Sustainable Development for the Preservation of Cultural Heritage

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1 Sustainable Development for the Preservation of Cultural Heritage Sustainability & UNESCO Social and economic sustainability. Emphasis on energy use: heating and climate control. New Dutch Waterline, Netherlands, November Dr. Stefan Röhrs Prof. Dr. Stefan Simon Rathgen-Forschungslabor (Rathgen Research Laboratory) Staatliche Museen zu Berlin (National Museums Berlin) Stiftung Preussischer Kulturbesitz (Prussian Cultural Heritage Foundation) 11 November 2013, Fort Altena

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5 World Commission on Environment and Development (Brundtland Commission) 1987 The Brundtland report Our Common Future defined the meaning of the term "Sustainable Development Sustainable development is development that meets the needs of the present without compromising the ability of future generations to meet their own needs Gro Harlem Brundtland

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7 Preservation of cultural heritage Energy and resources Finance and infrastructure

8 Sustainable development for indoor climate Driven by -Increasing costs for energy -Budget cuts (recession in 2009) -International/national plans/projects for the sustainable development

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10 A new museum for the Spandau Citadel Spandau Citadel 12

11 Magazine hall Barracks

12 Preservation of cultural heritage Environmental factors - Temperature (T) - Relative humidity (RH) - Chemical pollutants, internal / external sources - Dust - Light / UV - Vibrations - Pests / insects

13 Influence of environmental factors (T, RH) - Physical: Internal stress by hygroscopic or thermic dilatation - Biological: Microbiological attack from mould and fungi - Chemical: reaction rate of decay processes Cold induced cracks (-15 C), Marion F. MecklenburgSmithsonian Museum Conservation Institute

14 Chemical: reaction rate of decay processes Temperature Arrhenius E a k = A e R T -k: reaction rate constant -A: Frequency factor -E a : activation energy -R: Gas constant -T: Temperature Moisture

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16 David John Artigas, University of Pennsylvania: A Comparison of the Efficacy and Costs of Different Approaches to Climate Management in Historic Buildings and Museums, Thesis in Historic Preservation, 2007.

17 5 th Avenue

18 Klimatisierung - Traditionell natürliche Fugenlüftung durch Undichtigkeiten Hygienische Aspekte Staubimmission (ca. 100µg/m³) - Erste Klimaanlagen in Deutschland ab ca. 1955/60 (Germanisches Nationalmuseum, Nürnberg; Museum Folkwang, Essen, SMB Dahlem 1964, 1970, Neue Nationalgalerie 1970)

19 Risk factor: human being Average room temperature

20 Discrepancy comfort of human beings vs. preventive conservation Preventive conservation for cultural heritage - Low T - RH corresponding to cultural heritage object material - Few fluctuations in T and RH - Low air flow rate at object - Dust free environment

21 Discrepancy comfort of human beings vs. preventive conservation Thermal Environmental Conditions for Human Occupancy e.g. DIN 1946 Teil 2: Behaglichkeitsbereich legal obligation for workplaces T: C RH: 30-65%

22 Let's be Honest Relax...The risk of damage may be much less than you imagine. Large numbers of objects that might through routine ignorance be put into the plus or minus 5% bracket are robust enough to be lent from 50 plus or minus 15% to 50 plus or minus 15%. Jonathan Ashley-Smith, former Head of Conservation, V&A London IIC conference, "Preventive Conservation: Practice, Theory and Research". Ottawa, Canada September 15th 1994

23 American Association of Museums Accreditation Commission AAMD -... I write to express our agreement with AAMDs resolution endorsing continuing professional dialogue in concert with international efforts to further the development of the following guidelines: - for the majority of cultural materials, a relative humidity within the total annual range of 40-60% and a temperature range of degrees F (15-25 C) is acceptable. It is advisable to minimize fluctuations. Some cultural materials require different environmental conditions for their preservation. - Loan requirements for all objects should be determined in consultation with conservation professionals. - Bonnie Styles, Chair of the American Association of Museums Accreditation Commission, September 2010

24 EN Priorität des historischen Klimas Wurde der Zustand von Gegenständen aus organischen hygroskopischen Materialien, die über einen längeren Zeitraum (mindestens 1 Jahr) in einem besonderen Mikroklima aufbewahrt wurden, von qualifizierten Fachleuten für Innenraumklima und Erhaltung für zufriedenstellend befunden, sollte das historische Klima im Raum, einschließlich der mittleren RH-Werte, des Bereiches der Variabilität der natürlichen Zyklen, z. B. jahreszeitlich oder täglich und der Änderungsgeschwindigkeiten, unverändert bleiben. Die einzigen annehmbaren Änderungen sind Verbesserungen, die Schwankungen der Klimabedingungen vermindern.

25 EN Relative Feuchte im Jahreszyklus

26 EN Zielkorridor zwischen 7. und 93. Perzentile

27 Entscheidungen zur Klimakontrolle - 3 Schritte - 1. Bestimme die Folgen und die Wechselwirkungen der Umgebungsbedingungen mit Materialien, Objekten und Sammlungen Aufbauend auf Schritt 1 berechne und formuliere die klimatischen Anforderungen für Sammlung, Gebäude etc Implementiere und kontrolliere die Klimabedingungen nach Schritt 2

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29 Working Draft CEN/TC 346/WG 8 Conservation of cultural heritage Guidelines for improving energy performance of historically, architecturally or culturally buildings Future? presents a normative Conservation working of cultural procedure heritage Guidelines for planning for and improving energy selection of measures based on an in performance of historically, architecturally or culturally depth examination buildings and documentation of the building. It outlines procedures to assess the impact of those measures in relation to preserving the architectural, cultural and historic values of the building, this includes taking into account risks and consequences of energy refurbishments and upgrades

30 Energy Contracting Kulturforum Berlin

31 Neue Nationalgalerie

32 refrigeration technique for HVAC Investment for modernisation of building services ventilation and air conditioning technique Reduction of costs and energy consumption lighting engineering process control technology

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35 Energy costs for 2003 by resource (netto) electric energy heat water Baseline heat 30% water 10% electric energy 60%

36 Energy costs for 2003 by subsection (netto) HVAC electric lighting radiator heating water/sewage other Baseline radiator 8% water 10% light 11% other 9% HVAC 62%

37 Measures Optimization of processes (e.g. CO 2 -controlled fresh air supply) New Building Automation / Building Automation Installation of new central ventilation units in the New National Gallery Replacement of essential Fans

38 Vergleich der Energiekosten (inkl. USt.) mit Preisen von ,1% , ,1% , ,00-48,5% ,7% ,61 - Fernwärme Elektroenergie Wasser Gesamt community heating electricity water total

39 Main Building of the National Museum in Krakow Michal Lukomski et al. Institute of Catalysis and Surface Chemistry, Polish Academy of Sciences

40 Michal Lukomski et al. Institute of Catalysis and Surface Chemistry, Polish Academy of Sciences

41 EN EN Erhaltung des kulturellen Erbes - Festlegungen für Temperatur und relative Luftfeuchte zur Begrenzung klimabedingter mechanischer Beschädigungen an organischen hygroskopischen Materialien UNI EN 15757: Conservation of Cultural Property - Specifications for temperature and relative humidity to limit climate- induced mechanical damage in organic hygroscopic materials (2010)

42 Michal Lukomski et al. Institute of Catalysis and Surface Chemistry, Polish Academy of Sciences

43 Michal Lukomski et al. Institute of Catalysis and Surface Chemistry, Polish Academy of Sciences

44 Main Building of the National Museum in Krakow Air exchange rate in 1/h Michal Lukomski et al. Institute of Catalysis and Surface Chemistry, Polish Academy of Sciences

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49 ArtGuardian a new system for preventive conservtion - idea Preserving cultural heritage by combination environmental data of microclimate condition with preventive conservation guidelines Owner gets reports over objet status if parameter pass threshold - implementation: Sensors for the measurement of T, HR, vibration and light Infrastructure for data transmission via mobile phone network User friendly interface for the measurement results, owner and security services.

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51 ArtGuardian-Lichtbewertungssystem - Ausgangslage: Kunstwerke werden im Verleihprozess in Ausstellungen gehängt und entsprechend der Vorgaben des Leihvertrags die Bestrahlung eingestellt Nachträgliche Veränderungen der Bestrahlungsstärke kann vom Leihgeber nicht oder nur sehr schwer kontrolliert werden - Idee: ArtGuardian bewertet die über die gesamte Fläche des Kunstwerks einfallende Bestrahlung, detektiert und meldet Veränderungen in der Intensität Während der Hängung eingestellte Bestrahlungsstärke kann durch Knopfdruck in der IT- Plattform als Grenzwert festgesetzt werden - Umsetzung: Sensorik, die im Rahmen eingearbeitet wird und das auftreffende Licht in ein Maß für die Bestrahlungsintensität umsetzt, das in der IT-Plattform geprüft wird

52 Fraunhofer Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration Weltrekord: Kleinster Funksensorknoten für Adhoc-Netzwerke Eigenschaften Größe: Gewicht: Flex MCM-D 0, cm 6 x 6 x 6 mm ca. 1g

53 Bewertung des eintreffenden Lichts - Funktionsprinzip: Teile des eintreffendes Licht werden von einer speziellen Beschichtung der Scheibe im Spektrum verschoben und an die Kanten umgelenkt Sensorelemente, wenige Millimeter dick, werden auf die Außenseiten der Scheibe aufgesetzt und an das Sensorsystem auf die Rückseite angeschlossen - Stand der Forschung Langzeitbeständigkeit der Sensorschicht konnte nachgewiesen werden Testsysteme liegen vor und werden am Rathgen- Forschungslabor hinsichtlich der spektralen Eigenschaften getestet Praxistauglichkeit der Sensorelemente werden optimiert

54 humid / microbiologic risk freezing dry

55 Thanks -Stephan Guttowski -Michal Lukomski -Johanna Leisner -Uwe Heuer Finance infrastructure Preservation of cultural heritage Energy and resources

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