HERIe - heriverde

HERIe - oprogramowanie do
ilościowej oceny zagrożenia obiektów
zabytkowych przez wahania
parametrów klimatycznych
Arkadiusz Kupczak, Łukasz Lasyk, Łukasz Bratasz,
Michał Łukomski, Artur Działo, Roman Kozłowski
Mikroklimat muzealny – debata ostatnich lat
• Określenie warunków środowiskowych
wymaganych w ochronie zabytkowych materiałów
i zbiorów jest zagadnieniem złożonym –
konserwatorzy i badacze powinni je rozpoznawać
i wyjaśniać.
• Metodyka postępowania z zagrożeniami
środowiskowymi powinna być nierozłącznym
elementem procesu podejmowania decyzji
konserwatorskich.
Deklaracja IIC – ICOM CC, 2014, Wytyczne środowiskowe
(www.iiconservation.org)
WIELKOŚĆ
ZAGROŻENIA
Wilg.
USZKODZENIA
PODEJMOWANIE
DECYZJI
KOSZTY
Nauka może pomóc
Modelowanie przepływu pary wodnej oraz wynikających z
niego odkształceń i naprężeń w badanym materiale w
odpowiedzi na zmiany wilgotności względnej i
temperatury.
Symulacje komputerowe
Odpowiedź wymiarową badanych obiektów wyznacza
się w oparciu o metodę elementów skończonych
(COMSOL Multiphysics )
Analiza pojedynczego kroku symulacji
Dane wejściowe:
Zmiana parametrów zewnętrznych – T i wilg. wzgl.
temp. i wilg. wzgl. w otoczeniu obiektu
Wyznaczenie zawartości pary wodnej w obiekcie
znając współczynniki dyfuzji oraz izotermy sorpcji
Wyznaczenie odpowiedzi metrycznej obiektu
(odkształcenie) znając jego parametry mechaniczne
Dane wyjściowe: pola lokalnych odkształceń
60
10.5
55
10.0
50
45
9.5
Eksperyment
9.0
40
35
8.5
30
o
Modelowanie
8.0
25
7.5
20
7.0
wilg. wzgl. [%]
11.0
0
5
10
Czas [dni]
15
Temperatura [ C]
Odchylenie [mm]
Eksperymentalna weryfikacja modelu
20
25
Porównywanie klimatów nie jest łatwe
Uniwersalne wytyczne dla mikroklimatu
Przykładowy zakres wilg. względnej rekomendowany
przez ICOM-CC, IIC i grupę Bizot - 40 – 60%, de facto
wahania ± 10% wokół średniej rocznej
Odkształcenia, a zagrożenie
Odkształcenia dla 0,4mm zaprawy malarskiej położonej
na podłożu drewnianym o gr. 10 mm; odkształcenie 0,2% kryterium uszkodzenia zaprawy wg Mariona
Mecklenburga
Modelowanie komputerowe
‐ Jest czasochłonne
‐ Wymaga dużej mocy komputerowej
‐ Wymaga znajomości specjalistycznego
oprogramowania
‐ Nie jest zatem łatwym narzędziem w
rękach konserwatorów lub osób
zarządzających dziedzictwem kultury
Proponujemy alternatywę:
HERIe
HERIe krok 1 – rozkład danych mikroklimatycznych
Roczne lub kilkuletnie wartości wilg. względnej
rozkładamy na zbiór elementarnych fluktuacji
(sinusoidalnych) przy użyciu transformaty Fouriera
Przebieg wilg. względnej (kościół)
Transformata
Fouriera
Elementarne fluktuacje
HERIe krok 2 – bazy danych elementarnych odkształceń
Badany obiekt
Swobodnie odpowiadająca
drewniana deska pokryta
zaprawą malarską
Elementarna
fluktuacja wilg. wzgl.
Elementarna
fluktuacja
odkształcenia
HERIe krok 3 – suma elementarnych odkształceń
czas = 0,5 sek.
Odkształcenia: 10mm drewniana deska pokryta 0,4 mm zaprawy malarskiej
HERIe krok 3 – suma elementarnych odkształceń
czas = 0,5 sek.
czas = 8 godz.
Odkształcenia: drewniana deska o gr. 10 mm pokryta 0,4mm zaprawy
HERIe krok 4 – uwzględnienie kryterium uszkodzenia
Kryterium uszkodzenia można ustalić w oparciu o badania laboratoryjne, monitorowanie
rzeczywistych obiektów, przeglądy konserwatorskie zbiorów (studia epidemiologiczne).
Powyżej, kryterium uszkodzenia oparto o dopuszczalne odkształcenie zaprawy malarskiej
0,2%.
Bazy elementarnych odkształceń
Deska zatrzymana w ruchu,
imitująca elementy mebli, czy ramy
Obiekty
drewniane
Walec,
imitujący rzeźby
Karta pergaminu
Materiały
biblioteczne
Zespół realizujący
A. Kupczak i R. Kozłowski – Instytut Katalizy i
Fizykochemii Powierzchni im. Jerzego Habera PAN,
Kraków
Ł. Lasyk, Ukasz Technologies oraz Muzeum Narodowe
w Krakowie
A. Działo, Muzeum Narodowe w Krakowie
Ł. Bratasz, Muzeum Narodowe w Krakowie, obecnie
Institute for the Preservation of Cultural Heritage, Yale
University
M. Łukomski, the Getty Conservation Institute
Badania są finansowane z grantu PBS2/A9/24/2013
Narodowego Centrum Badań i Rozwoju.
HERIe będzie dostępny do
testowania
na początku 2016
Zainteresowanych przeprowadzeniem
testowych symulacji proszę o kontakt:
[email protected]