist wasserdampfgesi:lttigt. Die Luft hat nun ihren Taupunkt

oder ihre Taupunkttemperatur erreicht. Bei weiterer Abkuhlung tallt notwendigerweise

Wasserdampf aus, der als Tau bezeichnet wird. Fur das Bauwesen ist die Abkuhlung

von Luft an kalten Bauteiloberflachen von besonderer Bedeutung. Liegt die Oberflachentemperatur

eines Bauteils unterhalb oder in der Nahe der Taupunkttemperatur der umgebenden

Luft, so gibt die vorbeistromende Luft, die durch diesen Kontakt die Oberflachentemperatur

des Bauteils annimmt, Tauwasser ab.

Hygroskopischer Wassergehalt von Baustoffen

Ein groBer Teil aller Baustoffe enthalt Wasser in mehr oder weniger groBer Menge. Der

Wassergehalt ist dabei abhangig von der relativen Luftfeuchte. Bei bestimmter, langere Zeit

andauernder Feuchte der umgebenden Luft nehmen diese hygroskopischen Baustoffe

einen bestimmten Wassergehalt an, der als Gleichgewichtsfeuchte bezeichnet wird. Jeder

Baustoff zeigt einen tor ihn charakteristischen Zusammenhang zwischen Wassergehalt und

relativer Luftfeuchte. Die Temperatur hat keinen direkten EinfluB, sie kann tor praktische

Bereiche vernachlassigt werden. Die Gleichgewichtsfeuchten eines Baustoffs konnen durch

sogenannte ,Sorptionsisotherme" wiedergegeben werden.

Die Menge des durch Sorption aufgenommenen Wassers in porosen Baustoffen ist im

wesentlichen abhangig von der GroBe der inneren Oberflache und der Dicke der Sorptionsschicht,

die durch die relative Luftfeuchte beeinfluBt und durch den Porendurchmesser

begrenzt wird.

Mechanismen des Feuchtetransports

Der Feuchtetransport kann auf verschiedene Arten erfolgen. Fur die Theorie der Rechenmodelle

sind die Wasserdampfdiffusion, die Luftstromung sowie die Verdunstung von

Bedeutung und werden deshalb im folgenden kurz beschrieben:

Die Wasserdampfdiffusion ist der molekulare Transport von Wasserdampf in einer Schicht

infolge von Druckdifferenzen. Der Wasserdampf folgt stets dem Dampfdruckgefalle, d.h.

der Wasserdampf wird sich immer, auch gegen die Schwerkraft, in Richtung des Druckgefalles,

also in Richtung geringerer Konzentration, bewegen. lm Bauwesen ist die Diffusion

von Wasserdampf durch Wande und Decken von groBer Bedeutung. Wegen des meist

herrschenden Druckgefalles nach auBen wird die Diffusion auch meist von innen nach

auBen verlaufen. Je nach vorhandener Luftfeuchte konnen relativ groBe Wassermengen


54

durch Wande hindurchwandem, und durch das Abfallen der Temperatur nach auBen wird

an dem Punkt, an dem die Tautemperatur erreicht wird, Wasserdampf kondensieren.

Neben der Wasserdampfdiffusion ist auch die Oberflachendiffusion von groBem EinfluB.

Durch die Adhasionskrafte zwischen den MolekOien des Wasserdampfs und den fasten

Materialien warden die WasserdampfmolekOie aus der Luft an den Porenwanden der

auBeren und inneren Oberflachen der Festkorper gebunden und bilden einen dOnnen Wasserfilm,

der je nach Hohe der relativen Luftfeuchte aus einer oder mehreren MolekOIIagen

bestehen kann. Diese Schichten werden auch Adsorptionsschichten genannt.

Luftstromungen werden von Druckunterschieden ausgelost. Die Luftbewegungen an der

Luv- und Lee-Seite einer GebaudehOIIe bewirken einerseits Winddruck und andererseits

Windsog, die zu Luftstromungen innerhalb des Gebaudes tohren.

Luftdruckunterschiede entstehen aber auch durch IOftungstechnische Anlagen wie z.B.

Luftheizungen in Kirchen. Raume, in die Luft eingeblasen wird, erfahren eine Erh6hung des

Luftdrucks; in Raumen mit Absaugvorrichtungen wird der Luftdruck erniedrigt.

Die Dichte der Luft wird von der Temperatur und der relativen Luftfeuchte beeinfluBt. Warmere

Luft hat eine niedrigere Dichte als kalte Luft, sie ist daher Ieichter und steigt nach

oben. Die Unterschiede zwischen feuchter und trockener Luft sind nicht so gravierend, die

feuchte Luft ist nur unwesentlich Ieichter.

Undichtigkeiten in der AuBenhaut eines Gebaudes ermoglichen einen Ausgleich von

Druckunterschieden zwischen innen und auBen. Die durch diese ,Offnungen" stromende

Luft kann Wasserdampf mitfOhren, der beim AbkOhlen unter die Tautemperatur kondensiert.

Die Wasserverdunstung ist der entgegengesetzte Vorgang zur Tauwasserbildung. Es ist

eine langsame Art der Verdampfung, bei der das Wasser vom flussigen in den gasformigen

Aggregatzustand Obergeht. Die dazu notwendige Warmemenge wird dem Wasser als Verdampfungswarme

entzogen und an die umgebende Luft abgegeben.

Die verdunstete Wassermenge ist abhangig von der relativen Luftfeuchte, den Oberflachentemperaturen

und der Luftgeschwindigkeit.

3. Physikalische Modelle

3.1 Fenstermodell

3.1 .1 Modellbeschreibung

Fur die Analyse des Problems ist ein physikalisches Modell des Konstruktionssystems aufgestellt

worden, wie bei Reinmuth [13] beschrieben. Da sowohl die Oberflachentemperaturen

als auch die Lufttemperaturen im Spalt bei unterschiedlicher Hohe variieren, ist es nicht

moglich, den Warmestrom tor das Fenster insgesamt zu berechnen. Aus diesem Grund

wird im Modell der beiOftete Spalt in der Hohe in Segmente aufgeteilt.

Der Warmeaustausch wird zweidimensional angenommen. Die dritte Dimension in Richtung

der Breite der Lanzette wird vemachlassigt, da erwartet wird, daB die Warmestromdichte in

diese Richtung auBerst gering ist. AuBerdem wird auch die Warmeleitung im Glas nicht

berOcksichtigt, da das Glas nur wenige Millimeter dick und die Warmeleitfahigkeit des Glases

ziemlich groB ist (ca. 0,58 ... 1 ,05 W/mK).

In Abbildung 3.1 warden die verschiedenen physikalischen Gr6Ben in einer graphischen

Obersicht dargestellt.

Von jedem Segment wird eine Massen- und Warmebilanz erstellt.


Grundlagen C

55

Th

Schutzverglasung

---

Ttz

8leiverglasung

----4-

ql

t

T,

q,

qcl

Tlm

T;

Q;

h

I

q~

I

~

TT

T11

Tz

dsgoll

In der Abbildung sind folgende GroBen zu unterscheiden:

q, die Warmestromdichte durch die lnnenscheibe

q. die Warmestromdichte durch die AuBenscheibe

q, die Warmestromdichte durch Aufwi:i.rmung oder Abkuhlung durch die

Stri:imung der Spaltluft

q, die Warmestromdichte durch Strahlungsaustausch zwischen den

Glasscheiben

der konvektive WarmeObergang an der lnnenseite (Spaltseite)

der AuBenscheibe

q.,. der konvektive Warmeubergang an der AuBenseite (Spaltseite)

der lnnenschelbe

q., die absorbierte Sonnenstrahlung an der AuBenscheibe

q,. die absorbierte Sonnenstrahlung an der lnnenscheibe

q. die langwellige nachtliche Himmelsstrahlung

T, die lnnenlufttemperatur

T. die AuBenlufttemperatur

T, die Oberflachentemperatur des Schutzglases

T, die Oberflachentemperatur der Bleiverglasung

T., die Spaltlufttemperatur in der Mitte des Segments

T .. die Spaltlufttemperatur an der Unterkante des Segments

Ta die Spaltlutttemperatur an der Oberkante des Segments

T. die Temperatur der Atmosphare

h die Hi:ihe des Segments

d,. die Tiefe des Spalts

[W/m~

[W/m~

[W/m~

[W/m~

[W/m']

[W/m']

[W/m']

[W/m']

[W/m']

["C)

["C)

(OC)

["C)

(OC)

(OCJ

["C)

["C)

[m)

[m)

Abb. 3.1: Ein Segment


56

Fur jedes Segment gelten folgende Warmegleichungen:

die Gleichung fi.lr das gesamte Segment:

(3.1)

die Gleichung fi.lr die lnnenscheibe:

(3.2)

die Gleichung fUr die AuBenscheibe:

Die Warmestromdichte an der lnnen- und AuBenoberflache des Glases wird berechnet aus:

(3.3)

[W/m2j

[W/m2j

(3.4)

(3.5)

die Warmeubergangskoeffizienten an der lnnen- bzw. AuBenober­

Hierbei sind a 1

und a 8

flache des Glases.

Der Strahlungsaustausch zwischen den Glasscheiben untereinander wird linearisiert durch:

[W/m2j (3.6)

Dabei ist a 5

der Warmeubergangskoeffizient fur die Strahlung zwischen zwei, unendlich

graB angenommenen, planparallelen Scheiben:

a (T,> + ~ (T, + T,)

a. = 1 1

- + - -1

e, ~

(3.7)

mit

a

die Stefan-Boltzmann-Konstante

die Emissionsfaktoren fUr die langwellige Strahlung

der Glasscheiben

Warmeubergangskoeffizient fi.lr Strahlung

(-]

[W/m 2 K]

Der konvektive Warmeubergang


Grundlagen C

57

mit

die mittlere Wandtemperatur

die mittlere Spaltlufttemperatur

die Gesamthohe des Spaltes

konvektiver Warmeubergang

(DC]

(DC]

[m]

[W/m 2 K]

Die Warmestromdichte durch konvektiven Warmeaustausch an der Spaltseite wird folgendermaBen

bestimmt:

und

(3.9)

(3.1 0)

Die Aufwarmung der Luft im Spalt wird beschrieben mit der Warmestromdichte q:

m c. !!.T

q, = b dh

(3.11)

wobei der Massestrom nach der folgenden Formel berechnet wird:

mit

m = p vd b

m =

cP

6.T b =

der Massestrom

die spezifische Warme der Luft bei konstantem Druck

der Temperaturunterschied der Luft uber die Hohe des Spaltes

die Breite des Spaltes

dh = die Hohe des Segments

p = die Dichte der Luft

v = die Luftgeschwindigkeit im Spalt

d die Tiefe des Spaltes

(3.12}

[kg/s]

[J/kgK]

[K]

' [m]

. [m]

[kg/m 3 ]

(m/s]

[m]

Hierbei ist die Luftgeschwindigkeit v im Spalt noch nicht bekannt. Fur die Bestimmung der

Luftgeschwindigkeit ist eine neue Gleichung notwendig:

Die konvektive Warmeabgabe der Glasscheiben an die Spaltluft fUhrt zur Aufwarmung der

Spaltluft. Hierdurch nimmt die Dichte der Luft ab, und es entsteht ein aufsteigender Druck:

H

6.P = f (p 0 - p .. ) g dh

0

(3.13)

mit Po = Dichte der Luft am Eingang des Spaltes

Psp = Dichte der Luft im Spalt

Es ist zu beachten, daB Po von der AuBen- bzw. lnnenbeluftung abhangig ist, da der Eintritt

der Luft in den Spalt bei der AuBenbeluftung unten und bei der lnnenbeluftung oben erfolgt.

Urn diesen Druckunterschied in Temperaturen auszudrucken, wird die allgemeine Gasgleichung

angewandt:

P = p R T (3.14)


58

also

mit

p = p T = konstant

R

R

p

p

die Gaskonstante

der Druck

die Dichte der Luft

(3.15)

[J/kgK]

[Pa]

[kg/m 3 ]

Hieraus folgt dann:

Po To = Psp Tsp = konstant

(3.16)

Der Druckunterschied als Funktion der Temperaturen folgt dann aus:

H

t:.P = Po 7;, g f (_!_ - __!_) dh

7;, T,p

0

(3.17)

mit

g = die Gravitationsbeschleunigung

Durch die vorhandene Luftstromung entsteht ein Widerstandsdruck Rw: .

(3.18)

mit ~ = der Widerstandsfaktor

Rw = der Widerstandsdruck

[ -]

[Pa]

Dieser resultiert aus dem Widerstandsdruck am Eintritt bzw. am Austritt des Spaltes sowie

der Hohe des Spaltes [13]:

1 V 2

R .,n = 2 ~aln P ( hfJ/n ) 2

dsp

1 v 2

R."' = 2 ~."'

p ( ~: r

(3.19)

(3.20)

mit

h

v

d

Hohe der Spaltoffnungen

die Luftgeschwindigkeit im Spalt

die Tiefe des Spaltes

[m]

[m/s]

[m]

Der Widerstandsdruck Ober die Hohe des Spaltes wird berechnet aus:

mit

_1

2

164H

Rspalt - 2 p,p v Re d;

dh = der hydraulische Durchmesser des Spaltes

(3.21)

[m]

Die Verengung des Spaltes durch Deckschienen, Windstangen u.a. wird im Rechenmodell

durch die Verminderung der Spalttiefe berOcksichtigt.


Grundlagen C 59

Die Berechnungen finden in der folgenden Weise statt:

Ausgehend von einer ersten Schatzung der Luftgeschwindigkeit v erfolgt je Segment eine

Berechnung der Spaltlufttemperatur und der Glastemperaturen aus den Warmegleichungen:

Da zuerst die Temperaturen berechnet werden mussen, bevor die Luftgeschwindigkeit vim

Spalt bestimmt werden kann, muB dieser Luftgeschwindigkeit zu Beginn der Berechnungen

ein Startwert zugeordnet werden, der dann spater mit Hilfe eines iterativen Prozesses nach

der GauB-Seidi-Methode genau bestimmt wird.

Die Gleichungen fUr die Warmebilanzen konnen jedoch noch nicht gelost werden, da in

ihnen noch die folgenden Unbekannten existieren:

- T 1 = Oberflachentemperatur Schutzglas

- T 2 = Oberflachentemperatur Originalglas

- T 1 m Spaltlufttemperatur in der Mitte des Segments

- ac 1 Warmeubergangskoeffizient Schutzglas

- ac2 Warmeubergangskoeffizient Originalglas

Der Warmeubergangskoeffizient von der Glasscheibe an die Luft ist abhangig von den Nusselt-Zahlen

fUr laminare und turbulente Stromungen. Mit Hilfe der Reynolds-Zahl kann

bestimmt werden, ob die Stromung laminar oder turbulent ist. Die Warmeubergangskoeffizienten

werden bestimmt aus den gemittelten Oberflachen- und Spaltlufttemperaturen.

Da diese Temperaturen zu Beginn der Berechnungen noch nicht bekannt sind, mussen

auch die Warmeubergangskoeffizienten einen Startwert erhalten. Mit diesen Anfangswerten

sollen dann die Temperaturberechnungen durchgefuhrt werden.

Die Warmebilanzen konnen immer noch nicht aufgelost warden, da die folgenden Parameter

weiterhin unbekannt sind:

Oberflachentemperatur Schutzglas

Oberflachentemperatur Originalglas

Spaltlufttemperatur in der Mitte des Segments

Die unbekannten Oberflachen- und Spaltlufttemperaturen werden durch das Anwenden

unterschiedlicher Methoden und das Losen verschiedener Gleichungen bestimmt:

Bei der Berechnung des ersten Hohensegments fUr die AuBenbeluftung wird die Spaltlufttemperatur

am Eingang des 1. Segments T 11 mit der AuBentemperatur T. gleichgesetzt.

Beim 2. Segment wird T 11 mit der Lufttemperatur am Ausgang des 1. Segments T 12 gleichgesetzt.

Auf diese Art und Weise werden aile Spaltlufttemperaturen von den verschiedenen

Segmenten miteinander verbunden. Somit kann auch die mittlere Spaltlufttemperatur T 1 m

ermittelt werden. Um die Warmebilanzen auszurechnen, mussen aber noch die Ober-


60

flachentemperaturen T, und T 2 bestimmt werden. FOr die Oberflachentemperatur des

Schutzglases T 1 wird ein Startwert gewahlt, z.B. gleich dem Wert der AuBentemperatur T 8


Nun kann auch die letzte fehlende Temperatur, namlich T 2 , berechnet warden.

Die WarmeObergangskoeffizienten tor das Schutzglas ac 1 und tor das Originalglas ac 2 , die

zu Beginn der Berechnungen einen Anfangswert erhalten haben, warden, nachdem die

Temperaturberechnungen durchgefOhrt sind, aus den gemittelten Temperaturen neu

bestimmt.

Dabei mOssen die Temperaturberechnungen solange Wiederholt werden, bis das Abbrechkriterium

tor ac erreicht ist, sich also der Wert tor ac nicht mehr verandert.

Bisher wurden die Oberflachen- und die Spaltlufttemperaturen als Funktion der Hohe

berechnet tor eine unbekannte Luftgeschwindigkeit, tor die zu Beginn der Berechnungen

ein willkOrlicher Wert angesetzt wurde.

Die konvektive WarrneObertragung der Glasscheiben an die Spaltluft tohrt zu einer Erwarmung

der Spaltluft, wodurch die Dichte der Luft abnimmt und die Luft aufsteigt. Durch die

vorhandene Luftstromung entsteht ein Widerstandsdruck Rw. der sich aus dem Widerstandsdruck

am Eintritt bzw. Austritt des Spaltes sowie der Hohe des Spaltes zusammensetzt.

FOr die gewahlte Luftgeschwindigkeit wird der Druckunterschied dP, durch den Stromung

entsteht, und der Widerstandsdruck Rw, durch den die Stromung gebremst wird, berechnet.

Druckunterschied und Widerstandsdruck mOssen gleich sein .

Falls der Druckunterschied nicht gleich dem Druckverlust ist, muB ein neuer Wert tor die

Luftgeschwindigkeit v gewahlt und der ProzeB erneut von Beginn an gestartet werden. Der

RechenprozeB wiederholt sich solange, bis ein Gleichgewicht zwischen Widerstandsdruck

und aufsteigendem Druck besteht.

3.1.2 FluBdiagramm des Fenstermodells

Die verschiedenen Rechenprozesse, die im Fensterprogramm ablaufen, sind als sehr komplex

zu bezeichnen, da sie in vielen Bereichen voneinander abhangig sind. Aus diesem

Grund ist es auBerst schwierig, die Zusammenhange richtig zu verstehen. Urn eine einfache

und klare Obersicht Ober den Aufbau und den Ablaut des Fenstermodells zu bekommen,

wurde ein FluBdiagramm von der Hauptstruktur des Programms (Abb. 3.2) erstellt und ein

weiteres von den im Modell ablaufenden Berechnungen (Abb. 3.3).


Grundlagen C 61

HAUPTMENO

Wahl des BeiOftungssystems

* lnnenbeiOftung

* AuBenbeiOftung

* Keine BeiOftung

I

EINGABE

Eingabe der verschiedenen

Variablen

Konstruktionsdetails

* lnnen-/AuBentemperatur

* Warmeiibergangskoeffizienten

innen, auBen u. Strahlung

* Absorptionskoeffizient

* Transmissionskoeffizient

I

I

BERECHNUNGEN

Die Berechnung der

verschiedenen Parameter

wird durchgefOhrt.

I

ERGEBNISSE

mit Einzeldaten und

gemittelten Werten

* Luftgeschwindigkeit

* Oberfliichentemperaturen

Schutz- und Originalglas

Lutttemperatur im Spalt

* Druckunterschied

Widerstandsdruck

* Reynolds-Zahl

I

EINGABE ANDEAN?

Anderung der verschiedenen

Varia bien

ja

Abb. 3.2: Hauptstruktur des Fenstermodells

I

nein

AUSGABE

Ausgabe der Ergebnisse

* auf Bildschirm

* Ober Drucker

~


62

Wahle neue Werte

tor die Luftgeschwindigkeit

v

Wahle neue Werte

tar die

Wiirmeubergangskoeffizienten

a., und

nein

Wahle einen initiellen Wert

fUr die Geschwindigkeit v

Unbekannte in den Warmebilanzen:

Temperatur Schutzglas

Temperatur Originalglas

* Lufttemperatur im Spalt

* WarmeObergangskoeffizienten

- vom Schutzglas a.,

- und vom Originalglas a"'

I

Wahle initielle Werte fOr die

WanneObergangskoeffizienten


Grundlagen C 63

3.1 .3 Parameterstudie

lm Programm gibt es verschiedene Faktoren, die die zuvor beschriebenen Berechnungen

stark beeinflussen konnen. So verlangern die aufwendigen Temperaturberechnungen die

Rechenzeit des Programms deutlich. Bestimmte Faktoren des Modells stammen aus der

Literatur. Dabei ist unklar, ob sie mit der Praxis ubereinstimmen. Es ist deshalb von groBer

Bedeutung, den EinfluB dieser Faktoren genauer zu untersuchen:

- Widerstandsfaktoren am Ein- und Austritt des Spaltes

- Warmeubergangskoeffizienten innen und auBen

- Anzahl der Hohensegmente

- Abbruchkriterien

Bei diesen Untersuchungen ist ein Parameter die Variable und die anderen Faktoren werden

konstant gehalten. In Tabelle 3.1 sind die unterschiedlichen Werte, mit denen die

Untersuchungen durchgefuhrt wurden, aufgezeigt. Dabei wurden die in der Praxis haufig

verwendeten Konstruktionsabmessungen bei normalen lnnen- und AuBentemperaturen eingesetzt.

Variable Zeichen Werte

lnnenlufttemperatur T, 15°C

AuBenlufttemperatur T. -5°C

Hohe des Spaltes H 5,0m

Spalttiefe d 0,04m

GroBe der Beluftungsoffnung am Eintritt des Spaltes heln 0,02m

GroBe der Beluftungsoffnung am Austritt des Spaltes haus. 0,02m

Widerstandsfaktor am Eintritt ~I 0,75

Widerstandsfaktor am Austritt ~. 0,70

Warmeubergangskoeffizient innen a, 7,7 W/m 2 K

Warmeubergangskoeffizient auBen a. 25 W/m 2 K

Tabelle 3.1: Vorgaben fOr die Parameterstudie

Widerstandsfaktoren

Da die Geometrie der Eingangs- und Ausgangsoffnungen des Spaltes nicht genau mit der

Geometrie ubereinstimmt, die in der Literatur [12;13] angegeben ist, ist es wichtig, den EinfluB

dieser Faktoren zu untersuchen.

Das Ergebnis der Parameterstudie macht deutlich, daB die Widerstandsfaktoren am Eintritt

~~ und am Austritt ~a des Spaltes keinen wesentlichen EinfluB auf die Oberflachen- und

Spaltlufttemperaturen sowie die Luftgeschwindigkeit haben. Dies ist moglich, da der Widerstandsdruck

uber die Hohe des Spaltes Rspatt viel groBer ist als der Widerstandsdruck am

Eintritt REintritt und am Austritt RAustrltt.


64

Wanneubergangskoeffizienten

Die Wanneubergangskoeffizienten innen a 1

und au Ben a 8

werden in der DIN 41 08 mit

7,7 (W/m 2 K) tor innen und 25 (W/m 2 K) tor auBen angegeben.

Die Berechnungen zeigen, daB die Oberflachentemperaturen der Bleiverglasung sehr empfindlich

auf Veranderungen des Warmeubergangskoeffizienten tor innen a 1 reagieren. Dasselbe

gilt auch tor die Oberflachentemperaturen des Schutzglases, wenn der Warmeubergangskoeffizient

tor au Ben a 8

variiert.

Anzahl der Segmente

Die Geschwindigkeit v, mit der das Programm seine Berechnungen durchtohrt, ist abhangig

von der Anzahl der Segmente, in die der Spalt aufgeteilt ist, bzw. von der Segmenthohe.

Der EinfluB dieses Parameters ist wichtig, da in einigen Gleichungen die Hohe eines Segments

zu berucksichtigen ist.

Anhand der Ergebnisse der Parameterstudie ist ersichtlich, daB mit einer Mindestanzahl

von Segmenten gerechnet werden muB, da sonst die Genauigkeit in der Ermittlung der

Luftgeschwindigkeit leidet.

Fur die Berechnungen mit den gewahlten Parametern wurden 10 Segmente festgelegt.

Abbruchkriterien

Die Genauigkeit der Luftgeschwindigkeit im Spalt, der Oberflachentemperaturen und der

daraus resultierenden Warmeubergangskoeffizienten wird bestimmt durch das Abbruchkriterium.

Es ist wichtig, daB ein optimaler Wert gefunden wird, da das Abbruchkriterium

einen groBen EinfluB auf die Rechendauer des Modells hat.

An hand der Untersuchungsergebnisse wurden folgende Abbruchkriterien zugrundegelegt:

- Oberflachentemperatur Schutzglas 0,1 K

- Oberflachentemperatur Originalglas 0,1 K

- Luftgeschwindigkeit im Spalt 0,05 m/s

3.2 Kirchraummodell

lm Computermodell THChurch (Temperature and Humidity Church) wird das instationare

thermische und hygrische Verhalten einer ganzen Kirche simuliert. So sollen zum einen Vorhersagen

getroffen werden Ober das lnnenklima einer Kirche, d.h. tor Gebaude mit Konstruktionselementen,

deren thermische und hygrische Kapazitat groB ist. Zum anderen soil

das Modell Aussagen machen Ober die ,Time of wetness", d.h. wann Tauwasserbildung auf

der Glasoberflache vorhanden ist und wie lange die Glasoberflache naB bleibt. Die Simulation

erfolgt anhand eines Referenzjahres, das dafur bestimmt warden muB.

Das Modell ist einfach und hat eine deutliche Struktur. Die massiven dicken Wande, das

Dach, der FuBboden und die Fenster sollen durch die Aneinanderknupfung von Widerstanden

und Kapazitaten, die das physikalische Verhalten von dunnen Materialschichten reprasentieren,

simuliert werden. Die Dicke der Materialschichten wurde dabei variabel gehalten.


Grundlagen C 65

Das Modell ist noch nicht endgUitig fertiggestellt, da die fUr die Theorie notwendigen Materialkonstanten

Ober den Feuchtetransport in Baumaterialien oft unbekannt und schwierig zu

messen sind. Durch die einfache Struktur des Modells ist es jedoch ohne Probleme moglich,

neue Erkenntnisse in das Programm einzubauen.

Folgende vereinfachte Annahmen wurden in das Rechenmodell eingegeben:

- der GrundriB der Kirche ist rechteckig

- die Kirche besteht aus einem Raum

- die Kirche hat dicke AuBenmauern (ca. 1 m dick, daher groBe thermische und hygrische

Kapazitat)

- die Orientierung wird nur bei Sonneneinstrahlung berOcksichtigt

- Strahlungsaustausch zwischen den Oberflachen wird eingesetzt durch die EinfQhrung

einer fiktiven Temperatur als Rechenhilfe.

- !deale Luftmischung; das Volumen der Kirche soli daher nicht zu groB sein.

3.2.1 Modellbescheibung

Das Modell THChurch ist in drei Teilmodelle aufgegliedert:

- das Fenstermodell

- ein Temperaturmodell

- ein Feuchtemodell

Das Fenstermodell

Das Fenstermodell, das als erstes der drei Teilmodelle erarbeitet wurde, ist als Ausgangspunkt

fUr die Rechenmodelle anzusehen. Das Modell kann als weitgehend abgeschlossen

betrachtet werden und wurde bereits in den vorherigen Abschnitten ausfQhrlich beschrieben.

Bei der Erstellung des Kirchraummodells THChurch wurde das Fenstermodell, das bisher

nur aus dem ,Temperaturteil" bestand, in bezug auf den ,Feuchteteil" erweitert und in das

Modell THChurch eingebunden.

Das Fenstermodell ist nun in der Lage, die Temperaturen an verschiedenen Stellen der Verglasung

zu berechnen, ebenso die Wasserdampfabgabe an die Glasoberflache, die ,Time

of Wetness" und die Tauwassermenge.

An dieser Stelle wird nur eine kurze Beschreibung tor die Erweiterung des Modells gegeben.

FOr den Feuchteteil des Schutzverglasungsmodells wurde die folgende Gleichung aufgestellt:

worin

(3.22)

P. = P. (T.. + tl.T) = P. (T..) + tl.T :~

(3.23)


66

mit

Wasserdampfabgabe an die Glasoberflache

Flache

Wasserdamptobergangskoeffizient

Wasserdampfsattigungsdruck

T emperatur der Glasoberflache

Wasserdampfpartialdruck innen

Erhohung der Glastemperatur, verursacht durch das Freisetzen

von Warme bei der Tauwasserbildung

[kg/s]

[m2j

[s/m]

[Pa]

[K]

[Pa]

[K]

Die Temperaturerhohung ~T wird dabei nach der folgenden Formel berechnet:

mit

L

~T=-GL (-' )

o:,A

= latente (verborgene) Warme

(3.24)

[kJ/kg]

wobei f der Temperaturfaktor ist:

f = (T,-T.)

(T,-T.)

(3.25)

Der Wasserdamptobergangskoeffizient 13 wird anhand des konvektiven Warmeubergangs

mit Hilfe der Lewiszahl Le bestimmt:

13 = 0.62 •1 0_, Le'_, ( :: )

(3.26)

Dabei wird die Lewiszahl (vgl. Appendix D) folgendermaBen ermittelt:

a

Le = D = 0,8 ... 1

(3.27)

wobei

:>..

a=­

P cp

(3.28)

mit

n 0

n = 1

tor laminare Stromung

fur turbulente Stromung

o: = konvektiver Warmeubergangskoeffizient

cP = Spezifische Warme bei konstantem Druck

D = Diffusionskoeffizient fOr Wasserdampf

[W/m 2 K]

[J/kgK]

[m 2 /s]

Fur die Berechnung des Sattigungsdampfdruckes wird die folgende Formal zur Annaherung

angewandt [18]:


Grundlagen C 67

p, = exp ( 65,8094- 706 ;·27 - 5,976 lnT)

(3.29)

Nach der Bestimmung und Berechnung aller Faktoren wird die folgende Formel tor die

Berechnung der Tauwassermenge aufgestellt:

G =

A f3 (p, (T.,)- p,)

1 +A f3 p, -y L ( o.,fA)

(3.30)

mit

1 ap,

-y=-.-

p, aT

(7066,27- 5,976 . T)

r

[1/K]

Das Temperaturmodell

In diesem Modell werden der Warmeverlust, der Warmegewinn und die Warmespeicherung

des lnnenklimas in Abhangigkeit vom AuBenklima berechnet. Der groBte Teil der Warme­

Obertragung erfolgt mittels Transmission durch die Konstruktionselemente wie AuBenmauern,

Dach, FuBboden und Fenster sowie durch Luftaustausch durch Ritzen, Spalten und

spezielle BeiOftungsoffnungen. Die Warmespeicherung erfolgt durch die Aufnahmekapazitat

der einzelnen Konstruktionselemente.

Das Modell geht von der folgenden Warmebilanz aus:

mit

(3.31)

ein

aus

ouelle

d/dt Ospelcher

aus- ein

die Warmeaufnahme eines Volumens

die Warmeabgabe eines Volumens

die Warmezufuhr durch Warmequellen, z.B. durch Heizung,

Lampen, Menschen u.a.

= die Warmespeicherung

die Summe der Transmissions- und Ventilations-Verluste

[W]

[W]

[W]

[W]

[W]

Das Gesetz, das hier zur Anwendung gelangt, ist das Allgemeine Warmeschutzgesetz. Der

WarmeObergang in die Konstruktionselemente soli mittels der instationaren Fourier- Gleichung

festgestellt werden.

Urn das Modell tor numerische Berechnungen anzupassen, wird die scheinbare Analogie

zwischen Warmeleitung und Elektrizitat genutzt.

FOr die Warmeleitung gilt dann die folgende Gleichung:

aT a 2 T aT a 2 T

p cp at = >. alf oder at =a aX' (3.32)


68

Um die WarmeObertragung durch Warmeleitung bestimmen zu konnen, werden aile Konstruktionselemente

nach der ,Finite Difference"-Methode in Segmente aufgeteilt. Die

WarmeObertragung wird eindimensional, senkrecht zur Oberflache angenommen. Die Relation

zwischen dem Zeit- und Platz-Schritt wie z.B. der Dicke des Segments wird durch die

Fourier-Zahl (Fo) geklart.

wobei

Fo= aM

(ilxl

a= - P " cp

(3.33)

(3.28)

mit At =

AX

"

=

p =

Cp =

Zeit-Schritt

Platz-Schritt

Warmeleitfahigkeit

Dichte

Spezifische Warmekapazitat

[s]

[m]

[W/mK]

[kg/m:l]

[J/kgK]

Durch die Nutzung der bekannten Cranck-Nicolson-Methode sind die Berechnungen immer

stabil, sie werden aber durch eine groBe Fourier-Zahl genauer. Die Fourier-Zahl wurde tor

das Temperaturmodell mit ungefahr Fo=1 gewahlt, was eine gute Relation zwischen dem

Zeit- und Platz-Schritt ergibt und ebenso eine genaue Berechnung verspricht. FOr den Zeit­

Schritt wird eine Stunde (3600 s) gewahlt, da die meteorologischen Daten meistens einmal

je Stunde aufgezeichnet werden. Mit Hilfe der Fourierzahl kann dann der Platz-Schritt

bestimmt werden. In jedem Segment gibt es zwei Widerstande und eine Aufnahmekapazitat.

Um die gesamte Bilanz zu losen, wird die folgende Standart-Losungsmethode benutzt,

wobei die Temperatur im Segment (i) durch den Mittelwert von zwei Zeitschritten 0) angenommen

wird:

T,. (-__A!_) ( M ) T ( _ __A!_) 1·'· 1 2RC + T,,, . 1 1 + RC + ,_

1 1·'• 2RC -

mit

T,. 1·' ( 2~~) + T,,, (1 - ~h ) + T,_,,, ( 2~~) (3.34)

[KIW]

und

c

[J/K]

Die Warmebilanz des Raumes ist schematisch in Abb. 3.4 in Form eines Netzwerkes aus

Widerstanden (R) und Kapazitaten (C) dargestellt, das im folgenden kurz erlautert werden

soli.

Da das Modell in englischer Sprache programmiert wurde, erfolgt die Beschriftung in der

Abbildung ebenfalls in dieser Sprache


Grundlagen C

69

qs~.,

__ """' ____ T "+3

FLOOR

WINDOW

TCtwl1

Abbildung 3.4:

Schema des Temperaturmodells mit Widerstllnden

(R) und Kapazitaten (C) mit den AbkOrzungen:

tw Temperatur wall = Wand

tr Temperatur roof Dach

twi Temperatur window Fenster

tf Temperatur floor FuBboden

Die Luftung des lnnenraumes eines Gebaudes wird durch den Ventilationsgrad und das

Volumen des Raumes bestimmt; wobei ein Teil der Komponenten der Warmebilanz von

Bedeutung sind: ·

wobei

!!_o

dt Spolche( Lull

und

und

Ospeicher, Luft

= m c AT;

Die Gleichung fUr die Ventilation lautet dann folgendermaBen:

d

0

0,.~ = (V cp p,) dt T,- p, cp V (T. -T,)

(3.35)

Dabei ist die Kapazitat der Luft Ca = V cP p 1

und der Widerstand der Luft

1

R_,,=--.

p, cp V


70

mit

v :::

Volumenstrom

Volumen

Die WarmeObertragung an die lnnenluft durch die Transmission 0 1 n,i erfolgt, wie bereits

erwahnt, durch Warmeleitung durch die verschiedenen Konstruktionselemente wie Wande,

FuBboden, Dach und Fenster:

Bei einer Fourierzahl Fo = 1 und einem Zeitschritt von einer Stunde (3600 s) warden bei

einer Wandstarke von ca. 1 m ungefahr 20 Segmente benotigt. Die auf die AuBenoberflache

treffende Sonnenstrahlung (s. Abb. 3.4) wird in der folgenden Gleichung berOcksichtigt

(3.36)

mit

Te,i+ 1 = die AuBentemperatur bei Zeitschritt j+ 1

q 8 onne,j+ 1 = die Warmestromdichte durch Strahlung

FOr die einzelnen Segmente in der Mauer gilt die Basis-Gieichung 3.34, wobei R = 2 R 1 w

und C = C 1 w ist. Das Segment n grenzt direkt an die fiktive lnnenlufttempenHur (T 11 J, auf die

spater eingegangen wird.

Auch der FuBboden wird im Rechenmodel1 in Segmente aufgeteilt, wobei eine konstante

Temperatur von 283,15 K (= 10°C} auf 3m Tiefe unter dem Boden angenommen wird. Die

Sonnenstrahlung, die durch die Fenster tallt, wird vom FuBboden absorbiert, wodurch sich

die folgende Gleichung tor das erste FuBboden-Segment (n+3) ergibt:

(3.37)

Die Numerierung der Indices in der Gleichung entspricht denen in der Abbildung 3.4. Der

Warmestrom durch die Sonnenstrahlung (qSonnJ wird vom Transmissions- und Absorptionskoeffizienten

des Glases ('r und a) sowie aus der Sonneneinstrahlung (Es) bestimmt:

FOr die Segmente gilt wiederum die Basis-Gieichung 3.34, wobei R = 2 R 11 und C = C 11 ist.

lm Modell kann zwischen zwei Dachtypen gewahlt werden, mit und ohne Gewolbe. lm

Schema der Abbildung 3.4 ist die Alternative mit Gewolbe angegeben, wobei die Dicke des

Gewolbes variabel ist.

Auch tor die Berechnung des Dachas wird die Basis-Gieichung 3.34 angewandt. FOr

Dacher, die nur eine einfache Dachdeckung ohne Dammung besitzen, gilt dann:

Es wird dabei angenommen, daB im Dach keine Warmespeicherung stattfindet.

(3.38)


Grundlagen C 71

Der Vollstandigkeit halber soli hier noch einmal kurz auf das Fenster eingegangen werden,

obwohl dieser Bereich bereits austohrlich in frOheren Abschnitten behandelt wurde.

Der Widerstand im Spalt zwischen den Glasern ist abhangig vom BeiOftungssystem und

wird abgeleitet aus den Messungen, die in der HotBox der TU Eindhoven durchgetohrt wurden

(Kap. Ill). Die Warmestromdichte durch Sonnenstrahlung auf die lnnenscheibe wird

durch den Absorptionskoeffizienten (a) der lnnenscheibe, durch den Transmissionskoeffizienten

(T) der AuBenscheibe und der Sonneneinstrahlung (Es) bestimmt. FOr die

AuBenscheibe gilt eine ahnliche Gleichung:

tor die lnnenscheibe

tor die AuBenscheibe

wobei

a = Absortionskoeffizent der Sonnenwarme

Index 1 = AuBenscheibe

Index 2 = lnnenscheibe

Auf den Oberflachen der einzelnen Konstruktionselemente findet ein Warmeaustausch

durch Strahlung und Konvektion statt. Urn die Strahlungsmenge, die auf jede einzelne

Oberflache fallt, berechnen zu konnen, sind viele lnformationen Ober die Abmessungen,

Reflexionsfaktoren u.a. der vorhandenen Materialien erforderlich. Da dies aber sehr aufwendig

ist und tor diese Arbeit nicht relevant, wi(d angenommen, daB die Summe der absorbierten

und der transmittierten Strahlung tor jede Oberflache gleich ist. Es gilt, daB die

absorbierte Strahlung gleich der auftreffenden abzOglich der reflektierten Strahlung ist:

A, H, = ~: ( , + a, f: A 1 ~) - a, A, T,

(3.39)

mit

= die Oberflache i

= die totale innere Oberflache

der Strahlungausstausch an der Oberflache i

die Strahlung der Warmequellen

die Temperatur der Oberflache i

[m2]

[m2]

[W/m 2 K 4 ]

[W/m2K]

[K]

Die Gesamt-Warmeaufnahme einer Oberflache kann dann durch die folgende Gleichung

beschrieben werden:

wobei T. eine fiktive Temperatur ist.

(3.40)

lm Modell existiert ein Temperatur-Knotenpunkt, der die Warmeaufnahme der Obertlachen

bestimmt. Diese resultierende Temperatur Tx wird beeinfluBt durch die Lufttemperatur (T 1 ),

die mittlere Oberflachentemperatur und die Strahlung der Warmequellen (,):


72

FOr jede OberWiche hat die resultierende Temperatur Tx = T 11 c dieselben Werte. Der Widerstand

zwischen der Lufttemperatur und Tfic• Rxa• wird bestimmt durch den konvektiven WarmeObergang

ac, dem WarmeObergang tor Strahlung ar und der angestrahlten Oberflache:

R = 1

JOI ( !Xc )

A, a. 1 +a;

(3.42)

Die lnnentemperatur (in Abb. 3.4 mit Ta bezeichnet) steht in Verbindung mit der AuBentemperatur

T 8

Ober den Be!Oftungswiderstand Avent und mit der fiktiven Lutttemperatur Tfic

Ober den Widerstand Rxa· Das Heizungssystem im Gebaude wird als Luftheizung angenommen

und wird im Modell am lnnenluft-Knotenpunkt beri.icksichtigt:

C dT, = r.-r, + r •. -r, 0 +-

• dt RVMI R,. (3.43)

Das Feuchtemodell

Mit dem Feuchtemodell kann sowohl die Luftfeuchtigkeit in einem Gebaude als auch die

relative Feuchte in den Konstruktionselementen berechnet werden. Die Absorptions- und

Desorptionsvorgange des Feuchtegehaltes der Raumluft in und aus den hygroskopischen

Materialien verringern die Schwankungen der Luftfeuchtigkeit. Die Parameter fOr das

Modell werden abgeleitet aus dem Ventilationsgrad, der hygroskopischen Sorptionskurve

der im Raum verwendeten Materialien (~). dem Wasserdampfdiffusions-Widerstandsfaktor

(J.L) und den Wasserdamptobergangskoeffizienten (13). Das Modell geht aus von der Massebilanz,

tor die gilt:

(3.44)

mit

auelie

Konv

olft

die Feuchteproduktion, z.B. durch Menschen

die Wasserdampfabgabe an den Raum durch LOftung

mit AuBenluft

die Wasserdampfaufnahme der hygroskopischen Materialien

durch Diffusion

= die totale Dampfmasse in der Luft

[kg/s]

[kg/s]

[kg/s]

[kg]

lm Modell wird angenommen, daB im gesamten Gebaude der gleiche Dampfdruck herrscht

und daB die Dampfmasse der Luft eine Funktion der Zeit ist. Die folgenden Komponenten

aus der Massebilanz sind tor die Reduzierung der Feuchtigkeitsschwankungen von Bedeutung:

und

Die totale Dampfmasse in der Luft (m,J ist gleich dem Produkt aus der Masse trockener Luft

(mal und dem Dampfgehalt (xJ in der Luft:


Grundlagen C

73

Der Dampfstrom durch Konvektion wird durch folgende Gleichung dargestellt:

cf>Konv = cf>a

(xe - X;)

wobei

a

= zugetuhrte trockene Luftungsmenge an den Raum

Es ergeben sich dadurch die folgenden Gleichungen:

(3.45)

und

cf>Kond = cf>a

(xe - X;)

(3.46)

wobei

a X,

a X;

Dampfstrom nach innen

Dampfstrom nach auBen

lm Modell wird der absolute Dampfdruckunterschied angesetzt. Dafur gilt die folgende Gleichung:

(3.47)

wobei

die Gaskonstante fUr Wasserdampf (462 J/kgK)

Dichte der trockenen Luft

Dampfdruck in der Luft

Die Gleichungen mit dem Dampfdruck als Potential Iauten dann, mit

rna = Pa • V und '

a = Pa · n · V:

und

d v d

dt md = R T dt P.

d

(3.48)

cf>Kond = n

v (p.-pJ

R T

d

(3.49)

mit:

v

n

Luftvolumen der Kirche

= Luftwechselzahl


74

Dabei ist die Kapazitat der Luft C = ~

B

Rd T

und der Widerstand der Luft R _ RaT

,...,- n V

Um im Modell den Effekt der hygroskopischen Materialien auf die Luftfeuchtigkeit zu

beri.icksichtigen, sind starke Vereinfachungen des Diffusionsprozesses und bestimmte

Annahmen Ober den Feuchtegehalt in Materialien unvermeidlich.

FOr die Wasserdampfdiffusion durch die Konstruktionselemente gilt das Ficksche Gesetz

tor Diffusion. In der Bauphysik gibt es eine vereinfachte Form tor einen eindimensionalen

Transport:

wobei

d

g=-8- pd

dx (3.50)

Obwohl die Diffusionswiderstandszahl (J.L) vom Feuchtegehalt der Materialien und vom Diffusionsleitkoeffizient

der Luft (8J abhangig ist, wird der Diffusionsleitkoeffizient als Konstante

bezeichnet.

In Analogie zum Warmestrom ist der Diffusionsleitkoeffizient (8) mit dem Warmeleitkoeffizienten

(>..) zu vergleichen. Das Potential bei der Warmeleitung ist die Temperatur, beim

Dampftransport der Dampfdruck. Analog zur Gleichung tor die Warmeleitung (3.32) gibt es

eine Gleichung tor den Massetransport von Wasserdampf durch das Material:

(3.51)

Der Zusammenhang zwischen dem Feuchtegehalt in den Materialien und der relativen

Feuchte ist anhand der linearen Strecke in der hygroskopischen Kurve des Materials

erkennbar. lm Modell wird die Kurve durch den Tangens an der Kurve linearisiert. Dieser

Wert wird ~ genannt.

Bei einem temperaturabhangigen ProzeB gilt dann fOr die totale Massegleichung:

mit

j__ __£_ ( P.o ) _ 8 a 2 Pa

P.o at Pa p,(t) - ax> (3.52)

Ps(t)

Pso

= der Siittigungsdampfdruck (zeitabhangig)

der konstante Sattigungsdampfdruck bei einer Temperatur von 10 oc

Die Analogie zwischen Warmeleitung und Wasserdampfdiffusion nutzend ist das Feuchtemodell

in Anlehnung an das Temperaturmodell auch als Netzwerk aus Widerstanden (R)

und Kapazitaten (C) aufgestellt. Die Beschriftung in Abbildung 3.5 ertolgt wieder in Englisch.


Grundlagen C

75

FLOOR

cht1

llf-j

Rhtl

Rht1

p'l.T+

~~-

Pso

Pn+2

Abb. 3.5: Schema des Feuchtemodells mit Widerstanden (R) und Kapazitaten (C)

mit den AbkOrzungen:

hw Feuchte wall Wand

hr

hwi

hf

Feuchte

Feuchte

Feuchte

roof

window

floor

Dach

Fenster

FuBboden

Die Konstruktionselemente sind wieder nach der Cranck-Nicolson-Methode in Segmente

(eindimensional) aufgeteilt. FOr die Feuchteberechnungen werden ungefahr 40 Segmente

benotigt, um eine akzeptable Fourier-Zahl von Fo = 1 zu erhalten.

Die Standardgleichung fur ein Feuchtesegment ist ahnlich wie die fOr ein Temperatursegment:

p,+1,J+1

(- _M_) ( M F. ) (- _M_ ) -

2 RC + P,,J+1 RC + ,,1+1 + P1-1.1+1 2 RC -

P '+ ( _M_) p, (- M ) (_M__)

1 • 1 2RC + ·' RC + F,,, + p,_,,, 2RC (3.53)

mit

R= ax

M

c = ~A ax

Psa

F. _ P.o

I,J- p.('T)


76

Die Gleichungen fi.ir die einzelnen Konstruktionselemente haben aile die gleiche Form. Die

Widerstande und Kapazitaten sind materialabhangig.

Der lnnendampfdruck steht in Verbindung mit dem AuBenklima durch die Luftung und die

Diffusion durch die Konstruktionselemente. Die Diffusion bildet aber wegen ihrer Tragheit

keine richtige Verbindung. Der lnnendampfdruck wird auBerdem noch beeinfluBt durch

Feuchtequellen wie z.B. Menschen und Kerzen im Gebaude.

Um den Dampfdruck in den Segmenten berechnen zu konnen, werden die Temperaturen in

den Segmenten benotigt, die mit dem Temperaturmodell berechnet wurden. Da die Konstruktionselemente

in Segmente aufgeteilt sind, ist der Effekt der hygroskopischen Materialien

bei Veranderungen der Luftfeuchte gut sichtbar.

3.2.2 FluBdiagramm des Kirchraummodells

In diesem Kapitel soli in einzelnen Schritten kurz und einfach die Struktur des Programms

THChurch erlautert werden, um die Zusammenhange besser zu veranschaulichen. In Abbildung

3.6 wird die Hauptstruktur des Kirchraummodells dargestellt und in Abbildung 3. 7 die

Simulation in austuhrlicher Form.

Nach dem Start des Programms gelangt man in ein Hauptmenu, das verschiedene Wahlmoglichkeiten

eroffnet. Anhand dieser Alternativen wird bestimmt, welche Berechnungen

ausgefi.ihrt warden. Die notwendigen ,Files" werden eingelesen. Diese bestehen in jedem

Fall aus Temperatur-Eingaben mit den geometrischen Angaben zum Gebaude und den

physikalischen GraBen der vorhandenen Materialien. Danach warden die Angaben uber das

Heizungssystem mit Heiztemperaturen, -zeiten, -dauer und -perioden abgefragt. Auch die

Feuchte-Eingabe mit den Diffusionswiderstandszahlen und -werten wird eingelesen und,

wenn gewunscht, der Eingabefile des Fenstersystems.

Der nachste Schritt ist das lnitialisieren der Temperaturen, der Dampfdrucke sowie der

anderen Parameter, die fUr die Berechnung benotigt werden, wobei zwischen den einzelnen

Modellen (Temperatur, Feuchte, Fenster) gewahlt werden kann .

Wahrend der Vorlauf-Phase, die wegen der Dicke der Konstruktionselemente fUr das Temperaturmodell

eine Periode von 3 Monaten und fUr das Feuchtemodell eine Periode von 4

Jahren umfaBt, lauft der SimulationsprozeB in 24-Stunden-Schritten ab, wird aber spater

auf 1-Stunden-Schritte reduziert.

Nach der Vorlauf-Phase beginnt der tatsachliche SimulationsprozeB. In einem ersten Schritt

werden die AuBenbedingungen, die relative Feuchte der AuBenluft, die AuBentemperatur

und haufig auch die Himmelsstrahlung aus dem Klimafile eingelesen. lm folgenden Schritt

wird die Sonneneinstrahlung berechnet.

In der nachsten Phase warden, wenn gewunscht, nacheinander die drei Untermodelle aufgerufen,

zuerst das Temperaturmodell, danach das Feuchtemodell und zuletzt das Fenstermodell.

lm Temperaturmodell wird eine Matrix aus Widerstanden und Kapazitaten aufgestellt und

spater aufgelost. Wenn das Gebaude aufgeheizt warden muB, wird die Heizkapazitat

berechnet, die Matrixgleichung neu aufgestellt, was als Lauf 1 bezeichnet wird, und wieder

aufgelost. Die Temperaturen in den Konstruktionselementen und im lnnenraum sind nun

bekannt.

Wenn eine Feuchteberechnung durchgefuhrt werden soli, wird auf dieselbe Art und Weise

vorgegangen wie bei der Temperaturberechnung. Nach Auflosung der Gleichung wird kontrolliert,

ob innen Kondensation auftritt. Wenn dies der Fall ist, wird die Matrixgleichung neu


Grundlagen C 77

HAUPTMENO

Wahlmoglichkeiten:

Stoppen

Kurze Erkliirung des Programms

* Starten

* Hllfsprogramm: - Geometrie des Raumes

Hilfsprogramm:

* Hilfsprogramm:

- Materialeigenschaften

Heizsystem

Fenstersystem

I

EINLESEN DER EINGABE-FILES AUS: I

I I I I

I Temperatur I I Heizsystem I Feuchte I Fenster I

I I I I

I INITIALISIERUNG I

I

I TEMPERATUR-MODELL I I FEUCHTE-MODELL I FENSTER-MODELL I

I

I

I VORLAUF-PHASE I

I

SIMULATION

* des Temperatur-Modells

* des Feuchte-Modells

* des Fenster-Modells

AUSGABE

Ausgabe der Ergebnisse

* auf Bildschirm

* Ober Drucker

I

Abb. 3.6: Hauptstruktur des Kirchraummodells


78

I START SIMULATION I

EINLESEN AUSSENKLIMA

* Relative Feuchte der AuBenluft

* AuBentemperatur

* Himmelsstrahlung

I BERECHNUNG SONNENEINSTRAHLUNG J

Lauf 0

r--

TEMPERATUR-MODELL Aufstellen der

Berechnung der

Matrix-Gieichung

Temperaturen

l

Auflosen der

Matrix-Gieichung

J

r-

Berechnung der

Heiz-Kapazitat

r--

FEUCHTE-MODELL Aufstellen der

Berechnung der

Matrix-Gieichung

Dampfdriicke

1

Auflosen der

Matrix-Gieichung

FENSTER-MODELL

Berechnung des

Fenstersystems

l

r-

Kontrolle, ob

Kondensation

r--

Berechnung der

1 Warmebilanzen

t

Kontrolle, ob

Druckunterschied r--

gleich

Widerstandsdruck

t

Berechnung des

Dampfstroms

Lauf1

Lauf 2

Lauf3

ENDE SIMULATION

Abb. 3.7: FluBdiagramm des Simulationsprozesses


Grundlagen C 79

aufgestellt (Lauf 2) und anschlieBend aufgelost. Die Dampfdrucke in den Konstruktionselementen

sowie in der lnnenluft sind nun bekannt.

Zuletzt erfolgen die Berechnungen des Fenstermodells in einem Zeitschritt, wobei die

lnnen- und AuBentemperaturen sowie der lnnen- und AuBendampfdruck eingegeben werden.

Dabei werden die Warmebilanzen des Fehstersystems, der aufsteigende Druck und

der Widerstandsdruck berechnet. Sollte der Druckunterschied nicht gleich dem Widerstandsdruck

sein , muB die Berechnung wiederholt werden (Lauf 3).

Die einzelnen Berechnungen des Simulationsprozesses werden tor jeden Zeitschritt Wiederholt

(Lauf 0), bis die gewunschte Zahl an Zeitschritten durchlaufen ist.


80

4. Literatur

(1] Aarle, M. van: Fysische modelvorming en verificatie ter bepallng van de kans op

kondensatie op of in een dubbel raamsysteem met een natuurlijk geventileerde

spouw. Afstudeerrapport Hogeschool Eindhoven, Technische Natuurkunde 1992

(2] Corstens: Programma KerkTempVocht, Interne Mitteilung TU Eindhoven 1992

[3] Eggels-Hofman, C.J.J.: Warmteoverdracht in een geventileerde spouw tussen glas-in-lood

en voorzetbeglazing. Afstudeerrapport Hogeschool Eindhoven, Technische Natuurkunde

1991

[4] Essen, M. van: Het tegen verwering beschermen van glasin-lood ramen met

behulp van voorzetglazen. Afstudeerrapport Hogeschool Eindhoven, Technische

Natuurkunde 1993

(5] Hoen, P.J.J.: Energy consumption and Indoor Environment in Residences. Dissertatie

Technische Universiteit Eindhoven, vakgroep FAGO, 1987

(6] KOnzel, H.; Holz, D.: Feuchteschaden durch Tauwasser in unbeheizten Gebauden

alter Bauart. IBP Mitteilung Fraunhofer lnstitut fOr Bauphysik Nr. 12, 1989

[7] KOnzei, H.; Hoiz, D.: Richtiges Heizen in historischen Gebauden. VOl Berichte Nr. 896, 1991

[8] Lohmeyer, G.: Praktische Bauphysik, Stuttgart 1985

(9] Lutz, P.; Jenisch, A.; Klopfer, H.; Freymuth, H.; Krampf, L.: Lehrbuch der Bauphysik,

Stuttgart 1985

(10] Oidtmann, St.; Schellen, H.l.: Schutzverglasung vor historischen Glasgemalden -

eine theoretische Betrachtung, in Bauphysik 14, 1992

(11] Oidtmann, St.: Tischvoriagen BMFT-Verbundprojekt-Coiloquien 1991-1994

[12] Recknagel u.a.: Taschenbuch fUr Heizung und Klimatechnik, MOnchen 1992/93

[13] Aeinmuth, K.-F.: Energiebilanz beiOfteter Fenster, Dissertation Universtat Stuttgart

1983

[14] Scheilen, H.L.; Schot, B.; Oidtmann St.: Surface condensation on leaded windows

and the indoor climate of a church. Vortrag: European Simulation Multiconference

in Barcelona 1994

[15) Scheilen, H.L.: Tischvorlagen BMFT -Verbundprojekt-Coiloquien 1993-1994

(16 Schot, B.: Condensatie op gias-in-iood raamsystemen - Een model ten behoeve van

numerieke simuiaties. Diplomarbeit Technische Universiteit Eindhoven, vak grciep

FAGO, 1994

[17] Soelen; A computer model for the prediction of the indoor climate in a church.

HTS Diplomarbeit Technische Universiteit Eindhoven, 1992

[18) Wit, M.H. de; Donze, G.J.: A second order model for the prediction of indoor air

humidity. Eindhoven 1990


81

Kapitel Ill

Bauphysikalische Messungen

1 . Einleitung

Wie bereits die Grundlaganforschung zeigt, warden seit Jahrzehnten Schutzverglasungen

mit den unterschiedlichsten Konstruktionsvarianten ausgefUhrt, wobei sich klimatechnische

und naturwissenschaftliche Untersuchungen zur arreichtan Schutzwirkung bisher nur auf

wenige Einzelf~Uie beschranken. Diase sind zudem zum gr6Bten Teil aus verschiedenen

Grunden nicht zu varwarten. Haufig wurden nicht aile wichtigen Parameter aufgezeichnet

oder die Messungen wurden nicht mit dar notwendigen Sorgfalt und Aufmerksamkeit

durchgefUhrt, so daB keine konkreta Auswertung vorgenomman warden konnte. Teilweisa

wurden die MeBdaten aus unerklarlichan Grunden gar nicht ausgewertet. Einige Untersuchungen

bzw. deren Ergebnisse konnen nicht richtig gewartet werden, da es sich nur urn

Kurzzeit-Messungen von ein oder mehreren Tagen handalt.

Die drei wichtigsten auswertbaren Messungen und Untersuchungen wurden in Kap. II.B.

,AuBenschutzverglasungen" beschriaben und arlautert. Diese sehr geringa Anzahl von

qualifizierten bauphysikalischen Messungen macht deutlich, daB es dringend notwendig

war, Messungen dieser Art an unterschiedlichen Konstruktions- und Baluftungssystemen

durchzufUhren, urn die genaue Wirkungsweise der einzelnan Schutzverglasungssysteme zu

arkennen und dadurch allgemeingultige Aussagen machen zu konnen.

lm Rahmen des BMFT-Forschungsverbundvorhabens ,Zur Erhaltung historischer Glasmalerei"

bestand die Moglichkeit, einen Unterauftrag mit dem Titel ,Untersuchungen zur Wirksamkeit

vorhandener. Schutzverglasungen sowie Entwicklung und Erprobung neuer Schutzverglasungs-Konstruktionen"

zu bearbeiten. Der Schwerpunkt dieses Projaktes lag in der

Durchtuhrung und Auswertling umfangreicher ,in-situ"-Messungen an bereits bestehenden

Schutzverglasungssystemen, den in Deutschland und den meisten anderen Landern ublichen

Konstruktionen mit lnnenbeluftung. Es wurden zusatzlich Vergleichsmessungen mit

AuBenbeiGftung, MischiGftung und ohne LGftung ausgefuhrt.

Daneben wurden einzalne wichtige Konstruktionskriterien wie GroBe und Lage der Beluftungsoffnungen,

die Spaltbreite zwischen Schutz- und Originalglas bzw. an der schmalsten

Stelle an den Sturmeisen sowie verschiedene Glasarten eingehenden Untersuchungen

unterzogen. Diese Parametarstudien wurden zum gr6Bten Teil in der Klimakammer dar

Technischen Universitat Eindhoven erarbeitet, da dort die Moglichkeit bestand, immer wieder

die glaichen Klimabadingungen ainzustellen, urn so realistischa Vergleichswerte zu

erhalten.

Es ist jedoch zu baachtan, daB Messungen in einer Klimakammer stets unter stationaren

Bedingungen und ohna EinfluB von Besonnung erfolgen, wahrend die ,in-situ"-Messungen

dynamischen Badingungan unterliegen. Das bedautet, daB die Messungen nicht unmittelbar

mitainandar zu vergleichen sind.

2. Messungen in der Klimakammer

Die Messungen in der Klimakammer der Tachnischan Univarsitat Eindhoven, dar ,hot-box",

wurdan aus unterschiedlichen Grunden untarnommen. Die ersten Versuchsmessungen


82

dienten in der Hauptsache dazu, die ausgewahlten MeBgerate und das aufgestellte MeBprogramm

zu testen, bevor der ,GroBeinsatz" in den Kirchen erfolgte. Die spateren Messungen

in der ,hot-box" wurden dazu genutzt, die entwickelten Computermodelle zu uberprufen

und die unterschiedlichen Parameter zu vergleichen.

2.1 Die MeBaufstellungen in der ,hot-box"

Die ,hot-box/cold-box" ist eine Labor-MeBaufstellung, die aus einer warmen und einer kalten

Klimakammer besteht, zwischen die eine Prufwand gestellt warden kann (Abb. 2.1 ).

A

Kaltkammer

Warmkammer

I

~

A

Abb. 2.1: Die ,hot-box/cold-box" in Seitenansicht

In der warmen Klimakammer wurde das stationare lnnenklima von einer bis zu 16 oc

erwarmten Kirche eingestellt, mit einer stationaren relativen Luftfeuchtigkeit von 60 %. In

der kalten Klimakammer wurde ein stationares AuBenklima simuliert, wobei die AuBentemperaturen

variiert wurden, um die Grenzen der Tauwasserbildung fUr die verschiedenen

Systeme feststellen zu konnen.

Die Prufwand wurde aus originalen profilierten Gewanden aus Sandstein hergestellt, wie sie

ublicherweise in Kirchen verwendet wurden bzw. werden. Das ,MeB-Fenster" wurde in eine

Wand aus Ytong-Steinen eingemauert, die mit einem Gipsputz verputzt wurde.

Um unterschiedliche Systeme gleichzeitig und unter gleichen Bedingungen testen zu konnen,

wurde die PrOfwand in drei Lanzetten aufgegliedert, die jeweils ca. 1,50 m hoch und

ca. 0,50 m breit waren. Jede Lanzetta ist zusatzlich durch waagerechte Sturmeisen in drei

Felder aufgeteilt, um dadurch den Charakter eines Originalfensters widerzuspiegeln (Abb.

2.2).


Bauphysikalische Messungen 83

+

r

Prutwond

§ ~

l I +---

/ bl /

100 100

500 ~ · 500 · ~

zooo

SOO

I

a) Vertikalschnitt A-A' mit Ansicht der PrOfwand

b) Vertikalschnitt durch die PrOfwand

c) Horizontalschnitt durch die PrOfwand

c)

Abb. 2.2: Ansicht und Schnitte durch die PrOfwand

Bei den verschiedenen Messungen in der ,hot-box" muBten einige Konstruktionselemente

wie Beluftungssystem und -i:iffnungen, Glasart des Schutzglases u.a. geandert werden, um

die MeBaufstellung den geplanten Untersuchungen anzupassen. lm folgenden sollen die

unterschiedlichen MeBaufstellungen beschrieben werden.

MeBaufstellung 1: Rechenmodeii-Oberprufung 1

Bei den Versuchsmessungen sowie bei den ersten Messungen zur Oberprufung des Computermodells

wurden drei verschiedene Beluftungssysteme getestet, in der linken Lanzetta

die lnnenbeluftung, in der mittleren die AuBenbeluftung und in der rechten das unbeluftete

System. Jede Lanzetta wurde mit einem anderen Schutzglas versehen, die erste mit 4 mm

Floatglas, die zweite mit 5 mm Verbundsicherheitsglas und die dritte mit einer Rechteck­

Bieiverglasung aus mundgeblasenem Echt-Antik-Goetheglas (Abb. 2.3a).


84

a) MeBaufstellung 1 + 2 b) MeBaufstellung 3 + 4

Abb. 2.3: Die Pri.ifwand in den MeBaufstellungen

Um die verschiedenen Systeme direkt miteinander vergleichen zu konnen, wurden die Konstruktionen

so identisch wie moglich aufgebaut. Der Abstand zwischen den Verglasungen

betrug genau 4 em, die Beluftungsoffnungen beim innen- und auBenbelufteten System

oben und unten wurden auf 1, 7 em eingestellt. Um moglichst genaue Werte zu erhalten,

wurden aile vorhandenen Spalten und Schlitze an den Seiten der Lanzetten und bei der

unbelufteten Variante zusatzlich an der Ober- und Unterseite vollstandig abgedichtet. Eine

Detailzeichnung der Konstruktion ist in Abb. 2.4 zu sehen.

MeBaufstellung 2: Rechenmodeii-OberprGfung 2

Bei einer weiteren MeBserie in der ,hot-box" wurde das unbeluftete System durch eine

Mischluftung ersetzt. Die Beluftungsoffnungen wurden dabei unten an der AuBenseite

angeordnet und oben an der lnnenseite. Ansonsten blieben die Konstruktionsdetails unverandert.

Auch fur diese MeBaufstellung gilt die in Abb. 2.3a und 2.4 aufgezeigte Konstruktion.

MeBaufstellung 3: Parameterstudie

Um die einzelnen Konstruktionsdetails bei der Parameterstudie ohne groBen Aufwand

schnell variieren zu konnen, wurde das gesamte Konstruktionssystem verandert:

Aile Lanzetten erhielten eine lnnenbeluftung und wurden mit einer Schutzverglasung aus

4 mm Floatglas versehen. In den Falzen der Steingewande wurden uber die gesamte Hohe


Bauphysikalische Messungen 85

Kunststoffplatten befestigt, so daB eine gleichbleibende Breite der Lanzette gewahrleistet

war. Der Spalt konnte so von 1 0 bis 120 mm Breite vergr6Bert werden und war dabei

gleichzeitig seitlich abgeschlossen. An jeweils der unteren und oberen Scheibe der ,Originalverglasung"

wurden zu den Be!Uftungsi:iffnungen hin Halterungen montiert, urn dort

Kunststoffplatten mit Schlitzen zu befestigen, die in der Vertikalen verschoben werden

konnten. Dadurch konnte die GroBe der BeiOftungsschlitze von 0 bis 50 mm variiert werden.

In den Abb. 2.3b und 2.5 wird die Konstruktion dieser MeBaufstellung wiedergegeben.

Bei der Parameterstudie wurden die Einstellungen der warmen Klimakammer beibehalten.

In der kalten Klimakammer wurde bei den MeBserien 1 - 4 eine wechselnde AuBentemperatur

von 1 0 oc bis auf - 1 0 oc eingestellt, wobei die Temperatur in Schritten von 2 oc verringert

wurde, nachdem sie ca. 1 Stunde konstant gehalten wurde. Die beschriebene Einstellung

wurde gewahlt, urn bei den unterschiedlichen Konstruktionsvarianten zu prOfen, bei

welcher AuBentemperatur Tauwasserbildung moglich ist.

Bei den MeBserien 5 - 9 wurde das AuBenklima konstant auf - 6 oc eingestellt, da hier

nicht die Tauwasserbildung, sondern die Luftgeschwindigkeit untersucht werden sollte.

FOr diese Messungen wurden Spaltbreiten von 20, 40 und 70 mm sowie BeiOftungsi:iffnungen

von 0, 10, 15, 20, 25, 30 und 50 mm ausgewahlt. Eine genaue Obersicht der Messungen

wird in Tabelle 2.1 gegeben.

MeBaufstellung 4: Warmeschutzglas

FOr die abschlieBenden Messungen wurde die Konstruktion der MeBaufstellung 3 beibehalten,

lediglich die Schutzglaser wurden ausgetauscht. In der ersten Lanzetta verblieb das

4 mm Floatglas als Vergleichswert. In die beiden anderen Lanzetten wurde das

EKO-Gias, ein Einscheiben-Warmeschutzglas der Vegla (Vereinigte Glaswerke Aachen), eingesetzt.

In die zweite Lanzette wurde ein 4 mm EKO-Gias mit der Beschichtung nach innen

montiert, so wie es Oblich ist. Die dritte Lanzetta wurde zu einem weiteren Experiment

genutzt, indem ein 6 mm EKO-Gias seitenverkehrt, also mit der Beschichtung nach auBen

eingesetzt wurde. FOr diese MeBaufstellung gelten wieder die Abb. 2.3a und 2.5.


86

s~

Leg en de

2

Steingewande

2 Sturmeisen

3 Deckschiene

4 Schutzglas

5 Originalglas

6 Kloben, Nocken

·-' -~-3

Abb. 2.4: Vertikal- und Horizontalschnitt der Konstruktion tor die MeBaufstellungen 1 und 2


Bauphysikalische Messungen

87

3

4 4 4

Legende

1 Steingewande

2 Kunststoff-Verkleidung

3 Sturmeisen

4 Deckschiene

5 Schutzglas

6 Originalglas

7 Kloben, Nocken

Abb. 2.5: Vertikal- und Horizontalschnitt der Konstruktion fiir die MeBaufstellungen 3 und 4


88

Bei dieser Messung wurde die Einstellung des , lnnenklimas" beibehalten, wahrend Jr der

kalten Klimakammer die ,Aul3entemperatur" in 2 °C-Schritten von 30 oc auf - 12 oc abgesenkt

wurde. Dabei wurde die Temperatur stets 1 Stunde konstant gehalten.

In Tabelle 2.1 ist unter Messung 10 die Einstellung der Klimakammer zu ersehen.

Messung BeiOftungsoffnungen Spaltbreite Taupunkttemperatur AuBentemperatur

1 0, 50, 25 40 51-15 101-10

2 0,50, 25 70 51-15 10 I~ 10

3 5, 15, 10 40 51-15 101-10

4 5, 15, 10 70 51-15 101-10

5 0, 0, 0 20,40, 70 -6

6 10, 10, 10 20, 40, 70 -6

7 20, 20,20 20, 40, 70 - 6

8 30, 30, 30 20,40, 70 - 6

9 50,50,50 20,40, 70 -6

10 15, 15, 15 40 30 I -12

mm mm oc oc

Tabelle 2.1: Obersicht Ober die Messungen der MeBaufstellungen 3 und 4

2.2 Das MeBprogramm

Auf meine Erfahrungen durch die Zusammenarbeit mit Dr. Jutte in Marburg aufbauend,

wurde abweichend zu den Messungen in den Kirchen ein spezielles Mel3programm fUr die

Untersuchungen in der Klimakammer entwickelt und durch die Unterstutzung einiger Mitarbeiter

der Fachgruppe FAGO der TU Eindhoven modifiziert. Folgende physikalischen

GraBen wurden bei den verschiedenen Konstruktionsvarianten gemessen und zur weiteren

Bearbeitung gespeichert:

- Lufttemperatur und relative Feuchte in beiden Klimakammern

- Lufttemperaturen im Spalt auf drei verschiedenen Hohen

- relative Feuchte im Spalt in der Mitte des Spalts ·

- Oberflachentemperaturen des Schutz- und Originalglases auf drei verschiedenen Hohen

- Luftgeschwindigkeit in der Mitte des Spalts

und teilweise bei einzelnen Messungen zusatzlich:

- Warmestromdichte an der lnnen- und Aul3enscheibe der lnnen- und Aul3enbe1Uftungssysteme

zur Bestimmung der WarmeObergangskoeffizienten

- Oberflachentemperatur auf dem Steingewande

- Oberflachentemperatur einer inneren Deckschiene

- Taupunkttemperatur in beiden Klimakammern


Bauphysikalische Messungen 89

Die MeBintervalle wurden bei den verschiedenen Messungen in der Klimakammer mit

5 Minuten gewahlt, wobei dann die gemittelten Werte aufgezeichnet wurden. In Abb. 2.6 ist

die Lage der MeBfOhler dargestellt.

X X X

A A A

A A A

X 0 X 0 X 0

A A A

X X X

Leg en de

x = Pt 100 = Oberflachentemperatur des Glases

(Schutzglas und Origlnalglas)

t:. = Pt 100 = Lufttemperatur im Spalt

* = Pt 100 = Oberflachentemperatur der Deckschiene

0 = Alnor = Luftgeschwindigkeit im Spalt

Abb. 2.6: Anordnung der MeBfOhler in der Klimakammer

2.3 Die MeBapparatur

Um die geplanten MeBdaten aufzuzeichnen, wurde eine aufwendige MeBapparatur

benotigt, die sich aus den MeBfOhlem und den Aufnahmegeraten zusammensetzte, die im

folgenden beschrieben werden sollen.

Die MeBruhler

Fur die Messung der Oberflachen- und der Lufttemperaturen im Spalt und in beiden Klimakammern

wurden Platin-Widerstands-Eiemente benutzt, besser bekannt afs Pt- 100-

MeBfOhler.


90

Die Pt-1 00, mit denen die Oberflachentemperatur gemessen werden sollte, wurden mit

micro-kristallinem Wachs, das erhitzt wurde, auf der lnnenseite des Schutz- und Originalglases

befestigt. Nach dem Ausharten des Wachses bestand ein guter Kontakt zwischen

Glasoberflache und Pt-1 00.

Die Befestigung der Pt-1 00 fUr die Lufttemperaturen im Spalt erfolgte mittels Spezialhaltern,

die den MeBfUhler in der Mitte des Spalts hielten.

Die relative Feuchte in beiden Klimakammern und im Spalt der verschiedenen Konstruktionen

wurden mit Rotronic AG Air-Probe YA-1 00-Hygrometern gemessen. Der MeBbereich

dieser Feuchtemesser liegt im Bereich von 0 bis 1 V, was einer Feuchte von 0 - 1 00 % entspricht.

FOr die Messung der Luftgeschwindigkeit wurden unterschiedliche MeBfUhler benutzt.

Anfangs wurden die DISA-Geschwindigkeitsmesser eingesetzt, die jeweils einen Sensor fUr

Luftgeschwindigkeit und fUr Temperatur besitzen. Da die beiden Sensoren aber zu weit

auseinanderliegen, der Spalt aber meist relativ schmal ist, gab es Probleme in der ersten

MeBserie. Aus diesem Grund wurden die weiteren Messungen mit dem Thermo-Anemometer

Alnor GGA 26 durchgefOhrt. Bei diesem MeBgerat handelt es sich urn ein Hitzedraht­

Anemometer, das ebenfalls in der Lage ist, Geschwindigkeit und Temperatur zu messen.

Bei der Einstellung kann man zwischen zwei Bereichen wahlen, namlich dem von 0 bis 1 V,

was einer Geschwindigkeit von 0,000 bis 1 ,000 m/s entspricht, und dem von 0 bis 10 V,

gleichbedeutend mit 0,00 - 10,00 m/s. Der MeBbereich der Temperatursonde liegt zwischen-

20 und +80°C.

Die Befestigung der Feuchte- und LuftgeschwindigkeitsmeBfUhler erfolgte durch spezielle

Kunststoff-HOisen. In die Mitte der Originalglasscheibe wurde ein Loch gebohrt, durch das

der Spezialhalter von der AuBenseite eingesetzt und von der lnnenseite arretiert werden

konnte. Durch die Hulse wurde dann der entprechende FOhler in den Spalt eingeschoben

und mit einer Schraube in der richtigen Position befestigt.

Neben den Geschwindigkeitsmessern kamen auch die sogenannten ,Rauchrohrchen" zum

Einsatz. Durch das Einblasen von Rauch in den Spalt wurde einerseits die Stromungsrichtung

bestimmt und andererseits wurden die Ergebnisse der Messungen kontrolliert.

Es ist noch zu erwahnen, daB selbstverstandlich aile MeBfUhler vor ihrem Einsatz kalibriert

und die Eichwerte notiert wurden.

Das Daten-Aufnahmesystem

Der Kern des MeBsystems bestand aus einem Daten-Aufnahmegerat, Datalogger genannt,

des Typs Fluke 2240B, der durch einen PC (Personalcomputer) angesteuert wurde. Der

Datalogger ist mit einzelnen Satellitenkasten verbunden, an die die verschiedenen Sensoren

angeschlossen wurden.

Die vorhandene Software versetzt den Benutzer in die Lage, aus verschiedenen Optionen

auszuwahlen. Eine davon ist beispielsweise das Eingeben von neuen Eichwerten. Die wichtigste

Option ist jedoch das MeBprogramm. Auf Basis von Steuerparametern (z. B. Lange

der MeBperiode u. a.) werden die ausgewahlten Kanale wah rend einer MeBperiode gamessen

und in einen selektierten File abgespeichert.


Bauphysikalische Messungen 91

3. Messungen in den Kirchen

Neben den zuvor beschriebenen Messungen in der Klimakammer unter stationaren Bedingungen

wurden umfangreiche Untersuchungen in verschiedenen Kirchen durchgefGhrt, urn

den EinfluB dynamischer Bedingungen auf die unterschiedlichen Schutzverglasungskonstruktionen

zu beurteilen.

In der Regel wurden vorhandene Schutzverglasungskonstruktionen ausgewahlt, urn die

Wirksamkeit dieser Systeme zu Oberpri.ifen. Nur die Kirche in Keyenberg, die bis zu diesem

Zeitpunkt noch keine Schutzverglasung besaB, wurde an einem Fenster mit verschiedenen

Beli.iftungssystemen ausgestattet, urn Vergleichsmessungen durchzutohren. Zu einem spateren

Zeitpunkt wurden in Keyenberg zwei weitere Fenster mit Schutzverglasung versehen,

die wieder unterschiedliche Beli.iftungssysteme erhielten. An diesen Systemen wurden die

Messungen durchgefi.ihrt, die zur Oberpri.ifung des Rechenmodells benotigt wurden.

3.1 Auswahl der MeBobjekte

Die Auswahl der Orte und der Objekte, an denen die MeBstationen errichtet wurden, erfolgte

nach verschiedenen Kriterien:

Klimazone

Konstruktionssystem:

- Beli.iftungssystem

- GroBe und Lage der Beli.iftungsoffnungen

- Spaltbreite: - zwischen den Verglasungen

- Mindestbreite

- Art des Schutzglases

geographische Lage der Kirche:

a) - Gebirge

- Mittelgebirge

- Flachland

- Ki.iste

b) - lndustriegebiet

- Stadtgebiet

- landliche Umgebung

GroBe der Kirche

Orientierung des Fensters

GroBe des Fensters

Verhaltnis Schutzverglasung : Einfachverglasung

Datierung der Originalscheiben

- mittelalterlich

- nachmittelalterlich

- 19. Jahrhundert I Jahrhundertwende

- neuzeitlich


92

Heizung:

- beheizt

- wenig beheizt

- unbeheizt

- Ausstattung des lnnenraums

Es wurde angestrebt, bei den verschiedenen Objekten in den einzelnen MeBperioden die

meisten Parameter gleichzuhalten, urn so den EinfluB der Parameter erkennen und einfacher

Vergleiche ziehen zu konnen. Aus diesem Grund wurden in den beiden ersten MeBperioden

verschiedene Kirchen aus derselben Klimazone ausgewahlt, wie auf der schematischen

Landkarte der Abb. 3.1 zu sehen ist; erst in der dritten MeBperiode wurde die Auswahl

auf unterschiedliche Klimabereiche erweitert.

lm ersten MeBzyklus wurden zudem hauptsachlich die Nord- und Ostfenster berucksichtigt,

im zweiten dagegen die Sudfenster, wobei jeweils auch die andere Orientierung im Vergleich

gemessen wurde. Neben den Messungen an den vorhandenen Konstruktionen

wurde in der Kirche in Keyenberg ein Nordostfenster eigens fUr Vergleichsmessungen an

verschiedenen Beluftungssystemen hergerichtet. Diese Messungen liefen uber zwei MeBperioden.

In der dritten MeBperiode wurden nur zwei Objekte ausgewahlt, wobei in der Kirche

in Kloster Neuendorf die Schutzverglasungen in drei verschiedenen Himmelsrichtungen

uberpruft wurden, wahrend im Kainer Dom unterschiedliche Fenster der Nordseite mit verschiedenen

Konstruktions- und Beluftungssystemen verglichen wurden.

Es wurde darauf geachtet, daB fUr die Dauer der MeBperiode keine Bauarbeiten in der Kirche

geplant waren, die die Ergebnisse beeinflussen konnten. Dies ist bis auf ein Objekt

auch gelungen, bei dem aus finanziellen Grunden ganz kurzfristig SanierungsmaBnahmen

an anderen Fenstern durchgetuhrt werden muBten.

Die MeBaufstellungen in den Kirchen wurden bei jedem Objekt speziell der entsprechenden

baulichen Situation angepaBt. lm folgenden wird eine tabellarische Obersicht alter MeBstationen

gegeben.


Bauphysikalische Messungen

93

,,

~>~,

l., WESEL

'~.~.•

I

Ll

)} OBERilHAUSEN

\• .

DUISBURG.

'f.

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r.

KREFELD.

67 8

• 9

MONCHENGLADBACH

4


• 3

BERGHEIM.

DOREN


\e

,~· 00SSELDORF

•'


94

MeBstation Fenster MeB- Belliftungs- Spalt- BeiOftungs- Art des GroBe der

periode art breite iiffnungen Sehutzglases Lanzetten

Altenberg, Nord 1990-91 Misehsystem 2,5 em oben innen ( 0,5 em Bleiverglasung 0,88 x 10,60 m

Dom nXV (0,8em) unten innen ( 0,5 em

unten auBen( 0,5 em

Nordost 1990-91 Misehsystem 2,5 em oben innen ( 0,5 em Blelverglasung 0,50 x 6,80 m

n IV

(0,8em) unten innen ( 0,5 em

unten auBen( 0,5 em

Breinig, SOdwest 1991-92 unbeiOftet 4,0em Floatglas 0,60 x 4,20 m

-

St Barbara sIX (2,5em)

Keyenberg, Nordost 1990-91 Originalzustand 0,40 x 3,50 m

- - -

Heilig Kreuz n 11/a

Nordost 1990-91 AuBenbeiOftung 4,0 em oben auBen 1 ,0 em VSG 0,40 x 3,50 m

nll/b

(2,5 em) unten auBen 1 ,0 em

Nordost 1990-91 lnnenbeliiftung 4,0 em obeninnen 1,0 em Floatglas 0,40 x 3,50 m

n 11/e

(2,5 em) unten innen 1 ,5 em

Nordost 1991-92 Misehsystem 4,0em obeninnen 1,5em Floatglas 0,40 x 3,50 m

n 11/a

(2,5em) unten auBen 2,0 em

I

Nordost 1991-92 AuBenbeiOftung 4,0em oben auBen 1 ,0 em VSG 0,40 x 3,50 m

n 11/b

(2,5 em) unten au Ben .1 ,0 em

Nordost 1991-92 lnnenbeliiftung 4,0em oben innen 1 ;0 em Floatglas 0,40 x 3,50 m

n 11/e

(2,5 em) unten innen 1,5 em

Nord 1991-92 AuBenbeiOttung 4,0em oben auBen 1,5 em Floatglas 0,40 x 3,50 m

nVII/a (nur Messung) (2,5em) un1en au Ben 1 ,5 em

Nord 1991-92 lnnenbeiOftung 4,0em obeninnen 1,5em Floatglas 0,40 x 3,50 m

nVII/e (nur Messung) (2,5em) unten innen 1 ,5 em

SOd 1991-92 AuBenbeiOftung 4,0em oben auBen 1 ,5 em Floatglas 0,40 x 3,50 m

sVII/a (nur Messung) (2,5 em) unten auBen 1 ,5 em


Bauphysikalische Messungen 95

MeBstation Fenster MeB- Beliiftungs- Spalt- BeiOftungs- Art des GroBe der

peri ode art breite tiffnungen Sehutzglases Lanzetten

Keyenberg SOd 1991-92 lnnenbeliiftung 4,0em oben innen 1 ,5 em Floatglas 0,40 x 3,50 m

sVII/e (nur Messung) (2,5em) unten innen 1 ,5 em

Kloster Nord 1992-93 lnnenbeiOftung 5,5 em oben innen 2,0 em Bleiverglasung 0,50 x 4,40 m

Neuendorf niV (4,0em) unten innen 3,0 em

Ost 1992-93 lnnenbeliiftung 5,5em oben innen 2,0 em Bleiverglasung 0,60 x 6,20 m

ol

(4,0em) unten innen 2,5 em

SOd 1992-93 lnnenbeliiftung 5,5em oben innen 2,0 em Bleiverglasung 0,50 x 4,40 m

siV

(4,0em) unten innen 3,0 em

SOd 1992-93 lnnenbeiOftung 5,5 em oben innen 1,0 em Bleiverglasung 0,55x1,75m

Sll

(4,0em) unten innen 1,0 em

Ktiln, Ost 1990-91 lnnenbeiOftung 7,5 em oben innen ( 0,5 em VSG 0,95 x 9,40 m

Dam ol (6,0em) unten innen( 0,5 em

SOd 1990-91 lnnenbeliiftung 7,5 em oben innen ( 0,5 em VSG 1,15 x 7,50 m

s XXII

(6,0em) unten innen( 0,5 em

Ost 1991-92 lnnenbeiOftung 7,5 em oben innen 1 ,0 em VSG 0,95 x 9,40 m

o 1/a

(6,0em) unten innen 5,0 em

Ost 1991-92 lnnenbeiOftung 7,5em oben innen ( 0,5 em VSG 0,95 x 9,40 m

0 1/b (nur Sensoren) (6,0em) unten innen(0,5 em

SOd 1991-92 lnnenbeiOftung 7,5 em oben innen 1 ,0 em VSG 1,15x7,50m

s XXII/e

(6,0em) unten innen 5,0 em

SOd 1991-92 lnnenbeiOftung 7,5 em oben innen ( 0,5 em VSG 1,15 x 7,50 m

s XXII/a (nur Sensoren) (6,0em) unten innen(0,5 em

Nord 1992-93 lnnenbeliiftung 7,5em oben innen 1 ,0 em VSG 1,15x7,50m

n XXII/a

(6,0em) unten innen 4,0 em

Nord 1992-93 lnnenbeiOftung 7,5 em oben innen ( 0,5 em VSG 1,15 x 7,50 m

n XXII!b

(6,0em) unten innen( 0,5 em


96

MeBstation Fenster MeB- Beliiftungs- Spa It- Beliiftungs- Art des GroBe der

peri ode art breite tiffnungen Schutzglases L.anzetten

Kiiln, Nord 1992-93 lnnenbeliiftung 7,5 em oben innen 1,0 em VSG 1,15x7,50m

Dam n XXII/d (6,0cm) unten innen 2,0 em

Nord 1992-93 lnnenbeliiftung 6,0cm oben lnnen 1 ,0 em VSG 1,05 x 9,10 m

n XVIII

(4,5cm) unten innen 2,0 em

Nord 1992-93 lnnenbelilttung 10,0cm oben innen 5,0 em Makrolon 1,25 x 12,50 m

NV/a

(8,5cm) unten innen 5,0 em

Nord 1992-93 AuBenbeiGftung 10,0cm oben auBen 5,0 em Makrolon 1,25 x12,50 m

N VIc

(8,5cm) unten auBen 5,0 em

Lamersdorf, Siid 1991-92 lnnenbeliiftung 4,0cm oben innen 1 ,0 em VSG 0,55 x 3,00 m

St. Cornelius siV (2,5cm) unten innen 2,0 em

unten auBen Ablaufe

Marburg, Nordost 1990-91 lnnenbeliiftung 9,0cm oben innen 4,0 em Masch.-gezog. 0,80 x 4,50 m

Elisabethkirche n II (nur Messung) (7,5 em) unten innen 4,0 em Goetheglas

Mtinchen- Ost 1990-91 Mischsystem 4,0cm oben innen 1 ,0 em VSG 0,57 x 9,70 m

gladbach, ol (2,5cm) unten innen 1 ,0 em

Miinsterkirche

unten au Ben 1 ,5 em

Mtinchenglad- Nordost 1990-91 lnnenbeliiftung 4,5cm oben innen 1 ,5 em VSG 0,55 x 6,10 m

bach-Hard! n II (3,0cm) unten innen 0,7 em

Mtinchenglad- Siid 1990-91 lnnenbeliiftung 4,0cm oben lnnen 2,0 em VSG 0,62 x 7,10 m

bach-Hermges sl (2,5 em) unten innen il, 7 em

Rheydt- Ost 1991-92 lnnenbeliiftung 3,5cm oben innen 1 ,5 em VSG 0,50 x 6,50 m

Giesenklrchen, a IV (2,0cm) unten innen 3,0 em

St. Gereon

unten au Ben Ablaufe

Siid 1991-92 lnnenbelilttung 3,5cm oben innen 1 ,5 em VSG 0,50x6,50 m

sl

(2,0cm) unten innen 3,0 em

unten au Ben Ablaufe

West 1991-92 lnnenbeliiftung 3,5cm oben innen 1 ,5 em VSG 0,50 x 6,50 m

wiV (nur Sensoren) (2,0cm) unten lnnen 3,0 em

unten auBen Ablaufe


Bauphysikalische Messungen 97

3.2 Beschreibung der MeBobjekte

In diesem Abschnitt werden beispielhaft die drei MeBstationen, an denen die aufwendigsten

Messungen durchgetuhrt wurden, austuhrlich erlautert. Die Beschreibung der restlichen

MeBstationen erfolgt im Appendix.

3.2.1 Keyenberg, Heilig Kreuz

Das kleine Dorf Keyenberg liegt in landlichem Gebiet, ca. 15 km sudlich von M6nchengladbach.

Die Kirche, die urn die Jahrhundertwende errichtet wurde, ist, bezogen auf ihre

GroBe, der Typ der ublichen Dorfkirche.

Die Kirche wurde mit einer Umluftheizung versehen, die das lnnenklima im Winter automatisch

steuert, so daB die Temperatur nicht unter 14 oc absinkt. Jeweils vor Beginn der

Messe oder einer anderen Veranstaltung wird der lnnenraum auf ca. 18 oc aufgeheizt.

In der Kirche befinden sich Glasgemalde verschiedener Epochen. Einige Fenster stammen

aus der Jahrhundertwende, andere aus den 20er Jahren dieses Jahrhunderts und der Rest

wurde nach 1950 hergestellt. Keines dieser Fenster besaB eine Schutzverglasung. Das

Nordostfenster im Chorraum wurde als Versuchsfenster hergerichtet. Zusatzlich wurden

noch jeweils ein Nord- und ein Sudfenster mit unterschiedlichen Schutzverglasungen versehen,

urn an diesen Fenstern Kontrollmessungen fUr die Rechenmodelle durchzutuhren. In

Abbildung 3.2 ist ein schematischer GrundriB der Kirche mit Lage der MeB-Fenster dargestellt.

L

-

-

Abb. 3.2: Keyenberg - Schematischer GrundriB mit Lage der Fenster

Das Nordostfenster (n II)

Beim Nordostfenster handelt es sich urn ein dreibahniges Fenster mit einer Gesamtgr6Be

von ca. 1,55 x 4,50 m. In jeder Lanzette, ca. 0,45 x 3,65 m graB, wurde eine andere Situa-


98

tion eingebaut. In der ersten MeBperiode wurden lnnen- und AuBenbeluftung getestet und

gleichzeitig mit dem Originalzustand ohne Schutzglas verglichen.

Die Konstruktionssysteme wurden in der Art erstellt, wie sie haufig in der Praxis ausgefOhrt

werden. Es wurde der Versuch unternommen, die einzelnen Details wie Abstand zwischen

den Verglasungen und GroBe der Beluftungsoffnungen ungefahr gleichzuhalten, urn eine

gute Auswertung zu gewahrleisten. lm folgenden sollen die Konstruktionsdetails der unterschiedlichen

Beluftungsvarianten dargestellt werden:

Die Iinke Lanzette wurde im Originalzustand belassen, urn einen Vergleichswert zu den

unterschiedlichen Schutzverglasungen zu erhalten.

Bei der mittleren Lanzette wurde eine AuBenbeluftung installiert. Die Schutzverglasung aus

Verbundsicherheitsglas (VSG) in 5 mm Starke wurde von auBen mit speziellen VA-Haltern

an den vorhandenen Quereisen befestigt. Eine seitliche Abdichtung zum Steingewande

erfolgte nicht, die Bleiprofile, in die das Schutzglas eingefaBt war, wurden moglichst gut an

die Steinprofile angedruckt, wobei natorlich nicht aile Spalten luftdicht abgeschlossen werden

konnten. Die Originalverglasung blieb unberuhrt im ursprunglichen Falz. Der Abstand

zwischen den Verglasungen wurde auf 4 em eingestellt, woraus ein Abstand von 2 em zwischen

den Quereisen resultierte. Die Beluftungsoffnungen wurden unten und oben an der

AuBenseite angeordnet, die GroBe betrug ca. 1 em uber die gesamte Lanzettenbreite.

Die rechte Lanzette erhielt eine lnnenbeluftung. Dazu wurde die Originalverglasung ausgebaut

und die vorhandene Eisenkonstruktion so verandert, daB sie beide Verglasungen aufnehmen

konnte. Die Schutzverglasung aus normalem Floatglas wurde in den ursprunglichen

Falz eingesetzt und beigeputzt. Die Originalverglasung wurde mit Messing-U-Profilen

gerahmt und im Abstand von 4 em innen vorgesetzt, wobei eine Spaltbreite an den Konstruktionselementen

von 2,5 em entstand. Eine Abdichtung der Originalscheiben zum

Steingewande erfolgte nicht, die in Messing gerahmten Scheiben wurden lediglich fest an

die Steinprofile angedruckt, wodurch schmale Spalten nicht vermieden werden konnten.

Die GroBe der Beluftungsoffnungen an der lnnenseite wurde unten mit 1,5 em und oben mit

1 em uber die gesamte Lanzettenbreite gewahlt.

In der zweiten MeBperiode wurde der Originalzustand in eine Mischluftung umgewandelt.

Dazu wurde die Originalverglasung ausgebaut, die Eisenkonstruktion verandert, das

Schutzglas aus Floatglas in den Originalfalz eingesetzt und beigeputzt, die Bleiverglasung

in Messing gerahmt und innen vorgesetzt, wie bei der lnnenbeluftung beschrieben, auch

die Spaltbreite entspricht der der lnnenbeluftung. Lediglich die Beluftungsoffnungen wurden

verandert, die untere war mit der AuBenluft verbunden und betrug 2 em, die obere mit

dem lnnenraum bei einer Abmesssung von 1,5 em.

Das Nord- und Sudfenster (n VII ; s VII)

Fur die Oberprufung der Rechenmodelle wurden besonders aufwendige Messungen

benotigt. Aus diesem Grund wurden in der Kirche in Keyenberg zusatzlich zwei Fenster in

verschiedenen Himmelsrichtungen mit Schutzverglasungen versehen. Das eine Fenster

befindet sich auf der Sudseite der Kirche, das andere liegt an der Nordseite. Bei jedem der

dreibahnigen Fenster wurde eine AuBen- und eine lnnenbeluftung eingebaut, die mittlere

Lanzette verblieb im Originalzustand ohne Schutzglas (Abb. 3.3).


Bauphysikalische Messungen 99

Origirolzustand

Autlenbeliiftung

1550 J

a) b)

Abb. 3.3: MeBaufstellung in der Kirche in Keyenberg

a) schematische Darstellung des Fensters

b) lnnenansicht

Die Konstruktionen fUr die verschiedenen Beluftungssysteme beim Nord- und Sudfenster

wurden nach dem gleichen System ausgebildet, urn genaue Vergleiche ziehen zu konnen.

Beide Fenster haben ungeHihr dieselben MaBe wie das Nordostfenster, also eine Gesamtgr6Be

von 1 ,55 x 4,50 m und eine Lanzettengr6Be von ca. 0,45 x 3,65 m. lm Prinzip wurde

das Konstruktionssystem so ausgetuhrt, wie bei der lnnenbeluftung des Nordostfensters

von Keyenberg beschrieben:

Die Originalverglasung wurde ausgebaut, die vorhandenen Quereisen wurden geandert, die

Schutzverglasung aus Floatglas wurde in den Originalfalz eingesetzt und beigeputzt. Die

Originalverglasung wurde mit Messing-U-Profilen gerahmt und innen vorgesetzt. Die Spaltbreite

betrug 4 bzw. 2,5 em.

Bei der lnnenbeluftung wurde dieSchutzverglasung vollkommen abgedichtet, und die Beluftungsoffnungen,

jeweils unten und oben 1,5 em, wurden mit dem lnnenraum verbunden.

Zusatzlich wurden die schmalen seitlichen Schlitze bzw. Spalten abgedichtet, indem Bleiflansche,

die an das Messing angelotet wurden, fest an die Steinprofile angedruckt wurden.


100

Bei der AuBenbeluftung wurden diese Bleiflansche rundum angebracht, um die Originalverglasung

nach innen vollig abzudichten. Als Beluftungsoffnungen, auch hier jeweils oben

und unten 1 ,5 em, wurden Aussparungen in der Schutzverglasung vorgesehen, damit der

Luftaustausch mit der AuBenluft erfolgen konnte.

3.2.2 Kloster Neuendorf, ehemalige Klosterkirche

Das kleine Dorf Kloster Neuendorf liegt in der Altmark, ca. 30 km sudwestlich von Stendal,

mitten auf dem Lande. Die ehemalige Zisterzienserinnen-Kiosterkirche, an der in den letzten

Jahrzehnten die dringend notwendigen Sanierungs- bzw. RestaurierungsmaBnahmen aus

finanziellen Grunden nicht durchgefuhrt werden konnten, besitzt wertvolle mittelalterliche

Glasmalereien, die lediglich durch Schutzgitter gegen mechanische Schaden geschutzt

waren. lm Rahmen eines BMFT-Forschungsprojektes wurden diese Glasgemalde 1991 mit

einer Schutzverglasung versehen. Das Ziel dieses Forschungsprogramms war die Anwendung

der bis zu diesem Zeitpunkt gewonnenen Ergebnisse uber die Wirkungsweise der

Schutzverglasung. Den AbschluB sollte eine genaue klimatechnische Oberprufung der

gewahlten Konstruktionssysteme bilden, um die getroffenen Entscheidungen zu kontrollieren.

Die notwendigen Messungen wurden in der dritten MeBperiode durchgefuhrt.

Die Kirche besitzt einen rechteckigen GebaudegrundriB (Abb. 3.4), wobei die lnnenwande

aus Backstein-Sichtmauerwerk bestehen, also keinen lnnenputz besitzen. Die Kirche ist

unbeheizt, so daB im Winter Gottesdienste und sonstige Veranstaltungen in der Regel in

anderen beheizten Raumlichkeiten stattfinden.

Die acht Fenster mit historischen Glasgemalden wurden mit einer Bleiverglasung als

Schutzverglasung versehen, die in Form einer Spitzrautenverglasung aus Floatglas hergestellt

wurde.

Da die Fenster unterschiedliche Orientierungen und GraBen besitzen und die bauliche

Situation an den Sohlbanken teilweise unterschiedlich ist, wurden auch differenzierte

Losungen gewahlt. Die allgemeine Konstruktion und das Beluftungssystem wurden aber

gleichgestaltet:

Die mittelalterliche Originalverglasung wurde ausgebaut, und die vorhandenen Quereisen

wurden verandert, um beide Verglasungen aufnehmen zu konnen. Die Schutzverglasung

wurde in den ursprunglichen Falz eingesetzt und beigeputzt. Die Originalverglasung wurde

mit Messing-U-Profilen gerahmt und innen vorgesetzt. Bei allen Fenstern wurde aus technischen

Grunden der Mindestabstand zwischen den Verglasungen von ca. 5,5 em gewahlt,

wodurch eine Spaltbreite von ca. 4 em an den waagerechten Konstruktionselementen entstand.

An die senkrechten Messingprofile wurden Bleiflansche angelotet und an die Steingewande

angedrOckt. Dies war unbedingt notwendig, da diese aus den im norddeutschen

Raum haufig verwendeten Backstein-Formsteinen hergestellt waren und dadurch sehr viele

Spalten und Schlitze aufwiesen. Es wurde bei allen Fenstern die lnnenbetuftung gewahlt;

die Beluftungsoffnungen wurden entsprechend der jeweiligen Situation unterschiedlich

groB ausgetuhrt.

Die Messungen wurden an vier Fenstern, einem Nord-, einem Ost- und zwei Sudfenstern,

durchgetuhrt.


Bauphysikalische Messungen 101

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Abb. 3.4: Kloster Neuendorf- Schematischer Grund riB mit Lage der Fenster

Das Nord- und SGdfenster im Chorbereich (n IVi s IV)

Bei den sich gegenuberliegenden Fenstem der Nord- und Sudseite im Chorbereich handelt

es sich jeweils urn zweibahnige Fenster, die ungefahr die gleichen Abmessungen besitzen.

Die GesamtgroBe betragt ca. 1 ,20 x 5,20 m, wobei die einzelnen Lanzetten ca. 0,50 x 4,40 m

groB sind. Die Beluftungsoffnungen zum lnnenraum sind unten und oben unterschiedlich

groB. An den Spitzen ist der Schlitz ca. 2 em breit, an der Sohlbank ca. 3 em, wobei der

Luftaustausch durch die ,Verdunstungsschale" (= Schwitzwasserrinne) behindert wird.

Das Ostfenster (o I)

Das mittlere Chorfenster liegt in der Ostfassade der Kirche und besteht aus drei Lanzetten.

Das Fenster ist ca. 2,10 x 8,00 m groB, die Lanzetten jeweils ca. 0,60 x 6,20 m. Die Beluftungsoffnungen

oben wurden in einer Breite von 2 em erstellt, die unteren Schlitze von ca.

2,5 em. Die Sohlbank ist bei diesem Fenster anders ausgebildet. Es gibt keine direkte Fensterbank

und somit auch keine .,Verdunstungsschale", sondern der Spalt offnet sich senkrecht

nach unten ohne Behinderung durch vorstehende Steinprofile.

Das Fenster im sudlichen Seitenschiff (S II)

Auf der Sudseite befindet sich im ,Obergaden" der Kirche, auf Hohe der Orgelempore, ein

kleines zweibahniges historisches Fenster, das mit einer Schutzverglasung versehen wurde.

Die GesamtgroBe des Fensters betragt ca. 1 ,30 x 2,50 m, wobei die Lanzetten jeweils ca.

0,55 x 1,75 m groB sind. Die Beluftungsoffnungen oben und unten haben ungefi:lhr die

Abmessung von je ca. 1 em auf die gesamte Lanzettenbreite. Bei diesem Fenster muBte


102

wieder eine ,Verdunstungsschale" auf der Fensterbank errichtet werden, die aber nur eine

kleine Aufkantung von ca. 1,5 em besitzt, also keine starke Behinderung des Luftaustauschs

bewirkt.

3.2.3 Koln, Dom

Der Ki:ilner Dom liegt im Zentrum der Stadt Ki:iln oberhalb des Rheintales. In seiner Nahe

liegen viele stark befahrene StraBen; der Hauptbahnhof grenzt direkt an die ,Domplatte".

Durch die Menschenmassen, die taglich durch den unbeheizten Dom stri:imen, steigt gerade

bei feuchtem oder nassem Wetter die relative Feuchte des lnnenraums stark an.

Bisher ist nur ein geringer Teil -der historischen Glasgemalde mit einer Schutzverglasung

versehen, es ist aber geplant, kontinuierlich aile historischen Fenster zu schutzen.

Wegen der besonderen Bedeutung des Ki:ilner Doms wurden in allen drei MeBperioden

Untersuchungen an verschiedenen Fenstern durchgetuhrt, die auf dem schematischen

GrundriB in Abbildung 3.5 gekennzeichnet sind.

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0 50"'

Abb. 3.5: Koln, Dom - Schematischer GrundriB mit Lage der Fenster

Das Ostfenster (o I)

Das Achsfenster des Ki:ilner Doms im Chorkapellen-Umgang wurde sowohl in der ersten

als auch in der zweiten MeBperiode mit einer geanderten Konstruktion uberpruft. Das mittelalterliche

Bibelfenster ist in Richtung Osten orientiert. Es hat eine Gesamtgr6Be von ca.

2,20 x 11,00 m. Die Lanzetten, je ca. 0,95 x 9,40 m groB, wurden mit einer Schutzverglasung

aus Verbundsicherheitsglas versehen, das MaBwerk blieb ungeschutzt im

Originalzustand.


Bauphysikalische Messungen 103

Es handelt sich um ein lnnenbeluftungssystem, bei dem die Konstruktion folgendermaBen

ausgetuhrt wurde: Die Originalverglasung wurde ausgebaut; die Schutzverglasung wurde in

den ursprunglichen Falz eingesetzt und verkittet. Zum lnnenraum hin wurden seitlich uber

die gesamte Hohe und unten Winkeleisen mit Spezialhalterungen am Steingewande verankert,

die keinen direkten Kontakt mit den vorhandenen Quereisen hatten. Die Originalverglasung

wurde mit Messing-U-Profilen gerahmt, an denen eine spezielle Aufhangung befestigt

wurde. Die historischen Scheiben wurden in die Eisenrahmen eingehangt und die

Schlitze zwischen den Scheiben mit Z-Profilen geschlossen. Der Abstand zwischen den

Verglasungen betragt ca. 7,5 em, an den Quereisen ca. 6,0 em.

In der ersten MeBperiode waren keine richtigen Beluftungsoffnungen vorhanden. Die Beluftung

erfolgte lediglich durch Undichtigkeiten an den Steingewanden der Kopfscheiben und

der Eisenkonstruktion der Sohlbank, die aber geringer als 5 mm waren.

Da die Ergebnisse der ersten MeBperiode aber nicht zufriedenstellend waren (Kap. VI), wurden

die Beluftungsoffnungen vergr6Bert, an den Kopfscheiben auf ca. 1 em und an der

Sohlbank auf ca. 5 em uber die gesamte Lanzettenbreite. Die geanderte Konstruktion

wurde in der zweiten MeBperiode erneut uberpruft, um festzustellen, ob die GroBe der

Beluftungsoffnung EinfluB auf die Ergebnisse hat.

Das Sudfenster (s XXII)

Das vierbahnige Fenster im sudlichen Seitenschiff hat eine GroBe von ca. 5,20 x 11 ,00 m,

die Lanzetten jeweils von ca. 1,15 x 7,50 m. Das gesamte Fenster wurde mit einer Schutzverglasung

aus Verbundsicherheitsglas versehen; von auBen beschatten Baume das Fenster.

Wie beim Ostfenster des Kolner Doms handelt es sich um ein innenbeluftetes System, das

mit derselben Konstruktion und mit dem gleichen Abstand ausgetuhrt wurde. In der ersten

MeBperiode war das Fenster auch mit minimalen Beluftungsoffnungen ausgestattet, die in

der zweiten MeBperiode ebenfalls auf die Abmessungen vergr6Bert wurden wie beim Ostfenster.

Das Fenster im nordlichen Seitenschiff (n XXII)

In der dritten MeBperiode wurde ein Fenster im nordlichen Seitenschiff zu Vergleichsmessungen

umgerustet. An dem vierbahnigen Fenster wurden nebeneinander drei unterschiedlich

groBe Beluftungsoffnungen getestet, um einen der Parameter, die in der Klimakammer

unter stationaren Bedingungen uberpruft wurden, unter dynamischen Bedingungen zu

testen.

Das Fenster entspricht den Abmessungen des MeBfensters im sudlichen Seitenschiff,

besitzt also eine Gesamtgr6Be von ca. 5,20 x 11 ,00 m. Die Lanzetten haben mit ca. 1,15 m

mal 7,50 m auch dieselbe GroBe. Die innenbeluftete Konstruktion und die Spaltbreite wurde

ebenfalls so ausgetuhrt wie beim Ost- und Sudfenster. Die Abmessungen der Beluftungsoffnungen

wurden folgendermaBen gewahlt:

1 . Lanzette: Kopfscheiben ca. 1,0 em

Sohlbank

ca. 4,0 em

2. Lanzette: Kopfscheiben < 0,5 em

Sohlbank < 0,5cm

3. Lanzette: Kopfscheiben ca.1,0 em

Sohlbank

ca. 2,0 em


104

Das Fenster im nordlichen Querhaus (h XVIII)

In der dritten MeBperiode wurde auch das groBe sechsbahnige Fenster im nordlichen Querhaus

in die Messungen einbezogen.

UrsprOnglich war geplant, an diesem Fenster einen Vergleich mit einer neuen preisgOnstigen

MeBanlage durchzutohren, aber diese konnte, laut Hersteller, wegen entwicklungstechnischer

Probleme nicht rechtzeitig geliefert werden.

Das Fenster hat eine Gesamtgr6Be von ca. 7,00 x 13,00 m mit Lanzetten von ca.

1 ,05 x 9,1 0 m. Es handelt sich bei diesem Fenster urn ein innenbeiOftetes Schutzverglasungssystem,

das aber nicht nach der bisher tor den Kelner Dom Oblichen Konstruktion

ausgetohrt wurde, sondern nach einem einfacheren System.

Die Originalverglasung wurde ausgebaut, und die vorhandenen Quereisen wurden tor die

Aufnahme von beiden Verglasungen verandert. Die Schutzverglasung aus Verbundsicherheitsglas

wurde in den ursprOnglichen Falz eingesetzt und eingekittet. Die Originalverglasung

wurde mit Messing-U-Profilen gerahmt und innen vorgesetzt. Der Abstand zwischen

den Verglasungen betragt ca. 6 em, zwischen den Quereisen verringert er sich auf ca.

4,5 em. Die Bel0ftungs6ffnungen oben an den Kopfscheiben sind ca. 1 em groB, unten an

der Sohlbank ca. 2 em.

Das Fenster im nordlichen Chor-Obergaden (N V)

An einem Chor-Obergadenfenster der Nordseite wurde die von Dombaumeister Prof. Dr.

Arnold Wolff aus Koln entworfene ,provisorische" Schutzverglasung, die nur eine Obergangslosung

tor einige Jahre darstellen soli, in der dritten MeBperiode einer Vergleichsmessung

mit einer lnnen- und einer AuBenbeiOftung unterzogen.

Das vierbahnige Fenster ist ca. 5, 70 x 17,00 m groB und die Lanzetten jeweils ca.

1 ,25 m mal12,50 m.

Die Konstruktion fOr beide BeiOftungssysteme war ahnlich. Die Schutzverglasung aus

Makrolon wurde bei beiden Systemen mit Hilfe von speziell angefertigten VA-Haltem von

auBen an den vorhandenen Quereisen befestigt, wobei die Abmessungen der Schutzglasscheiben

aber nicht der Eisenteilung bzw. der GroBe der Originalfelder entsprachen, sondern

es wurde die Breite der Lanzette von 1 ,25 m und eine Hohe von ca. 2 m gewahlt. Die

einzelnen Makrolonscheiben wurden ohne BerOcksichtigung der Lage der Quereisen Obereinandergesetzt.

Diese Befestigung war moglich, da die Halter erst vor Ort in das Makrolon

eingebohrt wurden. Die waagerechten Fugen zwischen den Schutzglasscheiben wurden

durch Oberlappungen des Makrolons geschlossen.

Der Abstand zwischen den Verglasungen betrug bei beiden BeiOftungsvarianten ca. 1 0 em

und wurde an den Quereisen auf ca. 8,5 em reduziert.

Bei der auBenbeiOfteten Konstruktion wurde die historische Verglasung nicht angerOhrt,

sondern verblieb in ihrem ursprOnglichen Falz. Die Makrolon-Schutzverglasung wurde

unten und oben verkOrzt, so daB BeiOftungsoffnungen nach auBen von ca. 5 em GroBe entstanden.

Bei der innenbelufteten Alternative wurde die Originalverglasung der Kopfscheiben und der

Unterfelder ausgebaut, der Rest der historischen Verglasl,Jng verblieb im Originalfalz. Die

ausgebauten Scheiben wurden mit Messing-U-Profilen gerahmt und dann von innen so eingesetzt,

daB sowohl oben als auch unten BeiOftungsoffnungen zum lnnenraum von ca.

5 em GroBe entstanden. Die Makrolonscheiben der Schutzverglasung wurden so gut wie

moglich zum Steingewande abgedichtet.


Bauphysikalische Messungen 105

3.3 Die MeBprogramme

Bei den MeBprogrammen, die in den Kirchen zur Anwendung gelangten, muB man

grundsatzlich zwischen zwei Varianten unterscheiden:

Das allgemeine MeBprogramm beruht auf Erfahrungen durch die Zusammenarbeit mit Dr.

JUtte und wurde im Verlauf der MeBperioden durch die Weiterentwicklung der Rechenmodelle

und der dafUr benatigten MeBdaten standig modifiziert.

Das zweite MeBprogramm wurde anhand der MeBmethode der Klimakammer speziell fUr

die Messungen am Nord- und SUdfenster in Keyenberg Uberarbeitet und lediglich zur OberprUfung

der Rechenmodelle benutzt.

3.3.1 Das allgemeine MeBprogramm

lm Vergleich zu den Kurzzeit-Messungen in der Klimakammer wurden die MeBdaten bei

den Praxis-Messungen in der Regel kontinuierlich fUr die Dauer eines Jahres Uber aile Klimaperioden

hinweg aufgezeichnet. Dabei wurden die folgenden physikalischen GraBen bei

allen Konstruktionsvarianten gemessen und zur weiteren Bearbeitung gespeichert:

Lufttemperatur und relative Feuchte im lnnenraum

Lufttemperatur und relative Feuchte im Spalt

Oberflachentemperaturen des Schutzglases auf unterschiedlichen Positionen

Oberflachentemperaturen des Originalglases auf unterschiedlichen Positionen und

verschiedenen Farben

Luftgeschwindigkeit in der Mitte des Spalts

Bei der ersten (1990-91) und zweiten MeBperiode (1991-92) wurden zusatzlich die folgenden

Parameter gemessen:

Tauwasserbildung auf der lnnenseite des Originalglases

Tauwasserbildung auf der AuBenseite des Originalglases

Tauwasserbildung auf der lnnenseite des Schutzglases

Ab der dritten MeBperiode 1992-93 wurde auf die ,Kondens-lndikatoren" verzichtet, da die

Gerate offenbar nicht immer korrekt arbeiteten. Statt dessen wurden die folgenden Parameter

zusatzlich aufgezeichnet: ·

Lufttemperatur und relative Feuchte auBen

Sonneneinstrahlung vor dem Schutzglas und hinter dem Originalglas

Bei den Messungen der Oberflachentemperaturen wurde nicht nur je ein Wert fUr Schutzund

Originalglas aufgezeichnet, sondern es wurden MeBfUhler im oberen, mittleren und

unteren Bereich des Fensters angebracht sowie in der ersten MeBperiode zusatzlich am

Rand des Glases in der Nahe der Steingewande. Diese Messungen waren notwendig, urn

das Temperaturgefalle im Fenster zu ermitteln.

Bei den Fenstern, die der direkten Sonneneinstrahlung ausgesetzt waren, wurden in den

beiden ersten MeBperioden zusatzlich unterschiedliche Glasfarben UberprUft.

Die zuvor beschriebenen physikalischen GraBen wurden in der ersten und zweiten MeBperiode

in lntervallen von 6 Minuten als Mittelwerte aufgezeichnet. Das Auslesen der MeBdaten

erfolgte in 14tagigem Abstand, so daB die MeBgerate einer standigen Kontrolle unter-


106

lagen und Ausfalle schnell bemerkt wurden. Je nach Art und Umfang des Defekts konnten

die Reparaturen sofort vor Ort durchgetuhrt werden, teilweise muBten die Gerate aber zum

Hersteller geschickt werden, was meist einen MeBausfall fur langere Zeit bedeutete.

Ab der dritten MeBperiode wurden die MeBintervalle auf 10 Minuten vergroBert, wodurch

das Auslesen der MeBgerate auf ca. 3 Wochen ausdehnt werden konnte.

3.3.2 Das spezielle MeBprogramm fur Keyenberg

Am Nord- und Sudfenster in Keyenberg wurden die MeBdaten der physikalischen GraBen

aufgezeichnet, die zur Oberprufung der Rechenmodelle benotigt wurden. lm Prinzip handelt

es sich urn die gleichen Parameter wie in der Klimakammer, aber in der Praxis mussen

zusatzlich die nachtliche Himmelsstrahlung und die Sonneneinstrahlung gemessen werden:

Lufttemperatur und relative Feuchte im lnnenraum, auBen und im Spalt

Oberflachentemperaturen des Schutz- und Originalglases auf drei verschiedenen

Hohen und im Randbereich

Luftgeschwindigkeit in der Mitte des Spalts

Sonneneinstrahlung vor dem Schutzglas und hinter dem Originalglas

Warmestromdichte an der lnnen- und AuBenscheibe zur Bestimmung der Warmeubergangskoeffizienten

Oberflachentemperatur auf dem Steingewande

Oberflachentemperatur einer inneren Deckschiene

Druckunterschied zwischen innen und auBen

Windgeschwindigkeit auBerhalb der Kirche

Die Messung dauerte ungefahr 10 Tage, wobei aile 15 Minuten die gemittelten MeBdaten

aufgezeichnet wurden.

3.4 Die MeBapparatur

Fur die unterschiedlichen Messungen wurden teilweise auch andere MeBapparaturen

benutzt, die jeweils aus den MeBtuhlern und den Aufnahmegeraten bestehen.

3.4.1 Die allgemeine MeBapparatur

Die MeBtuhler

Die Oberflachentemperaturen wurden mit Thermistor-MeBtuhlern gemesseri, deren MeBbereich

zwischen - 50 und + 150 oc liegt. Die MeBtuhler wurden mit micro-kristallinem Wachs

auf dem Glas befestigt. Der Unterschied der Temperaturen auf der lnnen- und AuBenseite

der Glaser ist nur minimal, so daB jeweils nur auf der lnnenseite gemessen wurde, da die

MeBtuhler dort einfacher zu befestigen waren.

Die Lufttemperaturen und die relative Feuchte wurden mit Thermo-Hygrometern des Typs

Vaisala HMP 31 UT aufgezeichnet.

Der MeBbereich des Temperatursensors liegt zwischen -20 und + 80 oc und der des

Feuchtesensors zwischen 0 und 100 %. Die MeBtuhler wurden vor dem Beginn jeder MeBperiode

auf die entsprechenden Aufnahmegerate kalibriert.


Bauphysikalische Messungen 107

Die Luftgeschwindigkeit wurde mit dem Thermo-Anemometer des Typs Alnor GGA 26

durchgefOhrt. Einzelheiten zu diesem MeBgerat wurden bereits in Kap. 111.2.3 erlautert.

Die Montage der Thermo-Hygrometer und -Anemometer erfolgte auf unterschiedliche Art

und Weise. Bei kleinen und schmalen Spalten erfolgte die Befestigung durch das Glas mit

Hilfe der Kunststoff-HOisen, wie in Kap. 111.2.3 beschrieben. In diesem Fall wurde aber das

OriginalglasstOck ausgetauscht gegen ein GlasstOck aus einfachem Floatglas, in das

bereits vorher ein passendes Loch gebohrt worden war. Wenn der Spalt jedoch im Verhaltnis

zum MeBfOhler sehr groB war, wurde der MeBtohler mit Spezialhaltern direkt im Spalt

montiert. Damit die aufgezeichneten Werte nicht verfalscht werden konnten, wurden die

MeBfOhler mit Hilfe einer Abdeckung vor direkter Sonnenstrahlung geschOtzt.

Die Bildung von Tauwasser sollte mit einem ,Kondens-lndikator" gemessen werden. Die

Wirkungsweise dieses Gerates besteht darin, daB bei Auftreten von Tauwasser auf Grund

der elektrischen Leitfahigkeit des Wassers ein Kontakt zwischen zwei MeBfOhlern aus

· Kupferfolie hergestellt wird, die im Abstand von ca. 1 em parallel auf die Glasoberflache

geklebt werden. Dadurch erfolgt im ,Kondens-lndikator" eine Anderung des Widerstandes,

der Feuchte miBt und in Spannung umsetzt. Dies wiederum bewirkt eine Anderung der

Spannung, die aufgezeichnet wird.

Das Daten-Aufnahmesystem

Als Datenspeichergerate dienten die ,Squirrel" der Fa. Grant, wie sie auch Dr. JOtte tor

seine Messungen verwendete. Zum damaligen Zeitpunkt waren diese Datalogger tor diese

Art von Messungen bevorzugt, da sie eine Speicherkapazitat von ca. 42 000 MeBwerten

(Bit) besitzen und neben der normalen Stromversorgung auch mit Batterien bzw. Akkus

betrieben werden konnen.

Es gibt verschiedene Typen der Squirrel, die unterschiedliche AnschluBmoglichkeiten aufweisen.

Zum Einsatz kamen der Squirrel Typ 1201 bzw. sein Nachfolgemodell Typ 1209,

der 4 Eingange fOr Temperatur, 4 tor Spannung und 2 tor relative Feuchte besitzt, sowie der

Squirrel Typ 1202 mit 8 Eingangen tor Temperatur und 8 fOr Spannung.

Zum ,Squirrel" gehorte auch eine entsprechende Software mit verschiedenen Optionen. Mit

diesem Programm wurden die MeBdaten vom Datalogger auf einen Personalcomputer eingelesen

und spater auf diesem weiterbearbeitet. Dieser Vorgang ist in Abb. 3.3 dargestellt.

3.4.2 Die MeBapparatur fUr Keyenberg

lm Prinzip wurde die gleiche MeBanlage benutzt wie bei den Messungen in der Klimakammer

(Kap 111.2.3). Es wurden noch einige zusatzliche MeBfOhler verwendet.

Die MeBtuhler

Die Oberflachen- und Lufttemperaturen wurden mit Pt-100-MeBfOhlern gemessen. Die

Befestigung erfolgt wie bereits beschrieben, wobei die MeBfOhler fOr die Lufttemperaturen

durch HOisen gegen die direkte Sonnenstrahlung geschOtzt wurden.

Die relative Feuchte und verschiedene Lufttemperaturen wurden mit Thermo-Hygrometern

von Rotronic und Vaisala gemessen. FOr die Luftgeschwindigkeits-Messungen wurden die

Thermo-Anemometer Alnor GGA 26 benutzt.


108

Abb. 3.6: Auslesen der MeBgerate vor Ort

Die Befestigung der Thermo-Hygrometer und der -Anemometer erfolgte mit Hilfe der Kunststoff-Hulsen

durch das Glas. Die MeBfOhler wurden mit Hilfe einer Abdeckung gegen die

Sonneneinstrahlung geschutzt.

Die Sonnenstrahlung wurde mit Hilfe von Pyranometern der Fa. Kipp & Zonen gemessen.

Der Druckunterschiedsmesser ist von der Fa. Validyne, der MeBfOhler fur die Warmestromdichte

von TPD und der Windgeschwindigkeitsmesser fur auBen von Lambrecht.

Das Daten-Aufnahmesystem

Wie bei den Messungen in der Klimakammer wurde auch hier der Datalogger Fluke 22408

mit den verschiedenen Satellitenkasten eingesetzt. Einzelheiten wurden bereits in Kapitel

111.2.3 beschrieben.

3.5 Die Glassensorstudie

Neben den zuvor beschriebenen aufwendigen klimatechnischen Messungen wurden auch

aile Objekte mit Glassensoren des Fraunhofer-lnstituts tor Silicatforschung (ISC Wurzburg)


Bauphysikalische Messungen 109

versehen, urn zu den Klimadaten Werte uber die korrosive Belastung bei den Schutzverglasungskonstruktionen

zu erhalten. Da die Funktionsweise der Sensoren bereits in Kap.

11.8.3.2 erliiutert wurde, soli an dieser Stelle nicht mehr darauf eingegangen werden.

Nach der Auswahl der verschiedenen MeBstationen fUr die einzelnen Mef3perioden wurde

gemeinsam mit den verantwortlichen Wissenschaftlern des ISC in Wurzburg fiir jedes

Objekt die Lage und Position der benotigten Sensoren geplant und festgelegt. Beim Einbau

der Mef3apparatur wurden die Sensoren dann gleichzeitig an den ausgewiihlten Positionen

angebracht.

In der Regel handelte es sich dabei urn die folgenden Positionen:

auf der lnnenseite des Originalglases (Position 1) fUr die lnnenraumbelastung,

auf der Auf3enseite des Originalglases (Position 2) fur die Belastung des Zwischenraums

und

auf der AuBenseite des Schutzglases (Position 4) fUr die Auf3enbelastung

Urn aussagekraftige Ergebnisse zu erhalten, wurden die einzelnen Positionen nicht nur mit

einem Sensor versehen, sondern auf jeder Position wurden uber die Gesamthohe des Fensters

mehrere Sensoren verteilt, wobei zusatzlich noch unterschiedliche Sensortypen zum

Einsatz kamen. In einigen Fallen wurden bestimmte Punkte mehrfach mit demselben Sensortyp

besetzt, urn so die Genauigkeit der Sensoren am Objekt zu testen.

Der Expositionszeitraum wurde vom Fraunhofer-lnstituts mit 1 Jahr bestimmt, da ein kurzerer

Zeitraum aufgrund der geringen lnnenraumbelastung nicht zu meBbaren Ergebnissen

Whrt. Die gleichzeitige Aufzeichnung der Klimawerte des entsprechenden Zeitraumes ist

sinnvoll, urn begrundete Aussagen zu erhalten. Organisatorisch gesehen, erweist es sich

als vorteilhaft, den Ein- und Ausbau der Sensoren an die Installation der Mef3gerate zu

koppeln.

Nach AbschluB der Exposition wird die Oberflache der Glassensoren analysiert. Dazu werden

in der Hauptsache die lnfrarotspektroskopie und die Lichtmikroskopie eingesetzt.

AusfUhrliche Angaben uber die Wirkungsweise und Applikation der Sensoren sowie deren

Auswertung werden in der VDI-Richtlinie 3955, Blatt 2 und den entsprechenden Forschungsberichten

des Fraunhofer-lnstituts fUr Silicatforschung Wurzburg gegeben.

3.6 Die Schadstotfmessungen

In der dritten Mef3periode wurde zusiitzlich vom Zollern-lnstitut in Bochum die lmmissionsbelastung

an verschiedenen Standorten gemessen, urn die Einflusse der lmmissionen auf

das historische Glas zu erfassen. Diese Untersuchungen konnen als sinnvolle Erganzung zu

den bereits beschriebenen Klimamessungen und den Glassensorstudien angesehen werden,

da durch die Ergebnisse weitere lnformationen uber die Wirksamkeit der Schutzverglasungen

gewonnen werden konnen.

Zur Messung der Schadstoffbelastung wurden die sogenannten SAM-Depositionssammler

eingesetzt. Bei der hier angewandten .,trockenen" Deposition erfolgt die Absorption der

sauren Schadstoffe (Schwefel- und Stickoxide) auf einem Glasfaserfilter, der mit einer Alkalicarbonat-Losung

getrankt wird.

Die Exposition wurde, angepaBt an die Glassensoren, in Diarahmen durchgefi.ihrt. Die

Schadstoffsammler wurden im Kelner Dom und in der kleinen Dorfkirche von Kloster


Bauphysikalische Messungen 111

Vor und wahrend der Gottesdienste wurde, wie ublich, die Luftheizung eingeschaltet und

anschlieBend wieder ausgeschaltet.

4.2 Die MeBapparatur

Urn die C0 2 -Konzentration der lnnenluft messen zu konnen, wurde ein Gasmonitor der Fa.

Bruel & Kjrer benutzt. Da dieser nur einen Ausgang tor die Probenentnahme hatte, aber

sechs MeBpunkte ermittelt werden muBten, wurde der eine Ausgang aufgegliedert. Die

angeschlossenen Schlauche wurden mit Hilfe von Ventilen geoffnet und geschlossen,

wobei die Steuerung durch ein Relais erfolgte.

Die Messung an den verschiedenen Punkten erfolgte nacheinander im gleichen, von einem

Computerprogramm vorgegebenen Zyklus. Dabei wurde ein Ventil geoffnet und die anderen

wurden geschlossen. Nach Ablaut des MeBintervalls wurden aile Ventile tor eine

Weile geschlossen und danach wurde ein neues Ventil geoffnet. Die Dauer der MeB- und

der ,Ruhe"-lntervalle richtete sich nach der Lange der benutzten Schlauche, damit gewahrleistet

war, daB auch die Luft vom Gasmonitor angesogen werden konnte. Die MeBdaten

wurden auf einem Computer zur spateren Auswertung aufgezeichnet.


112

5. Literatur

Teile des vorliegenden Kapitels wurden ausschnittsweise in der folgenden Literatur veroffentlicht:

[1] Oidtmann, St.; Schellen, H. L.: Schutzverglasung vor historischen Glasgemalden- eine

theoretische Betrachtung, in Bauphysik 14, 1992

[2] Oidtmann, St.: Tischvorlagen BMFT -Verbundprojekt-Colloquien 1991-1994

[3] Schellen, H. L.: Tischvorlagen BMFT-Verbundprojekt-Colloquien 1993-1994


113

Kapitel IV

Auswertung der Labor-Messungen

1. Auswertung der Parameterstudie

1.1 Ergebnisse

Wie in der MeBaufstellung (Kap. 111.2.1) beschrieben, wurden in einer ersten Versuchsreihe

insgesamt 4 MeBserien durchgetuhrt (Nr. 1-4 aus Tabelle 2.1 in Kap. Ill), um den EinfluB der

einzelnen Parameter auf die Wirksamkeit der Schutzverglasung zu uberprufen. Die Messungen

wurden an Lanzetten durchgetuhrt, die jeweils ca. 0,50 m breit und 1 ,50 m hoch waren.

Die Einstellung des simulierten lnnenklimas wurde mit einer lnnentemperatur T; ::: 16 oc bei

einer relativen Feuchte von RH; = 60% und einer Taupunkttemperatur T 0 ; = 8,5 oc tor aile

Messungen der Parameterstudie konstant gehalten.

Die Resultate sind in einer Anzahl Grafiken dargestellt [1 ;2] . Dabei werden auf der x-Achse

jeweils die unterschiedlichenAbmessungen der Beluftungsoffnungen aufgefuhrt.

In Abbildung 1.1 sind die AuBentemperaturen, bei denen auf der untersten Scheibe der

Schutzverglasung Tauwasserbildung auftrat, dargestellt als Funktion der unterschiedlichen

BeiUftungsoffnungen. Die Taupunkttemperaturen wurden durch Interpolation zwischen zwei

MeBwerten berechnet.

HOT-BOX

n = t6 •c

PARAMETERSTUDIE

RHi = 60 % 1Di = s,5•c

~

; 5,5

.2

~

OJ

-g 5

~

-~ 4,5

lS.

e

OJ

;;

~ 4

:s

<

3,5 '-------''------'--------------'-----'------'

0 10 20 30 4() 50 60

Belilftungs(iffnungen (mm]

--- Spalttiefe 70 mm --+- Spalttiefe 40 mm

Abb. 1.1: AuBentemperaturen, bei denen die Moglichkeit zur Tauwasserbildung auf der Schutzverglasung

besteht, fOr Spalttiefen von 40 und 70 mm

Bei allen Varianten ist auf der untersten Schutzglasscheibe Tauwasser aufgetreten!

Eine SchluBfolgerung, die wir aus Abbitdung 1.1 ziehen konnen, ist, daB die Abmessungen

der Spalttiefe und der Beluftungsoffnungen nur wenig EinfluB auf die Tauwasserbildung bei


· ~

114

niedrigen AuBentemperaturen haben. Der Unterschied zwischen den Varianten liegt innerhalb

von 1 ,5 °C.

In Abbildung 1.2 -1.4 sind die niedrigsten Schutzglas-, Bleiverglasungs- und Lufttemperaturen

dargestellt fOr die Spaltbreiten von 40 und 70 mm und das jeweils fOr 5 verschiedene

AuBenlufttemperaturen von 9 °C, 4 °C, 0 oc, -4 oc und -1 0 °C.

Es war natUrlich nicht moglich, diese Temperaturen bei jeder MeBserie exakt auf gleiche

Werte einzustellen; die Unterschiede lagen jedoch innerhalb von 0,2 °C, so daB die vier

verschiedenen Messungen sicherlich vergleichbar sind.

In Abbildung 1.2 sind die niedrigsten Schutzglastemperaturen als Funktion der unterschiedlichen

Beluftungsoffnungen dargestellt. Es werden die MeBwerte fOr die 5 verschiedenen

AuBentemperaturen jeweils tor die Spalttiefen von 40 und 70 mm in die Grafik eingetragen. Es

zeigen sich 5 Linienpaare, wobei die obersten Linien stets den 70-mm-Spalt wiedergeben.

IS

HOT-BOX

PARAM ETERSTU Dl E

Ti = 16 oc RHi = 60 % IDi = 8,5 oc

E ..... 70 11111

..

~

::r 10

E

1t

8

~

5

o:b " ~

J:j

.., ::r

c)! ~

..

~ 0

·c

.,

"

i ~

-5

~

.A

40 11111

0 10 20 30 40 50 60

Beliiftungs


Auswertung der Labor-Messungen 115

Gegensatz dazu hat die gemessene Temperatur angegeben, daB die 50 mm graBen

Offnungen doch etwas gunstiger sein so lien.

Die Schutzglastemperatur ist danach offenbar nicht das einzige, was von Bedeutung ist.

Wenn namlich die Schutzglastemperatur unter die Taupunkttemperatur sinkt, kann

Tauwasserbildung auttreten. In diesem Fall kann ein groBerer Luftvolumenstrom mehr

Tauwasser verursachen.

In Abbildung 1.3 sind die niedrigsten Temperaturen der Bleiverglasungen als Funktion

der BeiUftungsoffnungen bei Spalttiefen von 40 und 70 mm tor die 5 verschiedenen

AuBentemperaturen dargestellt. Die Temperaturen der Bleiverglasung liegen nur ein

einziges Mal in der Nahe der Taupunkttemperatur.

HOT-BOX PARAMETERSTUDIE

TI = 16 •c RHi = 60 % TDi = 8,5 OC

17 r--------------------------------------------,

u 16

; 15

...

;; 14

ln

~ 12

~11

] 10

'lib

"-------

70 11111

40 11111

d 9 ~---,~~--------------------------------------1 T Di

~ 8

:a ...

7

z 6

5 L-----~------~------~------~----~------_J

0 10 20 30 40 50 60

Beluftungs


116

15

2: 14

HOT-BOX

PARAMETERSTUDIE

Ti "' 16 •c RHi "'60% TDi "' 8.5 •c

16 .-------------------------------------------,

70 11111

" !:! 13

e

[ 12

40 11111

~ 11

~ 10

"'[ 9

~ ~-----,-~~-------------------------------------! TOi

:a 8

·c

1l 7

i

6

5 ~----~------~------~------~----~------~

0 10 20 30 -10 50 60

Beliiftungsoffnungen [rom]

-+-- Te=9 'C -+- Te=~·c -.- Te=O'C

~ Te = -4 ' C -+- Te = -to 'C

Abb. 1.4: Niedrigste Spaltlufttemperaturen bei Spalttiefen von 40 und 70 mm

In Abbildung 1.5 und 1.6 sind die verschiedenen gemittelten Luftgeschwindigkeiten als

Funktion der BeiOftungsoffnungen fOr die Spalttiefen von 40 und 70 mm angegeben. Es

ist deutlich zu erkennen, daB es bei einer Spalttiefe von 40 mm groBe Unterschiede

zwischen den Beluftungsoffnungen gibt. Vor allem die Beluftungsoffnungen > 15 mm

haben eine sehr viel hohere Luftgeschwindigkeit zur Folge. Der Unterschied zwischen

den BeiOftungsoffnungen von 25 mm und 50 mm ist wieder geringer; die Steigerung

betragt nur ca. 1 %.

Bei einer Spalttiefe von 70 mm ist ein ganz anderer Verlauf zu sehen. Die Variante, bei der

die Beluftungsoffnungen geschlossen werden, besitzt die hochste Luftgeschwindigkeit.

Dies ist wahrscheinlich dadurch zu erklaren, daB eine Spalttiefe von 70 mm Raum genug

fOr interne Wirbelungen bietet (Abb. 1. 7).


Auswertung der Labor-Messungen

117

HOT-BOX

PARAMETERSTUDIE

Ti = 16 "C RHi "' 60% TDi "' 8,5 'C

OA r-----------------------....,

]. 0,3

.!!

:

0 ~----~------~----~------~------~----~

0 10 20 30 40 50

60

Beliiftungs


118

inn en

u

breiter Spalt

schmaler Spalt

Abb. 1. 7: Stromungsverhalten verschiedener Spalttiefen

Eine Untersuchung, bei der Rauch von oben in verschiedene Spalttiefen geblasen wurde,

wies auch in diese Richtung. In einem Spalt von 70 mm waren viele Wirbelungen zu sehen,

wahrend bei Spalttiefen von 40 mm und 20 mm eine nahezu turbulenzfreie Stromung nach

unten zu erkennen war. Die Wirbelungen in den breiten Spalten sind dann wahrscheinlich so

groB, daB Beluftungsoffnungen kaum EinfluB auf die mittlere Luftgeschwindigkeit ausuben.

In Abbildung 1.6 ist zu sehen, daB bei Beluftungsoffnungen zwischen 0 und 25 mm die

gemittelte Luftgeschwindigkeit im Spalt abnimmt. Ab 25 mm nimmt diese aber wieder ein

wenigzu.

Diese unerwarteten Ergebnisse der Luftgeschwindigkeiten waren AnlaB, diese bei verschiedenen

Spalttiefen noch einmal genauer zu untersuchen (Nr. 5-9 aus Tabelle 2.1 in Kap. Ill).

Die GroBe der Lanzette wurde beibehalten, ebenso die Einstellung des lnnenklimas mit der

lnnentemperatur T 1 = 16 oc bei einer relativen Feuchte von RH 1 = 60% und einerTaupunkttemperatur

T 01 = 8,5 oc. Die AuBentemperatur wurde bei diesen Messungen nicht variiert,

sondern konstant auf-6 oc gehalten.

Das Resultat dieser Messungen ist in Abbildung 1.8 zu sehen. Von drei verschiedenen

Spalttiefen wurden die Luftgeschwindigkeiten im Spalt als Funktion der Beluftungsoffnungen

dargestellt. Es ist deutlich zu erkennen, daB die Luftgeschwindigkeiten bei einer Spalttiefe

von 20 mm sehr schnell ansteigen, wenn die Beluftungsoffnungen vergr6Bert werden. Es

scheint so, daB das Optimum bei ca. 30 mm erreicht ist. Der Spalt von 40 mm scheint auch


Auswertung der Labor-Messungen 119

ein Optimum zu besitzen, das vermutlich bei Beluftungsoffnungen groBer als 50 mm liegt,

was aus technischen Grunden aber nicht Oberpruft werden konnte. Der Spalt von 70 mm hat

selbst im abgeschlossenen Zustand schon eine Luftgeschwindigkeit von 0,11 m/s, wie sich

auch aus Abbildung 1.6 ergibt. Erst bei Beluftungsoffnungen >30 mm steigt die Luftgeschwindigkeit.

Offenbar weisen greBe Spalttiefen bereits eine interne Konvektionsstromung

auf, so daB die Beluftungsoffnungen geringen EinfluB haben.

I

i 0,3

"' .§

HOT-BOX PARAMETERSTUDIE

11 = 16 ·c RHi = 60% TDi = s,s ·c Te = -6·c

0 ~----~------~------~------~------~----~

0 10 20 30 40 so

Beliiftungsiiffnungen [mm]

--- Spalttiefe 20 mm -+- Spalttiefe 40 mm ---.- Spalttiefe 70 mm

Abb. 1.8: Mlttlere Luftgeschwindigkeiten im Spalt fOr unterschiedliche Spalttiefen

1.2 SchluBfolgerung

Eine Schutzverglasungskonstruktion kann man im Prinzip als Plattenwarmeaustauscher

bezeichnen, mit einer kalten und einer relativ warmeren Platte bzw. Glasscheibe. Der

Warmeaustausch erfolgt aufgrund thermischer Luftstrome im Spalt und wird durch die

zeitweise auftretende Sonnenstrahlung und die daraus resultierende Warmeubertragung

kompliziert. Die entsprechenden Berechnungen wurden im Fenstermodell berucksichtigt

(Kap. II.C.3.1 ). Eine Voraussetzung dator ist, daB die Luftstromung im Spalt laminar und

eindimensional ist und keine Turbulenzen und Wirbelungen auftreten.

Der Obergang von der laminaren zur turbulenten Stromung wird durch Rei bung an der Wand,

Geschwindigkeitsanderungen und andere Faktoren beeinfluBt. Der Umschlag hangt ab von

der Reynoldszahl. Bei Reynoldszahlen Re >2320, praktisch Re > 3000, ist die Stromung in

geraden Rohren immer turbulent, bei Re < 2320 laminar [3]. lm Obergangsbereich, in dem der

Umschlag stattfindet, kann die Stromung sowohllaminar als auch turbulent sein.

Die nachfolgende Berechnung der Reynoldszahl fOr eine willkurlich angenommene Konstruktion

soli dies exemplarisch veranschaulichen:

Breite der Lanzette:

Tiefe des Spaltes:

b = 0,60m

d = 0,04 m


120

Der hydraulische Durchmesser des Spaltes wird nach Recknagel [3] folgendermaBen errechnet:

(1.1)

mit

A = Querschnitt des Spaltes

U = Umfang des Spaltes

[m2]

[m]

So mit ergibt sich fUr die angenommenen Abmessungen dh = 0,075 m.

Bei einer Lufttemperatur von 1 0 oc betragt die kinematische Viskositat v = 14,1 · 10-6 m 2 /s.

Daraus folgt:

R

v dh

e = -- = 5320v

v

bei einer Luftgeschwindigkeit von z. B.

(1.2)

v=0,25m/s

v=0,50 rn/s

~ Re= 1330

~ Re=2660

~ laminare Stromung

~ Obergangsbereich

Bei der Parameterstudie zeigt sich, daB bei einer bestimmten Fensterhohe eine maximale

Spalttiefe nicht uberschritten werden soli, da die Warmeubertragung wegen!derTurbulenzen

und Wirbelungen mit dem derzeit bestehenden Fenstermodell nicht berechenbar ist.

lm folgenden soli der ProzeB der Luftstromung durch die unterschiedlichen Glastemperaturen

betrachtet werden, unabhangig davon, ob die Temperaturdifferenzen durch Abkuhlung

der AuBenluft oder durch Aufwarmung infolge von Besonnung entstehen. Es sollen hier

lediglich die Eigenschaften der Stromungsvorgange erlautert werden.

H

H - h

Abb. 1.9: Schemaschnitt durch ein Fenster


Auswertung der Labor-Messungen 121

Besitzt ein Fenster die Hohe H und die beiden Spaltoffnungen jeweils die Hohe h, dann ist die

wirksame Hohe fOr die Stromung H -h.

Der Widerstand im Spalt durch die Stromung wird berechnet nach:

~ Pw =(A H-h + l;..in + i;..us) .!___ pv 2

dh 2

da der Antrieb erfolgt durch:

~ Pa = ~ pg (H-h)

[Pa]

[Pa]

(1.3)

(1.4)

nun ist:

~Pw = ~Pa, woraus folgt:

H-h ) 1

( A -- + l;..;n + i;..us -

dh 2

pv 2 = ~ pg (H-h)

(1.5)

mit

Pw

Pa

A

dh

~ein

~aus

p

v

g

= Widerstandsdruck

= Antriebsdruck

= Reibungsfaktor im Spalt

Hydraulischer Durchmesser des Spaltes

= der Widerstandsfaktor am Eintritt des Spaltes

= der Widerstandsfaktor am Austritt des Spaltes

= Dichte der Luft

= mittlere Luftgeschwindigkeit im Spalt

= Gravitationsbeschleunigung

[Pa]

[Pa]

[-]

[m]

[-]

[-]

[kg/m 3 ]

[m/s]

[m/s2j

FOr ideale Gase gilt:

e_ = RT

p

oder wenn der (barometrische) Druck p konstant ist:

und deshalb:

und auch:

p T = konstant

Psp Tsp = PI T1

Psp- Pi

Pi

= Ti- Tsp

Tsp

oder:

~T

~p =Pi-

Tsp

(1.6)

mit

Psp = mittlere Dichte im Spalt

Tsp = mittlere Temperatur im Spalt

Pi = mittlere Dichte im lnnenraum

T1 = mittlere Temperatur im lnnenraum

[kg/m 3 ]

[K]

[kg/m 3 ]

[K]


122

Wenn man nun die Gleichung (1.6) in die Gleichung (1.5) einsetzt, erhalt man nach einigen

Umrechnungen eine Gleichung tor die Berechnung der Luftgeschwindigkeit:

V= {2g(.I!._ -1)} 0,5 . ( 1 ) 0,5

Tsp ll. ~;n+~s

- +

dh

H-h

(1.7)

Die variablen Terme in Gleichung 1. 7, die durch die Anderung der Eingabeparameter zu

beeinflussen sind, sind:

( T.· 1 ) _I Tsp

und

Die dritte Variable ist die Reibungszahl ll., die sich als Funktion der Reynoldszahl darstellen

laBt. Bei laminarer Stromung ist die Reibungszahl unabhangig von der Rauhigkeit des

Spaltes:

64

li.=­

Re

Bei turbulenter Stromung hangt ll. nur von der Rauhigkeit des Spaltes ab und im Obergangsbereich

sowohl von der Reynoldszahl als auchvon der Rauhigkeit.

Wird die Temperatur des lnnenraums T; z. B. durch Aufheizung der Luft hoher, nimmt die

mittlere Luftgeschwindigkeit im Spalt v zu. Wird dagegen die Lufttemperatur im Spalt T sp

z. B. infolge von Besonnung erhoht, dann nimmt die Luftgeschwindigkeit ab. Wenn die

Lufttemperatur im Spalt gr6Ber ist als die im lnnenraum, kann dies sogar eine Anderung der

Stromungsrichtung zur Folge haben.

Bei der Annahme, daB die Spaltoffnungen h = 0 sind, werden die Widerstandsfaktoren

~ sehr hoch und es ergibt sich eine (theoretische) Luftgeschwindigkeit im Spalt v=O.

Wenn die Spaltoffnungen gr6Ber werden, nehmen die Widerstandsfaktoren ~ein und ~aus

zunachst stark ab. Werden die Spaltoffnungen h jedoch gr6Ber als die Spalttiefe dsp. ist kaum

noch eine Veranderung der Widerstandsfaktoren festzustellen. Zugleich nimmt die Reibungszahl

zu und die wirksame Fensterhohe ab, wodurch die Luftgeschwindigkeit geringer wird.

Diese Betrachtung erklart die Ergebnisse der Abb. 1.8. Bei einer bestimmten Fensterhohe

gibt es einen optimalen Luftdurchsatz, tor eine optimale Spalttiefe und optimal dimensionierte

Bel0ftungs6ffnungen, auBer tor den Fall, daB die Spalttiefe im Verhaltnis zur H6he zu groB

wird. Dann erfolgt eine Ablosung der Grenzschicht und es entstehen Wirbelungen im Spalt.

Der Luftdurchsatz ist namlich geringer, da die Reibungszahlen wesentlich gr6Ber sind.

Die Abmessungen der PrOfwand in der Klimakammer sind zu beschrankt, urn das Optimum

tor die in Kirchen Oblichen Fenstergr6Ben zu messen. Andererseits wird es aus technischen

und asthetischen Grunden nicht moglich sein, Schutzverglasungskonstruktionen mit optimalen

Abmessungen zu errichten, wenn man die Verhaltnisse der Abmessungen der Untersuchungen

in der Klimakammer zugrundelegt.

Bei den verschiedenen untersuchten Variant en besteht bei ungefahr gleicher AuBentemperatur

die Moglichkeit zur Tauwasserbildung an der lnnenseite der Schutzverglasung. Dabei gilt,

je gr6Ber die Spalttiefe und die BeiOftungsoffnungen gewahlt werden, desto hoher (warmer)

werden die niedrigsten Temperaturen des Schutzglases und der Spaltluft und die Gefahr der

Tauwasserbildung sinkt.


Auswertung der Labor-Messungen 123

2. Auswertung der Warmeschutzglas-Studie

2.1 Ergebnisse

In einer weiteren MeBserie (Nr. 1 0 aus Tabelle 2.1 Kap. Ill.) wurde eine Vergleichsmessung

zwischen dem i.iblichen Floatglas und einem Warmeschutzglas durchgefi.ihrt. Da in den

Falzen der meisten Natursteingewande nicht geni.igend Raum fUr eine lsolierverglasung

vorhanden ist, wurde versuchsweise das EKO-Gias, ein Einscheiben-Warmeschutzglas,

eingesetzt. Die nachstehend beschriebene Testmessung diente dazu, die Wirkungsweise

eines Warmeschutzglases in bezug auf die Tauwasserbildung bei innenbeli.ifteten Konstruktionen

zu analysieren.

Fur die Messungen wurde die Pri.ifwand der Klimakammer mit den drei nebeneinanderliegenden

Lanzetten, je ca. o;so x 1 ,50 m groB, genutzt. Das lnnenklima wurde mit einer

lnnentemperatur T 1 = 16 oc bei einer relativen Feuchte von RH 1 = 60 % und einer Taupunkttemperatur

T 01 = 8,5 oc eingestellt. Die AuBentemperatur wurde variiert.

In den Abbildungen 2.1-2.3 werden die Temperaturverlaufe der Oberflachen- und Lufttemperaturen

der unterschiedlichen Glasarten als Funktion der AuBentemperatur dargestellt.

HOT-BOX

WARMESCHUTZGLASSTUDIE

Ti = !6°C RHi = 60% TDi = 8,5"C

-5 ~------~--------~--------~------~------~

-20 -10 0 10 20 30

Aulleotemperatur [ 0 C]

-- Floatglas _.__ K-Gias (Beschicbtuogaulleo)

--.- K-Gias (Beschichtuog ionen)

Abb. 2.1: Schutzglastemperatur verschiedener Glasarten als Funktion der AuBentemperatur bei lnnenbeli.iftung

Abbildung 2.1 zeigt die Verlaufe der Schutzglastemperaturen bei verschiedenen AuBentemperaturen

von ca. -16 oc bis +28 oc. Dabei ist deutlich zu erkennen, daB die Kurve des

EKO-Giases, das mit der Beschichtung nach innen eingesetzt ist, insgesamt etwas flacher

verlauft als die Linie des EKO-Giases mit der auBenseitigen Beschichtung und die des

Floatglases.


124

lm Bereich der hohen AuBentemperaturen liegt die Oberfliichentemperatur der EKO-Giaser

um ca. 0,5 oc bzw. 1 ,ooc niedriger als die des Floatglases. lm mittleren AuBentemperaturbereich

sind die Glastemperaturen der unterschiedlichen Glaser fast gleich. Ab ca. 10°C

bleibt die Temperatur der EKO-Giaser hoher als die des Floatglases, wobei der Temperaturunterschied

mit absinkender AuBentemperatur Iangsam zunimmt. Der nahezu identische

Temperaturvertauf der beiden EKO-Giaser andert sich erst ab einer AuBentemperatur von

ca. -6 oc. Wah rend die Temperaturkurve des , auBenbeschichteten" EKO-Giases nur geringtugige

Abweichungen von ca. 1 oc zum Verlauf der Floatglas-Kurve aufzeigt, wird der

Unterschied zum ,innenbeschichteten" EKO-Gias immer deutlicher. Bei einer AuBentemperatur

von ca. -16°C betragt die Differenz zwischen den Oberflachentemperaturen dieses

EKO-Giases und des Floatglases ca. 2,5 oc.

Es ist zu erkennen, daB Tauwasserbildung auf dem Floatglas bereits bei AuBentemperaturen

von ca. 4 oc auftritt, bei den EKO-Giasern erst bei einer Temperatur von ca. 2 oc.

HOT-BOX

WARM ESCH UTZG LASSTU Dl E

Ti = 16 'C RHi = 60 % TDi = 8,5 'C

2:

"

-e "

~

E!

~

~ 15

~ 10

:~ "

0

5 ~------~--------~--------~------~--------~

-20 -10 0 10 20 30

Aul3entemperatur [' C]

-e- Floatglas

....,._ K-Gias (Beschichtung inneD)

-+- K-Gias


Auswertung der Labor-Messungen 125

HOT -BOX

WARMESCHUTZGLASSTUDIE

Ti = 16 •c RHi = 60% TDi = 8,5 OC

5 L-------~--------~--------~------~--------_j

-20 -10 0 10 20 30

Au6entemperatur [•q

--- Floa tglas -+-- K -Glas (Besduchtung aufien)

--.- K-Glas (Beschichtung innen)

Abb. 2.3: Lufttemperatur im Spalt bei verschiedenen Schutzglasarten als Funktion der AuBentemperatur

bellnnenbeiOftung

In Abbildung 2.3 sind die Lufttemperaturen im Spalt zwischen Schutz- und Originalverglasung

dargestellt. Der Kurvenverlauf der Lufttemperaturen entspricht weitgehend dem des

Schutz- und des Originalglases. Auch hier weist das ,innenbeschichtete" Warmeschutzglas

den Temperaturverlauf mit den geringsten Abweichungen auf.

Abbildung 2.4 zeigt die Luftgeschwindigkeit im Spalt als Funktion der AuBentemperatur.

Deutlich ist die Abhangigkeit der Luftgeschwindigkeit von der Temperatur erkennbar, denn je

groBer die Temperaturdifferenz zwischen lnnen- und AuBenluft ist, desto hoher ist auch die

Luftgeschwindigkeit im Spalt. .

Bei der Schutzverglasungskonstruktion mit Floatglas zeigen sich die hochsten Luftgeschwindigkeiten

im Spalt, was auf das groBere Temperaturgetalle (s. Abb. 2.1) zurOckzufOhren ist.

Die geringeren Luftgeschwindigkeiten bei der Verglasung mit ,innenbeschichtetem" EKO­

Gias weisen auf einen flacheren Verlauf der Temperaturkurve hin. Der Verlauf der Luftgeschwindigkeit

bei der ,auBenbeschichteten" EKO-Verglasung spiegelt den Kurvenverlauf

der Temperaturen wider.


126

HOT-BOX

WARMESCHUTZGLASSTUDIE

n = 16•c RHi = 60% TDi = s.s·c

0.4 r----------,-------------,---,

1

':' 0,3

l


] 0,2

01)

~

" ]

~ 0,1

.::

....l

"

0 ~---~----~----~---~~-~~

-20 -10 0 10 20 30

Aulleotemperatur (' C)

_._ F1oatglas

_.._ K -Gias ( Beschichtung innen)

-+-- K-GiastBes.:hichtungaullen)

Abb. 2.4: Luftgeschwindigkeit im Spalt bei verschiedenen Schutzglasarten als Funktion der AuBentemperatur

bei lnnenbeiOftung

2.2 SchluBfolgerung

Aus der Warmeschutzglasstudie konnen folgende SchluBfolgerungen gezogen werden:

Beim Warmeschutzglas besteht die Moglichkeit zur Tauwasserbildung bei einer urn ca. 2 oc

niedrigeren AuBentemperatur als beim Floatglas, wobei es nahezu gleichgOitig ist, ob das

EKO-Gias mit der Beschichtung nach innen oder auBen eingesetzt wird.

Die Temperaturkurven der Warmeschutzglaser sind insgesamt etwas flacher als die des

Floatglases. Dabei zeigt das EKO-Gias, mit der Beschichtung nach innen, den gOnstigsten

Verlauf, da die Temperaturen des Schutzglases und der Spaltluft weniger abkOhlen und

dadurch die Moglichkeit der Tauwasserbildung geringer wird.

Die Hohe der Luftgeschwindigkeit im Spalt ist abhangig von der Temperaturdifferenz

zwischen der AuBen- und der lnnenluft.

3. Literatur

[1] Essen, M. van: Het tegen verwering beschermen van glas-in-lood ramen met behulp van

voorzetglazen. Afstudeerrapport Hogeschool Eindhoven, Technische Natuurkunde, 1993

[2] Oidtmann, St.: Tischvorlagen BMFT-Verbundprojekt Colloquien 1993-94

[3] Recknagel u.a.: Taschenbuch fOr Heizung und Klimatechnik, MOnchen 1992/93


127

KapiteiV

Anwendung der Computermodelle

In diesem Kapitel wird die GOitigkeit des Computerprogramms THChurch OberprOft. lm

ersten Teilbereich wird das Fenstermodell einer genauen Betrachtung unterzogen; danach

das Temperatur- und das Feuchtemodell.

1. Das Fenstermodell

Das Fenstermodell wurde auf zwei verschiedene Arten OberprOft, zum einen durch Messungen

in der Klimakammer der TU Eindhoven (Kap. 111.2) und zum anderen durch ,in situ"-Messungen

in der Kirche in Keyenberg (Kap. 111.3).

1.1 Ergebnisse der ,hot-box/cold-box"-Messungen

Erste OberprOfung des Fenstermodells

In der Klimakammer wurden verschiedene MeBserien erarbeitet, wie aus den MeBaufstellungen

(Kap. 111.2.1) zu ersehen ist. Die ersten Messungen dienten der OberprOfung des

Computermodells (1 ;6;7].

In den Abbildungen 1.1 und 1.2 werden die Oberflachentemperaturen des Schutzglases und

des Originalglases als Funktion der AuBentemperatur tor eine auBen- und eine innenbeiOftete

Konstruktion wiedergegeben.

In der Abbildung 1.1 werden die gemessenen und berechneten Oberflachentemperaturen bei

AuBenbeiOftung gegenObergestellt. Die Temperaturen sind auf einer Hohe von 0,24 m von der

Unterkante der Verglasung gemessen, da die Moglichkeit zur Tauwasserbildung zuerst im

unteren Bereich derVerglasung besteht.

Das simulierte lnnenklima der Kirche wurde mit einer lnnentemperatur von Ti = 16 oc bei einer

relativen Feuchte von ca. 60% angenommen. Tdi gibt die in der ,hot-box" eingestellte

Taupunkttemperatur wieder.

Bei der auBenbeiOfteten Konstruktion wurde erstmalig bei einer AuBentemperatur unter -1 oc

die Moglichkeit zu Tauwasserbildung auf der lnnenseite der lnnenscheibe (Bieiverglasung)

wahrgenommen.

Abbildung 1.2 gibt die Resultate der lnnenbeiOftungsvariante wieder. Hierbei muB auf

Tauwasserbildung auf der lnnenseite der AuBenscheibe (Schutzglas) geachtet werden.

Festgestellt wurde, daB die Moglichkeit zur Tauwasserbildung bereits bei AuBentemperaturen

unter 6 oc besteht! In der Abbildung ist auch zu erkennen, daB die Temperatur der zu

schOtzenden Bleiverglasung we it Ober der Taupunkttemperatur liegt.

Die Grafiken der gemessenen und berechneten Oberflachentemperaturen des Schutz- und

Originalglases zeigen einen gOnstigen, nahezu parallelen Verlauf, wobei die Differenz zwischen

den Werten in der Regel unter 1 oc liegt. Dies trifft sowohl tor die AuBenbeiOftung in

Abb. 1.1 als auch tor die lnnenbeiOftung in Abb. 1.2 zu.

In Abbildung 1.3 werden die gemessenen und berechneten Lufttemperaturen des Spaltes

zwischen den Verglasungen tor die AuBenbeiOftung wiedergegeben, in Abbildung 1.4 die

Werte tor die lnnenbeiOftung.


128

Hier zeigen sich unterschiedliche Ergebnisse. Bei der auBenbeiUfteten Konstruktion ergeben

sich zwischen den gemessenen und den berechneten Temperaturen groBere Differenzen als

bei der innenbeiUfteten Variante. Die Ursache datur kann in der Einschatzung der Warme­

Ubergangskoeffizienten liegen.

In den Abbildungen 1.5 und 1.6 werden die gemessenen und berechneten Luftgeschwindigkeiten

im Spalt dargestellt.

Auch hier sind die Abweichungen bei der lnnenbeiUftung wieder geringer als bei der

AuBenbeiUftung. Aufgrund der Kurvenverlaufe der Lufttemperaturen im Spalt (Abb. 1.3 und

1.4) war dies bereits zu vermuten, da die Luftgeschwindigkeit im Spalt abhangig ist von der

Temperaturdifferenz zwischen der lnnen- und AuBentemperatur.

SIMULATION

HOT -BOX- MESSUNGEN

Ti = 16 oc RHi = 60 % TDi = 8,5 oc

15

10

5

-5

-10 ~--------~----------~--------------------~

-10 -5 0 10

Aullentemperatur rCJ

_._ Origioalglas gemessen -+- S


Anwendung der Computermodelle 129

SIMULATION

HOT -BOX- MESSUNGEN

Ti = 16 •c RHi = 60 % TDi = 8,5 OC

w .----------------------.----------------------,

15

10

s

-5

-to '------------'-----------~----------......_ ________ __.

-10 -5 0

Au!lentemperatur [T J

--+- Originalglas gemesseo .:_._ Schutzglas gemessen

-e- Originalglas berechner --.- Schutzglas bercchnet

10

Abb. 1.2: Oberflachentemperatur des Glases als Funktion der AuBentemperatur bei lnnenbeluftung

SIMULATION

HOT -BOX- MESSUNGEN

Ti = 16 •c Rlli = 60% TDi = S,S •c Te = -5,5 •c

IS

-s

-10 L-------------~----------------------------~

0 0.5 t,S

Hohe des Spa lies [m J

--+- gemessen -+- berechoet

Abb. 1.3: Spaltlufttemperaturen als Funktion der Hohe bei AuBenbeiOftung


130

SIMULATION

HOT -BOX- MESSUNGEN

n = 16•c RHi = 60% TDi = 8,5 ·c Te = -5,5 ·c .

w .--------------------------------------------.

15

E

-;;; 10

Cl.

---=-=

(/)

.5.. 5

"


"-

e "'

0

~

.::

....J "

-5

-10

0 0.5 1.5

Hohe des Spaltcs [ m)

--+- gemc.sen -+-- ~rechn~t

Abb. 1.4: Spaltlufttemperaturen als Funktion der Hohe bei lnnenbeluftung

SIMULATION

HOT -BOX- MESSUNGEN

1i = 16 •c RHi = 60% TDi = 8.5 'C

0,3

~

; 0,25

.,

Cl.

(/)

·~ 0,2

·;;;

~

~ 0,15

]

~ 0,1

.::

,_I "

0,05

0 L---------~----------~----------~--------~

- 10 -5 0

5 10

Au(leotemperatur [•C)

--.- gemessen -o- berechnet

Abb. 1 .5: Luftgeschwindigkeit im Spalt als Funktion der AuBentemperatur bei AuBenbeiOftung


Anwendung der Computermodelle 131

SIMULATION

HOT-BOX- MESSUNGEN

Ti = 16 •c RHi = 60 % TDi = 8,5 'C

0,35 .......-----------,.-----------,

0,3

~

:: 0,25

i

(I)

. ·~ 0,2

~

:; 0,15

· ~

1

~ 0,1

.::

...J "

0,05

o L-------~--------~--------~--------~

- 10 -5 0 5 10

Aulknt


132

SIMULATION

PARAM ETERSTU Dl E

Ti = 16·c RHi = 60 % IDi = s,5 •c Te = ooc

14 .-----------------------------------------------~

13

5

10 20 30 40 50 60

BeiUftungsoffnungen [mm)

--- Scbutzglas gemessen __._ O rigina1glas gemessen .....- SpaiUuft gemessen

-G- Schutzglas bereebnet --+- Origioalglas b"rechnet -1r- Spaltlult berechnet

Abb. 1.7: Niedrigste gemessene und berechnete Oberflachentemperaturen des Glases als Funktion der

BeiOftungsoffnungen fOr eine Spalttiefe von 40 mm

7

SIMULATION

PARAM ETERSTU Dl E

Ti = 16 OC RHi = 60% IDi = 8,5 •c Te = 0 ·c

~ 65

" ...

~

"'

~ 6

X.

e

~

:; 5,5

...

i:l

.... "'

eX 5

4

0 10 20 30 40 50 60

Beliiftung;iiffnungen [mm)

--- Spall 40 mm gemessen ..,._ Spall 70 mm g~m.ossen

-G- Spall 40 mm berechnel -1r- Spall 70 mm ber.,chncl

Abb. 1.8: Niedrigste gemessene und berechnete Schutzglastemperaturen als Funktion der BeiOftungsoffnungen


Anwendung der Computermodelle 133

In Abbildung 1.8 werden die niedrigsten gemessenen und berechneten Oberflachentemperaturen

der Schutzverglasung tor die Spalttiefen von 40 und 70 mm bei unterschiedlichen

Beluftungsoffnungen gegenubergestellt.

In Abbildung 1.9 werden die Vergleichsgrafiken mit den gemessenen und berechneten Daten

der niedrigsten Originalglastemperaturen und in Abbildung 1.10 die mit den niedrigsten

Lufttemperaturen im Spalt tor Spalttiefen von 40 und 70 mm dargestellt.

SIMULATION

PARAMETERSTUDIE

Ti=.16 'C RHi=60% TDi=8,S'C Te=O 'C

13,5 ..------------------------,

E 13

~ "

E 12,s

8.

~ 12

..

Oo

] 11,5

"ell

·c

cz 11

~

·c

il 10,5

i

10 20 30 40

Beiiiftungs6ffnungt'n [mmJ

so 60

...._ Spalt ~0 mm gem~o

_.__Spall 70 mm gemes.;en

-o- Spalt ~0 mm berechnet - 6- Spall 70 mm herechnct

Abb. 1.9: Niedrigste gemessene und berechnete Originalglastemperaturen als Funktion der Beluftungsoffnungen

Sehr gut ist zu erkennen, daB die Computerberechnungen denselben asymptotischen Verlauf

zeigen wie die gemessenen Werte. Die vom Computer berechneten Werte tor die Temperaturen

weichen jedoch vor allem bei kleinen Beluftungsoffnungen von den MeBdaten ab.

Wahrend die gemessenen Temperaturen bei der Schutzverglasung hoher sind als die

berechneten, verhalt es sich bei den Temperaturen der Originalverglasung genau umgekehrt.

Die Lufttemperaturen des Spalts zeigen die beste Obereinstimmung, bei kleinen BeiUftungsoffnungen

liegen die MeBdaten hoher und bei den groBen Offnungen die Werte der Computerberechnungen.

Bei den Resultaten der Simulation ist bei der Beluftungsoffnung von 15 mm kein ,Dip" zu

erkennen. Es deutet alles darauf hin, daB es sich dabei um einen unbekannten MeBfehler

handeln muB.


134

SIMULATION

PARAMETERSTUDIE

TI = !6,C RHi = 60% IDi = 8,50C Te = ooc

10 20 30 40 50 60

Beliiflungsoffnungen [mm]

------ Spall 40 mm gemessen -.- Spall 70 mm gemessen

-a- Spall .W mm berecbnel -A- Spall 70 mm berecbnel

Abb. 1 .1 0: Niedrigste gemessene und berechnete Spaltlufttemperaturen als Funktion der BeiOftungsoffnungen

0,35

1

~ 0,3

1

VI025

.§ '

SIMULATION

PARAMETERSTUDIE

TI = 16 ,C RHi = 60% TDi = 8,5 •c Te = 0 ,C

10 20 30 40 50 60

Beliiflungsoffnungen [mm]

------Spall 20 mm gem~-ssen -+-Spall 40 mm gemessen -.-Spall 70 mm gemessen

-a- Spall 20 mm berechnel -+- Spall 40 mm berechnel -A- Spalt 70 mm berechnel

Abb. 1.11: Gemessene und berechnete Luftgeschwindigkeit im Spalt als Funktion derBeiOftungsoffnungen


Anwendung der Computermodelle 135

In der Abbildung 1.11 werden die gemessenen und berechneten Luftgeschwindigkeiten im

Spalt tor drei unterschiedliche Spalttiefen als Funktion der BeiOftungsoffnungen dargestellt.

Die vom Computer berechneten Luftgeschwindigkeiten ergeben, insgesamt gesehen, eine

gute Obereinstimmung mit den MeBdaten, da die Kurvenverlaufe ahnlich sind.

Die gr6Bten Differenzen weisen die Kurven des Spalts von 70 mm insbesondere bei kleinen

BeiOftungsoffnungen auf. Dies ist darauf zurOckzutohren, daB das Computermodell nicht

Ober Berechnungen mit internen Turbulenzen verfOgt.

Aus den Simulationen der Parameterstudie laBt sich schlieBen, daB die Spalttiefe kaum

EinfluB auf die Temperaturen hat, wahrend sich die mittlere Luftgeschwindigkeit bedeutend

verandert.

Beim VergroBern der BeiOftungsoffnungen wird sowohl die Luftgeschwindigkeit als auch der

Volumenstrom groBer. Dies tohrt zu einer hoheren mittleren Lufttemperatur im Spalt.

1.2 Ergebnisse der ,in situ"-Messungen in Keyenberg

Neben der OberprOfung unter stationaren Bedingungen in der Klimakammer wurde das

Fenstermodell auch unter dynamischen Bedingungen in der Kirche in Keyenberg getestet.

Die Ergebnisse sind in den folgenden Grafiken dargestellt [1 ;6]:

In Abbildung 1.13 und 1.14 werden die gemessenen und berechneten Oberflachentemperaturen

des Schutzglases und der Bleiverglasung auf einer Hohe von 0,20 m von der

Unterkante der von au Ben beiOfteten Konstruktion wiedergegeben.

FOr die Berechnung werden die Transmissionskoeffizienten aus dem Verhaltnis der auftreffenden

und der durchgelassenen Strahlung, die mit dem Pyranometer gemessen wurden,

bestimmt. Der so ermittelte Transmissionskoeffizient der Bleiverglasung betrug 0,15 und der

der Schutzverglasung 0,80. Die Absorptions- und Reflexionskoeffizienten werden anhand

der vorhandenen Literatur geschatzt: tor die Bleiverglasung auf 0, 75 bzw. 0; tor die Schutzverglasung

jeweils auf 0, 1.

Wie zu erwarten, zeigte sich ein groBer MeBfehler bei der Messung der Oberflachentemperaturen

der durch die Sonne bestrahlten Schutzverglasung. Die Temperaturen wurden mit

Pt-100-MeBtohlern gemessen, die aus praktischen Grunden kaum abgeschirmt werden

konnten. Frank [3) gibt an, daB der MeBfehler durch Eigenabsorption des TemperaturfOhlers

in der GroBenordnung von 5 oc liegen kann. Diese Abweichungen wurden auch beim

Vergleich der gemessenen und berechneten OberflachEmtemperaturen der Schutzverglasung

angetroffen. Da es hier in der Hauptsache urn die Probleme der Tauwasserbildung auf der

Glasoberflache geht und dator die niedrigen Temperaturen wichtig sind, wird der MeBfehler

akzeptiert.


136

L..>

0

L...

e

QJ

0..

E

QJ

40

~ 30

c 20

QJ

..c.

u

:g

.,_

L...

QJ

..c

=

10

SIMULATION

11

IN SITU 11 - MESSUNGEN

c berechnet - gemessen

0

-10 0 2 4 6 8 10

Zeit [To gel

Abb. 1.12: Oberflachentemperaturen der Schutzverglasung als Funktion der Zeit auf einer Hohe von

0,20m

40

lr'


Anwendung der Computermodelle 137

Ohne direkte Sonnenstrahlung betrugen die groBten Abweichungen zwischen gemessenen

und berechneten Oberflachentemperaturen ca. 2 •c. Die Standardabweichung bei den

viertelstOndig gemittelten MeBwerten lag in der Regel in der GroBenordnung von 1 •c.

Der EinfluB der Windbewegungen auf das AuBenbeluftungssystem ist noch nicht in das

Modell aufgenommen. Dynamische Druckunterschiede infolge der Windbewegungen Ober

den Ein- und Austrittsoffnungen konnen einen graBen EinfluB auf die Luftstromung im Spalt

haben, wenn dieservon auBen beluftet wird.

2. Das Temperatur- und Feuchtemodell

Die Oberpriifung des Temperatur- und Feuchtemodells erfolgte auf zwe.i unterschiedUche

Arten:

Zuerst wurde eine analytische Clberprufung durchgefuhrt, indem Berechnungen mit einfachen

Randbedingungen ausgefOhrt und anschlieBend mit analytischen Losungen verglichen

wurden.

Danach wurden die Resultate der Simulationen, die mit dem Computermodell erzielt wurden,

mit den MeBdaten verglichen [9;10;11). Diese MeBwerte stammen aus Messungen, die an

zwei Kirchen in Deutschland ein Jahr lang aufgezeichnet wurden. Dabei handelt es sich um

die beheizte Kirche in Keyenberg und die unbeheizte Kirche in Kloster Neuendorf (Kap. V.2.2).

Zum AbschluB wurden verschiedene Parameter wie Beheizung der Kirche, Art des Beluftungssystems,

Ventilationsgrad u.a. anhand des Rechenmodells miteinander verglichen, um

den EinfluB dieser wichtigen Faktoren genauer zu bestimmen.

2.1 Einfache Oberprufung

Bei der einfachen Oberprufung des Modells wurden die theoretischen und die mit dem

Modell berechneten Eindringtiefen der Temperatur- und Feuchtefront in die Konstruktionselemente

verglichen.

Temperaturmodell

Die Phasenverschiebung einer Temperaturwelle, die in eine Mauer eindringt, kann bestimmt

werden durch eine sinusformige Variation der lnnenraumtemperatur im 24-Stunden-Zyklus.

In Abb. 2.1 ist der Verlauf der unterschiedlichen Temperaturwellen fOr verschiedene Positionen

in der Mauer als Funktion der Zeit dargestellt.


138

SIMULATION

TEMPERATURMODELL

tJ

7+---4---~--~---+---4--~--~~--r---+.--~

o w w m ~ ~ ~ ~ w ~ ~

Zeit [h]

- x .. 20.4SS (an) -e- x•ll.36S (em) ..... x•2.17S (em)

Abb. 2.1 : Sinusformiger Temperaturverlauf fur verschiedene Positionen in der Mauer

0

G

.g 0.

...

..,

',:! 0

ll ·

0 0


..._ 0

><

1- 0.

0

0 ·-

0. I

SIMULATION

11\

I I

0

!

! ! I

TEMPERATURMODELL

I

I I I I

\i i I I i I i i

~I f I I I

\1\ i i I I i

i\ '\ I I I

I I I I

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"'

I

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~ ""' ~ I I

I

I !\ I i ~

j

!

I i

I I \ I I ! ' ----.:...... •

I

s

I 'I I I I I

10 d* IS 20 30

Position (x) in der Mauer (em]

..... mit dem Modell berechnet

I

I

I

I

I

i I i

3S 3d• 40

4S

Abb. 2.2: Temperaturamplitude als Funktion der Position in der Mauer


Anwendung der Computermodelle 139

Die Amplitude der Temperaturwelle nimmt mit der Tiefe der Mauer exponentiell ab. Dies ist

aus der Gleichung tor die Warmeleitung (Nr. 3.32 aus Kap. II.C) ersichtlich. Ein MaB tor die

Dampfung der Temperaturwelle ist die Dampfungstiefe. Sie wird definiert als die Tiefe in der

Konstruktion, an der die Amplitude noch 1/e des Eingangswertes besitzt.

Fur eine der DIN-Norm entsprechende Backsteinmauer betragt die Eindringtiefe der Temperatur

d* = 0,13 m. Bei 0,39 m (= 3 dj betragt die Temperatur in der Mauer nur noch 5 % der

Temperatur an der Oberflache {Abb. 2.2).

Die Differenz zwischen den theoretischen und den berechneten Temperaturen ist mit ca. 1 %

sehr gering.

Feucht em odell

Die Oberprufung des Feuchtemodells erfolgte analog zum Temperaturmodell, nur daB hierbei

die lnnenluftfeuchtigkeit sinusformig im 24-Stunden-Zyklus variiert wurde. In Abb. 2.3 ist der

Verlauf der unterschiedlichen Feuchtewellen tor verschiedenen Positionen in der Mauer als

Funktion der Zeit dargestellt.

Die Amplitude des Dampfdrucks wird auf einer bestimmten Position in der Konstruktion

durch die Dampfungstiefe d* auf die gleiche Art und Weise bestimmt wie die der Temperatur.

SIMULATION FEUCHTEMODELL

~;~~,--~~--~,~~,~~~--~~

~5;4-----~--~----~---+----+----4----+----4--~

I I

~ 635;+---~~~~~~--~:---+----~~~~~~

631~----~4-~~--~~~~--~----~~~----~~~

o· s w ~ ~ ~ • ~ ~ 45

Zeit [h]

....,_x..O (Obedlil.che) -a- x..0.76S(cm)

-xs1.78S(cm)

Abb. 2.3: Sinusf6rmiger Veri auf der Feuchte fOr verschiedene Positionen in der Mauer


140

FOr eine der DIN-Norm entsprechende Backsteinmauer betragt die Eindringtiefe der Feuchte

d* = 0,015 m (Abb. 2.4), fOr eine Kalksandsteinmauer liegt der Wert bei d* = 0,0026 m. Die

Eindringtiefen fOr eine Feuchtefront in einem Konstruktionselement sind bei einem 24-Stunden-Zyklus

ungefahr 10 mal kleiner als die tor Temperatur.

Die Obe~lachen_materialien haben dabei den groBten EinfluB auf die Luftfeuchtigkeit. Der

Unterschred zwrschen . den theoretischen und den berechneten Dampfdrucken liegt bei

ca. 1,5 %.

I

0

I\

\

0 .8

\

\\

SIMULATION

\\

FEUCHTEMODELL

c."'

.4

0 '.H--

0

0 .I

O.a5 - ---

0.0

\ 1\

1\ "" ' I',.

\ '-.:..... 1--.

- - - - - --- ---

- -·\

_..,._ t:::-

1.0 d" 2.0 3.0 4.0 3d" ~ .0

Position (x) in der Mauer [em]

~mit dem Modell berechnet

- ---

6.0

- - -

--- analytisch berechnet

7.0

Abb. 2.4: Feuchteamplitude als Funktion der Position in der Mauer

2.2 Oberpri.ifung einer beheizten und unbeheizten Kii'Che

Um Simulationen ausfOhren zu konnen, werden zumindest die Werte des AuBenklimas

benotigt, also der relativen Feuchtigkeit und der Lufttemperatur auBen. Das AuBenklima

kennt dabei zwei verschiedene Zeitperioden, den Tages- und den Jahreszyklus. FOr die

meisten der folgenden Untersuchungen wurde der Jahreszyklus ausgewahlt.

Die Simulationen des lnnenklimas sind aufgegliedert in eine Temperatur- und eine relative

Feuchte-Simulation. Dies ist notwendig, da die relative Feuchtigkeit in der lnnenluft und den

Konstruktionselementen von den Temperaturveranderungen abhangig ist. Das bedeutet:

Wenn eine Temperatur-Simulation nicht die gewunschte Genauigkeit erzielt, die man erwartet,

dann ist eine Feuchte-Simulation wenig sinnvoll.


Anwendung der Computerrnodelle 141

Beheizte Kirche

Als Objekt fOr die OberprOfung einer beheizten Kirche wurde die kleine Dorfkirche in

Keyenberg ausgesucht, da von dieser bereits ausfOhrtiche MeBdaten Ober 4 Monate von

November bis Februar existierten. Die restlichen Daten des AuBenklimas stammen aus den

gemittelten Werten der drei umliegenden Wetterstationen in Koln, Dusseldorf und Aachen.

Die Sonneneinstrahlung ist nur fOr die Zeit der 4 Monate bekannt, so daB die Simulation auf

diesen Zeitraum begrenzt wurde. Ein weiterer wichtiger Parameter, der Ventilationsgrad der

Kirche, wurde durch Messung der C0 2 - Konzentration ermittelt (vgl. Kap. V.3.5}.

Die Simulationen wurden bei einem lnnen- und bei einem AuBenbeiOftungssystem durchgefOhrt.

Dabei zeigten sich die folgenden Ergebnisse:

Die gemessenen und berechneten Lufttemperaturen im lnnenraum stimmen gut Oberein, wie

aus Abb. 2.5 zu ersehen ist. Der Verlauf der Temperaturkurven ist sehr ahnlich, der

Unterschied zwischen den Daten betragt ca. 1 ac. Die Simulation der relativen Feuchte im

lnnenraum ist in Abb. 2.6 zu sehen. Auch hier erkennt man einen ahnlichen Kurvenverlauf,

aber die Differenz zwischen den gemessenen und berechneten Feuchtewerten ist groBer als

bei der lnnentemperatur. Sie liegt bei ca. 5 %.

Bei der Bestimmung der relativen Feuchte scheint es also von groBer Bedeutung, mehr

lnformationen Ober die Anzahl der Kirchenbesucher sowie anderer eventuell vorhandener

Feuchtequellen im Kirchraum wie z. B. nasse Jacken oder Mantel der Kirchenbesucher zu

erhalten.

2 v

SIMULATION

· ,, I n

ll

8

'I

6--

' I

I

INNENKLIMA

l

I I

,I ~

I I

II

I

I

II I

I I

• I I 4 r-- I

I I I 'I

I

I

I I I II

I I I

I

I

I

2f-·---

.IT,

I

I

I

I

I -\

I

I

~

I

I\ I

~~

8

~~~•\JI"'-.~

11

6

Zeit (h)

- - - berechnet gemessen

Abb. 2.5: Vergleich gemessene und berechnete Lufttemperaturen im Kirchraum einer beheizten Kirche

(27.11.- 5.12. 91)


142

SIMULATION

INN EN KLIMA

I

~

l I I

~

I

ri

.I

I I

II I

~ I

3~+-----r---~-----r----,-----r---~--~~----~--~

3620 3640 3660 3680 3700 3720 37~0 3760 3780 3800

Zeit (h]

- - - berechnet -- gemessen

Abb. 2.6: Vergleich gemessene und berechnete relative Feuchte im Kirchraum einer beheizten Kirche

(27.11.-5. 12. 91)

OBERFlACHENTEMPERATUREN

16·.------------------------------------------------,

..

..

B

"

"'

a.

II

!-< "

3620 3640 3660 3680 3700 rho 37 40 37 60 3780 3800

Zeit (h]

--- Schutzglas .. ber. ---- Originalglas ber.

--Schutzglas gem. - Originalglas gem.

\{

I

Abb. 2.7: Oberflachentemperaturen in einer beheizten Kirche bei lnnenbeli.iftung (27.11.-

5.12. 91)


Anwendung der Computermodelle

143

OBERFlACHENTEMPERATUREN

14~-----------------------------------------.

12

..

..

::1 "

"

"' s

8 "

~ - ~ ~ ~ ~ ~ ~ = ~

Zeit [h]

--- Schutzglas ber. --- Originalglas ber.

----- Schutzglas gem. - Originalglas gem.

Abb. 2.8: Oberflachentemperaturen in einer beheizten Kirche bei AuBenbeiOftung (27. 11.-

5. 12. 91)

Die Simulation der Oberflachentemperaturen zeigt bei beiden BeiOftungssystemen einen

ahnlichen Verlauf der berechneten und gemessenen Temperaturen. Jedoch ist bei einem

innenbeiOfteten Schutzverglasungssystem der Unterschied zwischen den berechneten und

den gemessenen Werten relativ groB (Abb. 2.7). Vor allem die Temperaturen des Schutzglases

werden bei der Simulation zu niedrig berechnet. Das AuBenbeiOftungssystem hingegen

zeigt eine gute Obereinstimmung zwischen gemessenen und berechneten Oberflachentemperaturen

(Abb. 2.8). Zusatzlich zeigte sich, daB die Temperaturen des Schutz- und Originalglases

bei der innenbeiOfteten Variante hoher liegen als bei der AuBenbeiOftung.

Unbeheizte Kirche

Die ehemalige Klosterkirche in Kloster Neuendorf wurde als Vergleichsobjekt zu Keyenberg

gewahlt, da diese unbeheizte kleine Kirche ungefahr dieselbe Geometrie besitzt. Die Daten

des AuBen- und lnnenklimas wurden ein ganzes Jahr lang kontinuierlich aufgezeichnet,

wobei aber die Sonneneinstrahlung auf der Ostseite nicht berOcksichtigt wurde.

Die Simulationen wurden bei dieser Kirche auf das innenbeiOftete Schutzverglasungssystem

begrenzt, da nur MeBwerte tor diese BeiOftungsvariante aufgezeichnet wurden. Es zeigten

sich folgende Ergebnisse:

Die berechneten Lufttemperaturen im lnnenraum zeigen eine relativ gute Obereinstimmung

mit den gemessenen Werten, vor allem in der Winterperiode. In der Sommerperiode sind die

Unterschiede gr6Ber, was teilweise durch die Unkenntnis der Sonneneinstrahlung zu erklaren

ist. Dasselbe gilt auch tor den Vergleich zwischen den gemessenen und berechneten Werten

der relativen Feuchte im Kircheninneren, denn im Winter wurde eine gute Obereinstimmung

erzielt, im Sommer lag der Unterschied unter 5 %.


144

Ahnliches gilt auch tor die Oberflachentemperaturen des Glases. In Perioden ohne Sonneneinstrahlung

ist die Obereinstimmung zwischen gemessenen und berechneten Temperaturen

gut, bei Sonneneinstrahlung gibt es groBere Differenzen.

In den folgenden Abbildungen werden die gemessenen und berechneten Oberflachentemperaturen

tor das Schutzglas und die Bleiverglasung tor die Winterperiode (Abb. 2.9 und 2.1 0)

und die Sommerperiode (Abb. 2.11 und 2.12) tor ein SOdfenster dargestellt. Wegen der

Differenzen in der Sommerperiode wurden die Berechnungen mit zwei unterschiedlichen

Absorptionskoeffizienten durchgetohrt.

SCHUTZGLASTEMPERATUREN

15~------------------------------------------~

u

..

"

..

.. "

g.

8 "

Zeit {h]

- ·- gemessen --· Au8entemperatur --- berechnet

Abb. 2.9: Gemessene und berechnete Schutzglas-Temperaturen im Winter an einem Sudfenster


Anwendung der Computermodelle 145

2S

ORIGINALGLASTEMPERATUREN

0

~

., "'

.. ""'

c.

II

..

f<

20

1.S

10

It

i

1S20 U40 1S60 1S80 1600 1620 1640 1660 1680 1700

Zeit (h]

-- qemessen -- Au8entemperatur --- berechnet

Abb. 2.10: Gemessene und berechnete Bleiverglasungs-Temperaturen im Winter an einem SUdfenster

SCHUTZGLASTEMPERATUREN

J.S

.,

J.<

~

J.< "

..

c.

II

..

f<

30

"

2.S

2

"

l.S

1u

II

I

'f ~ ~

~ \ J \

\ \ \ \t' v v~

II

v \ ~ ~

~

~

I

\1

.s

4600 4620 4640 4660 4680 4700 4720 4740 4760 4780 4800

Zeit (h]

-- qemessen •.• - berechnet 1 -- berechnet 2

Abb 2.11:

Gemessene und berechnete Schutzglas-Temperaturen im Sommer an einem SUdfenster


146

4S

ORIGINALGLASTEMPERATUREN

35

(J

1, :

2S

~

I

\ /'\ 1

1 \ v v \ ~

~~~

IS


·v ~ v

~ "'

10

4600 4620 4640 4660 4680 4700 4720 4740 4760 4780 4800

Zeit (h]

-- gemessen ---- berechnet l -- berechnet 2

Abb. 2.12: Gemessene und berechnete Bleiverglasungs-Temperaturen im Sommer an einem Sudfenster

3. Simulation verschiedener Parameter

In diesem Abschnitt werden die Simulationen beschrieben, die ausgefOhrt wurden, um den

EinfluB verschiedener Parameter wie Beheizung der Kirche und verwendete Materialien auf

das lnnenklima zu untersuchen [9;10;11]. Neben diesen Untersuchungen wurde auch die

Frequenz der relativen Feuchte an den Fenstern und die ,time of wetness", d. h. die Zeit, in

der das Fenster naB ist, bestimmt.

Fur die Simulationen wurde die Geometrie der Kirche in Keyenberg mit kleinen Veranderungen

zugrunde gelegt. Als AuBenklima wurde das Standardjahr 1967, von dem die Daten der

Lufttemperatur und relativen Feuchte auBen sowie die Sonneneinstrahlung bekannt sind,

eingesetzt.

Dabei wurden die folgenden Faktoren variiert:

- Beheizung der Kirche

- Beluftungssystem

- Orientierung des Fensters

- Hygroskopisches Materialverhalten der Mauern

- Ventilationsgrad der Kirche

Bei jeder Simulation wurde nach einer Anlaufperiode ein ganzes Jahr (364 Tage) durchgerechnet.

Um ein deutliches Bild der Resultate zu erhalten, ist es notwendig, 24-Stunden

gemittelte Daten Ober das gesamte Jahr zu betrachten und kurzere MeBperioden nach

Stundenwerten zu untersuchen.


Anwendung der Computermodelle 147

Bei der Tauwasserbildung auf der Glasoberflache sind die stOndlich aufgezeichneten Veranderungen

der MeBdaten von Bedeutung, da die Temperatur des Fenstersystems sehr schnell

auf Schwankungen der AuBentemperatur reagiert. Tauwasser entsteht, wenn der Sattigungsdampfdruck

an der Glasoberflache unter den absoluten lnnendampfdruck absinkt, also eine

relative Feuchte von 1 00 % am Fenster vorliegt. Dabei wird der lnnendampfdruck im Raum

als gleichmaBig angenommen, d. h. am Fenster herrscht derselbe absolute Dampfdruck wie

in der Mitte der Kirche. Bei den Simulationen wird das unterste Segment des Fenstersystems

betrachtet, wei I dort in der Regel zuerst Tauwasser entstehen kann.

Die wesentlichen Ergebnisse der verschiedenen Simulationen werden in den folgenden

Abschnitten wiedergegeben:

3.1 Beheizte Kirche - Unbeheizte Kirche

Die Erwarmung bzw. Beheizung einer Kirche hat zur Folge, daB die mittlere relative Feuchte in

der Kirche wahrend der Heizperiode absinkt, aber die Unterschiede zwischen den Minimalund

Maximalwerten im Vergleich zum Mittelwert werden vergroBert. In Abb. 3.1 wird der

Verlauf der relativen Feuchte Ober ein Jahr in einer beheizten und unbeheizten Kirche

verglichen.

100

SIMULATION

INNENKLIMA

';;

....

...

..

"'

....

.

..

'"" ..

... >

....

.....

"'

9

I 000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000

Zeit (h)

unbeheizt -- beheizt ll "c

Abb. 3.1: Relative Feuchte der lnnenluft in einer beheizten und einer unbeheizten Kirche

Das Absinken der relativen Feuchtigkeit in der beheizten Kirche hat eine Steigerung des

Sattigungsdampfdruckes zur Folge. Der absolute Dampfdruck ist in beheizten Kirchen hoher

als in unbeheizten Kirchen. Die Steigerung des absoluten Dampfdruckes wird durch die

hygroskopischen Materialien verursacht, die beim Absinken der relativen Feuchte Feuchtigkeit

abgeben.


148

In den Abbildungen 3.2 und 3.3 werden die Sattigungsdampfdrucke Ps und die lnnendampfdrucke

p 1 einer beheizten und einer unbeheizten Kirche gegenObergestellt.

4500 I

SIMULATION

INNENKLIMA

..

~

.>:

0

"

~

" 0.

a

..

0

4000

3500 I

3000

1500

1000

500

0

0 1000 2000 3000 4000 !:000 6000 7COO 8000 9000

Januar

Zeit (h]

Dezember

Abb. 3.2: Sattigungsdampfdruck am Fenster und lnnendampfdruck in einer beheizten Kirche

Dabei ist deutlich zu erkennen, daB in der beheizten Kirche die M6glichkeit der Tauwasserbildung

auf der Glasoberflache geringer ist als in der unbeheizten Kirche. Dies wird durch

Untersuchungen von KOnzel und Holz [4;5] bestatigt. NatOrlich kann jedoch auch in einer

beheizten Kirche auch Tauwasser an der Glasoberflache auftreten.


Anwendung der Computermodelle 149

3000 I

SIMULATION

INNENKLIMA

2500+·-----------------------M~------------------~

~woo~.--------------~~,-~~--~~--~----------~

~ I Bereich der

L.~~~~-~~~=~~i ldung

~ 1500~,==~~==7-----~~--~Hr~~~~~~~====~~

~ !

'H ! I

~1000~~--~,.~~~~~--~--~--------------~~~~~~

.!:l ~ t

t'

500 r··-·--·-·-·-·-·-·-·-·j

'

o.

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000

Junuar

Zeit [h)

Pi

-- Ps(Oriqinalql••)

7000 8000 9000

Dezember

Abb. 3.3: Sattigungsdampfdruck am Fenster und lnnendampfdruck in einer unbeheizten Kirche

3.2 lnnenbeiOftung - AuBenbeiOftung

Der Unterschied zwischen lnnen- und AuBenbeiOftung ist am besten beim Vergleich der

Wintermonate Januar und Februar zu erkennen. Da die Tauwasserbildung bei lnnenbeiOftung

auf der lnnenseite der Schutzverglasung entsteht und bei AuBenbeiOftung auf der lnnenseite

der Bleiverglasung, die warmer ist, ist die Moglichkeit der Tauwasserbildung bei lnnenbeiOftung

gr6Ber. Dies ist in den Abbildungen 3.4 und 3.5 zu erkennen, in denen der Sattigungsdampfdruck

am Fenster und der lnnendampfdruck bei lnnenbeiOftung und AuBenbeiOftung

verglichen werden. Auf diesen Abbildungen ist aber nicht genau zu erkennen, wie lange das

Fenster naB war und wieviel Tauwasser entstanden ist.

Aus diesem Grund wird die kumulative Frequenz der relativen Feuchte am Fenster fOr ein

ganzes Jahr in Abb. 3.6 dargestellt, wobei der prozentuale Anteil der Zeit einer bestimmten

relativen Feuchtigkeit zugeordnet ist. Aus dieser Abbildung ist die ,time of wetness" einfach

abzulesen:

Bei lnnenbeiOftung zeigt sich, daB ca. 3 % des Gesamtzeitraumes die relative Feuchtigkeit an

der Schutzverglasung Ober 1 00 % betragt, also die Moglichkeit der Tauwasserbildung

besteht. Die relative Feuchte an der Bleiverglasung ist bei der lnnenbeiOftung niedriger als bei

der AuBenbeiOftung, in beiden Fallen wird der Wert von 1 00 % nicht Oberschritten.

In Abbildung 3.7 wird die Tauwassermenge auf einem lnnenbeiOftungssystem in einer

Periode von 4 Tagen dargestellt.


150

1200

1100

1000

900

'; 800

"' 700

.>:

u

t

'tl

600

""'

500

II

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400

300

SIMULATION INNENKLIMA

~II I\ I ~

l ~~

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ry

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200 '

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

Zeit [Ill

Januar Februar

P1 -- Ps(SCh.utaql••)

Abb. 3.4: Sattigungsdampfdruck am Fenster und lnnendampfdruck in einer unbeheizten Kirche mit

lnnenbeiOftung

SIMULATION

INNENKLIMA

1200.--------------------------r~--~------~

1100r-------------------------.H~~~~----~

..

.>:

g7oo~XA~r---+~~~~----------~~

'tl

~600r--~~~++~-~------------~

II

~500+---~~~---------------~

400r-----~~----------------------------~

300r---------------------------------------~

200~--~--~--~--------------------------~

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

Januar Zeit [ll] Februar

Abb. 3.5: Sattigungsdampfdruck am Fenster und lnnendampfdruck in einer unbeheizten Kirche mit

AuBenbelOftung


Anwendung der Computermodelle 151

TAUWASSERBILDUNG

Innenbeluftung - Au(lenbeluftung

0 L-------~--------~---------L--------~--~~--~

0 20 40 60 80 100

Relative Feuchtigkeit auf der Glasoberfl.iiche [%]

--- Schutzglas Innenbeluftung -+- Originalglas lnnenbeluftung

-+- Originalglas Au(lenbel iiftung

Abb. 3.6: Kumulative Frequenz der relativen Feuchtigkeit auf Schutzverglasung und Bleiverglasung bei

lnnen- und AuBenbeiOftung

TAUWASSERBILDUNG

0,04

0,03

1\

I \

~

"

Ill

Ill

E

"

0,02

0,01

0

100 110

4 Januar

(

I

120

J \

I

I

J \

\ I \

130 140 150 160 170

Zeit

[h]

.1\

180 190 200

9 Januar

Menge an Tauwasser

Abb. 3.7: Tauwasserbildung auf der Glasoberflache an einem Nordfenster mit lnnenbeiOftung


152

3.3 Orientierung des Fensters

In der Abbildung 3.8 wurde der Sattigungsdampfdruck am Fenster und der lnnendampfdruck

einer unbeheizten Kirche mit lnnenbeluftung an einem Nordfenster dargestellt, in Abbildung

3.9 an einem Sudfenster.

~

SIMUlATION

INNENKLIMA

1.200,..-----------.,d\r.rll~-rT"""T~""TTT""------,1

1100+----------------.-----+~~~~Hr--~

1000 I j l I ~~ I j ! I,

9

00 I~ ~ ) d .J ~ '\ ,/\,1' i\ H

1 L--.

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1/IIM.:..u..,~:..r----:-

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~ 600+---~~r.-~rl~ /lV~----------------------------~

!soo+-~1~J~

.a r/~------------------~

400+---+~--'t-"-------------j'

300+-----------------------------------~

200+---~--~--.---.--.~-.---.---.~--~~

0 1 00 200 300 400 500 600 700 800 900 1 000

Januar Zeit [h) Februar

--- Ps(Sohutllqlaa)

Abb. 3.8: Si!.ttigungsdampfdruck am Fenster und lnnendampfdruck in einer unbeheizten Kirche mit

lnnenbeluftung fUr ein Nordfenster

Wie aus den Abbildungen ersichtlich, ist die Orientierung des Fensters fUr die relative Feuchte

am Fenster von Bedeutung. Durch die Sonneneinstrahlung, die auf das Fenster tallt, sinkt die

relative Feuchte, insbesondere bei den Sudfenstern. Obwohl Unterschiede in den Frequenzen

der relativen Feuchte bei den verschieden orientierten Fenstern existierten, ist es

moglich, daB bei allen Orientierungen Tauwasser entsteht. Bei einem Sudfenster ist die

Moglichkeit zur Tauwasserbildung wohl geringer als bei einem Nordfenster.

/


Anwendung der Computermodelle

153

SIMULATION

INNENKLIMA

1200~------------------------Tr~~n------.

1100~------------------~'-T~~~+-~~

500~--~~~----------------------------~

400r-----~~------------------------~--~

300~----------------------------------~

200L---------------------------------~--~

0 1 00 200 300 400 500 600 700 800 900 1 000

Januar zeit [hl Februar

Abb. 3.9: Sattigungsdampfdruck am Fenster und lnnendampfdruck in einer unbeheizten Kirche mit

lnnenbeiOftung fOr ein SOdfenster

3.4 Hygroskopische Materialien

Auch die hygroskopischen Materialien haben EinfluB auf das lnnenklima einer Kirche,

insbesondere auf den absoluten Dampfdruck und dadurch auf die relative Feuchte. Bei

Verwendung von stark hygroskopischen Materialien ist die Gefahr der Tauwasserbildung

geringer als bei schwach hygroskopischen Materialien. Dies gilt aber nur, wenn es sich um

intakte Materialien handelt, die keine Schaden aufweisen.

3.5 Ventilationsgrad der Kirche

Wenn der Kirchraum gut beluftet wird, verringert sich die Moglichkeit zur Tauwasserbildung

an der Glasoberflache. Bei den ausgetuhrten Simulationen, bei denen mit einem Ventilationsgrad

von 0,2 und 0,5 gerechnet wurde, betragt der Unterschied 1 % des Gesamtzeitraumes,

in der die relative Feuchte uber 100 % liegt.

In Kap. 111.4 wurde die MeBaufstellung zur OberprQfung des Ventilationsgrades in der Kirche

von Keyenberg beschrieben. An dieser Stelle sollen nun einige Erlauterungen [8] zum

Ventilationsgrad (Luftwechselzahl) gegeben und die Ergebnisse vorgestellt werden.


154

Die Luftwechselzahl ist das Verhaltnis des wahrend einer Stunde ausgetauschten Luftvolumens

zum Raumvolumen.

(3.1)

mit n = Luftwechselzahl

Vz = Volumenstrom der dem Raum zugefOhrt wird

VR = Raumvolumen

FOr die Bestimmung der Luftwechselzahl wurde die sogenannte Abklingmethode verwendet.

Die C0 2 -Konzentration wurde durch die Umluftheizung gleichmaBig im Raum verteilt, wie

an hand der MeBergebnisse an den sechs verschiedenen MeBpunkten festgesteltt wurde. Die

Unterschiede bei den MeBwerten tagen unterhalb von 1 %.

Nach Beendigung der ,C0 2 -Produktion" durch die Kirchenbesucher drang Zuluft in den

Kirchraum ein und verringerte die C0 2 - Konzentration.

Aus der Massebilanz des C0 2 -Gehalts folgt:

dcR

VR = dt= li'z Cz- li'zcR (t)

(3.2)

mit

cR = C0 2 -Konzentration im Raum

Cz = C0 2 -Konzentration der Zuluft

Durch Integration ergibt sich tor den Fall, daB die Zuluft kein C0 2 enthalt, d. h. Cz = 0 ist,

folgende Gleichung:

(3.3)

oder

In cR (t) = In cR;t=o - n t (3.4)

Die Gteichung tor den BeiOftungsgrad lautet dann:

n =

(3.5)

Die aus dem Logarithm us der Zeit erhaltene gerade Linie der Gaskonzentration ergab einen

Korrelationskoeffizienten von 0,995.

Die Luftwechselzahl wurde nach der Formel (3.5) mit einem Wert von 0,14 h- 1 ermittelt. Dieser

Wert entspricht den Schatzungen von 0,1 bis 0,2 h- 1 , die an hand der Heizungsvorgange

durchgetohrt wurden.


Anwendung der Computermodelle

155

VENTILATIONSGRAD

1200

E

a.

a. 1000

c

0 1100

.....

.,

.. "

N

c

0 ...,

... 1100

c

""

I

N

0

(.)

200

0 I

~

1! . ~

..

g :i i ii ~

Messung C0 - Konzentration 27.11.92 - 30.11.92

2

J·N: I I

I

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I

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~

N

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;;

8 ~ 2 $;! 8

~ :

~ 9. 9. ,;; ,;;

0 0 0

Zeit [ hh:nvn:ss l

Abb. 3.1 0: Abklingen der C0 2 -Konzentration in der Kirche in Keyenberg als Funktion der Zeit

VENTILATIONSGRAD

Messung Co 2

- Konzentration 27.11.92- 30.11.92

c

0

11.1

•.

....

u

... "'"

c

..

N

c

0

5.1

"" I

0

u "'

s.o

c

.... ..

u

.

~

.. "

. ..

.. ~

8 0

.

ii

;.:

0

Zeit [ hh :nvn :ss ]

Abb. 3.11: Abklingen der C0 2 -Konzentration in der Kirche in Keyenberg als Funktion der Zeit (logarithmische

Darstellung eines Zeitabschnitts)


156

4. SchluBfolgerungen

Die hier gezeigten Austuhrungen zeigen, daB es moglich ist, das lnnenklima und die

Auswirkungen auf die Fenster mit dem Computermodell THChurch zu simulieren. Die

Qualitat der Berechnungen bzw. der Ergebnisse ist dabei aber in groBem MaBe abhangig von

der Genauigkeit der Eingabe-Parameter. Das bedeutet, daB vor Beginn der Berechnungen

eine auBerst sorgfaltige Analyse des Kirchraums vorgenommen werden muB, bei der auch

Angaben zum Kirchenbesuch und Heizverhalten nicht fehlen durfen.

FOr die Vorhersage der .,time of wetness" an einem Fenster ist der Absorptionsfaktor der

Bleiverglasung von groBer Bedeutung, da er die Temperatur der Glasscheibe und der

dahinter befindlichen Luft bestimmt. Auch das hygroskopische Verhalten der vorhandenen

Materialien, die Beheizung und der Ventilationsgrad der Kirche haben EinfluB auf die .,time of

wetness", da durch diese Faktoren die relative Feuchtigkeit im Kirchraum bestimmt wird.

Die Messung des Luftungsgrades, die zum ersten Mal in dieser Form durchgetuhrt wurde,

liefert wichtige Resultate tor das Abschatzen von LOftungsvorgangen in Kirchen, die fUr die

Simulation der Temperatur- und Feuchtevorgange einer Kirche oder die Wahl eines Heizsystems

benotigt werden.

Trotz der guten Ergebnisse bei den unterschiedlichen Simulationen sind weitere Parameterstudien

notwendig, um die wichtigen EinfluBgr6Ben im Rechenmodell zu verbessern.

Auf jeden Fall konnen die Berechnungen mit dem Modell zu Vergleichszwecken herangezogen

werden, z. B. tor die Wahl der Beluftungsart oder der Beheizung.


Anwendung der Computermodelle 157

5. Literatur:

[1] Aarle, M. van: Fysische modelvorming en verificatie ter bepaling van de kans op

kondensatie op of in een dubbel raamsysteem met een natuurlijk geventileerde spouw.

Afstudeerrapport Hogeschool Eindhoven, Technische Natuurkunde 1992

[2] Essen, M. van: Het tegen verwering beschermen van glas-in-lood ramen met behulp van

voorzetglazen. Afstudeer rapport Hogeschool Eindhoven, Technische Natuurkunde

1993

[3] Frank, Th.: Oberflachentemperaturen von besonnten Fensterglasscheiben und ihre

Auswirkung auf Raumklima und Komfort. Abschluf3bericht NEFF-Projekt Nr. 266,

Dubendorf 1986

[4] Kunze! , H.; Holz, D.: Feuchteschaden durch Tauwasser in unbeheizten Gebauden alter

Bauart. IBP-Mitteilung Fraunhofer-lnstitut fUr Bauphysik Nr. 12, 1989

[5] Kunze!, H.; Holz, D.: Richtiges Heizen in historischen Gebauden. VDI-Berichte Nr. 896,

1991

[6] Oidtmann, St.; Schellen, H. L.: Schutzverglasung vor historischen Glasgemalden- eine

theoretische Betrachtung, in Bauphysik 14, 1992

[7] Oidtmann, St.: Tischvorlagen BMFT-Verbundprojekt Colloquien 1991 -1994

[8) Recknagel u. a.: Taschenbuch fUr Heizung und Klimatechnik Munchen 1992/93

[9] Schellen, H. L.; Schot, B.; Oidtmann St.: Surface condensation on leaded windows and

the indoor climate of a church. Vortrag: European Simulation Multiconference in Barcelona

1994

[1 0] Schell en, H. L. : Tischvorlagen BMFT-Verbundprojekt Colloquien 1993-1994

[11] Schot, B.: Condensatie op glas-in-lood raamsystemen - Een modellen behoeve van

numerieke simulaties. Diplomarbeit Technische Universiteit Eindhoven, vakgroep

FAGO, 1994


159

KapiteiVI

Auswertung der Praxis-Messungen

In diesem Kapitel sollen die Ergebnisse der praktischen Messungen in den Kirchen beschrieben

und diskutiert werden. Die MeBdaten, die im Verlauf eines ganzen Jahres aufgezeichnet

und gespeichert wurden, wurden in 2- bis 3-wechigem Abstand ausgelesen. lm AnschluB

daran erfolgte unmittelbar eine grobe Durchsicht der Ergebnisse, urn eventuelle Ausfalle

meglichst schnell feststellen und beseitigen zu kennen. Die MeBstationen funktionierten im ·

allgemeinen gut. Es gab zwar an allen Objekten Austalle, die sich in der Regel aber in Grenzen

hielten. Lediglich die MeBstation am SOdfenster des Kelner Doms war in der ersten

MeBperiode von standigen Defekten an den Dataloggern betroffen, so daB nur relativ wenige

MeBdaten vorhanden sind. Dadurch war es nach Ablaut der MeBperiode nicht meglich,

konkrete Aussagen Ober die Funktion der Schutzverglasung an diesem Fenster zu machen. In

der dritten MeBperiode wurde wiederum im Kelner Dom fast die gesamte MeBanlage durch

einen Blitzschlag ca. 2 Monate vor Beendigung der MeBperiode auBer Kraft gesetzt. Eine

Auswertung der MeBdaten wurde dadurch aber nicht gefahrdet.

Nach Beendigung einer MeBperiode wurden die MeBdaten jeder MeBstation sorgtaltig mit

den entsprechenden Computerprogrammen bearbeitet und ausgewertet.

Die Auswertung gliedert sich in zwei Teilbereiche. lm ersten Abschnitt erfolgt eine Beurteilung

der einzelnen MeBstationen, urn die Wirkung der Schutzverglasung tor jedes Objekt zu

OberprOfen und zu bewerten (4). lm zweiten Abschnitt werden Vergleiche der MeBstationen

nach verschiedenen Aspekten durchgetohrt, urn Gemeinsamkeiten herauszustellen.

Die Auswertung der gesamten Ergebnisse ist dabei immer auf die Ererterung der folgenden

Kernfragen ausgerichtet:

- Bietet die ausgefiihrte Schutzverglasung den gewOnschten Schutz?

- Kann ggf. die Wirkungsweise der ausgefiihrten Schutzverglasung durch einfache konstruktive

Anderungen verbessert werden?

- MuB ggf. die Konstruktion der Schutzverglasung vellig neu geplant und ausgetohrt

werden?

- Welche Veranderung des lnnenklimas ist durch den Einbau einer Schutzverglasung zu

erwarten?

- Welche Auswirkungen hat die Schutzverglasung auf andere Kunstwerke im lnnenraum der

Kirche, wie z. B. Altare, Wandmalereien, Plastiken u. a.?

- Welchen EinfluB haben die Parameter wie Beheizung der Kirche, BeiOftungssystem, Tiefe

des Spalts und GroBe der BeiOftungseffnungen auf die Wirkungsweise der Schutzverglasung

bzw. auf die Tauwasserbildung auf den verschiedenen Glasoberflachen?

Da Tauwasserbildung auf den verschiedenen Glasoberflachen meglichst vermieden werden

soli, erfolgt die Bewertung und der Vergleich der MeBstationen anhand der kumulativen

Frequenz der relativen Feuchtigkeit bezogen auf ein ganzes Jahr, urn ein einheitliches und

vergleichbares Instrument zu besitzen.


160

Die Feuchtefrequenz wurde bei allen MeBobjekten tor den lnnenraum und den Spalt ermittelt

und tor die gefahrdete Glasoberflache mit Hilfe der entsprechenden Formel (Kap. II. C. 3.29)

berechnet, d. h. bei einer innenbeli.ifteten Konstruktion auf der lnnenseite des Schutzglases,

bei einem auBenbeli.ifteten System auf der lnnenseite des Originalglases. So wurde fur aile

MeBstationen die ,time of wetness" auf der Glasoberflache bestimmt.

Die in den folgenden Ausfi.ihrungen dargestellten Grafiken werden exemplarisch zur Erlauterung

der MeBergebnisse herangezogen. Die restlichen Grafiken werden, der Vollstandigkeit

halber, im Appendix angegeben.

1. Beurteilung der einzelnen MeBstationen

In den folgenden Abschnitten werden die Schutzverglasungen der einzelnen MeBstationen

mit Hilfe von Tabellen und Grafiken bewertet:

In den Tabellen werden jeweils die Jahres-Durchschnittswerte der verschiedenen Parameter

angegeben, bei den Oberflachentemperaturen zusatzlich das Minimum und Maximum. Bei

der Luftgeschwindigkeit werden der Mittelwert sowie das Maximum aufgezelgt.

Die in den Grafiken dargestellten Feuchtefrequenzen geben AufschluB i.iber das Auftreten

von Tauwasser. In der Beurteilung werden die Ergebnisse der Glassensorstudie [2;3] und tor

Koln und Kloster Neuendorf zusatzlich die der Schadstoffmessungen [1] beri.icksichtigt.

1.1 Altenberg, Dom

lm Altenberger Dam wurden in der ersten MeBperiode von April 1990 bis April 1991 die

Schutzverglasungen des Nord- und eines Nordostfensters auf ihre Wirksamkeit i.iberpri.ift.

Die Ergebnisse sind in Tabelle 1.1 und Abb. 1.1 dargestellt.

Die beiden Schutzverglasungen in Altenberg weisen aus bauphysikalischer Sicht keine gute

Schutzwirkung auf, da sehr oft Tauwasser auf der lnnenseite der Schutzverglasung entsteht,

wie in Abbildung 1.1 fur das Nordostfenster beispielhaft zu erkennen ist. Auf der lnnen- und

AuBenseite des Originalglases konnte kein Tauwasser naqhgewiesen werden, obwohl die

entsprechende Taupunkttemperatur in einigen Fallen beinahe erreicht wurde.

Der hohe prozentuale Anteil an Tauwasserbildung ist auf den schlechten Luftaustausch

zwischen lnnenraum und Spalt zuri.ickzutohren. Erkennbar ist dies an den hohen Differenzen

zwischen den Werten der relativen Feuchte und der geringen Luftgeschwindigkeit. Das

Nordfenster zeigt geringfi.igig bessere Ergebnisse.


Auswertung der Praxis-Messungen

161

Altenberg, Dom Norclfenster Nordostfenster

Relative Feuchte

- im Spalt 78% 78%

- im lnnenraum 64% 64%

Tauwasserbildung

% der Gesamtzeit

- innen Schutzglas 27% 26 %

- auBen Original 0 % 0%

- innen Original 0 % 0%

Lufttemperatur

- im Spalt 13 °C 12 oc

- im lnnenraum 15 °C 14 °C

Oberflachentemperatur 11 °C 11 °C

des Schutzglases

-Minimum -6 °C -1Q OC

-Maximum 32 °C 42 °C

Oberflachentemperatur 14 °C 14°C

des Originalglases

-Minimum 0 °C -1 °C

- Maximum 31 °C 42 °C

Luftgeschwindigkeit 0,14 m/s 0,11 m/s

im Spalt

-Maximum 0,31 m/s 0,24 m/s

Tabelle 1.1: Altenberg, Dom: Obersicht der MeBergebnisse

Altenberg Dam, Nordostfenster 1990/91

Unbebeizte Kirche - Mischbelilftete Konstruktion

''\.,

0 ~------~~------~--------~--------~--~~--~

0 20 40 60 80

'"

100

Relative Feucbtigkcit [%]

--- auf de m Schutzglas -+- im Spall ___,.._ im lnnenraum

Abb. 1.1:

Kumulative Frequenz der relativen Feuchtigkeit


162

Eine Verbesserung der Schutzwirkung ist zu erzielen, wenn man die BeiOftungsoffnungen

vergroBert. Eine Erneuerung der defekten Heizungsanlage wird sich positiv auf das lnnenklima

der Kirche und dadurch auch auf die Schutzverglasung auswirken.

In der Glassensorstudie wurde nur ein geringes korrosives Verhalten im lnnenraum und im

Spalt festgestellt. Dieses scheinbar gute Ergebnis ist darauf zurOckzufOhren, daB der

Schadstoffgehalt der Luft, der fOr den KorrosionsprozeB entscheidend ist, im lnnenraum nur

sehr gering war. Die hohe Luftfeuchtigkeit allein bewirkt kaum die Zerstorung des Glases.

1.2 Breinig, St. Barbara

In der Pfarrkirche in Breinig wurde im Zeitraum vom Juli 1991 bis Juli 1992 ein unbeiOftetes

SOdwestfenster OberprOft. Die Ergebnisse werden in der folgenden Tabelle aufgelistet:

Breinig, St. Barbara

Sudwestfenster

Relative Feuchte

- im Spalt 61%

- im lnnenraum 54%

Tauwassert>ildung

% der Gesamtzeit

- innen Schutzglas 6 %

- auBen Original 0 %

- innen Original 0 %

Lufttemperatur

- im Spalt 14 °C

- im lnnenraum 17 °C

Oberflachentemperatur 13 °C

des Schutzglases

-Minimum -7 °C

-Maximum 42 °C

Oberflachentemperatur 16 °C

des Originalglases

-Minimum 6 °C

-Maximum 42 °C

Tabelle 1.2: Breinig, St. Barbara: Obersicht der MeBergebnisse

Die Klimasituation in der Kirche ist als durchschnittlich zu bezeichnen (vgl. Kap. V1.2.1). Auf

den ersten Blick scheinen die Jahres-Durchschittswerte fOr die Schutzverglasung ebenfalls

gOnstig. Betrachtet man den Jahresverlauf der einzelnen MeBdaten genauer, so liegen die

Werte tor die relative Feuchtigkeit im Spalt haufig Ober 90 %. Dies tohrte infolge der

Temperaturdifferenzen zu einem hohen Anteil von Tauwasserbildung auf der lnnenseite der

Schutzverglasung.

Da es sich um ein unbeiOftetes Schutzverglasungssystem handelt, ist es nicht moglich, die

vorhandene Konstruktion mit wenig Aufwand zu verandern. Eine bessere Schutzwirkung ist

nur zu erreichen, wenn man ein innenbeiOftetes System mit ausreichend groBen BeiOftungsoffnungen

wahlt.


Auswertung der Praxis-Messungen 163

Die Glassensorstudie zeigt eine fast gleichmaBig hohe Belastung der AuBenluft und des

lnnenraums, was sehr ungewohnlich ist. Vermutlich liegt die Begrundung in den BaumaBnahmen,

die wahrend der MeBperiode an anderen Fenstern durchgefOhrt wurden. Die korrosive

Belastung im Spalt liegt zwischen 20 und 60 % hoher und bestatigt somit die oben

beschriebenen schlechten Resultate der Messungen.

Breinig Sudwestfenster 1991/92

Bebeizte Kircbe - Unbeliiftete Konstruktion

Relati\'e Feuchtigkeit (% J

..._.auf dem Schutzglas -+- im Spall

__._ im lnnenraum

Abb. 1.2:

Kumulative Frequenz der relativen Feuchtigkeit

1.3 Keyenberg

In der Kirche in Keyenberg wurden Vergleichsmessungen an nebeneinanderliegenden Lanzetten

des dreibahnigen Nordostfensters ausgefOhrt, um die unterschiedlichen BeiUftungssysteme

zu testen. In der 1. MeBperiode 1990/91 wurden lnnen- und AuBenbeluftung mit

dem Originalzustand verglichen, in der zweiten MeBperiode 1991/92 wurde der Originalzustand

gegen eine mischbeiUftete Konstruktion ausgetauscht.

Das lnnenklima in Keyenberg entspricht mehr dem Klima einer unbeheizten Kirche als dem

einer beheizten Kirche (vgl. Kap. Vl.2.1}.

Bei der lnnenbeluftung wurde in beiden Jahren nur ein geringes MaB von Tauwasserbildung

auf der lnnenseite der Schutzverglasung festgestellt, wie in Abb. 1.3 tor die MeBperiode

1990/91 zu sehen ist. Die lnnen-und AuBenseite des Originalglases blieben trockener (Abb.

1.4). In der zweiten MeBperiode entstand seltener Tauwasser. Betrachtet man die Daten der

Tabelle, so zeigt sich, daB die Luftgeschwindigkeit im Spalt im Mittelwert ca. 40 % hoher liegt

als im Vorjahr. Da aber keine Konstruktionsanderungen vorgenommen wurden, ist dies

eindeutig auf den EinfluB des besseren lnnenklimas zuruckzufOhren.


164

Keyenberg, Heilig Kreuz 90/91 90/91 90/91 91/92 91/92 91/92

Nordostfenster

lnnen- Au Ben- Original- lnnen- Au Ben- Mischbeluftung

beluftung ' zustand beluftung beluftung beluftung

Relative Feuchte

- im Spalt 68% 69% - 67% 71% 71%

- im lnnenraum 64% 64% 64% 61% 61% 61%

Tauwasserbildung

% der Gesamtzeit

- innen Schutzglas O,S% 0% 0% 0,01% 0% 4%

- auBen Original 0% 0,01% 0% 0% 0% 0%

- innen Original 0% 0,01% 0% 0% 0,01% 0%

Lufttemperatur

- im Spalt t3 °C 12 °C - 14 °C 13°C 14 °C

- im lnnenraum 14 °C 14 °C 14°C 1S °C 1S°C 1S °C

Oberflachentemperatur 13 °C 12 °C - 14 °C 12 °C 13°C

des Schutzglases

-Minimum -4 °C -8 °C - 0 °C -3 °C -2 °C

-Maximum 31 °C 32 °C - 30°C 31°C 31°C

Oberflachentemperatur 1S°C 14 °C 1S°C 16 °C 14 °C 1S°C

des Originalglases

-Minimum S °C -soc -1 oc 6 °C 0 °C 4°C

-Maximum 30 °C 30 °C 30 °C 27 °C 29 °C 28 °C

Luftgeschwindigkeit 0,14 m/s 0,14 m/s - 0,20 m/s 0,20 m/s 0,23 m/s

im Spalt

-Maximum 0,3S m/s 1,13 m/s - 0,43 m/s 0,63 m/s 0,83 m/s

Tabelle 1.3: Keyenberg: Obersicht der MeBergebnisse

Bei der Aul3enbeliiftung trat ebenfalls in beiden MeBperioden Tauwasser in sehr geringem

Umfang auf, aber nicht auf der Schutzverglasung, sondern wahrend der ersten MeBperiode

sowohl auf der lnnen- als auch auf der AuBenseite des Originalglases (Abb. 1.5), im zweiten

Jahr nur auf der lnnenseite des Originals. Auch bei der AuBenbeluftung resultiert dies aus der

hoheren Luftgeschwindigkeit im Spalt, die vermutlich durch das bessere lnnenklima verursacht

wurde.

Bei der Mischbeluftung wurde ein hoheres MaB an Tauwasserbildung festgestellt, aber

ausschlieBiich auf der lnnenseite des Schutzglases. (Abb. 1.6).

lm Vergleich zum Originalzustand, bei dem keine Tauwasserbildung festgestellt wurde, zeigte

sich, daB das Originalglas bei der lnnenbeliiftung geringeren Temperaturschwankungen

ausgesetzt war als bei der AuBenbeluftung.

Die Vergleichsmessungen zeigen deutlich, daB der Schutz der Glasgemalde nur durch das

innenbeliiftete System gewahrleistet ist. Bei der auBenbeliifteten Variante trat zwar weniger

Tauwasser auf, jedoch auf dem Originalglas, das gerade davor geschutzt werden soli. Eine

Verbesserung der Schutzwirkung kann errreicht iNerden, wenn das lnnenklima der Kirche

z. B. durch eine gezielte Steuerung der Heizungsanlage stabilisiert wird.


Auswertung der Praxis-Messungen 165

Keyenberg, Nordostfenster 1990/91

Beheizte Kirche - lnnenbelii{tete Konstruktion

~

w ~-------+--------+-----~~r-~----~------~

·g

8 ~ ~--------~--------~--------~~--~--~--------~

~

0

..

., "

~ ~ r-------~---------+---------r--~~--~------~

~

"

i w r---------+---------~--------+-----~~~~~----~

'-.....~ '-...

0 ~------~--------~---------L--------~=-~~--4

0 w ~ ~ w ~

Relative Feuchtigkeit [%]

....... auf dem Scbutzglas -+- im Spall ---.- im Innenraum

Abb. 1.3:

Kumulative Frequenz der relativen Feuchte bei lnnenbeluftung

~

100

w

·g

6 ~

..

~

0

.,

.t:l 40

~

c

..

e

c..

w

0

Keyenberg, Nordostfenster 1990/91

Beheizte Kirche - lnnenbeliiftete Konstruktion

~~ ~

\

\ 1\

\ \,

I

\ 1\\

I

i

I l\ I \

I

I ; I

I

'\j 'a.~

0 20 40 80 100

Relative Feuchtigkeit [%]

-+- Schutzglas Innenseite -+-Original Aul3enseite -....... Originallnnenseite

Abb. 1 .4:

Kumulative Frequenz der relativen Feuchte bei lnnenbeluftung fur die verschiedenen Glasoberflachen


166

100

80

~

·ij

!:l

e 60

~

0

~

"" !:l 40

..

fl

"'

2

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20

0

Keyenberg, Nordostfenster 1990/91

Beheizte Kirche - AuJlenbeliiftete Konstruktion

!

I

I

I

i

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~

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1\\\.\i

:

I

'~'+-

I

"~,

0 20 40 60 80 100

Relative Fcuchtigkeit [%]

--e- Schutzglas lnnenseile --+-Original AuBenseite

---...- Originallnnenseite

Abb. 1.5:

Kumulative Frequenz der relativen Feuchte bei AuBenbeiOftung fOr die verschiedenen Glasoberflachen

100

Keyenberg, Nordostfenster 1991/92

Beheizte Kirche - Mischbeliiftete Konstruktion

~

80

·~

!:l

e 60

~

0

...

""

fl ..

..

!:l 40

~

20

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I

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1\ \,\1\

\ \

I \ \ ·,

I

~-, ! \ '·,.,

I

I !

"' ........ .

0 20 60 80 100

Relative Feuchtigkeit [%]

--e- auf dem Schutzglas --+- im Spalt

I

----.- im Innenraum

Abb. 1.6:

Kumulative Frequenz der relativen Feuchte bei MischiOftung


Auswertung der Praxis-Messungen 167

Die Glassensorstudie stellt ebenfalls die lnnenbeiOftung in beiden MeBperioden als die

eindeutig bessere Losung heraus, da die korrosive Belastung im Spalt bei diesem System die

geringsten Werte aufweist. Diese sind vergleichbar mit der niedrigen lnnenraumbelastung.

Bei der AuBenbeiOftung liegen die Werte in der ersten MeBperiode knapp unterhalb der

extrem hohen AuBenbelastung, in der zweiten MeBperiode Oberschreiten die Werte im Spalt

die der AuBenluft. Die MischbeiOftung zeigt im unteren Bereich der Lanzette eine ahnlich

hohe Belastung wie die AuBenbeiOftung, da dort die BeiOftungsoffnungen nach auBen

angelegt wurden. lm oberen Bereich entsprechen die Werte ungefahr denen der lnnenbeiOftung,

da an dieser Stelle die inneren BeiOftungsoffnungen angebracht wurden.

1.4 Kloster Neuendorf, Klosterkirche

In der dritten MeBperiode wurden die Schutzverglasungen an verschieden orientierten

Fenstern der ehemaligen Klosterkirche auf ihre Wirksamkeit OberprOft.

An den Werten der Tabelle ist deutlich zu erkennen, daB diese unbeheizte Kirche ein sehr

feuchtes lnnenklima besitzt. Der Jahres-Durchschnitt der relativen Feuchte liegt im Vergleich

zu den anderen unbeheizten Kirchen in Koln und Altenberg ca. 1 0 - 12 % hoher. Die relative

Feuchte im Spalt liegt bei den vier innenbeiOfteten Fensterkonstruktionen im Mittelwert

niedriger als im lnnenraum. Der hohe Feuchtegehalt und die sehr niedrigen AuBentemperaturen

tohrten dazu, daB die Moglichkeit zur Tauwasserbildung auf der lnnenseite des Schutzglases

je nach Orientierung bis zu einem Anteil von 14 % gegeben ist. Dabei weist das kleine

SOdfenster mit 7 % das beste Ergebnis auf (Abb. 1. 7). Bei keinem der Fenster konnte

Tauwasserbildung auf dem Originalglas festgestellt werden.

Bei der Betrachtung der Luftgeschwindigkeit im Spalt ist auffallend, daB die Werte bei den

SOdfenstern und beim Nordfenster relativ gering sind, was einerseits auf die meist geringen

Temperaturschwankungen und andererseits auf die Austohrung der BeiOftungsoffnungen

zurOckzutohren ist.

Bei der Bewertung der Ergebnisse muB man zu dem SchluB gelangen, daB die innenbeiOfteten

Schutzverglasungskonstruktionen nicht die gewOnschte Schutzwirkung erreichen. Die

GrOnde dator liegen aber in der Hauptsache nicht im konstruktiven Bereich, sondern sind

vielmehr in der Klimasituation des Kircheninnenraums zu suchen.

Eine Verbesserung der Wirkungsweise ist aus diesem Grund nur durch eine Anderung des

lnnenklimas zu erreichen, d. h. durch den Einbau einer gut funktionierenden Heizungsanlage.

Eventuell sind durch eine Kontrolle und ggf. VergroBerung der BeiOftungsoffnungen geringtogige

Steigerungen der Wirkung moglich.

Die Glassensorstudie bescheinigt dagegen den Konstruktionen eine gute Schutzfunktion im

Vergleich zur sehr hohen AuBenbelastung. Die korrosive Belastung im Spalt betragt dabei

zum Teil nur 40 % der lnnenbelastung. Die lmmissionsmessungen bestatigen diese Schadstoffverteilung,

wobei die Belastung in den Wintermonaten fast doppelt so hoch ist, wie in

den Sommermonaten.


168

Kloster Neuendorf, Nord- Ost- Sud- Kl. Sud-

Klosterkirche fenster fenster fenster fenster

Relative Feuchte

- im Spalt 73% 72% 70% 69 %

- im lnnenraum 76% 76% 76% 76 %

Tauwasserbildung

% der Gesamtzeit

- innen Schutzglas 14% 14% 12 % 7%

- auBen Original 0% 0% 0 % 0 %

- innen Original 0% 0% 0 % 0%

Lufttemperatur

- im Spalt 11 °C 11 °C 12 °C 12 °C

- im lnnenraum 11 °C 11 °C 11 °C 11 °C

Oberilachentemperatur 1Q OC 1Q OC 11 °C 12°C

des Schutzglases

-Minimum -14°C -13°C -13 °C -12 °C

-Maximum 29°C 40°C 41 °C 44 °C

Oberflachentemperatur 11 °C 11 °C 12 °C 12 °C

des Originalglases

-Minimum - 9 oc -9oc -soc -S°C

-Maximum 2S °C 43 °C 42 °C 41 °C

Luftgeschwindigkeit 0,1 2 m/s 0,22 m/s 0,12 m/s 0,13 m/s

im Spalt

-Maximum 0,34 m/s 0,67 m/s 0,39 m/s 0,29 m/s

Tabella 1.4: Kloster Neuendorf: Obersicht der MeBergebnisse

Kloster Neuendorf, kl. Sudfenster 1992/93

Unbeheizte Kircbe -

lnnenbehlftete Konstruktion

-~

~ 60

0

~

'0

~ ~ r-------_,---------+---------+------~~~----~

~

"

~ w r-------_,---------+---------+---------r~--~~

w ~0 60 80 100

Relative Feuchtigkeit [% I

-e- 3uf de m Scbutzg13s --+- im Spall

_.__ im lnoeoraum

Abb. 1 . 7:

Kumulative Frequenz der relativen Feuchtigkeit


Auswertung der Praxis-Messungen 169

1.5 Koln, Dom

lm Kelner Dom fanden wahrend der drei MeBperioden umfangreiche Messungen an verschiedenen

Fenstern statt, die in den Tabellen 1.5 bis 1. 7 dargestellt werden.

Die Ergebnisse des innenbelufteten Ostfensters waren nach der ersten MeBperiode nicht

befriedigend, da sehr haufig (12 %) die Moglichkeit zur Tauwasserbildung auf der lnnenseite

des Schutzglases bestand. Der geringe Wert der Luftgeschwindigkeit im Spalt zeigte, daB

der Luftaustausch nicht gut funktionierte, was bei Beluftungsoffnungen < 0,5 em verstandlich

war. Es erfolgte eine Konstruktionsanderung, wobei die Beluftungsoffnungen auf ca. 5 em im

unteren Bereich und ca. 1 em im oberen Bereich vergr6Bert wurden. Eindeutig ist zu

erkennen, daB durch diese MaBnahme die Wirkungsweise der Schutzverglasung am Ostfenster

verbessert wurde (Abb. 1 .8).

Eine weitere Vergr6Berung der Beluftungsoffnungen im oberen Bereich, an dem die Luft in

den Spalt eintritt, wird die Schutzwirkung positiv beeinflussen.

Auch die Resultate beim innenbelufteten Sudfenster mit groBen Beluftungsoffnungen in der

zweiten MeBperiode kann man aus bauphysikalischer Sicht als gut bezeichnen, da nur zu

einem geringen Anteil (0,5 %) die Moglichkeit der Tauwasserbildung bestand (Abb. 1.9). Der

Vergleich zum ersten MeBzeitraum, bei dem die Beluftungsschlitze wie beim Ostfenster nur

sehr klein waren, kann nicht erbracht werden, da an dieser MeBstation die MeBgerate sehr

haufig ausfielen.

Koln, Dom 1 1990/91 1991/92 1991/92

Ost- Ost- Sudfenster

fenster fenster

Relative Feuchte

- im Spalt 72% 73 % 68 %

- im lnnenraum 66 % 67 % 67 %

Tauwasserbildung

% der Gesamtzeit

- innen Schutzglas 12 % 4 % 0,5 %

- auBen Original 0 % 0 % 0 %

- innen Original 0 % 0 % 0 %

Lufttemperatur

- im Spalt 12 °C 13 °C 13 oc

- im lnnenraum 13 °C 13 °C 13 °C

Oberflachentemperatur 12 °C 13 °C 13 °C

des Schutzglases

-Minimum -10 °C -3 °C 0 °C

-Maximum 46 °C 42 oc 42 °C

Obertlachentemperatur 14 °C 14 °C 14 °C

des Originalglases

-Minimum -4 °C 4 °C 2 °C

-Maximum 51°C 46 °C 42 °C

Luftgeschwindigkeit 0,11 m/s 0,22 m/s 0,26 m/s

im Spalt

-Maximum 0,29 m/s 0,94 m/s 0,96 m/s

Tabelle 1.5: Koln, Dom: Obersicht 1 der MeBergebnisse


170

100

Koln Dom, Ostfenster 1990- 92

U nbeheizte Kirche - Innenbelilftete Konstruktion

~

~

·;;

80

!j

E 60

0

0

~

"" !j 40

..

2

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N

2

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0

0

I

I

I

I

I

I

I

~ ~

~

~\

20 40 80

Relative Feuchtigkeit au[ der lnnenseite des Schutzglases [%I

------ MeBperiode 1990!91 -+- Me6periode 1991;92

I

I

i

\\\

"\ \

\,

'

100

Abb. 1.8:

Kumulative Frequenz der relativen Feuchte auf der lnnenseite des Sch:utzglases fOr zwei

MeBperioden

100

Koln Dom, Sudfenster 1991/92

Unbeheizte Kirche - Innenbehiftete Konstruktion

~

~

·;;

!j

80

e 60

0

0

;;

"" !j 40

~

... "

e

""

20


""'"

0

"

0 20 40 60 80 100

Relative Feuchtigkeit [%I

------ au[ dem Schutzglas -+- im Spalt -...- lm Innenraum

Abb. 1.9:

Kumulative Frequenz der relativen Feuchte


Auswertung der Praxis-Messungen 171

Die Glassensorstudie zeigte in beiden Jahren sowohl beim Ost- als auch beim Sudfenster

eine geringe korrosive Belastung im Spalt, wobei das Ergebnis der zweiten MeBperiode

etwas schlechter ausfiel, da durch die breiteren Beluftungsschlitze mehr mit Schadstoffen

angereicherte Luft vom lnnenraum in den Spalt gelangen konnte.

Urn diese These noch einmal genauer zu uberprufen, wurde in der dritten MeBperiode an

einem Nordfenster an drei nebeneinanderliegenden Lanzetten der EinfluB der unterschiedlichen

Beluftungsoffnungen untersucht (Tab. 1.6). Es zeichnet sich ab, daB bei groBeren

Beluftungsoffnungen die , time of wetness" geringer ist als bei kleineren. Diese Problematik

wird in Kap. Vl.2.4 eingehend betrachtet.

Die Glassensorstudie bestatigt die beim Sud- und Ostfenster aufgestellte Vermutung, daB die

korrosive Belastung im Spalt bei VergroBerung der Beluftungsoffnungen zunimmt. Zu einem

analog en Ergebnis gelangen auch die Schadstoffmessungen.

Koln, Dom II Beliiftungs- Beliiftungs- Beliiftungsoffnung

offnung offnung

ca. 4 em ca. 2 em < 0,5cm

Relative Feuchte

- imSpalt 6S% 6S% 69%

- im lnnenraum 64% 64% 64%

Tauwasserbild ung

% der Gesamtzeit 3% 4 % 7%

Lufttemperatur

- im Spalt 12 °C 12 °C 12 °C

- im lnnenraum 11 °C 11 °C 11 °C

Oberflachentemperatur 10 °C 11 °C 12°C

des Schutzglases

-Minimum -13 °C -13 °C -12°C

-Maximum 40 °C 41 °C 44°C

Oberflachentemperatur 11 °C 12 °C 12 °C

des Originalglases

-Minimum -9 oc -s oc -SOC

-Maximum 43 °C 42 °C 41 °C

Luftgeschwindigkeit 0,2S m/s 0,19 m/s 0,16 m/s

im Spalt

-Maximum 0,59 m/s 0,41 m/s 0,31 m/s

Tabelle 1.6: Koln, Dom: Obersicht 2 der MeBergebnisse

In der dritten MeBperiode wurde im K61ner Dam die Schutzverglasung an einem Chor­

Obergadenfenster der Nordseite zu Vergleichszwecken mit einer innen- und auBenbelufteten

Konstruktion versehen und Messungen unterzogen. Ebenso wurde das innenbeluftete groBe

Nord-Querhausfenster uberpruft.


172

Koln, Dom Ill Nord- Nord- Nord-

Chorfenster Chorfenster Querhaus

lnnen- Au Ben- lnnenbeluftung

beluftung beluftung

Relative Feuchte

- im Spalt 68% 65% 69%

- im lnnenraum 63% 63% 63%

Tauwasserbildung

% der Gesamtzeit

- innen Schutzglas 1% 0% 2%

- auBen Original 0% 0% 0%

- innen Original 0% 0% 0%

Lufttemperatur

- im Spalt 12 °C 12 °C 12 °C

- im lnnenraum 12 oc 12 °C 12 °C

Oberflachentemperatur 1Q OC 11 °C 11 °C

des Schutzglases

-Minimum - 4°C - 6°C - 6 °C

-Maximum 29 °C 29°C 29°C

Oberflachentemperatur 11 °C 13 °C 12 °C

des Originalglases

-Minimum 0°C - 2 °C - 1 °C

-Maximum 27°C 28°C 29°C

Luftgeschwindigkeit 0,14 rnls 0,16 m/s 0,20 m/s

im Spalt

-Maximum 0,56 m/s 0,60 m/s 0,40 rn/s

Tabelle 1.7: Koln, Dom: Obersicht 3 der MeBergebnisse

Die Ergebnisse der Beli.iftungsvarianten beim Chor-Nordfenster zeigen, daB die lnnenbeli.iftungskonstruktion

unter klimatechnischen Aspekten schlechter abschneidet, da bei ihr die

Moglichkeit zur Tauwasserbildung auf der lnnenseite der Schutzverglasung zu einem geringen

Anteil (1 %) bestanden hat (Abb. 1.10). Bei der AuBenbeli.iftung konnte auf keiner der

Glasoberflachen Tauwasserbildung bemerkt werden (Abb. 1.11 ).

Wie aufgrund der Labormessungen vermutet, zeigte sich bei den ca. 1 0 em tiefen Spalten nur

eine geringe mitllere Luftgeschwindigkeit. Die Beli.iftungsoffnungen sind mit ca. 5 em im

oberen und im unteren Bereich wahrscheinlich nicht groB genug, um einen hoheren Luftaustausch

zu gewahrleisten. Nach der Glassensorstudie mi.iBte man der lnnenbeli.iftung den

Vorrrang geben, da sie eine deutlich geringere korrosive Belastung (ca. 50%) aufweist.

Die Ergebnisse des innenbeli.ifteten Fensters im Nordquerhaus entsprechen im Prinzip den

Ergebnissen des innenbeli.ifteten Systems am Nord-Chorobergadenfenster, sowohl in bezug

auf die Messungen als auch auf die Glassensorstudie.


Auswertung der Praxis-Messungen 173

100

80

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e 60

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0

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Koln Dom, Chor- Nordfenster 1992/93

U nbeheizte !Grebe - lnnenbeliiftete Konstruktion

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Relative Feuchtigkeit (%]

--+--auf dem Schutzglas -+-- im Spa it

---..-- im Innenraum

Abb. 1.1 0: Kumulative Frequenz der relativen Feuchte bei lnnenbeiUftung

Koln Dom, Chor-Nordfenster 1992/93

Unbeheizte Kirche - AuBenbelii!tete Konstruktion

0 L-------~--------~--------~--------~=-~~--~

0 20 40 60 80 100

Relative Feuchtigkeit [%]

--+-- Originallnnenseite -+-- im Spalt _...,_ im Innenraum

Abb. 1.11: Kumulative Frequenz der relativen Feuchte bei AuBenbeluftung


174

1.6 Lamersdorf, St. Cornelius

In der MeBperiode 1991/92 wurde die innenbeluftete Schutzverglasung in der klein en Dorfkirche

auf ihre Wirksamkeit Oberpruft.

Lamersdorf, St. Cornelius

SOdfenster

Relative Feuchte

- im Spalt 68%

- im lnnenraum 61%

Tauwasserbildung

% der Gesamtzeit

- innen Schutzglas 0,4 %

- auBen Original 0%

- innen Original 0%

Lufttemperatur

. - im Spalt 17 °C

- im lnnenraum 17 °C

Oberflachentemperatur 16 °C

des Schutzglases

-Minimum 4°C

-Maximum 46°C

Oberflachentemperatur 18 °C

des Originalglases

-Minimum 6°C

-Maximum 47°C

Luftgeschwindigkeit

im Spalt

-Maximum

Tabelle 1 .8: Lamersdorf: Obersicht der MeBergebnisse

0,21 m/s

0,95 m/s

Die Ergebnisse der Messungen zeigen, daB die ausgefOhrte Konstruktion eine gute Schutzwirkung

zeigt. Es wurde nur ein geringes MaB an Tauwasserbildung auf der lnnenseite der

Schutzverglasung festgestellt (Abb. 1.12). Der Mittelwert der Luftgeschwindigkeit deutet

darauf hin, daB ein guter Luftaustausch im Spalt stattfindet. ·

Die Glassensorstudie besUitigt im Prinzip diese gute Beurteilung. Die korrosive Belastung

des lnnenraums und des Spalts ist nahezu gleich, was auf einen stetigen Luftwechsel

zwischen lnnen- und Spaltluft schlieBen laBt. lm unteren Bereich der Verglasung wurden

jedoch hohere Werte festgestellt, wobei in einem Fall sogar die hohen AuBEmwerte erreicht

wurden. Dies ist Ieicht zu erklaren, da sich auf der Sohlbank des Fensters kleine Ottnungen

zum Ablaut des anfallenden Tauwassers nach auBen befinden, durch die die stark belastete

AuBenluft eindringen kann.

Um das vorhandene Schutzverglasungssystem zu verbessern, sollten die Ablaufe der

Schwitzwasserrinne verschlossen werden.


Auswertung der Praxis-Messungen 175

100

Lamersdorf, Sudfenster 1991/92

Bebeizte Kircbe - Jnnenbeluftete Konstruktion

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0 20 40 60 80 100

Relative Feuchtigkeit (%]

----auf dem Scbutzglas -+- im Spall

-...-- im Innenraum

Abb. 1.12: Kumulative Frequenz der relativen Feuchtigkeit

1.7 Marburg, Elisabethkirche

In der Elisabethkirche in Marburg handelte es sich um Kontrollmessungen an einem Nordostfenster,

die 1990/91 durchgefUhrt wurden, Da in den vorangegangenen Jahren haufig

Tauwasserbildung auf der Schutzverglasung der innenbelufteten Konstruktion beobachtet

wurde und die bereits erfolgten ersten Messungen dies eindeutig bestatigten, wurden die

Beluftungsoffnungen von ca. 2 em auf 4 em sowohl an der Sohlbank als auch an den

Kopfscheiben vergr6Bert.

Die Vergr6Berung der Beluftungschlitze hatte eine Erhohung der Luftgeschwindigkeit im

Spalt auf einen Jahresmittelwert von 0,31 rn/s zur Folge, was auf einen sehr guten Luftaustausch

schlieBen laBt. Die Moglichkeit zur Tauwasserbildung auf der lnnenseite des Schutzglases

konnte im MeBzeitraum zwar nicht vollstandig verhindert werden, wurde aber zumindest

stark reduziert. Tauwasserbildung auf der lnnen- und AuBenseite der Originalglases

konnte nicht festgestellt werden.

Nach AbschluB dieser Kontrollmessungen kann man davon ausgehen, daB das jetzige

Konstruktionssystem die erwunschte Schutzwirkung erbringen wird. Aus diesem Grund sind

weitere Konstruktionsveranderungen wenig sinnvoll.

Eine Glassensorstudie wurde in Marburg nicht durchgefUhrt, da diese MeBreihe erst einige

Monate nach Beginn der Sensorstudie der 1. MeBperiode gestartet wurde.


176

Marburg, Elisabethkirche

Nordostfenster

Relative Feuchte

- im Spalt 66%

- im lnnenraum 59%

Tauwasserbildung

% der Gesamtzeit

- innen Schutzglas 0,2%

- auBen Original 0%

- innen Original 0%

Lufttemperatur

- im Spalt

- im lnnenraum

13 oc

15 oc

Oberflachentemperatur

14 oc

des Schutzglases

-Minimum

-3°C

-Maximum 29°C

Oberflachentemperatur

16 oc

des Originalglases

-Minimum

5 oc

-Maximum 27°C

Luftgeschwindigkeit

im Spalt

-Maximum

Tabelle 1.9: Marburg: Obersicht der MeBergebnisse

0,31 m/s

0,58 m/s

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100

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Marburg Nordostfenster 1990/91

Beheizte Kirche - lnnenbehiftete Konstruktion

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0 20 60 80 100

Relative Feuchtigkeit [%]

-+-auf dem Scbutzglas -+- im Spalt

I

----.- im lonenraum

Abb. 1.13: Kumulative Frequenz der relativen Feuchtigkeit


Auswertung der Praxis-Messungen 177

1.8 Monchengladbach, Munsterkirche

In der Munsterkirche in Monchengladbach wurde die mischbeluftete Schutzverglasungskonstruktion

am Ostfenster in der ersten MeBperiode von April 1990 bis April 1991 Oberpruft.

Dabei ergaben sich folgende Jahres-Durchschnittswerte:

Monchengladbach, MOnsterkirche

Ostfenster

Relative Feuchte

- im Spalt 62 %

- im lnnenraum 54 %

Tauwasserbildung

% der Gesamtzeit

- innen Schutzglas 2%

- auBen Original 0 %

- innen Original 0 %

Lufttemperatur

- im Spalt 14 °C

- im lnnenraum 16 °C

Oberflachentemperatur 15 °C

des Schutzglases

-Minimum -5 °C

-Maximum 50 °C

Oberflachentemperatur 17 °C

des Originalglases

-Minimum 1 °C

-Maximum 47 °C

Luftgeschwindigkeit

im Spalt

-Maximum

0,35 m/s

1,76 m/s

Tabelle 1.10: Monchengladbach, MOnsterkirche: Obersicht der MeBergebnisse

Bei dieser Kirche handelt es sich um ein beheiztes Bauwerk mit einem guten lnnenklima. Die

,time of wetness" ist mit 2 % auf der lnnenseite des Schutzglases als gering zu bezeichnen.

Der hohe Mittelwert der Luftgeschwindigkeit im Spalt deutet auf einen guten Luftaustausch

hin. Anhand der vorhandenen MeBdaten kann man darauf schlieBen, daB dieser Austausch in

der Hauptsache mit der lnnenluft erfolgt. Die Maximalwerte (bis zu 1,76 m/s) zeigen, daB

auch ein Luftaustausch mit au Ben stattfindet. lnsgesamt gesehen handelt es sich um eine gut

funktionierende Schutzverglasung, die einen Schutz des Originalglases gewahrleistet.

Die Ergebnisse der Glassensorstudie unterstOtzen dieses positive Urteil. Da die AuBenbelastung

sehr hoch und die korrosive Belastung im Spalt nur gering ist, werden die vorangegangenen

Vermutungen Ober den Luftaustausch bestatigt.

Eine Verbesserung der vorhandenen Konstruktion ist nur durch ein innenbeluftetes System

moglich, um das Eindringen der stark schadstoffbelasteten AuBenluft zu verhindern.


178

MG, Munsterkirche Ostfenster 1990/91

Beheizte !Grebe - Mi.scbbelllltete Konstruktion

-e-- auf dem Schutzglas -+- im Spall

-.- im lnneuraum

Abb. 1.14: Kumulative Frequenz der relativen Feuchtigkeit

1.9 Monchengladbach-Hardt, St. Nikolaus

In der ersten MeBperiode 1990/91 wurde das innenbeluftete Konstruktionssystem auf seine

Schutzwirkung untersucht. Diese Kirche wies das trockenste lnnenklima mit einem Jahres­

Durchschnittswert von 49 % relativer Feuchtigkeit auf. Der Mittelwert der relativen Feuchte

im Spalt lag aber mit 60 % erheblich hoher. Zudem konnte ein sehr geringes Auftreten von

Tauwasserbildung auf der lnnenseite der Schutzverglasung festgestellt werden.

Die Luftgeschwindigkeit im Spalt deutet auf einen schlecht funktionierenden Luftaustausch

mit dem lnnenraum hin. Dies wird durch die hohen Differenzen der Lufttemperaturen (3 oq

und der bereits erwahnten relativen Feuchte (11 %) besHitigt.

Eine Verbesserung des Konstruktionssystems ist auf jeden Fall durch eine \lergroBerung der

Beluftungsoffnungen moglich. Durch eine Steigerung des Luftaustausches mit der lnnenluft

muBte ein Auftreten von Tauwasser vollstandig zu verhindern sein.

Die Glassensorstudie zeigt fUr den Spalt und den lnnenraum eine geringe korrosive Belastung,

woraus sich eine gute Schutzwirkung der Verglasung ableiten laBt.


Auswertung der Praxis-Messungen 179

Monchengladbach-Hardt, St. Nikolaus

Nordostfenster

Relative Feuchte

- im Spalt 60 %

- im lnnenraum 49 %

Tauwasserbildung

% der Gesamtzeit

- innen Schutzglas 0,01 %

- auBen Original 0 %

- innen Original 0%

Lufttemperatur

- im Spalt 13 °C

- im lnnenraum 16 °C

Oberflachentemperatur 14 °C

des Schutzglases

-Minimum -6 °C

-Maximum 42 °C

Oberflachentemperatur 17 °C

des Originalglases

-Minimum 2 °C

-Maximum 39 °C

Luftgeschwindigkeit

im Spalt

-Maximum

Tabelle 1.11 : Monchengladbach-Hardt: Obersicht der MeBergebnisse

0,16m/s

0,41 m/s

100

M G-Hardt, Nordostfenster 1990/91

Beheizte Kirche - Innenbeluftete Konstruktion

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Relative Feuchtigkeit [% J

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-e- auf dem Schutzglas -+- im Spall -a- im Inne oraum

Abb. 1.15: Kumulative Frequenz der relativen Feuchtigkeit


180

1 .1 0 Monchengladbach-Hermges, St. Josef

In der St.-Josef-Kirche in Monchengladbach-Hermges wurde das Achsfenster des Sudchores

im Zeitraum von April 1990 bis April 1991 genauen Messungen unterzogen. Dabei

ergaben sich die folgenden Ergebnisse:

Monchengladbach-Hermges, St. Josef

Ostfenster

Relative Feuchte

- im Spalt 62 %

- im lnnenraum 53%

Tauwasserbildung

% der Gesamtzeit

- innen Schutzglas 0%

- auBen Original 0 %

- innen Original 0 %

Lufttemperatur

- im Spalt 15 °C

- im lnnenraum 17 °C

Oberflachentemperatur 15 °C

des Schutzglases

-Minimum

-5°C

-Maximum 46°C

Oberflachentemperatur 18 °C

des Originalglases

-Minimum 4 °C

-Maximum 46 °C

Luftgeschwindigkeit

im Spalt

-Maximum

Tabelle 1.12: Monchengladbach-Hermges: Obersicht der MeGergebnisse

0,19m/s

0,51 m/s

In der gut beheizten, relativ trockenen Kirche (62 %) konnte auf keiner der Glasoberflachen

die Moglichkeit zur Tauwasserbildung nachgewiesen werden.

lm Vergleich zu Monchengladbach-Hardt findet hier ein besserer Luftaustausch zwischen

Spalt und lnnenraum statt. Dies belegen die Jahres-Durchschnittswerte der hoheren Luftgeschwindigkeit

sowie die geringeren Differenzen zwischen den Lufttemperaturen (2 °C} und

den Werten der relativen Feuchte (9 %). Es wird eine gute Schutzwirkung erzielt, die eventuell

durch eine geringe Vergr6Berung der Beli.iftungsoffnungen optimiert werden kann.

Die Resultate der Glassensorstudie bestatigen das positive Bild. Es ist zu bemerken, daB die

korrosive Belastung der lnnenluft etwas hoher ist als die der Spaltluft.


Auswertung der Praxis-Messungen 181

MG- Hermges Sudfenster 1990/91

Beheizte Kircbe - lnnenbelilftete Konst.ruktion

Relative Feuchtigkeit [%]

----auf dem Schutzglas -+-- im Spalt

-.- im Innenraum

Abb. 1.16: Kumulative Frequenz der relativen Feuchtigkeit

1 .11 Rheydt-Giesenkirchen, St. Gereon

In der zweiten MeBperiode 1991/92 wurden Vergleichsmessungen an je einem Fenster der

Ost- und Sudseite vorgenommen, um die Auswirkung der unterschiedlichen Orientierung zu

untersuchen.

Seide Fenster waren mit der gleichen innenbelufteten Schutzverglasungskonstruktion versehen,

die beide gute Ergebnisse erbrachten. Obwohl der Spalt beim Sudfenster einen hoheren

Jahres-Durchschnittswert der relativen Feuchtigkeit aufweist, tritt auf keiner der GlasoberWichen

Tauwasser auf. Beim Ostfenster wurde die Moglichkeit zur Tauwasserbildung in

geringem MaBe festgestellt. Die graBen Beluftungsottnungen tohren zu einem guten Luftaustausch.

Die hohere Luftgeschwindigkeit im Spalt des Sudfensters zeigt deutlich, daB an

diesem Fenster die.groBeren Temperaturunterschiede vorlagen.

Die Glassensorstudie besUitigt die gute Schutzwirkung. Es ist ein ausgeglichenes korrosives

Verhalten zwischen lnnenraum und Spalt zu erkennen.

Da das Schutzverglasungssystem gut funktioniert, konnen hier keine Verbesserungsvorschlage

gemacht werden.


182

Rheydt-Giesenkirchen, St. Gereon Ostfenster SOdfenster

Relative Feuchte

- im Spalt 65% 67%

- im lnnenraum 57% 57%

Tauwasserbildung

% der Gesamtzeit

- innen Schutzglas 0,2% 0%

- auBen Original 0% 0%

- innen Original 0% 0%

Lufttemperatur

- im Spalt 16°C 16°C

- im lnnenraum 17°C 17°C

Oberflachentemperatur 16 °C 15 °C

des Schutzglases

-Minimum 0°C -2°C

-Maximum 53°C 48°C

-· ·--·

Oberflachentemperatur 1S°C 1S°C

des Originalglases

-Minimum S°C S°C

-Maximum 47°C 44°C

Luftgeschwindigkeit 0,25 m/s 0,34 rn/s

im Spalt

-Maximum 0,61 rn/s 0,65 m/s

Tabella 1.13: Rheydt-Giesenkirchen: Obersicht der Me6ergebnisse

Rheydt- Giesenkirchen Sudfenster 1991/92

Bebeizte K.ircbe - lnnenbehiftete Konstruktion

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Relative Feucbtigkeit [%I

........ auf dem Scbutzglas -+- im Spalt .....,.__ im lnnearaum

Abb. 1.17: Kumulative Frequenz der relativen Feuchtigkeit


Auswertung der Praxis-Messungen 183

2. Vergleich der MeBstationen unter verschiedenen Aspekten

In Kapitel V ,Anwendung der Computermodelle" wurden bereits austohrlich die verschiedenen

Parameter, die EinfluB auf das lnnenklima der Kirche und dadurch auf die Tauwasserbildung

auf den verschiedenen Glasoberflachen ausuben, beschrieben. Bei diesen Simulationen

wurden Vergleiche zwischen gemessenen und berechneten Daten einer beheizten und

unbeheizten Kirche mit unterschiedlichen BeiOftungssystemen durchgetohrt. Dabei wurden

wichtige Erlauterungen bezOglich des unterschiedlichen Verhaltens der verschiedenen

Varianten gegeben, die in diesem Kapitel nicht Wiederholt werden sollen. In diesem Abschnitt

soli nun ein Teil dieser Parameter, wie z. B. die Beheizung der Kirche, das BeiOftungssystem,

die GrOBe der Beluftungseffnungen, tor die im Rahmen dieser Arbeit untersuchten Kirchen

OberprOft und miteinander verglichen werden. Da Tauwasserbildung auf den Glasoberflachen

meglichst vermieden werden soli, wird im folgenden das Auftreten von Tauwasser als

BewertungsmaBstab tor die Beurteilung der Schutzwirkung herangezogen.

2.1 Beheizung der Kirche

Die Untersuchungen haben deutlich gezeigt, daB das lnnenklima der einzelnen Kirchen sehr

unterschiedlich ist. Dabei existieren sowohl groBe Unterschiede beim Vergleich unbeheizter

und beheizter Kirchen (Abb. 2.1 ), als auch bei der Betrachtung mehrerer unbeheizter Objekte

(Abb. 2.2), bzw. beheizter Objekte (Abb 2.3) untereinander. Zusatzlich ist das lnnenklima in

den Bauwerken nicht in jedem Jahr gleich, wie die Werle des unbeheizten Kelner Doms Ober

drei Jahre (Abb. 2.4) und in der beheizten Kirche in Keyenberg Ober zwei Jahre (Abb. 2.5)

beweisen.

Dabei ist zu beachten, daB die relative Feuchtigkeit im lnnenraum von folgenden Parametern

abhangig ist:

- der mittleren Lufttemperatur im lnnenraum

- dem AuBenluftwechsel und der AuBenluftfeuchte

- den Feuchtequellen im lnnenraum

- dem Feuchteaustausch mit den lnnenwanden

Die relative Feuchtigkeit des lnnenraums steht bei den innenbeiOfteten Konstruktionen Ober

die relative Feuchte des Spaltes in indirektem Zusammenhang mit der Feuchtigkeit auf der

Glasoberflache. Dabei hat aber ein feuchteres lnnenklima nicht automatisch eine hehere

Feuchtefrequenz auf der Glasoberflache zur Folge.

In Abbildung 2.6 werden die Feuchtefrequenzen auf der lnnenseite der Schutzverglasung bei

Nord- bzw. Ostfenstern von drei unbeheizten Kirchen (vgl. Abb. 2.2) dargestellt. Obwohl das

lnnenklima im Kelner und Altenberger Dom kaum Unterschiede aufweist, zeigen sich in der

Feuchtefrequenz auf der Schutzverglasung erhebliche Unterschiede; in Keln wurde Ober 3 %

der Gesamtzeit eines Jahres Tauwasser auf der Glasoberflache festgestellt, in Altenberg Ober

26 % der Zeit! In Kloster Neuendorf wurde ein sehr feuchtes lnnenklima aufgezeichnet, die

Feuchtefrequenz auf der Schutzverglasung liegt zwischen denen von Koln und Altenberg und

weist Ober 15 % der Gesamtzeit Tauwasserbildung auf der Schutzverglasung auf.


184

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lnnenklima 1990/91

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Relative Feuchtigkeit im Inneoraum (%]

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80 100

Abb. 2.1 : Beispiel hatter Vergleich der relativen Feuchtigkeit einer beheizten und unbeheizten Kirche

100

lnnenklima 1990-93

Unbeheizte Kitchen

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Relative Feuchtigkcit im lnnenraum [%]

-.- Altenberg 1990{91 -+-- Koln 1992.193 ..,..._. :"eu~ndorf 1992/93

Abb. 2.2 : Beispielhafter Vergleich der relativen Feuchtigkeit unbeheizter Kirchen


Auswertung der Praxis-Messungen 185

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lnnenklima 1990-92

Beheizte Kirchen

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Relative Feuchtigkeit im Innenraum [%I

-+- MG-Hardt 1990;91 -+- Keyenberg 1991/92 -.-MG. Munster 1990,91

Abb. 2.3 : Beispielhafter Vergleich der relativen Feuchtigkeit beheizter Kirchen

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Koln Dom lnnenklima 1990- 93

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Relative Feuchtigkeit im lnnenraum (%I

........ Me.Speriode 1990!9 I -+- Me.Speriode 1991192 -.- Me.Speriode 1992193

Abb. 2.4 : Verglelch der relativen Feuchtigkeit Ober mehrere Jahre in einer unbeheizten Kirche


186

100

Keyenberg lnnenklima 1990- 92

Beheizte Kirche

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Relative Feuchtigkeit im lnneoraum [%]

--- MeBperiode 1990!91 -+- Mellperiode 1991!92

Abb. 2.5 : Vergleich der relativen Feuchtigkeit Ober mehrere Jahre in einer beheizten Kirche

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Tauwasserbildung 1990 - 93

Uobeheizte Kirchen - Iooenbe1ilftete Koostruktioo

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___ Altenberg 1990J91 -+- Ko1n 1992193 -...- :"'euendorf 1992!93

Abb. 2.6:

Beispielhafter Vergleich der relativen Feuchtefrequenz auf der Schutzverglasung bei unbeheizten

Kirchen


Auswertung der Praxis-Messungen 187

Allgemein ist zu bemerken, daB in einer beheizten Kirche die Moglichkeit der Tauwasserbil- .

dung geringer ist, als in einer unbeheizten, da in der Regel der Wert der relativen Feuchtigkeit

niedriger liegt (vgl. Kap. V.3.1 ).

2.2 Beluftungssysteme

Bei den ,in-situ"-Messungen wurden aile BeiOftungsvarianten OberprOft. Es gibt Beispiele

von innen-, auBen-, misch- und unbeiOfteten Systemen. Aile Varianten wurden in beheizten

Kirchen getestet, ein Teil zusatzlich in unbeheizten. In der beheizten Kirche in Keyenberg

wurden in der ersten MeBperiode an einem Fenster eine innen- und eine auBenbeiOftete

Konstruktion mit dem Originalzustand verglichen.

Um die unterschiedliche Wirkungsweise der Konstruktionsvarianten genauer zu betrachten,

wurde die kumulative Frequenz der relativen Feuchtigkeit sowohl auf der lnnenseite des

Schutzglases als auch auf der lnnen- und AuBenseite des Originalglases ermittelt.ln Abb. 2.7

werden die Werte tor die Schutzverglasung dargestellt, wobei eindeutig zu erkennen ist, daB

die Schutzglasscheibe bei der lnnenbeiOftung standig feuchter ist als bei der AuBenbeiOftung

und zudem auch noch ca. 0,5 % der Zeit Tauwasserbildung aufweist.

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Abb. 2.7:

Vergleich der relativen Feuchtigkeit auf der lnnenseite des Schutzglases verschiedener

BeiOftungssysteme


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Keyenberg, Nordostfenster 1990/91

Beheizte Kirche - Belwtungsvarianten

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Relative Feuchtigkcit auf der Aullenseite des Originalglases (%]

---- Au6enbeliiftung -+- lnnenbeliiftung

Abb. 2.8:

Vergleich der relativen Feuchtigkeit auf der AuBenseite des Originals verschiedener Beluftungssysteme

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Keyenberg, Nordostfenster 1990/91

Beheizte K.irche - Beliiftungsvarianten

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0 20 40 60 80 100

Re lative Feuchtigkeit auf der lnnenseite des Originalglases [%]

---- Aufienbelilftung --+- Inne nbelilftung --...- Originalzustand

Abb. 2.9:

Vergleich der relativen Feuchtigkeit auf der lnnenseite des Originals verschiedener BeiOftungssysteme


Auswertung der Praxis-Messungen 189

In Abb. 2.8 warden die Feuchtefrequenzen auf der AuBenseite des Originalglases abgebildet.

Bei der lnnenbeluftung Oberschreitet die relative Feuchte nicht 80 %, wahrend bei der

AuBenbeiOftung kurzzeitig Tauwasserbildung festgestellt wurde.

In Abb 2.9 wird die relative Feuchtigkeit auf der lnnenseite des Originalglases dargestellt. Es

ist zu erkennen, daB die lnnenbeiOftung die gunstigsten Werte autweist. Auch hier wurde bei

der AuBenbeiOftung Tauwasser bemerkt. Die Werte fOr den Originalzustand liegen im

mittleren Bereich.

In der zweiten MeBperiode wurden wiederum Vergleichsmessungen in Keyenberg durchgefOhrt,

wobei der Originalzustand gegen eine mischbeiOftete Konstruktion ausgetauscht

wurde. Da die Werte der lnnen- und AuBenbeiOftung im Prinzip denen des Vorjahrs entsprechen,

wird in Abb. 2.10 nur ein Vergleich der relativen Feuchtefrequenz auf der lnnenseite der

Schutzverglasung fur die lnnenbeiOftung und die Mischluftung gegeben. Die Grafik veranschaulicht,

daB die MischiOftung schlechter abschneidet als die lnnenbeiOftung.

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Keyenberg, Nordostfenster 1991/92

Beheizte !Grebe - Beliiftungsvarianten

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Relative Feuchtigkeit auf der lnnenseite des Schulzglaoes [%]

---- lnnenbehiftung -+- Mischbeliiftung

Abb. 2.10: Vergleich der relativen Feuchte auf der lnnenseite des Schutzglases verschiedener BeiGftungssysteme


190

In der Abb. 2.11 werden die kumulativen Feuchtefrequenzen eines innenbelufteten Sudfensters

aus Rheydt-Giesenkirchen und eines unbelufteten Sudwestfensters aus Breinig gegenubergestellt.

Bei diesem Vergleich ist zu berucksichtigen, daB in den beiden unterschiedlich

graBen, beheizten Kirchen verschiedene lnnenklimas herrschen. Bei beiden Beluftungssystemen

wurde Tauwasserbildung festgestellt, aber insgesamt gesehen, zeigt das innenbeluftete

System das bessere Ergebnis.

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Bebeizte Kirchen - Behiltungsvarianten

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Relative Feucbtigkeit auf der Innenseite des Scbutzglases [%)

----- Innenbeliiftung (Rheydt -Giesenkirchen) -- unbeliiftetes System (Breinig)

Abb. 2.11 : Vergleich der relativen Feuchte auf der lnnenseite des Schutzglases verschiedener BeiUftungssysteme

Zusammenfassend kann man sagen, daB bei den auBenbelufteten Systemen die Gefahr der

Tauwasserbildung am geringsten ist. Besonders negativ ist hier jedoch die Tatsache, daB bei

den durchgetuhrten Messungen Tauwasser auf dem Originalglas nachgewiesen wurde, wenn

auch nur kurzzeitig. Die Betrachtung der anderen Beluftungssysteme ergab, daB es immer zu

Tauwasserbildung auf der lnnenseite der Schutzverglasung kam, wah rend das Originalglas in

allen Fallen trocken blieb. Die innenbeluftete Konstruktion zeigte stets die gunstigsten

Ergebnisse (vgl. Kap. V.3.2).


Auswertung der Praxis-Messungen 191

2.3 Orientierung des Fensters

In den drei MeBperioden wurden verschieden orientierte Fenster mit Schutzverglasungskonstruktionen

berOcksichtigt, wobei in der Hauptsache Ost-, Nord-, Nordost- und SOdfenster

ausgewahlt wurden,lediglich ein SOdwestfensterwurde OberprOft.

In der zweiten MeBperiode wurden sowohl im Kelner Dom als auch in Rheydt-Giesenkirchen

Parallelmessungen an einem Fenster der SOd- und der Ostseite durchgetohrt, um den EinfluB

der Orientierung genauer zu untersuchen. In Abb. 2.12 sind die kumulativen Feuchtefrequenzen

auf der lnnenseite des Schutzglases fOr den Kelner Dom dargestellt. Deutlich ist der

nahezu parallele Verlauf der Kurven zu erkennen, wobei das SOdfenster die geringeren

Feuchtewerte aufweist. Die Ergebnisse in Rheydt-Giesenkirchen sind sehr ahnlich.

In Kloster Neuendorf wurden in der dritten MeBperiode gleichzeitig Messungen an vier

Fenstern mit drei unterschiedlichen Orientierungen durchgefOhrt. Es handelte sich dabei um

ein Nord-, ein Ost- und ein SOdfenster mit ahnlichen Abmessungen und zusatzlich um ein

sehr kleines SOdfenster (vgl. Tabelle 1.4).

In Abb. 2.13 sind die Frequenzen tor die relative Feuchtigkeit auf der lnnenseite des

Schutzglases tor die vier Varianten aufgezeigt, wobei diese einen ahnlichen, nahezu parallelen

Verlauf aufweisen. Die Werte der greBeren Fenster sind in etwa gleich, wobei das

SOdfenster die besten Ergebnisse zeigt, die aber noch Obertroffen warden vom kleinen

SOdfenster.

Die Grafiken mach en deutlich, daB die Meglichkeit der Tauwasserbildung bei allen Orientierungen

besteht, wobei die Gefahr bei den SOdfenstern geringer ist als bei den Nord- und

Ostfenstern, da aufgrund der Sonneneinstrahlung die relative Feuchtigkeit sinkt.

100

Koln Dom 1991/92

Unbeheizte Kirche - lnnenbeliiftete Konstruktion

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---- Siidfenster --+-- Ostfenster

Abb. 2.12: Vergleich der relatlven Feuchte auf der lnnenseite des Schutzglases bei verschiedener

Orientierung


192

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Kloster Neuendorf 1992/93

Unbeheizte Kirche - Innenbeliiftete Konstruktion

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Relative Feuchtigkeit auf der Innenseite des Sebutzglases [%]

-+- KL Siidfenster --+-- Siidfenster ....- Nordfenster ---- Ostfenster

Abb. 2.13: Vergleich der relativen Feuchte auf der lnnenseite des Schutzglases bei verschiedener

Orientierung

lm folgenden findet ein Vergleich von Fenstern aus verschiedenen beheizten und unbeheizten

Kirchen mit der gleichen Orientierung statt. In Abb. 2.14 sind die Feuchtefrequenzen tor

die Ostfenster, in Abb. 2.15 tor die Nordostfenster, in Abb. 2.16 fUr die Nordfenster und in

Abb. 2.17 fUr die Sudfenster dargestellt.

Anhand des unterschiedlichen Verlaufs der Kurven kann man zwischen den gleichorientierten

Fenstern der verschiedenen Bauwerke folgende Feststellungen treffen:

Beim Vergleich der Sud- und Ostfenster kann man jeweils einen ahnlichen Kurvenverlauf fUr

· die Fenster der unbeheizten Kirchen in Koln und Kloster Neuendorf sowie fUr die beheizten

Kirchen in Rheydt-Giesenkirchen und Monchengladbach-Hermges bzw. Monchengladbach

Munsterkirche erkennen. Der Kurvenverlauf bei den Nordostfenstern ist tor die drei beheizten

Kirchen in Marburg, Keyenberg und Monchengladbach-Hardt vergleichbar, wogegen das

Fenster des unbeheizten Altenberger Doms vollstandig herausfallt. Betrachtet man die

Nordfenster der drei unbeheizten Kirchen, sind wiederum Gemeinsamkeiten zu erkennen.

ResOmierend kann man sagen, daB die Orientierung einen gewissen EinfluB auf die Tauwasserbildung

besitzt. Jedoch muB dies in direktem Zusammenhang mit dem lnnenklima der

Kirche gesehen werden. Bei den Nordfenstern der unbeheizten Kirchen nimmt die ,time of

wetness" einen hohen prozentualen Anteil ein. Bei den anderen Orientierungen schneiden

grundsatzlich die Fenster der beheizten Kirchen besser ab, da die Moglichkeit zur Tauwasserbildung

geringer ist. Die besten Ergebnisse mit der niedrigsten Tauwasserbildung zeigen die

SOdfenster.


Auswertung der Praxis-Messungen

193

100

Ostfenster

Beheizte/U nbeheizte Kirchen - Beliiftungwarianten

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-...- Rheydt-Giesenkircben 1991t92 -a- Kloster Neuendorf 19'12,-93

100

Abb. 2.14: Vergleich der relativen Feuchte auf der lnnenseite des Schutzglases bei Ostfenstern

100

Nordostfenster

Beheizte/Unbeheizte Kirchen - Beluftungwarianten

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--- Altenberg Dom 1990t91 -+- Marburg 1990f)1

--..- K.eyenberg 1990f) 1 -a- MG-Hardt 1990f)I

100

Abb. 2.15: Vergleich der relativen Feuchte auf der lnnenseite des Schutzglases bei Nordostfenstern


194

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Nordfenster

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Abb. 2.16: Vergleich der relativen Feuchte auf der lnnenseite des Schutzglases bei Nordfenstern

100

Sudfenster

Beheizte/Unbeheizte Kirchen- Belilftungsvarianten

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.....,_ Koln Dom 1991!92 -+- MG-Hennges 1990/91

......- Rbeydt Giesenkircben 1991t92 ........ Kloster Neuendorf 1992;93

Abb. 2.17: Vergleich der relativen Feuchte auf der lnnenseite des Schutzglases bei SUdfenstern


Auswertung der Praxis-Messungen 195

2.4 Konstruktionsdetails

Wie im ersten Abschnitt dieses Kapitels in der Beurteilung der MeBstationen hiiufig erwahnt,

sind die Beluftungsoffnungen von groBem EinfluB auf die Wirksamkeit der Schutzverglasung.

Die Ergebnisse der Vergleichsmessungen, die am innenbelufteten Nordfenster des Kolner

Doms bezuglich der GroBe der Beluftungsoffnungen (vgl. Tabelle 1.6) durchgetuhrt wurden,

zeigen: je groBer die Beluftungsoffnungen, desto geringer ist die Moglichkeit der Tauwasserbildung

auf der lnnenseite des Schutzglases (Abb. 2.18).

100

Koln Dom, Nordfenster 1992/93

U nbeheizte Kirche - lnnenbehlftete Konstruktion

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Relative Feuchtigkeit auf der lnnenseite des Schutzgla.ses [%I

----- Otfnungen .W mm -+- Offnungen 20 mm --.- Offnungen < 5 mm

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Abb. 2.18: Kumulative Frequenz der relativen Feuchte bei lnnenbeluftung tor unterschiedliche Beluftungsoffnungen

Die VergroBerung der Beluftungsoffnungen hat in der Regel eine hohere Luftgeschwindigkeit

zur Folge (Abb. 2.19). Diese bewirkt wiederum einen besseren Luftaustausch zwischen

lnnenraum und Spalt und tuhrt zu einer geringeren relativen Luftfeuchtigkeit im Spalt (Abb.

2.20).

Ahnliche Erfahrungen mit der Verbesserung des Klimas im Spalt wurden bereits in der ersten

MeBperiode am Nordostfenster in Marburg sowie in der 2. MeBperiode am Ostfenster in Koln

gemacht.


196

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22.0ez.92 24.Dez.92

a: Beluftungsoffnungen 4 em

c: BelUftungsi:iffnungen 2 em

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30. Dez. 92

b: Beliiftungsoffnungen < 0,5 em

Abb. 2.19: Luftgeschwindigkeit im Spalt bei unterschiedlichen BeiOftungsoffnungen

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30.0ez .92

a: SelUftungstiffnungen 4 em

c: BelUftungsOffnungen 2 em

b: SelUftungsOffnungen < 0,5 em

d: Innenraum

Abb. 2.20: Relative Feuchtigkeit im lnnenraum und im Spalt bei unterschiedlichen BeiOftungsoffnungen


Auswertung der Praxis-Messungen 197

3. SchluBfolgerung

In dieser SchluBfolgerung so lien Vergleiche zwischen den unterschiedlichen MeBparametern

an den MeBstationen angestellt werden, um allgemeingultige Aussagen zu treffen:

Beim Vergleich aller MeBstationen untereinander muB man feststellen, daB die Differenz der

Jahres-Mittelwerte zwischen der relativen Feuchtigkeit im Spalt und der im lnnenraum 1 %

bis 14 % betragt.

Wahrend nur in Kloster Neuendorf die relative Feuchtigkeit im Spalt geringer war als im

lnnenraum, ist dies bei allen anderen MeBstationen umgekehrt. Dabei besteht kein Zusammenhang

zwischen der Hohe der Differenz und der Beheizung der Kirche.

In den unbeheizten Kirchen wurc;le bei den innenbelufteten Konstruktionen in allen Fallen die

Moglichkeit zur Tauwasserbildung auf der Glasoberflache der Schutzverglasung festgestellt.

In den beheizten Kirchen wurde zwar auch die Entstehung von Tauwasser bemerkt, aber in

viel geringerem Umfang. Tauwasserbildung auf der Originalverglasung wurde bei den innenbelufteten

Konstruktionen nicht festgestellt, aber bei auBenbelufteten Variant en in Keyenberg

auf beiden Oberflachen, wenn aucb nur zu einem geringen Anteil.

Die Messungen haben ergeben, daB bei innenbelufteten Systemen auf jeden Fall Tauwasser

auftrat, sobald die relative Feuchtigkeit im Spalt 68 % (Jahresmittelwert) uberstieg. Auch

unterhalb dieser ,Grenze" wurde die Moglichkeit zur Tauwasserbildung notiert, aber in einem

wesentlich niedrigerem MaBe (unter 1 % der Gesamtzeit). Bei den mischbelufteten Systemen

zeichnet sich ein ahnliches Verhalten ab, aber die geringe Zahl von MeBstationen mit dieser

Konstruktion (4) laBt keine Verallgemeinerung zu. Das einzige unbeluttete System weist troti

geringer relativer Feuchtigkeit im Spalt einen hohen prozentualen Anteil an Tauwasserbildung

auf.

Die Lufttemperatur im Spalt unterliegt groBeren Schwankungen als die Lufttemperatur im

lnnenraum. Die Differenzen im Jahres-Mittelwert liegen zwischen 0 und 3 oc, wobei die Werte

im Sommer geringer sind als im Winter. Die Jahres-Durchschnittswerte wurden im lnnenraum

und im Spalt bei den verschiedenen Kirchen mit Werten zwischen 11 und 17 oc ermittelt,

wobei die hoheren Temperaturen den beheizten Kirchen zuzuordnen sind.

Auch die Unterschiede der Oberflachentemperaturen von Schutz- und Originalglas liegen im

Bereich von 0 bis 3 oc. Bei den Messungen wurde ein deutliches Temperaturgefalle von oben

nach unten und von der Mitte zum Rand festgestellt. Die Jahreswerte fUr die Schutzverglasung

erreichten Temperaturen zwischen 10 und 16 oc, die Werte fUr das Originalglas 11 bis

18 °C.

Die Minimalwerte fUr die Schutzverglasungen wurden mit -14 oc in Kloster Neuendorf und

-13 oc in Koln aufgezeichnet, die niedrigsten Originalglastemperaturen lagen sowohl in Koln

als auch in Kloster Neuendorf bei -9 oc. Die hochsten Temperaturen auf den Schutzverglasungen

wurden mit 53 oc in Rheydt-Giesenkirchen und 50 oc in Monchengladbach auf

Ostfenstern ermittelt. Der hochste Wert auf dem Originalglas wurde mit 51 oc in Koln

gemessen. Die Maximalwerte bei den Nordfenstern blieben jeweils unter 30 °C.

Beim Vergleich der Lutttemperaturen des lnnenraums mit den Oberflachentemperaturen des

Originalglases betragen die Unterschiede in der Regel nur 1 oc, in seltenen Fallen sind die

Temperaturen sogar gleich.


198

Die Hochstwerte fUr die Luftgeschwindigkeit wurden bei der mischbelufteten Konstruktion in

der Munsterkirche in Monchengladbach mit 1,76 m/s und beim auBenbelufteten System in

Keyenberg mit 1,13 m/s aufgezeichnet. Diese hohen Geschwindigkeiten sind auf die starken

Stromungen der AuBenluft zuruckzutuhren.

Bei der mittleren Luftgeschwindigkeit im Spalt liegen die Jahresdurchschnittswerte zwischen

0,11 und 0,34 m/s. Dabei zeigt sich, daB die Luftgeschwindigkeit abhangig ist von der GroBe

der Beluftungsoffnungen: je groBer die Qffnungen, desto groBer die Luftgeschwindigkeit.

Die Hohe der Luftgeschwindigkeit steht bei den innenbelufteten Konstruktionen in direktem

Zusammenhang mit dem Luftaustausch zwischen lnnenraum und Spalt, wie man deutlich an

der Differenz der relativen Feuchtewerte erkennen kann.

Die Beurteilung der einzelnen MeBstationen zeigt, daB die Wirkungsweise einer Schutzverglasung

nicht allein von der Konstruktion abhiingt, sondern auch in hohem MaBe vom

lnnenklima der Kirch e.


Auswertung der Praxis-Messungen 199

4. Literatur

[1] · Bruggerhoff, St.; Kirchner, D.: Untersuchung der Anwend barkeit von passiven lmmissions-MeBsystemen

(SAM-Systemen) bei der Bewertung von AuBenschutz-Verglasungen.

Interne Mitteilung, Bochum 1994

[2] LeiBner, J.; Fuchs, D. R. : Glassensorstudie zur Abschatzung der korrosiven Verhaltnisse

an Kirchenfenstern mit AuBenschutzverglasungen. Forschungsbericht 521-7291 BAU

5026 B1 Projektphase 1989-1992, Wurzburg 1993

[3] LeiBner, J.; Fuchs, D. R.: Glassensorstudie zur Abschatzung der korrosiven Verhaltnisse

an Kirchenfenstern mit AuBenschutzverglasungen. Forschungsbericht 521-7291 BAU

5026 B1 Projektphase 1993/94, Interne Mitteilung, WOrzburg 1993

[4] Oidtmann, St.: Tischvorlagen BMFT-Verbundprojekt-Colloquien 1991-94


201

KapiteiVII

SchluBfolgerung und Ausblick

Die im Rahmen dieser Dissertation erarbeiteten Untersuchungsergebnisse konnen als ein

wichtiger Beitrag zur Losung der Gesamtproblematik ,AuBenschutzverglasung" angesehen

werden.

Bei der Betrachtung der Ergebnisse aus den Labormessungen ist zu beri.icksichtigen, daB die

Messungen unter stationaren Bedingungen durchgefuhrt wurden und die Abmessungen der

Konstruktionen durch die GroBe der Klimakammer stark eingeschrankt waren. Sowohl bei

den Messungen in der Klimakammer als auch in der Praxis unter dynamischen Bedingungen

bei unterschiedlichen Konstruktionen stellte sich heraus, daB die GroBe der Beluftungsoffnungen

einen wesentlichen EinfluB auf die Luftgeschwindigkeit im Spalt ausubt.

Die Labormessungen machen deutlich, daB es bei einer bestimmten Fensterhohe fUr eine

optimale Spalttiefe und optimal dimensionierten Beluftungsoffnungen einen optimalen Luftdurchsatz

gibt. Dabei ist aber auch das Verhaltnis der Spalttiefe zur Fensterhohe von

Bedeutung, da eine zu groBe Spalttiefe zur Auflosung der Grenzschicht und dadurch zu

Wirbelungen fUhren kann.

Die Beluftungsoffnungen sollten aufgrund der Messungen in der Klimakammer mindestens

so groB gewahlt werden wie die Tiefe des Spaltes. In den Kirchen wird dies aus technischen

und asthetischen Grunden kaum moglich sein.

Ebenso wirkt sich die Temperaturdifferenz zwischen lnnen- und AuBenluft auf die Hohe der

Luftgeschwindigkeit aus. Die Luftgeschwindigkeit bestimmt bei innenbelufteten Systemen

den Luftaustausch zwischen lnnenraum und Spalt, wodurch ein direkter Zusammenhang

zwischen lnnenklima und Spaltklima nachgewiesen ist.

Die Praxismessungen zeigen deutlich, daB in beheizten Kirchen die Moglichkeit zur Tauwasserbildung

wesentlich geringer ist als in unbeheizten Bauwerken, wobei die gut belufteten

Systeme jeweils zu besseren Resultaten fUhren, was auf den guten Luftaustausch zuruckzufUhren

ist.

Die Warmeschutzglasstudie veranschaulicht, daB bei der Verwendung eines mit der

Beschichtung nach innen eingesetzten EKO-Giases {als Schutzglas) in einer innenbelufteten

Konstruktion die Temperaturen des Schutzglases und der Spaltluft weniger abkuhlen und

dadurch die Moglichkeit der Tauwasserbildung geringer wird.

Bei der Wahl des Beluftungssystems muBte man aus bauphysikalischer Sicht dem auBenbelufteten

Konstruktionssystem den Vorrang geben, da die Moglichkeit der Tauwasserbildung

sehr gering ist. Sollte aber Tauwasser entstehen, so erfolgt dies auf der Oberflache des

Originalglases, wie auch bei den Praxismessungen nachgewiesen wurde.

Stellt man den Schutz der wertvollen Glasgemalde in den Vordergrund, so ist unbedingt die

innenbeluftete Konstruktion zu bevorzugen, da die Entstehung von Tauwasser sich lediglich

auf der lnnenseite des Schutzglases erstreckt und das zu schUtzende Originalglas verschont

bleibt. Die Glassensorstudie des Fraunhofer lnstituts fUr Silicatforschung unterstUtzt diese

Aussagen.

Die entwickelten Rechenmodelle bieten die Moglichkeit, das lnnenklima der Kirche und die

Auswirkungen auf die Fenster zu simulieren. So kann bei naturlich belufteten Schutzverglasungssystemen

relativ genau die Entstehung von Tauwasserbildung auf der Glasoberflache,

also die ,time of wetness" vorhergesagt werden. Die Qualitat der Berechnungen ist dabei in

groBem MaBe abhi:ingig von der Genauigkeit der Eingabe-Parameter.


202

Die Vergleiche zwischen den umfangreichen klimatechnischen Messungen in der Klimakam- ·

mer und den verschiedenen Kirchen einerseits sowie den unterschiedlichen Simulationen mit

den entwickelten Rechenmodellen andererseits zeigen eine gute Obereinstimmung der

Ergebnisse. Obwohl noch nicht aile Parameter richtig bestimmt sind, konnen die Berechnungen

mit dem Modell zu Vergleichszwecken bei der Wahl des Konstruktionssystems und der ·

Beheizung herangezogen werden.

In der Praxis ist es nicht moglich, tor die jeweilige Situation das optimale Schutzverglasungssystem

ohne Durchfi.ihrung aufwendiger klimatechnischer Messungen zu bestimmen. Als

kosten- und zeitsparendere Alternative ist die Anwendung der Rechenmodelle anzusehen.

Dazu ist lediglich eine meBtechnische Ermittlung des lnnenklimas i.iber einen kurzen Zeitraum

erforderlich.

Mit Hilfe der Rechenmodelle kann man eine Obereinstimmung mit den durchgetohrten

Messungen suchen und diese dann rechnerisch i.iber einen groBen MeBzeitraum von

z. B. 1 0 Jahren hinaus extrapolieren.

Mit dieser Dissertation ist die wissenschaftliche Erforschung der Problematik der Schutzverglasung

noch nicht abgeschlossen.

Durch die Arbeiten mit den Rechenprogrammen wurde geklart, welche Abmessungen und

physikalischen Parameter eine Rolle spielen. In Zukunft sind weitere Parameterstudien

notwendig, um die wichtigsten EinfluBgroBen zu verbessern. So sind z. B. die Diffusionskoeffizienten

bei den Materialien fi.ir die Absorption, Desorption usw. unterschiedlich, wie eine

neue Studie an der Technischen Universitat Eindhoven ergab, die aber noch nicht beri.icksichtigt

werden konnte. Dies soli dazu dienen, daB die Berechnungen schneller und genauer

angepaBt werden konnen.

Bei der Durchfi.ihrung der Simulationen wurde festgestellt, daB die Berechnungen der

Luftgeschwindigkeit nicht mehr m6glich sind, sobald im Spalt turbuler:~te Stromungen

auftreten. Um auch fi.ir groBe Spalttiefen mit Turbulenzen die Berechnung der Luftgeschwindigkeit

durchfi.ihren zu konnen, sollte eine Erweiterung des Programms in diese Richtung .-.

erfolgen.

Bei der wissenschaftlichen Betrachtung des The mas sollte man auf jeden Fall beachten, daB

unabhangig davon, welches Konstruktions- und Beli.iftungssystem gewahlt wird, welche Art

und Gliederung des Schutzglases den Vorzug erhalt, wie gutoder schlecht die handwerkliche

Ausfi.ihrung ist, die Schutzverglasung ein KompromiB ist und bleibt.

Es ist deshalb von groBer Bedeutung, den jeweiligen Fall fi.ir sich zu betrachten und zu

versuchen, den ,optimalen KompromiB" tor die entsprechende Situation zu finden, derfi.ir die

beteiligten Fachdisziplinen - Architektur, Bauphysik, Chemie und Denkmalpflege - zu

vertreten ist.


SchluBfolgerung und Ausblick 203

Zusammenfassung

Seit Beg inn dieses Jahrhunderts beobachtet man bei sehr vielen mittelalterlichen Glasgemalden

eine zunehmende Zerstorung ihres Erscheinungsbildes, wahrend sich dieselben Glasmalereien

in den frOheren Jahrhunderten kaum verandert haben. Alles deutet darauf hin, daB

Umweltfaktoren als entscheidende Faktoren fOr die Schadan an den Glasgemalden anzusehen

sind. Dabei muB die Korrosion des Glases als ein Zusammenwirken verschiedener

chemise her und physikalischer Prozesse angesehen werden.

Es hat schon verschiedene Versuche gegeben, die historischen Glasgemalde fOr die nachfolgenden

Generationen zu erhalten und zu sichern. Nach heutigen Erkenntnissen der Fachwelt

ist der Einbau einer AuBenschutzverglasung eine der wirksamsten Methoden, das kostbare

Glas zu schOtzen. Sie schafft die fOr die bedrohten Glasgemalde notwendige ,quasi museale

Aufbewahrung in situ".

Der Einbau einer Schutzverglasung kann aber dazu fOhren, daB die Tauwasserbildung auf

der Glasoberflache begOnstigt und dadurch die Zerstorung der Glasmalereien beschleunigt

wird. Es ist deshalb von groBer Bedeutung, diesem ProzeB mit seinen negativen Folgen

entgegenzuwirken. Eine Moglichkeit, die Tauwasserbildung auf der Glasoberflache zu verringern,

besteht darin, den Spalt zwischen den beiden Verglasungen in der richtigen Weise zu

bel Often.

Urn die genaue Wirkungsweise der einzelnen Schutzverglasungssysteme erkennen zu

konnen, wurden umfangreiche klimatechnische Messungen an unterschiedlichen Konstruktionssystemen

in der Klimakammer der Technischen Universitat Eindhoven unter stationaren

Bedingungen und in verschiedenen Kirchen unterdynamischen Bedingungen durchgefOhrt.

Die Auswertung der ,in situ"-Messungen gibt AufschluB Ober die Wirksamkeit der verschiedenen

Schutzverglasungen, wobei die Bewertung tor jedes Fenster getrennt vorgenommen

wird. Dabei werden auch die Ergebnisse der Glassensorstudie des Fraunhofer-lnstituts tor

Silicatforschung und der Schadstoffmessungen des Zollern-lnstituts berOcksichtigt.

Beim Vergleich der Schutzverglasungssysteme untereinander konnten Gemeinsamkeiten

herausgestellt werden, die bei Neuplanungen bzw. Sanierungen von Schutzverglasungen die

Wahl des Konstruktionssystems entScheidend beeinflussen.

Weiterhin wurden Computermodelle entwickelt, mit denen es moglich ist, das lnnenklima der

Kirche und dadurch die Auswirkungen auf .die Fenster zu simulieren. Sie bieten die Moglichkeit,

bei natOrlich beiOfteten Schutzverglasungssystemen relativ genau die Entstehung von

Tauwasser auf der Glasoberflache, also die sogenannte , time of wetness", vorherzusagen.

Diese Rechenmodelle wurden mit den bereits erwahnten Messungen OberprOft. Die ersten

Vergleiche der gemessenen und berechneten Ergebnisse zeigen eine sehr gut~ Obereinstimmung.

Die Modelle konnen dann als Entscheidungshilfe bei der Wahl der BeiOftung fOr ein

Konstruktionssystem genutzt werden, wenn das lnnenklima der Kirche meBtechnisch ermittelt

wurde.

Anhand der bisherigen Ergebnisse kann man deshalb davon ausgehen, daB die Rechenmodelle

in Verbindung mit den Praxismessungen ein wichtiger Schritt zur Losung der

Gesamtproblematik der AuBenschutZverglasung sind.


204

Summary

Since the beginning of this century much of the medieval stained glass has been deteriorating

fast compared to the previous centuries. Environmental influences are regarded as the

most important factors in the deterioration of stained glass. The corrosion of glass is

thought to be the result of the synergism of different chemical and physical processes.

In the past there were several experiments to protect stained glass in order to safeguard it

for future generations. At the moment, installation of protective glazing is seen as the most

effective method to protect stained glass. In this connection the stained glass is, in situ,

placed in a so-called museum environment.

Protective glazing, however; may result in higher risk of condensation on stained glass,

thus accelerating deterioration. It is of utmost importance to prevent condensation, because

of its negative effects for the glass. This can be done by careful planning of the ventilation

of the gap between the two glasses.

To predict the effect of different systems of protective glazing, a lot of the systems were

tested, partially under static conditions in the climate room of Eindhoven Technical University,

partially under dynamic conditions in several churches.

The evaluation of the measurements in churches is used to predict the effectiveness of the

different systems for protective glazing. Every window was evaluated separately. The

results of the glass sensor study of the Fraunhofer Institute fUr Silicatforschung and of the

study of immission of environmental pollutants by the Zollern-lnstitute were taken into

account.

On comparing the different systems of protective glazing general rules were found. These

can be used in planning the construction system for new protective glazing. They can also

be used in case of renovation of existing protective glazing systems.

Furthermore, computer models were developed to simulate the climatic conditions inside

churches and the effects on the windows. In this way, the time of wetness for naturally ventilated

windows can be calculated in a rather exact way.

These computer models were tested with the aid of the aforementioned measurements.

Calculated and measured values showed good correlation. Therefore the models can be

used in choosing construction details for protective glazing when the parameters, based on

measurements, for the climate inside the church are known.

Results show that computer modelling in conjunction with ·measurements are an important

step towards solving the problems on protective glazing for stained glass.


205

Samenvatting

Sinds het begin van deze eeuw is er bij de middeleeuwse gebrandschilderde glazen een

teruggang waar te nemen in het beeld dat deze glazen oproepen. Een dergelijke teruggang

was in de voorbije eeuwen nauwelijks waarneembaar. Alles wijst er op dat de schade aan

het glas bepaald wordt door milieufactoren. De corrosie van het glas vindt zijn oorsprong in

een samengaan van fysische en chemische processen.

Er zijn reeds vele pogingen gedaan om het historische bestand aan gebrandschilderd glas

voor de komende generaties in stand te houden door het verval tegen te gaan. Volgens de

huidige inzichten is het aanbrengen van een beschermende beglazing de meest effectieve

methode om het kostbare gebrandschilderde glas te beschermen. Hierdoor wordt het glas

in situ van een zogenaamde museale omgeving voorzien.

Een verkeerd aangebrachte beschermende beglazing kan onder meer tot gevolg hebben

dat de vorming van condenswater op het oppervlak van het gebrandschilderde glas juist

vaker op zal treden, met als gevolg dat de aantasting van het glas versneld in plaats van

afgeremd wordt. Het is daarom van het grootste belang deze condensvorming zoveel

mogelijk tegen te gaan. Een mogelijkheid om deze condensvorming te minimaliseren is het

op een juiste wijze ventileren van de ruimte tussen de beide glasramen.

Om de werking van de verschillende systemen van beschermende beg lazing vast te stellen,

werden omvangrijke klimaattechnische metingen verricht aan verschillende constructies

van beschermende beg lazing. Dit gebeurde zowel onder stationaire condities in de klimaatkamer

van de Technische Universiteit Eindhoven als onder dynamische omstandigheden in

een aantal kerken.

De resultaten van de in situ metingen in de kerken geven uitsluitsel over de effectiviteit van

de verschillende beschermende beglazingen. Daarbij zijn de metingen voor elk raam afzonderlijk

uitgewerkt. Tevens zijn de resultaten van het "Giassensor-onderzoek" van het Fraunhofer

lnstitut fur Silicatforschung en het onderzoek naar de immissie van schadelijke milieucomponenten

van het Zollern-lnstitut in de uitwerking van de in situ metingen verwerkt.

Bij het vergelijken van de verschillende systemen van beschermende beglazing kunnen

algemene conclusies getrokken worden die van belang zijn bij de keuze van de toe te passen

constructie bij nieuw geplande of te verbeteren beschermende beglazingen.

Verder zijn er computermodellen ontwikkeld waarmee het mogelijk is het klimaat in het interieur

van kerken en de invloed daarvan op de ramen te siinuleren. Zij bieden de mogelijkheid

om bij systemen van beschermende beglazing, waarbij op een natuurlijke wijze geventileerd

worden, tamelijk nauwkeurig het ontstaan van condensatie op het glasoppervlak te

voorspellen. Hiermee kan een uitspraak gedaan worden over de zogenaamde "time of

wetness".

De rekenmodellen werden met behulp van de reeds genoemde metingen getest. Uit een

eerste vergelijking van gemeten en berekende waarden blijkt er een goede overeenstemming

tussen beide te bestaan. De modellen kunnen als beslissende factor gebruikt worden

bij de keuze van de toe te passen constructie voor een beschermende beglazing wanneer

het klimaat in het interieur van de kerk via metingen is vastgelegd.

Op grand van de resultaten tot nu toe kan men stellen dat met het geheel van de rekenmodellen

en de daarmee samenhangende metingen in praktijksituaties, een belangrijke stap

gezet is op het gebied van de beschermende beglazing voor gebrandschilderd glas.


207

Appendix A

Oberprufung vorhandener Schutzverglasungen

1. Deutschland

2. England

3. Schweiz

4. Osterreich

5. Niederlande

6. Frankreich

7. ltalien

8. Literatur


208

Appendix A

OberpnJfung vorhandener Schutzverglasungen

In diesem Abschnitt werden die bekannten bauphysikalischen Messungen, mit Ausnahme

der in Kap. 11.8.3.1 beschriebenen MeBstationen, nach Uindern chronologisch sortiert, kurz

erlautert, kommentiert und bewertet.

1 . Deutschland

Freiburger MOnster

lm Zuge der notwendigen RestaurierungsmaBnahmen, die in der Zeit von 1970 bis ca. 1980

stattfanden, wurden die mittelalterlichen Fenster im Freiburger MOnster mit einer Schutzverglasung

aus Floatglas versehen. Das Schutzglas wurde in den vorhandenen Mauerfalz

eingesetzt, die historische Verglasung in Messing-U-Profile gerahmt und auf verlangerten

Metallstiften im Abstand von ca. 5 em zum lnnenraum hin frei vorgesetzt. Die Beluftung des

Zwischenraumes erfolgt durch Offnungen an der Sohlbank und den Kopfscheiben.

Da das Schwitzwasser zerstorenden EinfluB auf die historischen Fenster hat, wurde untersucht,

ob es im Freiburger Munster unter den vorhandenen Bedingungen zu Schwitzwasserbildung

kommt [5;9]. In der Zeit von 1974 bis 1975 wurden an einem Fenster der Sud- und

Nordseite auf verschiedenen Hohen die Lufttemperatur und die relative Feuchte innen und

auBen sowie die Oberflachentemperaturen des Original- und des Schutzglases kontinuierlich

aufgezeichnet. Man ging dabei von der Annahme aus, daB ein Luftaustausch zwischen Spalt

und lnnenraum stattfindet und somit Oberall der gleiche Feuchtegehalt herrscht.

Die Messungen tohrten zu den folgenden Ergebnissen:

Die Lufttemperatur und die relative Feuchte des lnnenraums sind an den unterschiedlichen

Positionen zu allen Jahreszeiten nahezu identisch, was darauf schlieBen laBt, daB die

Luftumwalzung sehr gut ist.

Der Temperaturverlauf des Schutzglases folgt der Temperaturkurve der AuBentemperatur,

wahrend sich die Temperatur des Originalglases der lnnenraumtemperatur anpaBt. Es stellte

sich heraus, daB die Oberflachentemperaturen des Original- und des Schutzglases den

Taupunkt nicht erreichten. Es tiel also wah rend der MeBperiode kein Tauwasser an.

I RMA-Messungen

lm Auftrag des Umweltbundesamtes wurden von 1977 bis 1980 ein Forschungsprojekt (3;4]

in Auftrag gegeben, bei dem verschiedene Untersuchungen durchgeftihrt wurden, die die

Einwirkung von Luftverunreinigungen, Temperatur und Feuchte auf wertvolle Glasgemalde

klaren sollten. Dazu wurden 26 Objekte anhand verschiedener Kriterien ausgewahlt.

Zur Untersuchung der Umweltbelastung wurden an den einzelnen Objekten in der Nahe der

Glasgemalde jeweils tor den Zeitraum eines Jahres Lufttemperatur und relative Feuchte im

lnnenraum des Bauwerks gemessen. Mit einer sogenannten IRMA (lmmissions-Raten-MeB­

Apparatur) wurde sowohl innen als auch auBen der Gehalt von Schwefeldioxid, Chlorid und

Fluorid bestimmt.

Die durchgefuhrten Untersuchungen geben keine lnformationen Ober die Wirksamkeit der

teilweise an den MeBobjekten vorhandenen Schutzverglasungen. Sie bestatigen aber die

These, daB hoher Schadstoffgehalt und hohe Feuchtewerte die Korrosion des Glases

maBgeblich beschleunigen (Kap.II.A.5.1).


Appendix A 209

Ni.irnberg, St. lorenz

lm Rahmen eines Forschungsauftrages [4] wurden in der Lorenzkirche in Nurnberg an einigen

Fenstern, die mit einer innenbelufteten Schutzverglasung versehen sind, Versuche mit einer

elektronisch gesteuerten zusatzlichen Beheizung des Spaltes gestartet, um die eventuell

auftretende Tauwasserbildung von vornherein zu verhindern.

Mit Hilfe von speziellen Fuhlern wurden exakte Messungen durchgefi.ihrt, die aufgezeichnet

wurden und im Bedarfsfall die Beheizung in Funktion setzten, damit die Lufttemperatur und

die relative Feuchte im Spalt standig kontrolliert werden konnten. Der Feuchtewert sollte bei

ca. 50 % gehalten werden, wahrend er vorher zwischen 40 % und 95 % pendelte.

Leider sind die Aufzeichnungen der Messungen nicht mehr autzufinden, so daB keine

Auswertung der Daten stattfinden kann. Es ist auch nicht bekannt, ob das Gerat einwandfrei

funktioniert hat, ob haufig Repar;:~turen an der Steuerung oder der Heizung selbst ausgefi.ihrt

werden muBten oder ob die Zusatzbeheizung inzwischen abgeschaltet wurde.

2. England

York, Munster

lm Munster von York wurden seit 1973 verschiedene Untersuchungen [2] durchgefi.ihrt:

An den unterschiedlichen Beluftungssystemen wurden 1 973/7 4 verschiedene Berechnungen

und Schatzungen zur Tauwasserbildung und -haufigkeit angestellt. Das auBenbeluftete

System wies bei den vorgegebenen Klimadaten weniger Moglichkeiten zur Tauwasserbildung

auf als die lnnenbeluftung. Das unbeluftete System zeigte die schlechtesten Ergebnisse.

lm Oktober 1974 wurde fUr eine Woche am unbelufteten Ostfenster die Lufttemperatur

innerhalb und auBerhalb der Kirche sowie die relative Feuchte im Spalt gemessen. Die

relative Feuchte erreichte dabei sehr hohe Werte, sogar bis zu 98 %. Die Bildung von

Tauwasser im Spalt konnte aber nicht beobachtet werden.

lm Winter 1974/75 wurde bei einigen unbelufteten Schutzverglasungen, zuerst beim groBen

Ostfenster und danach bei einem Sudfenster, die relative Feuchte im Spalt uberpruft, da bei

starken Wetterwechseln Feuchtigkeit im Spalt festgestellt wurde. Man vermutete, daB die

Schutzverglasung, eine Bleiverglasung aus Spitzrauten, undicht sei, was sich dann bei

Untersuchungen mit Rauchentwicklungen bestatigte. Diese Undichtigkeit zeigte sich ebenfalls

bei einer ,versiegelten" Konstruktion, bei der die Schutzverglasung (vereinfachter BleiriB)

im Abstand von 3 mm mit dem Originalglas aneinanderverbleit wurde.

Nachdem experimentelle Untersuchungen in Sheffield (s.u.) an einer ,isothermalen" Schutzverglasung

durchgefi.ihrt worden waren, wurden 1 975 Messungen an einer auBenbelufteten

Schutzverglasung mit derselben MeBanlage am Yorker Munster durchgefi.ihrt. Dabei wurden

die Lufttemperatur und die relative Feuchte im Spalt, im Kircheninneren und auBen, die

Luftgeschwindigkeit im Spalt, die Tauwasserbildung sowie die Oberflachentemperaturen von

Original- und Schutzglas aufgezeichnet. Der Abstand zwischen den Verglasungen wurde auf

ca. 65 mm eingestellt und konnte nicht verandert werden, aber die Beluftungsoffnungen

konnten von 0 bis 150 mm variiert werden. Bei groBen Beluftungsoffnungen zeigten sich

starke aufsteigende Luftstromungen- im Gegensatz zu den fallenden Stromen bei lnnenbeluftung

- , bei klein en Offnungen schwache Luftstrome. Kondensation auf der Glasoberflache

wurde nicht festgestellt. Die Oberflachentemperaturen wiesen uber das gesamte Fenster nur

kleine Schwankungen auf; von der Mitte zur Seite waren die Unterschiede sehr gering, von

unten nach oben etwas gr6Ber. Bei den Lufttemperaturen im Spalt gab es gr6Bere Differenzen,

die bei starker Sonneneinstrahlung bis zu 10 oc betrugen.


210

lm Juni 1978 wurden an zwei Sudfenstern Messungen an einer innen- und einer auBenbelufteten

Schutzverglasung durchgetuhrt. Dabei wurde im Gegensatz zu den Untersuchungen in

Canterbury (s.u.) festgestellt, daB sich die Luft im Spalt bei der lnnenbeluftung schneller

aufwarmte und abkuhlte. Dies war ungewehnlich und fand seine BegrUndung Darin, {laB -die

zwei gemessenen Fenster zu unterschiedlichen Zeiten beschattet wurden. Ein Vergleich mit

den Messungen von Canterbury war also nicht realistisch.

An einem ,auBenbelufteten" Nordfenster im Chapter House wurden im Januar 1979 die

Lufttemperatur und die relative Feuchte im lnnenraum und auBen sowie dieOberflachentemperatur

des Originalglases gemessen, um Taupunkt-Berechnungen durchtuhren zu konnen.

Diese ergaben, daB wahrend des MeBzeitraumes in keinem Fall Tauwasserbildung moglich

war.

Sheffield

In einer Kirche in Sheffield wurden 1974-75 experimentelle Messungen [2] an einer ,isothermalen"

Schutzverglasung durchgetuhrt. Dabei wurden die Lufttemperatur und die relative

Feuchte im Spalt, im Kircheninneren und auBen, die Luftgeschwindigkeit im Spalt, die

Tauwasserbildung sowie die Oberflachentemperaturen von Original- und Schutzglas aufgezeichnet.

Die Messungen wurden fUr eine unbeheizte und eine beheizte Kirche durchgetuhrt,

wobei gleichzeitig unterschiedliche Abstande (240, 120, 80 mm) zwischen den Verglasungen

uberpruft wurden.

Die Ergebnisse waren besser als erwartet. Es wurden hohe Luftgeschwindigkeiten bis uber

1 m/s festgestellt, wobei es sich um fallende, turbulente Luftstromungen handelte, die mit

abnehmendem Abstand groBer wurden. Diese Luftstrome sorgten fUr einen schnellen

Luftaustausch. Tauwasserbildung konnte im MeBzeitraum nicht beobachtet werden, was

aber am milden Winter gelegen haben kann. Beim unbeheizten Gebaude erhohten sich die

Lufttemperaturen des lnnenraums und des Zwischenraumes zwischen den Verglasungen. Je

enger der Abstand von Schutzglas und Originalglas war, desto groBer war der Unterschied

zwischen der niedrigeren Oberflachentemperatur des Originalglases und der Lufttemperatur

im Gebaudeinneren. Beim beheizten Gebaude lagen die Verhaltnisse anders, da das Temperaturgefalle

zwischen au Ben und innen viel groBer war.

Canterbury

In der Kathedrale in Canterbury wurden im Mai 1978 an zwei Ostfenstern, einem mit

,AuBenbeluftung" und einem mit ,lnnenbeluftung", Messungen durchgetuhrt. Beim Vergleich

der Beluftungssysteme wurde festgestellt, daB sich bei der auBenbelufteten Variante die

Lufttemperatur im Spalt schneller aufwarmt, hohere Werte erreicht und langsamer abkuhlt.

3. Schweiz

Konigsfelden, Klosterkirche

Bereits 1948 wurden in der Klosterkirche Konigsfelden mittelalterliche Glasgemalde mit einer

isothermalen Schutzverglasung versehen [2]. Bei dieser Konstruktion wurde das Schutzglas

in den Originalfalz eingesetzt. Die historischen Glasgemalde wurden in Messingprofile

gerahmt und mit einem Abstand von 18 mm nach innen versetzt und seitlich im Steingewande

befestigt. Seit 1985 wird einem neuen System der Vorzug gegeben. Dabei wurden im


Appendix A 211

Vergleich zur alten Konstruktion einige Veranderungen vorgenommen. In den Falz wurde Ober

die gesamte Hi:ihe ein 80 mm breites Messing band eingeschraubt, das als von der vorhandenen

Eisenkonstruktion unabhangiges Befestigungssystem fOr das Originalglas diente, wobei

direkt eine seitliche Abdichtung erzielt wurde. Anstelle eines einfachen Floatglases wurde ein

lsolierglas als Schutzglas verwendet, das in den Originalfalz eingesetzt wurde. Der Spalt

zwischen den Verglasungen hat eine Tiefe von 40 mm und wird zum lnnenraum beiOftet.

Zusatzlich wurde im Bereich der Sohlbank in jede Lanzetta eine Heizung eingebaut, urn die

relative Feuchte im Spalt moglichst im Bereich von 30-50 % zu halten, was tor Glasgemalde

am wenigsten schadlich sein soli (4].

Seit Ende 1987 wurden unterschiedliche Untersuchungen an den schutzverglasten Fenstern

durchgetohrt. Die meisten Messungen erfolgten an einem dreibahnigen Fenster der SOdseite,

an dem drei verschiedene Situationen geschaffen wurden. Die erste Lanzetta blieb unbeheizt,

die zweite wurde mit einer Heizung versehen und die dritte erhielt zur Heizung noch eine

zusatzliche Ventilation:

Bis zum Fruhjahr 1988 wurden in mehreren kurzen MeBperioden die unterschiedlichen

Lanzetten OberprOft. Dabei wurden die relative Feuchte und die Lufttemperatur innerhalb und

auBerhalb der Kirche in einem Abstand von ca. 1-2 m vom Fenster sowie verschiedene

Oberflachentemperaturen auf der lnnen- und AuBenseite des Originalglases aufgezeichnet,

aber anfangs nicht ausgewertet. Erst spater im Zusammenhang mit anderen aufwendigen

Kurzzeitmessungen wurde ein Teil der MeBdaten ausgewertet [16]. wobei folgende vorlaufige

Ergebnisse festgestellt wurden: Das AuBenklima hatte einen starken EinfluB auf das lnnenklima,

was dazu fOhrte, daB in der kalten und feuchten Jahreszeit hohe Feuchtewerte im

lnnenraum und im Spalt herrschten. Durch die Heizung an der Sohlbank wurden die drei

unteren Felder temperiert, wobei die unterste Scheibe meist zu trocken war, d. h. der Wert der

relativen Feuchte an der Glasscheibe lag unterhalb von 30 %.1m Gegensatz dazu waren die

oberen sieben Scheiben mit Feuchtewerten von Ober 70 % zu feucht. Ein zusatzlicher

Ventilator glich die Feuchtigkeit und Temperatur der untersten drei Scheiben aus, aber die

oberen Scheiben blieben zu feucht.

lm Juni 1988 wurden sehr aufwendige Untersuchungen an allen Fenstern der Klosterkirche

durchgefOhrt [8]. Diese betrafen die Chorfenster und das Westfenster mit einer Schutzverglasung

aus lsolierglas im Bereich der Lanzetten und mit einer Einfachverglasung im MaBwerk.

Neben den vollstandig mit einer einfachen Schutzverglasung versehenen Seitenschiffenstern

wurden auch die ungeschOtzten Obergadenfenster in die Untersuchungen einbezogen.

Dabei wurden die Lufttemperatur, die relative Feuchte und die Luftgeschwindigkeit im

lnnenraum direkt vor dem Fenster in variabler Hohe aufgezeichnet, auBerdem in allen vier

Himmelsrichtungen die relative Feuchte und die Temperatur der AuBenluft. Zusatzlich wurden

die Oberflachentemperaturen aller Scheiben festgehalten. Diese Klimadaten wurden in einem

zweistOndigen Turnus in der Zeit von 5.00-21.00 Uhr notiert. lm AnschluB daran wurden aus

den Temperaturen die Werte fOr die relative Feuchte berechnet und farbig auf den einzelnen

Fensteransichten dargestellt. Es zeigten sich folgende Ergebnisse:

Die Resultate an den Chorfenstern und am Westfenster bestatigten die bei der Auswertung

der vorherigen Messungen getroffenen Aussagen, daB die Heizung nur fOr trockene Scheiben

im unteren Bereich des Fensters sorgte, wobei die untersten Felder Ieicht zu trocken wurden,

wenn keine zusatzliche Ventilation vorhanden war.

Die mit einer einfachen Schutzverglasung versehenen Fenster des Seitenschiffs waren auf

der Nordseite immer zu feucht, und auf der SOdseite konnten nur bei direkter Sonneneinstrahlung

ideale Werte gemessen werden. Diese Ergebnisse gelten im Prinzip auch fOr die

Verglasungen in den MaBwerkbereichen sowie mit AbstriChen fOr die ungeschi.itzten Fenster.


212

Ab Juni 1988 wurden auch wieder die Untersuchungen an dem bereits beschriebenen und

uberpruften Sudfenster mit den verschiedenen Konstruktionen kontinuierlich fast ohne

Unterbrechungen durchgefUhrt. Seit Mai 1990 werden die Daten nur noch sporadisch

aufgezeichnet. Leider wurden diese gesamten MeBdaten bisher noch nicht ausgewertet.

Bei diesen Messungen wurden weitere Versuche unternommen, wobei Heizdrahte auf

verschiedenen Hohen des Fensters angebracht wurden , um eine gleichmaBige Beheizung

des Spaltes zu erzielen. Aber auch dieses System brachte nicht den erhofften Erfolg. Aus

diesem Grund wurden inzwischen bei dem Fenster aile Zusatzvorrichtungen wie Heizung und

Ventilation auBer Kraft gesetzt.

Wettingen, Kloster

Die Glasgemalde im Kreuzgang des Klosters Wettingen wurden 1975 mit einer partiellen

Schutzverglasung versehen, die nicht aile Scheiben des Fensters schUtzt, sondern nur vor

den historischen Glasgemalden angebracht wurde. Dabei handelt es sich um eine spezielle

Konstruktion, bei der die Schutzglasscheiben sowohl von auBen als auch von innen

angebracht wurden. ·

Dabei wurde die Konstruktion an der Sud- und der Nordseite unterschiedlich ausgefUhrt. Auf

der Sudseite handelt es sich um eine ,Sandwich-Konstruktion" von insgesamt ca. 50 mm

Tiefe, bei der aile drei Verglasungen von auBen in die bestehenden T-Eisen eingesetzt

wurden. Das innere Schutzglas stoBt direkt an die in Messing gerahmte Originalverglasung,

wahrend der Abstand zur auBeren Verglasung ca. 2 em betragt. Die Zwischenraume

zwischen den Verglasungen wurden nicht beluftet. Die Fenster der Nordseite besitzen keine

Quereisen, so daB die Konstruktion anders ausgebildet werden muBte. Die Verglasungen

wurden von unten aufeinander aufgebaut. Dabei wurden die beiden Schutzverglasungen im

Prinzip direkt auf die Originalverglasung angebracht. Die minimalen Zwischenraume scheinen,

wie die auf der Sudseite, unbeiUftet.

Da die historischen Glasgemalde trotz Schutzverglasung starke Schaden wie Abplatzungen

der Emailfarben und Zunahme von Sprungen zeigten, wurden Veranderungen am Konstruktionssystem

vorgenommen, insbesondere in der Verbreiterung und der Beluftung der Zwischenraume

zwischen den Verglasungen. lm AnschluB daran wurden Messungen an den

Fenstern des Sud- und Ostkreuzgangs durchgefUhrt, um die Wirksamkeit der Schutzverglasung

zu uberprufen [1 0]. Von Mai bis Juli 1989 wurden die Lufttemperatur und die relative

Feuchte im Kreuzgang, in den Zwischenraumen und auBen sowie die Temperaturen des

Originalglases aufgezeichnet. Aus diesen Daten wurden dann die Taupunkttemperaturen

errechnet. Als Ergebnis wurde festgehalten, daB zu keinem Zeitpunkt der MeBperioden die

Moglichkeit zur Tauwasserbildung auf den Originalscheiben bestanden hat.

Bei den verschiedenen getesteten Konstruktionen handelte es sich jeweils nur um Prototypen.

Mittlerweile ist die Entwicklung soweit fortgeschritten, daB sich eine endgultige Losung

abzeichnet.

4. 6sterreich

Bei der Entscheidung uber Schutzverglasungskonstruktionen stellen sich immer Wieder die

Fragen , welche Bedeutung der Abstand zwischen den Verglasungen, die Beluftungsart und

die GroBe und Lage der Beluftungsoffnungen hat. Um einer Losung dieser Problema

naherzukommen, wurde 1977 in der Bundesversuchs- urid Forschungsanstalt in Wien eine

Labor-MeBaufstellung mit einem innen- und einem aliBenbelufteten Schutzverglasungssystem

installiert, bei denen der Abstand variiert werden konnte [2]. lm ,lnnenraum" wurde

das gemessene lnnenklima einer Kirche eingestellt, ,auBen" die im Alpenraum ublichen

klimatischen Verhaltnisse.


Appendix A 213

Die Ergebnisse zeigen, daB bei der lnnenbeluftung viel seltener Tauwasserbildung auftritt als

bei der AuBenbeluttung, wobei die Variante mit einem Abstand von 1 0 em bessere Werte

vorwies als die mit 2 em Zwischenraum. Die Stromungsgeschwindigkeiten im Spalt waren so

hoch, daB im Spalt und in der umgebenden Luft ungefahr die gleichen Feuchtewerte

festgestellt wurden. In diesem Zusammenhang stellte man fest, daB die schmalen seitlichen

Schlitze zwischen Steingewande und Originalverglasung keinen nachweisbaren EinfluB auf

die MeBergebnisse hatten.

Neben diesen Labormessungen wurden auch Untersuchungen vor Ort durchgetuhrt:

An verschiedenen vorhandenen Schutzverglasungen wurde mit Rauchentwicklern die Stromungsgeschwindigkeit

zwischen den Verglasungen uberpruft.

In StraBengel wurden Klimamessungen durchgetuhrt. Es sind keine Einzelheiten bekannt, da

keine lnformationen uber diese Untersuchung und deren Ergebnisse publiziert wurden.

5. Niederlande

Edam, Grote Kerk

198~90 wurden in der Grote Kerk von Edam an einem Sudfenster, das mit einer innenbelufteten

Schutzverglasung versehen wurde, Messungen durchgetuhrt [6]. Wie bei den aufwendigen

Untersuchungen in Gouda wurden auch hier die Lufttemperatur und die relative Feuchte

im Spalt, im Kircheninneren, die Luftgeschwindigkeit im Spalt, Tauwasserbildung auf den

Glasoberflachen sowie die Temperaturen von Schutz- und Originalglas meBtechnisch erfaBt

und ausgewertet.

Wahrend des MeBzeitraumes wurde keine Tauwasserbildung aufgezeichnet. Die MeBergebnisse

ahneln denen von Gouda, so daB sie hier nicht noch einmal wiederholt wurden. Als

Ergebnis konnte man festhalten, daB sich die gewahlte Schutzverglasung gut bewahrt.

De Rijp, Grote Kerk

Parallel zu den Untersuchungen in Edam wurden Messungen in der Grote Kerk in De Rijp

durchgetuhrt [6]. Auch hier handelte es sich um eine innenbeluftete Konstruktion an einem

Sudfenster. Wie bei allen bisherigen Messungen in den Niederlanden wurden die wichtigen

Parameter, die bereits mehrfach genannt wurden, aufgezeichnet. Die Ergebnisse von De Rijp

waren aber bei weitem nicht so positiv wie die in Edam und Gouda. Es wurde sehr haufig

Tauwasserbildung beobachtet. Das Tauwasser trat nicht, wie vermutet, auf der lnnenseite der

Schutzverglasung auf, sondern auf der lnnenseite des historischen Glases. Gerade dies

so lite durch den Einbau einer isothermalen Schutzverglasung verhindert werden.

Bei der Suche nach der Ursache dieser ,Fehlfunktion" stellte sich heraus, daB die Kirche sehr

feucht war. Diese Feuchtigkeit gelangte durch das Mauerwerk in den lnnenraum und dadurch

auch in den Spalt.

Es erfolgte eine Sanierung der gesamten Kirche, bei der die Fugen des Mauerwerks erneuert

wurden. Es wurden viele Beluftungsoffnungen im Dach angeordnet, damit die entstehende

Feuchtigkeit aus dem lnnenraum entweichen konnte.

Seit Herbst 1993 werden die Messungen wiederholt, um zu prufen, ob die veranderte

Situation die erwartete Schutzwirkung fUr das Fenster bringt. Die Auswertung der ersten

MeBdaten zeigte eine kurzfristige Tauwasserbildung auf dem Schutzglas. Daraufhin wurde


214

die Schutzverglasungskonstruktion verandert, indem die Beluftungsoffnungen vergroBert

wurden. Die MeBdaten, die im AnschluB an diese MaBnahmen aufgezeichnet wurden, deuten

darauf hin, daB nun mit einem viel besseren Ergebnis gerechnet werden kann.

Schermerhorn, Kerk

Seit kurzer Zeit Iauten auch umfangreiche Messungen an einem Nordostfenster in der Kirche

in Schermerhorn [6]. Es werden wieder aile Parameter aufgezeichnet, um aussagekraftige

lnformationen uber die Klimasituation im Spalt und innerhalb der Kirche zu erhalten.

Erste Resultate weisen bisher auf eine gut funktionierende innenbeluftete Schutzverglasung

hin. Endgultige Aussagen konnen erst nach Ablaut der gesamten MeBperiode gemacht

werden.

6. Frankreich

Reims, Basilika

In der ,Basilique Saint-Remi" in Reims wurden in der Zeit von 1985 bis 86 bauphysikalische

Messungen an einem Fenster im nordlichen Obergaden durchgefUhrt [1 ;2]. Es handelte sich

dabei um ein innenbeluftetes Konstruktionssystem mit einem Abstand von ca. 2,5 em

zwischen den Verglasungen. Die Schutzverglasung wurde in einfachem Floatglas ausgefUhrt.

Bei den Untersuchungen wurden die relative Feuchte und die Lufttemperatur im Spalt, im

lnnenraum und auBen auf der gleichen Hohe aufgezeichnet. AuBerdem wurden die Oberflachentemperaturen

der Schutz- und Originalverglasung sowie ein ungeschutztes Glas zum

Vergleich gemessen. Zusatzlich wurde die innere Taupunkttemperatur berucksichtigt.

Ergebnisse dieser Messungen sind nicht bekannt.

Troyes, Kathedrale

In der Kathedrale Saint-Pierre in Troyes wurden von 1991 bis 1992 an einem Fenster

unterschiedliche Beluftungssysteme getestet. Das Fenster ist nicht durch Steingewande in

einzelne Lanzetten getrennt, sondern es besitzt einen Eisenrahmen, der das Fenster in kleine

Felder teilt. DieVergleichsmessungen wurden an einem auBenbelufteten, einem innenbelufteten

und an einem unbelufteten System durchgefUhrt, wobei die Konstruktion beim gesamten

Fenster in derselben Art und Weise ausgefUhrt wurde und nur die Richtung der

Beluftungsoffnungen variiert wurde. Der Abstand zwischen den Verglasungen betrug ca.

3 em und als Schutzverglasung wurde eine Bleiverglasung gewahlt.

Die Messungen erfolgten nicht, wie sonst allgemein ublich, uber die gesamte Fensterhohe,

sondern es wurden immer nur jeweils 2 bis 3 uber- oder nebeneinanderliegende Scheiben zu

einem System zusammengefaBt.

Ahnlich wie in Reims wurden die relative Feuchte und die Lufttemperatur im Spalt, im

lnnenraum und auBen sowie die Oberflachentemperaturen des Schutz- und Originalglases

gemessen.

Die Ergebnisse der unbelufteten und auBenbelufteten Variante waren auBerst unbefriedigend,

wah rend die lnnenbeluftung eindeutig die besten Resultate aufwies.


Appendix A 215

Chartres, Kathedrale

lnzwischen wurden Untersuchungen in der Kathedrale in Chartres gestartet [1]. Dort wird eine

innenbeiOftete Schutzverglasungskonstruktion mit ca. 7 em Abstand zwischen den Verglasungen

OberprOft. Die Schutzverglasung besteht aus einfachem Floatglas. Bei den Messungen

werden die relative Feuchte und die Lufttemperatur im Spalt, im lnnenraum und auBen

sowie die Oberflachentemperaturen des Schutz- und Originalglases aufgezeichnet.

Ergebnisse sind zur Zeit noch nicht bekannt.

Tours, Kathedrale

In der Kathedrale Saint-Gatien .in Tours wurde mit Vergleichsmessungen zwischen einem

innen- und einem auBenbeiOfteten Konstruktionssystem begonnen, wobei der Abstand

zwischen den Verglasungen ca. 5 em betragt. Die Schutzverglasung wurde aus einfachem

Floatglas hergestellt.

Bei diesen Untersuchungen werden wiederum die relative Feuchte und Lufttemperatur im

Spalt, im lnnneraum und auBen sowie die verschiedenen Oberflachentemperaturen gemessen.

Da die Messungen noch nicht abgeschlossen sind, liegen bisher keine Resultate vor.

7. ltalien

Die Schutzverglasung, die im letzten Jahrhundert vor dem mittelalterlichen Nordostfenster im

Dom von Orvieto angebracht wurde und inzwischen Schaden aufweist, wurde 1989 und 1990

in zwei Kurzzeit-MeBserien auf ihre Wirksamkeit untersucht [7].

Dabei wurden die Lufttemperatur und relative Feuchte im Spalt, in der Kirche und auBen

sowie verschiedene Oberflachentemperaturen des Originalglases aufgezeichnet.

Es wurde beobachtet, daB tagsOber die Oberflachentemperatur des Originalglases hoher war

als die Lufttemperatur im Spalt, wahrend es nachts genau umgekehrt war. Man stellte fest,

daB die Temperaturunterschiede zwischen farbigem und farblosen Glas auBerst gering sind.

Auf Grund des milden Mittelmeerklimas wurden im Sommer wie im Winter verhaltnismaBig

niedrige Werte tor die ~elative Feuchte notiert. Dies erklart, warum es zu keiner Zeit zu

Tauwasserbildung auf den Glasoberflachen kam.


216

8. Literatur

[1] Bettembourg, J.-M.: Personliche Mitteilungen 1993/94

[2] Corpus Vitrearum Medii Aevi- News Letters 1 (1972}- 43/44 (1990)

[3] Fitz, St.; Fitz-Uirich, E.; Frenzel, G.; KrOger, R.; Kuhn, H.: Die Einwirkung von Luttverunreinigungen

auf ausgewahlte Kunstwerke mittelalterlicher Glasmalerei. Forschungsbericht

10608002. Herausgeber: Bundesministerium des lnneren, Bonn und Deutsches

Museum, MOnchen. 1984

[4] Frenzel, Gottfried: Probleme der Restaurierung, Konservierung und prophylaktischen

Sicherung mittelalterlicher Glasmalereien, in: Maltechnik-Restauro, 88. Jg., 4/1982

[5] Geis, K.: Raumklima und Schwitzwasserbildung im Freiburger MOnster, 1.976

[6] JOtte, B.A.H.G.: Personliche Mitteilungen 1993/94

[7] Marabelli, M; Santopadre, P.; Verita, M: Influence of the external protective glazing upon

conservation of the medieval stained glass window in Orvieto Cathedral, in: Rivista della

Stazione Sperimentale del Vetro 3, 1993

[8] Nanni, J.: Klimatische Verhaltnisse in der Klosterkirche Konigsfelden (CH) 1988

[9] Ronicke, G. und R.: Das Raumklima des Freiburger MOnsters und die Moglichkeit der

Schwitzwasserbildung an den Buntglasfenstern, Schallstadt, 1976

[1 0] Ultraschall - MeBtechnik: Mikroklimamessungen an der Klosterkirche Wettingen (CH)

von Marz bis Juli 1989


217

Appendix B

Konstruktionszeichnungen

1. Vertikalschnitt

2. Horizontalschnitt

3. Sohlbank

4. Kopfscheibe

5. MaBwerk


218

2 1

Legende

1 Sturmeisen

2 Deckschiene

3 Flachkloben

4 Distanzhalter

5 Splinte

6 Schutzglas

7 Originalglas

8 Windstange

Abb. 8.1: Vertikalschnitt Variante 1

2

R-=5

Legende

1 Sturmeisen

2 Deckschiene

3 Unterlegscheibe

4 Rundkloben

5 Schutzglas

6 Originalglas

2

6

Abb. 8 .2: Vertikalschnitt Variante2


Appendix B

219

B

5

2

6

1

3

Legende

4

5

7

2

1 Sturmeisen

2 Deckschiene

3 Flachkloben

4 Distanzhalter

5 Splinte

6 Schutzglas

7 Originalglas

8 Steingewande

Abb. 8 .3: Horizontalschnitt Variante 1

Legende

1 Sturmeisen

2 Deckschiene

3 Unterlegscheibe

4 Rundkloben

5 Schutzglas

6 Originalglas

7 Steingewande

Abb. 8 .4: Horizontalschnitt Variante 2


220

5

Legende

1 Sohlbank

2 Verdunstungsschale

aus Walzblei

3 Messingwinkel

4 Splint

5 Schutzglas

6 Originalglas

Abb. 8 .5: Sohlbank Variante 1

Legende

1 Sohlbank

2 Stockschraube

3 Unter1egscheibe

4 Hutmutter

5 Schutzglas

6 Originalglas

4

Abb. 8.6: Sohlbank Varlante 2


Appendix 8

221

Legende

4

1 Steingewande

2 Stockschraube

3 Unterlegscheibe

4 Schutzglas

5 Originalglas

Abb. 8.7: Kopfscheibe Variante 1

3

Legende

1 Steingewande

2 Messing-Spezialhalter

3 Schutzglas

4 Orlginalglas

Abb. 8.8: Kopfscheibe Variante 2


222

Legende

1 Steingewande

2 Messing-Spezialhalter

3 Schutzglas

4 Originalglas

Abb. 8.9: MaBwerk Variante 1

1

Leg en de

1 Steingewande

2 Messing-Spezialhalter

3 Schutzglas

4 Originalglas

Abb. 8.1 0: MaBwerk Variante 2


223

AppendixC

Bestandsaufnahme

1. Fragenkatalog Altgemeiner Teil

2. Fragenkatalog SpezielferTeil

3. Aufbau Konstruktionsprogramm


224

Fragenkatalog

Allgemeiner Teil

1. Objekt:

- Ort/PLZ:

- Ortsteil: ... . . .. . . .. .. . .

- Objekt: .....

- Str./Nr.:

- Kreis: ........... .. . .. . .. . . . . .. .

- Bundesland: ..

- Lage des Objekts:

a) Gebirge

Mittelgebirge

Flach land

KOste

b) lndustriegebiet

Stadtgebiet

Ui.ndliche Umgebung

2. Ansprechpartner (Name, Adresse und Telefon):

- EigentOmer:

- Architekt:

- Zustandige Behorde (z. B. Generalvikariat, Bauamt u. ~.):

- Sonstige (z. B. Glasmalerei - Werkstatt):


Appendix C

225

Fragenkatalog

Allgemeiner Teil

3. Baugeschichte (evtl. Quellenangaben):

4. Angaben zum Objekt:

- lnnenraum-Grundflache: ..

- Emporen-Grundflache: . .

- lnnenwand-Fiache:.

- lnnenraum-Hohe: ...

- lnnenraum-Volumen: .

- Gesamt-Fensterflache: .

- Schutzglas-Fensterflache: .

- Glasmalereibestand: ) mittelalterlich

) nachmittelalterlich

) Jahrhundertwende

) Neuzeit

5. Architektenzeichnungen:

- vorhanden: ( ) nein

( ) ja ) Lageplan

) GrundriB

) Schnitte

) Ansichten

) Details


226

Fragenkatalog

Allgemeiner Teil

6. Ausstattung des Objekts:

-Wand:

- Aufbau von au Ben nach iimen: Material I Starke

.. . . . • •....•• • • f '

- Anstrich: ( ) diffusionsfahig

. ( ) Sperranstrich

- Wandmalereien: ) historisch

) neuzeitlich

- Dach:

- Aufbau von auBen nach innen: Material/Starke

- Anstrich: ) diffusionsfahig

) Sperranstrich

- Deckenmalereien: ( ) historisch

( ) neuzeitlich

- FuBboden:

- Aufbau von auBen nach innen: Material/Starke

- Sonstiges:

) Altare ( ) Holzbanke

) Heiligenfiguren ( ) Orgel

) Tafelbilder ( ) . .. .. ... . . .


Appendix C 227

Fragenkatalog

Allgemeiner Teil

7. Allgemeine Klimasituation:

- Heizung: ( ) beheizt

( ) wenig beheizt

( ) unbeheizt

- Art der Heizung:

) Leitung

) Strahlung

) Konvektion

) . : . . ............ . ................ . .

- Dauer der Heizperiode: von .............. . . .. . . bis . .......... .

- Einstellung der Heizung: Mindesttemperatur: ca. . . .. oc

Aufheizung bis: ca .......... oc

- Durchschnittstemperatur im Sommer: ca ... ..... oc

- Be- und EntiOftung des Bauwerks: ) LOftungsfiOgel

) Deckenoffnungen

) ... ... ... .

- Beobachtungen: ) Kondensation an den Fenstern

) Eisbildung an den Fenstern

) Feuchte Wande

) ' ..

- Lokale Klimabeschreibung:

8. Untersuchungen und Messungen:

- Untersuchungen:

) Klimamessungen

) Glassensoren

) Schadstoffmessungen

) Optische Kontrollen

) ... ''' .. '' ' ................ . '' . '' ... ... ... ... . .

- Ergebnisse:

) nein

) ja,wo: ....... . . . .


228

Fragenkatalog

Spezieller Teil

1. Objekt:

- Ort/PLZ: ... o. o o. o o. o o.

- Ortsteil: .... 0

- Objekt: ...

0 • 0 0 • 0 0 • 0 0 • • 0 • • 0 • 0 0 • 0 0 • • •

- Objektteil: ..

- Fensternummer (evtl. CVMA-Nro):

2. Grund riB mit Nordpfeil und Lage des Fensters:

- vorhanden: ( ) ja, ist beigefUgt

) nein, bitte Schemaskizze zeichnen

3. Fenster allgemein:

- GesamtgroBe: Breite x Hohe: ca .....

- GroBe der Lanzette: Breite x Hohe: ca ..

- Aufteilung: ) einbahnig

) mehrbahnig, Anzahl der Bahnen: ... 0

0 • 0 0 • 0 0 • 0 0 • 0 0 0 o

0 •• 0 • 0 0 •

- Rahmungsmaterial: ( ) Steingewande

mit Quereisen

( ) Metallkonstruktion

) Holzkonstruktion

mit Quereisen

) Naturstein

) Mauerwerk

) Beton

) ..

) ja

) nein

) Eisen

) GuBeisen

) Aluminium

) ...... '

) ja

) nein

4. Ansichtszeichnung des Fensters:

- vorhanden: ) ja, ist beigefUgt

( ) nein, bitte Schemaskizze zeichnen


Appendix C

229

Fragenkatalog

Spezieller Teil

5. Originalscheiben:

) mittelalterlich

) nachmittelalterlich

) Jahrhundertwende

) neuzeitlich

evtl. genauere Angabe: .... . ..... . .. .. . .. . .. .. . . .. . .. .. . .

6. Schutzverglasung

- Ausfuhrung der Schutzverglasung: ..

- Schutzverglasung: ( ) gesamt

( ) partiell

) Lanzette mit Spitze

) Lanzette ohne Spitze

) Lanzette Einzelscheibe

) MaBwerk gesamt

) MaBwerkteil einzeln

) """"' """"""'"""""'

- Art der Schutzverglasung:

) Floatglas

) maschinengezogenes Goetheglas

) ESG

) VSG aus 2-Scheiben-Fioatglas

) VSG aus Float- und Goetheglas

) VSG aus ............................... . . .

) Makrolon o. a.

) Echt-Antik-Gias

) lsolierglas

) ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' . . ' . ' ' . ' ' . ' ' . ' ' . ' ' ' ' ' ' ' ' ' .

- Gliederung: ) Einscheibenverglasung

) Bleiverglasung ) Vereinf. BleiriB

) Rechtecke

) Spitzrauten

) Waben

) Kreise

) """"" " " " "" " "" " ""

7. Konstruktion

- Position des Schutzglases:

( ) im Originalfalz

( ) von au Ben vorgesetzt

) mit Haltern

) mit Rahmen

) """""""


230

Fragenkatalog

Spezieller Teil

- BeiOftung: ) lnnenbeiOftung

) AuBenbeiOftung

) MischbeiOftung

) Keine BeiOftung

- Abstand zwischen den Verglasungen: ....... . . . . .. . .. ... . . . . . .. .

- Mindesttiefe des Spaltes:.'. . . . . ........ . ...... . ........ . . .

- BeiOftungsschlitze: ( ) unten innen ... ..... . . . .. . ..... .. . . . . . .

) unten auBen . . .. . .. . . . . . .. . .. . .. . .. . .. . .

) oben innen .. . .

) obenauBen

) seitlich .. . . .... .