Zielsetzung & Anlass:
In den Jahren 2017, 2018 und 2019 waren vor allem in Ostdeutschland vermehrt Hitzeperioden mit hohen Temperaturen über 39 °C bei gleichzeitigen längeren Trockenzeiten zu verzeichnen. Dieses Phänomen ist mit der globalen Klimaerwärmung zu begründen und wird sich in den kommenden Jahren noch weiter verstärken. Die Folge davon ist, dass sich auch die Innenräume von Denkmälern mit wertvoller historischer Ausstattung aufheizen, und die relative Feuchte auf kritische Werte unter 40 % r.F. absinkt. Dieses Phänomen ist bisher in dieser Weise noch nicht aufgetreten - im Gegenteil, in historischen Denkmälern waren bislang eher zu hohe Luftfeuchten das Problem.
Geringe Luftfeuchten führen zu einem hohen Schadensrisiko (Rissbildung, Lockerung und Substanzverlust der Farbfassung, etc.) für zahlreiche Kunstgattungen, speziell für polychrome Oberflächen, wie Leinwandgemälde, Papier- und Ledertapeten, gefasste Holzoberflächen sowie Wandmalerei.
Diese Schadensphänomen ist bisher im Raum Sachsen und Sachsen-Anhalt vermehrt aufgetreten. Um es im nationalen Kontext besser einschätzen zu können, wurde ein Fragebogen hinsichtlich der Auswirkung des anthropogenen Klimawandels auf historische Denkmäler entwickelt. Dieser wurde von Mitarbeitenden an Denkmalämtern und Schlösserverwaltungen der jeweiligen Bundesländer beantwortet.
Weiter erfolgte an Beispielen national wertvoller Ausstattung eine eingehende Analyse des Raumklimas inklusive des Mikroklimas an. Dazu wurden der Cranach-Altar der Schlosskirche der Augustusburg, die barocken Ledertapeten im Schloss Moritzburg, die Wandmalereien in der Albrechtsburg in Meißen sowie das Flügelretabel von St. Nicolai in Döbeln ausgewählt. Neben der Analyse des Raumklimas stand die Untersuchung der historischen Oberflächen in Hinblick auf dessen Veränderung aufgrund des vorherrschenden Klimas im Fokus. Hier wurden optische Verfahren, wie Streifenlichtscanning und hochauflösende Digitalaufnahmen eingesetzt.
Außerdem wurde basierend auf den in Schloss Moritzburg gemessenen Klimadaten, ein Klimafile erstellt. Dieses wurde in der Klimakammer zur Untersuchung der Reaktion von Dummykunstwerken und Ledertapetenstücken aus Schloss Moritzburg eingesetzt. Die Reaktion darauf untersuchten die Wissenschaftler wiederrum mit optischen Verfahren. Die daraus abzuleitende Reaktionsgeschwindigkeit der wertvollen Oberflächen gibt Hinweise auf das künftige Schadensrisiko.
Arbeitsschritte & Methoden:
Um den langfristigen Verlauf von Temperatur und relativer Feuchte im Innenraum zu erhalten, wurden an ausgewählten Standorten in den historisch wertvollen Baudenkmalen der Albrechtsburg in Meißen, der Moritzburg und der Augustusburg Datenlogger aufgestellt, welche regelmäßig von Fachkräften vor Ort oder durch Projektmitarbeitende ausgelesen werden. Ein Vergleich der Messungen über einen kompletten Jahreszyklus soll aufzeigen, welchen kurz- und langfristigen Schwankungen die historischen Oberflächen ausgesetzt sind. Um festzustellen, inwieweit sich das direkte Umgebungsklima bereits verändert hat, sind langfristige Messungen (über mindestens 3 Jahre) erforderlich. An den ausgewählten Standorten sind diese Daten durch die langjährige Begleitung des Unterauftragnehmers IDK vorhanden und wurden für die Auswertung zur Verfügung gestellt.
Parallel zu den Klimamessungen wurden ausgewählte Referenzflächen unterschiedlicher Materialverbünde mittels hochauflösenden 3D-Scannern zu unterschiedlichen Zeitpunkten erfasst. Etwaige Bewegungen oder Veränderungen an den Oberflächen, die zwischen zwei Messungen stattgefunden haben, lassen sich so erfassen und mit den Klimadaten korrelieren. (Text gekürzt)
Historische Wandmalereien sind durch eine Vielzahl von umweltbedingten Schadensprozessen in ihrem Erhalt gefaehrdet, wobei es beispielsweise zu Abloesungen bemalter Putzbereiche vom Untergrund kommt. Zur Beurteilung notwendiger Erhaltungsmassnahmen ist ein laseroptisches Verfahren entwickelt worden, um solche losen Putz- und Malschichten beruehrungslos und reproduzierbar auch aus grosser Entfernung zu detektieren. Ziel ist es, das Messverfahren im Hinblick auf einen praktischen Einsatz weiterzuentwickeln und zu optimieren, sowie die damit gewonnenen Ergebnisse abzusichern. Damit soll ein Uebersichtsverfahren als Ergaenzung der bei grossen Objektflaechen sehr aufwendigen und subjektiven Perkussionsmethode der Restauratoren zur Verfuegung gestellt werden. Die Lokalisierung loser Putzbereiche erfolgt, indem diese mit Lautsprecherbeschallung zu Schwingungen angeregt und die induzierten Schwingungen optisch registriert werden. Da der Einfluss des Schalls auf die sensiblen Kunstwerke minimal gehalten werden muss, werden Schalldruecke verwendet, die selbst im Resonanzfall Schwingungsamplituden von nur wenigen Nanometern hervorrufen. Zur Detektion dieser winzigen Amplituden wird ein in seiner Empfindlichkeit entsprechend gesteigertes videoholografisches Messsystem eingesetzt. Der Messaufbau wird hinsichtlich Messempfindlichkeit, Stoeranfaelligkeit und Bedienungsfreundlichkeit verbessert, indem leistungsfaehigere und kompaktere Komponenten eingesetzt werden. Zur Erhoehung der Aussagekraft und Verlaesslichkeit der Ergebnisse werden mehrere Messserien an verschiedenen historischen Baudenkmalen unterschiedlicher Wand- oder Deckenkonstruktion durchgefuehrt und die Ergebnisse mit denen verglichen, die mit der traditionellen Perkussionsmethode gewonnen wurden. Ergaenzend werden Untersuchungen an Putzproben mit synthetisch erzeugten Fehlstellen durchgefuehrt. Im Hinblick auf einen praktischen Einsatz des Messverfahrens wird eine automatische Bearbeitung des jeweils umfangreichen Bilddatenmaterials zur Erstellung einer Schadenskartierung entwickelt und bei den Messungen erprobt. Von der Firma Thalheim Spezialoptik wird in enger Zusammenarbeit ein erster, noch nicht zur kommerziellen Verwendung geeigneter Prototyp unter den Gesichtspunkten der Produktions- und Bedienerfreundlichkeit, Alltagsrobustheit und Lebensdauer, Betriebssicherheit und wirtschaftlicher Herstellungsbedingungen entwickelt.
Die Schutzengelkirche Gräfendorf erlitt 2003 einen Hochwasserschaden, bei dem der Holzfußboden der Kirche und die unterirdisch verlaufenden Lüftungsleitungen zerstört bzw. massiv beschädigt wurden. Die Kirche selbst ist eine Nachkriegskirche von 1966, die damals als Teil eines Gemeindezentrums neu errichtet wurde. Auf Grund des Schadens gab es Überlegungen die Kirche schlimmstenfalls abzureißen und durch eine Kapelle zu ersetzen. Ein Abbruch der Kirche hätte jedoch die Vernichtung der vorhandenen Bausubstanz trotz hoher Restlebensdauer, Verlust des Gestühles für 350 Kirchenbesucher, Verlust der Wandmalerei und weiterer Ausstattungsgegenstände bedeutet. Viele Gemeindemitglieder oder ihre Vorfahren haben den damaligen Bau mitfinanziert oder Eigenleistungen eingebracht und würden die Aufgabe der Kirche nicht verstehen. Weiterhin hätte ein Neubau Kosten von mehr als 1 Mio. € verursacht und die weiteren Gebäude wie Pfarrbüro, Pfarrhaus, Pfarrheim und ehemaliger Kindergarten, jetzt Gemeindehaus in Frage gestellt. Das Pfarrzentrum wäre insgesamt zerstört worden. Die Kirchenverwaltung entschied sich für den Erhalt der Kirche in Verbindung mit einer energetischen Sanierung, die wiederum ein CO2-freies, möglichst solar betriebenes Heizungssystem erhalten sollte. Weiterhin sollten die Kosten möglichst in Reparatur-und Unterhaltskosten niedriger liegen, als bei einem vergleichbaren Neubau. Nach Auffassung der Pfarrgemeinde und der Kirchenverwaltung sollte bei der Kirchensanierung der Wahlspruch der Kirche 'Schöpfung bewahren' in die Praxis umgesetzt werden. Die Kirche sollte dahingehend ein Pilotobjekt sein, welches möglichst keine fossilen Energieverbräuche mehr hat, dabei gleichzeitig der bestmögliche Umweltschutz erreicht wird und darüber hinaus der Kirchengemeinde den bezahlbaren Heizbetrieb einer großen Kirche ermöglicht. Dies vor allen Dingen durch den vermiedenen Abbruch, die weiterhin genutzte Inneneinrichtung, Ausstattung und Orgel sowie durch möglichst solaren Heizbetrieb. Durch die Erkenntnisse aus der Projektentwicklung wurden die peripheren Gebäude wie Sakristei, Pfarrbüro, Pfarrhaus, Pfarrheim und ehemaliger Kindergarten in das Heizsystem mit aufgenommen und parallel zur Wärmepumpen-Heizung der Kirche mit einer Pelletkesselanlage versehen. Hierbei wiederum wird der Betrieb so gefahren, dass die Kirche nur bei unbedingtem Bedarf aus der Pelletkesselanlage hilfsweise Wärme bekommt, die peripheren Gebäude jedoch eventuelle Überschußwärme, zum Beispiel aus den Hybridkollektoren, für WW im ehemaligen Pfarrhaus nutzen können. In der Verbrauchsmessung werden die Energiemengen der einzelnen Verbraucher und deren Quelle erfasst. Die Schutzengelkirche Gräfendorf zeigt sehr deutlich, dass ein Zusammenspiel aus thermischen Kollektor, WP, Steuerungstechnik, Pufferung und Nutzung von Photovoltaik es durchaus erlauben, Gebäude weitgehend ohne Verbrennungsvorgänge zu betreiben. Auf diesem Gebiet sollte dringend weiter gearbeitet werden, da die
Zielsetzung und Anlass des Vorhabens:
Das Projektziel war die Entwicklung und Erprobung einer langfristigen Erhaltungsstrategie am Beispiel der mittelalterlichen Wandmalereien der Kirche in Eilsum. Dabei handelt es sich um Klimaregulierungen im Chorraum und ein Monitoring der pflegebedürftigen Ausmalungen. Die wertvollen Wandmalereien sind durch Feuchteeinwirkung sowie durch biologische Aktivität und standortbedingte Salzbelastung so stark geschädigt, dass eine grundlegende Schadensbeobachtung zur Einleitung einer nachhaltigen Therapie dringend erforderlich ist.
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten Methoden:
Da eine dauerhafte Entsalzung des Backsteinmauerwerks mit den herkömmlichen Verfahren nicht möglich ist, wurde im Rahmen der bestandssichernden Kontrollen versucht, die bauschädliche Wirkung der Salze durch Stabilisierung des Raumklimas mit speicherprogrammierbaren Regelungsanlagen einzuschränken bzw. zu verhindern.
Flankierend wurde im interdisziplinären Verbund die Zustandserfassung der Wandmalerei in ausgewählten Teilbereichen halbjährlich wiederholt, um dadurch systematisch strukturierte Korrekturen des Raumklimas zu ermöglichen (Referenzflächen-Monitoring). Dabei kamen restauratorische Schadensdokumentationen in Korrelation mit klimatologischen, bauphysikalischen und technischen Untersuchungen, unter Anwendung innovativer Verfahren und Methoden, zum Einsatz.
Fazit:
Das Projekt diente zur Entwicklung und Erprobung einer langfristigen Erhaltungsstrategie im Sinne der Qualitätssicherung. Dies beinhaltet die erforderliche Klimasteuerung im Chorraum der Kirche von Eilsum in Verbindung mit einem Referenzflächenmonitoring.
Hinsichtlich der Klimasteuerung wurden die kurzfristige Instandsetzung und die langfristige Instandhaltung seitens des Projektträgers zugesagt. Hinsichtlich des Monitorings hat sich gezeigt, dass das bewährte Verfahren der restauratorischen Objektuntersuchung unverzichtbar ist. Das Monitoring mittels Multispektralfotografie und Differenzbildtechnik bildet eine methodische Ergänzung und Erweiterung. Die Ergebnisse dieses Verfahrens bedürfen einer sorgfältigen Überprüfung in Bezug auf die diagnostische Bedeutung bzw. die Schadensrelevanz der festgestellten Veränderungen.
Die Klimaregulierung wird erfahrungsgemäß sehr langsam zu erkennbaren Veränderungen der Wandmalereioberflächen führen. Die Amtsrestauratoren des NLD werden daher das Monitoring in den nächsten Jahren fortsetzen. In diesem Zusammenhang werden die Ergebnisse des Multispektralverfahrens hinsichtlich ihrer Bedeutung für die Früherkennung von positiven oder negativen Veränderungen im Sinne des Qualitätsmanagements überprüft.
Das Projekt bietet die Möglichkeit, eine Vielzahl von Pigmentveränderungen an Wandmalereien unter besonderer Berücksichtigung schädigender Umwelteinflüsse und der Bauwerksgegebenheiten (Klima, Mikrobiologie, Salze) systematisch zu untersuchen. Es sind allgemeingültige Ergebnisse zu erwarten, die auf vergleichbare Phänomene an anderen Wandmalereien übertragen werden können. Der streng praxisorientierte Forschungsansatz dient der Klärung bisher nicht bekannter oder nicht ausreichend berücksichtigter Zusammenhänge zwischen Bauwerksgegebenheiten und Pigmentumwandlungen. In diesem Thesenpapier wird eine Systematisierung der beobachteten Pigmentveränderungen und der vermuteten Schädigungsprozesse vorgestellt. Diese Einteilung basiert auf visuellen Gesichtspunkten sowie auf den Ergebnissen mikroskopischer und mikrochemischer Untersuchungen sowie der my-RFA und der Raman-Spektroskopie. In weiterführenden restauratorischen und naturwissenschaftlichen Untersuchungen sollen die maßgeblichen physikalischen, chemischen und mineralogischen Abläufe unter Berücksichtigung der objektspezifischen Gegebenheiten ermittelt werden.