BEHOUDEN OF VEROUDEREN

BEHOUDEN OF VEROUDEREN Onderzoek naar het binnenklimaat en de behangfragmenten in de kamer van Anne Frank FAGO intern rapport Nummer 04.32.W

Afstudeerverslag Ing. J.L. Wijffelaars & ing. K. van Zundert juni 2004 Faculteit Bouwkunde Capaciteitsgroep: Fysische Aspecten van de Gebouwde Omgeving Technische Universiteit Eindhoven Begeleidingscommissie: Prof. dr. ir. M.H. de Wit (TU/e) Dr. ir. H.L. Schellen (TU/e) Ir. A.W.M. van Schijndel (TU/e) Ing. M.A.P. van Aarle (TU/e)

”Ons kamertje was met die strakke muren tot nu toe erg kaal; dankzij vader, die m’n hele prentbriefkaarten- en filmsterren verzameling van tevoren meegenomen had, heb ik met een lijmpot en kwast de hele muur bestreken en van de kamer één plaatje gemaakt.”

INHOUDSOPGAVE Voorwoord_______________________________________________________________________ 4 Summary _______________________________________________________________________ 5 Samenvatting ____________________________________________________________________ 6 Hoofdstuk 1 Voorgeschiedenis _______________________________________________________ 7 Hoofdstuk 2 Inleiding ______________________________________________________________ 9 Hoofdstuk 3 Uitgangssituatie _______________________________________________________ 11 3.1 Bouwkundige gegevens _____________________________________________________ 11 3.2 Behangfragmenten_________________________________________________________ 12 3.3 Installatiegegevens ________________________________________________________ 13 3.4 Bezoekers________________________________________________________________ 14 3.5 Simulatiemodellen _________________________________________________________ 14 Hoofdstuk 4 Veroudering van papier _________________________________________________ 15 4.1 Papiertoepassingen en kwaliteit_______________________________________________ 15 4.2 Externe invloeden op de veroudering van papier _________________________________ 16 4.3 Huidige conditie behangfragmenten ___________________________________________ 20 4.4 Richtlijnen voor relatieve vochtigheid en temperatuur _____________________________ 22 Hoofdstuk 5 Metingen _____________________________________________________________ 23 5.1 Buitenklimaat _____________________________________________________________ 23 5.2 Binnenklimaat ____________________________________________________________ 23 5.3 Installatiegegevens ________________________________________________________ 24 5.4 Bezoekersaantallen ________________________________________________________ 24 Hoofdstuk 6 Meetresultaten ________________________________________________________ 25 6.1 Analyse binnenklimaat kamer Anne Frank_______________________________________ 25 6.2 Beoordeling binnenklimaat kamer Anne Frank ___________________________________ 29 6.3 Overige meetresultaten _____________________________________________________ 34 Hoofdstuk 7 Modelvorming kamer Anne Frank__________________________________________ 37 7.1 Simulatie model kamer van Anne Frank ________________________________________ 37 7.2 Output en validatie van het WISE-model________________________________________ 41 Hoofdstuk 8 Modelvorming kamer met installatie _______________________________________ 45 8.1 Principe huidige regeling ____________________________________________________ 45 8.2 Aangepaste temperatuurregeling van de installatie _______________________________ 46 8.3 Output model kamer met regeling installatie ____________________________________ 50 Hoofdstuk 9 Vitrine _______________________________________________________________ 51 9.1 Opbouw vitrines algemeen___________________________________________________ 51 9.2 Samenstelling vitrine _______________________________________________________ 51 Hoofdstuk 10 Modelvorming vitrine __________________________________________________ 54 10.1 Algemene opbouw van het thermisch model ___________________________________ 54 10.2 Toepassing model ICN ____________________________________________________ 56 10.3 Vitrine kamer Anne Frank __________________________________________________ 60 Hoofdstuk 11 Modelvorming vitrine & installatie ________________________________________ 66 11.1 Installatie & vitrine/kamertemperatuur ______________________________________ 66 11.2 Installatie & vitrine/ kamer en buitentemperatuur ____________________________ 67 Hoofdstuk 12 Modelvorming Vitrine & Vocht ___________________________________________ 69 12.1 Opbouw van te modelleren vitrine ___________________________________________ 69 12.2 Algemene opbouw van het vochtmodel _______________________________________ 70 12.3 Vochtmodel vitrine kamer Anne Frank ________________________________________ 71 Hoofdstuk 13 Conclusies & aanbevelingen _____________________________________________ 74 13.1 Conclusies ______________________________________________________________ 74 13.2 Discussie _______________________________________________________________ 76 13.3 Aanbevelingen Anne Frank Stichting _________________________________________ 77 13.4 Aanbevelingen algemeen __________________________________________________ 78 Literatuur ______________________________________________________________________ 79

VOORWOORD Bijna drie jaar geleden zijn wij beiden, na het behalen van ons diploma op de Hogeschool Brabant in Tilburg, begonnen aan een nieuw avontuur bij de capaciteitsgroep FAGO op de TU in Eindhoven. Tijdens de HTS periode werden de basisbegrippen van de bouwfysica geïntroduceerd. Ondanks de minimale tijd die aan deze aspecten kon worden besteed, maakte onze toenmalige docente ons op een enthousiaste manier wegwijs in de wereld van de bouwfysica. De keuze om na het afstuderen de verkorte opleiding bouwkunde met als afstudeerrichting FAGO te gaan doen, was dan ook snel gemaakt. Dit was het begin van een hele leuke periode waarin we beiden hard gewerkt en ontzettend veel geleerd hebben. De verschillende projecten, waarin onderzoek in de vorm van metingen en simulaties gecombineerd werd met een advies, waren veelzijdig en interessant en maakten de verkregen kennis direct toepasbaar. Het uitvoeren van een afstudeeropdracht bij de vakgroep akoestiek leek een logische keuze. Er waren (zelfs) al drie potentiële opdrachten geselecteerd, toen Henk Schellen ons er op wees dat de vakgroep Warmte en Vocht toch ook wel een erg interessante opdracht had liggen. En inderdaad hij had gelijk, want een onderzoek naar het binnenklimaat in de kamer van Anne Frank sprak zeker tot de verbeelding. Het roer ging om en we zijn in juni 2003 vol enthousiasme gestart met het afstudeeronderzoek in het Anne Frank Huis in samenwerking met de Anne Frank Stichting en Instituut Collectie Nederland. Nu, bij het afronden van onze afstudeeronderzoek, kunnen we terug kijken op een leerzame en leuke periode waarin we elkaars grenzen hebben verlegd. Het samenstellen van een eindverslag, waarin beider zienswijzen zijn vertegenwoordigd, was dankzij de goede samenwerking en het onderlinge vertrouwen een aangename uitdaging. Ook onze begeleiders en de andere betrokkenen hebben ons gestimuleerd het onderste uit de kan te halen. Henk Schellen en Martin de Wit voorzagen onze verrichtingen van een goede dosis kritiek en lieten ons nadenken over de benadering van de verschillende aspecten van het afstudeeronderzoek. Jos van Schijndel heeft ons met veel geduld geholpen en geïntroduceerd in het werken met computersimulaties in Matlab en Simulink. Tijd was hierbij nooit een probleem. Voor de verschillende metingen was Marcel van Aarle altijd bereid advies te geven en hulp te bieden ondanks zijn eigen drukke dubbele programma. Wout van Bommel, Erwin Smits en Harry Smulders van het FAGO-lab stonden altijd voor ons klaar. Frank Ligterink van ICN was altijd bereid onze vragen te beantwoorden en kritiek te geven op onze verrichtingen. Ton Jütte, Wolter Kracht en Bart Ankersmit hebben ons voorzien van advies over vitrines en dankzij hen hebben wij met een complete meetset van klimaatkastjes ons vitrinemodel kunnen valideren. De Anne Frank Stichting heeft ons daar waar mogelijk hulp geboden bij de metingen die in het Anne Frank Huis plaatsvonden. Teresien da Silva heeft er alles aangedaan om zoveel mogelijk gegevens van het Anne Frank Huis boven tafel te krijgen. Marion de Groot, Karla Spreekmeester, Gerrit van der Linden en de heren van de technische dienst stonden ons bij tijdens het uitvoeren van alle metingen. Onze familie en vrienden waren vooral geduldig en begripvol als we het weer eens druk hadden. Zonder hun steun waren de afgelopen drie jaar waarschijnlijk een stuk minder leuk geweest. Bedankt allemaal. Juni 2004 Anke Wijffelaars & Kim van Zundert

SUMMARY Every year thousands of people pay a visit to the Anne Frank House in Amsterdam. Viewing Anne Frank’s room and the original wallpaper, which Anne Frank glued pictures on, is an important part of that visit. This wallpaper and the diary of Anne Frank are the only tangible memories of the hiding period in the “Achterhuis” (Secret Annex). One of the aims of the Anne Frank Foundation is to exhibit the wallpaper in its original state as long as possible. That is why they pay a lot of attention to the preservation, conservation and the protection of the wallpaper. However research shows that the current climate conditions in the room of Anne Frank do not answer the standards for an indoor climate in a museum. The current climate installation is not able to deal with the great variation in air temperature (12-30°C) and relative humidity of the air (20-85%) that is caused by the large number of visitors. These aspects can speed up the ageing process of the wallpaper. For making decisions to preserve the original wallpaper it is necessary to have a view of the climate and the responsible parameters in Anne Frank’s room. In spite of detailed studies of Netherlands Institute for Cultural Heritage (ICN) and the Anne Frank Foundation an extension of the studies is necessary to get a complete view of the climate in Anne Frank’s room. After a consultation with the Anne Frank Foundation and ICN there was decided to chart the climate and the responsible parameters in Anne Frank’s room as accurately as possible. Since June 2003 there have been carried out both short and long duration measurements of the indoor and outdoor climate in and around the Anne Frank House. Beside that it is determined, on the basis of a literature study and a consultation with ICN, what the values of the air temperature and the relative humidity of the air should be to create a museum indoor climate in the room of Anne Frank. One of the most important conclusions is that the indoor climate in the room of Anne Frank does not meet the formulated conditions for the indoor climate. Because of that the possible solutions to improve or to change the climate that surrounds the wallpaper are explored. Therefore by using the software programs Matlab, WISE and Simulink a simulation model of Anne Frank’s room is drawn up. By using the simulation model it is possible to simulate the air temperature and relative air humidity in the room under certain circumstances. The input of the simulation model consists of the measured conditions of the air outdoors and the air that is blown into the room by the climate installation. By using the measured conditions of the air in the room of Anne Frank the model is validated. Next there is, by using the model, investigated what the possibilities of the current climate installation are, to improve the indoor climate. The results of that simulation show that it is possible to create a desired temperature level of 18 degrees Celsius if the regulation of the climate installation is adjusted. However a disadvantage of this adjustment is an unwanted great rise of the relative humidity of the air. In future the Anne Frank Foundation intends to place the parts of the original wallpaper in an airtight showcase in order to protect the wallpaper from direct contact with visitors. The foundation also hopes that consequently the wallpaper will be better protected against extreme climate changes. On base of that information a thermic model of a desired showcase is created by using the software programs Matlab and Simulink. By using measuring conditions of showcases which came from ICN the showcase model is validated. At first the showcase model is used to explore whether the climate conditions in the showcase stay within the formulated standards when it is placed in the current climate situation. The results show that that goal cannot be reached that way. Therefore, by using the showcase model, it is explored what conditions the air in Anne Frank’s room should have, to get air conditions around the wallpaper fragments in the showcase that stay within the formulated standards. From this it appears that the air temperature and the relative humidity of the air stay within the formulated standards when the adaptation to the regulation of the climate installation that was explored earlier, is applied. Again the great rise of the relative humidity of the air takes place. This can cause damage to the building construction as a result the arise of condensation. By placing the wallpaper fragments in a showcase with moist buffer in combination with an adjustment or replacement of the current installation, is one of the most important recommendations from this investigation. In this way the air temperature and the relative humidity of the air can be regulated much better in Anne Frank’s room and the showcase. The showcase and the moist buffer will see to it that unexpected variations of air conditions in the room can be overcome.

SAMENVATTING Het Anne Frank Huis in Amsterdam wordt jaarlijks door duizenden mensen bezocht. Het bekijken van de kamer van Anne Frank in het achterhuis vormt een belangrijk onderdeel van dit bezoek. In de kamer van Anne Frank zijn de originele behangfragmenten, waarop Anne Frank plaatjes heeft aangebracht, tentoongesteld. Deze zijn naast het dagboek de enige tastbare herinneringen aan de onderduikperiode in het Achterhuis. De Anne Frank Stichting heeft zich onder meer ten doel gesteld de behangfragmenten zo lang mogelijk in de originele staat ten toon te stellen. Om deze reden wordt er veel aandacht besteed aan het onderhoud, de conservering en de bescherming van de behangfragmenten. Uit verschillende onderzoeken is echter gebleken dat het huidige binnenklimaat in de kamer van Anne Frank niet voldoet aan museale randvoorwaarden. De hoge bezoekersaantallen leiden o.a. tot grote schommelingen in de relatieve luchtvochtigheid (20-85%) en de luchttemperaturen (12-30 °C), die de huidige klimaatinstallatie niet kan opvangen. Deze factoren kunnen ervoor zorgen dat het verouderingsproces van de behangfragmenten versneld gaat verlopen. Voor het nemen van beslissingen ten aanzien van het behoud van de behangfragmenten is het noodzakelijk een compleet beeld van het binnenklimaat en de daarvoor verantwoordelijke parameters te hebben. Ondanks uitgebreide onderzoeken van o.a. de TU/e en Instituut Collectie Nederland (ICN) is een uitbreiding van de onderzoeken, voor het verkrijgen van een duidelijk beeld, gewenst. In overleg met de Anne Frank Stichting en ICN is er voor gekozen het huidige binnenklimaat in de kamer van Anne Frank en de daarvoor verantwoordelijke parameters zo goed mogelijk in kaart te brengen. Met behulp van verschillende lange en korte duur metingen zijn er vanaf juni 2003 metingen verricht aan het binnenklimaat en buitenklimaat in en om het Achterhuis. Daarnaast is met behulp van een literatuuronderzoek en in samenspraak met ICN bepaald aan welke randvoorwaarden de luchttemperatuur en relatieve luchtvochtigheid in de kamer van Anne Frank moeten voldoen zodat er een museaal binnenklimaat ontstaat. Een van de belangrijkste conclusies over de verkregen meetresultaten is dat het binnenklimaat in de kamer van Anne Frank in de huidige situatie niet voldoet aan de gestelde randvoorwaarden. Daarom is er vervolgens onderzocht welke oplossingsrichtingen er aanwezig zijn om het bestaande binnenklimaat te verbeteren of zelfs te veranderen. Hiertoe is er in de eerste plaats een simulatiemodel van de kamer van Anne Frank opgesteld met behulp van de software programma’s Matlab, WISE en Simulink. Met een dergelijk model kunnen luchttemperaturen en relatieve luchtvochtigheden in een ruimte onder bepaalde omstandigheden gemodelleerd worden. De input van het model bestaat onder andere uit de gemeten condities van de inblaaslucht en de buitenlucht. Het model is gevalideerd met de gemeten luchtcondities in de kamer van Anne Frank. Met behulp van dit model is vervolgens bekeken welke mogelijkheden er met de huidige installatie zijn om het binnenklimaat te verbeteren. Uit de verschillende simulaties komt naar voren dat de huidige installatie met een aangepaste regeling in staat is de luchttemperatuur op een gewenst niveau van 18 graden te brengen. De relatieve luchtvochtigheid zal dan echter ongewenste hoge waarden bereiken. De Anne Frank Stichting heeft plannen om de behangfragmenten in de toekomst in een gesloten vitrine te plaatsen zodat bezoekers geen direct contact met de behangfragmenten hebben en de invloed van extreme klimaatwisselingen misschien beperkt kan worden. Op basis van deze informatie is er vervolgens met behulp van Matlab en Simulink een thermisch model van een gewenste vitrine opgesteld. Dit model is gevalideerd met behulp van meetgegevens van ICN. Met dit model is in de eerste plaats gekeken of het toepassen een vitrine in de huidige situatie kan zorgen voor luchtcondities rondom de behangfragmenten die voldoen aan de museale randvoorwaarden. Dit bleek niet het geval. Daarom is er vervolgens, met behulp van het model, onderzocht aan welke condities het binnenklimaat in de kamer van Anne Frank moet voldoen zodat de luchtcondities in de vitrine binnen de randvoorwaarden liggen. Hieruit blijkt dat de onderzochte aanpassing aan de huidige installatie ervoor kan zorgen dat de luchtcondities in de vitrine binnen de richtlijnen vallen. De relatieve luchtvochtigheden in de kamer zullen dan echter hoog oplopen waardoor schade door onder andere condensvorming aan de bouwconstructie kan ontstaan. Een van de belangrijkste aanbevelingen uit dit onderzoek is dan ook dat een luchtdichte vitrine opstelling in combinatie met een aanpassing of vervanging van de huidige installatie gewenst is. Hierdoor kunnen de temperatuur en relatieve luchtvochtigheid zowel in de kamer van Anne Frank als in de vitrine exacter geregeld worden. De vitrine en een vochtbuffer in de vitrine zorgen ervoor dat kleine schommelingen van de luchtcondities in de kamer van Anne Frank opgevangen worden.

HOOFDSTUK 1.

VOORGESCHIEDENIS Algemeen

Het Anne Frank Huis in Amsterdam aan de Prinsengracht 263 (figuur 1-1) is een van de weinige plaatsen waar een onderduikadres uit de tweede wereldoorlog is te bezichtigen. Het huis aan de Prinsengracht 263 bestaat uit een voor- en een achterhuis. In de oorlogsjaren rond 1940 bevinden zich in het voorhuis het kantoor en de magazijnen van het bedrijf van Otto Frank, die licentiehouder van Opekta is, een middel om jam te maken. Het achterhuis wordt gedeeltelijk als opslag gebruikt.

Figuur 1-1: Prinsengracht 263

Figuur 1-2: de onderduikers

Het Achterhuis is onbewoond, totdat in 1942 de eerste joodse mensen voor werkkampen worden opgeroepen. De familie Frank duikt dan op 6 juli 1942 onder in het Achterhuis. Later komen de familie van Pels (Familie van Daan1)) en Fritz Pfeffer (Albert Dussel1)) er nog bij. (figuur 1-2) Er worden vier kamers ingericht en de deur, die het Achterhuis van het voorhuis scheidt, wordt afgesloten met een draaiende boekenkast zodat het bestaan van het Achterhuis niet meer zichtbaar is. (figuur 1-3) Tijdens de onderduikperiode houden de kantoormedewerkers van Otto Frank: Victor Kugler, Miep Gies, Johannes Kleiman en Bep Voskuijl, het bedrijf draaiende. Zij zijn als enigen op de hoogte van de onderduikers en vormen dus ook het enige contact met de buitenwereld. Op 4 augustus 1944 worden de onderduikers ontdekt en gearresteerd door de Duitsers. Allen komen in verschillende kampen terecht. Na de oorlog blijkt dat alleen Otto Frank het kamp heeft overleefd.

Figuur 1-3: het Achter- en Voorhuis 1)

De familie van Pels heet in het dagboek van Anne Frank Familie van Daan, Fritz Pfeffer heet Albert Dussel

HOOFDSTUK 1 VOORGESCHIEDENIS 8 Dagboek Tijdens haar verblijf in het Achterhuis heeft Anne Frank de dagelijkse gebeurtenissen bijgehouden in verschillende dagboeken. Otto Frank zorgt er na de oorlog voor, dat de aantekeningen van Anne Frank worden uitgegeven in een boek. [Anne Frank, 2003] Inmiddels is het boek wereldwijd uitgebracht in diverse vertalingen. Plaatjes, groeistreepjes en kaartje Normandië Naast het dagboek hebben de onderduikers in het Achterhuis zelf ook een aantal herinneringen aan hun verblijf achtergelaten. Anne Frank heeft het behang op de twee lange wanden in haar kamer tijdens de onderduikperiode beplakt met plaatjes uit o.a. tijdschriften en zelfgemaakte tekeningen. (figuur 1-4) In de kamer van de familie Frank, naast de deur naar de kamer van Anne, zijn op het behang streepjes met een naam en datum zichtbaar. Met deze zogenaamde groeistreepjes werd de groei van Anne en Margot bijgehouden. (figuur 1-5) Daarnaast is een kaartje van Normandië (figuur 1-6) op de muur bevestigd. Hierop werden met knopspelden de vorderingen van de geallieerden bijgehouden. De verschillende behangfragmenten met plaatjes, groeistreepjes en het kaartje van Normandië zijn in midden jaren ’50, toen sloop van het pand aan de Prinsengracht 263 dreigde, door Otto Frank uitgesneden en opgeslagen. [Anne Frank Stichting 2002-2003] Toen het Achterhuis werd opengesteld voor bezoekers zijn deze fragmenten weer teruggeplaatst in de wanden. Het dagboek en de behangfragmenten met de verschillende plaatjes zijn een van de weinig tastbare herinneringen aan het verblijf van de bewoners in het Achterhuis.

Figuur 1-4: behangfragmenten kamer Anne Frank

Figuur 1-6: kaartje Normandië

Figuur 1-5 : kaartje groeistreepjes

HOOFDSTUK 2.

INLEIDING

De Anne Frank Stichting houdt zich onder andere bezig met het beheer van het Anne Frank Huis en de bijbehorende collectie. De Stichting heeft zich daarom onder meer ten doel gesteld de originele behangfragmenten, zo lang als mogelijk is, ten toon te stellen aan de bezoekers van het Anne Frank Huis. Het onderhouden en inspecteren van de collectie neemt hierbij een erg belangrijke plaats in. Aanleiding onderzoek Grote aantallen mensen bezoeken jaarlijks het Anne Frank Huis; circa 900.000 per jaar wat per dag kan variëren van 700 tot 4000 bezoekers. [Schellen, 2003] De bezoekers passeren ook allemaal de kamer van Anne Frank (27 m2). Dit kan op sommige momenten leiden tot een hoge warmte- en vochtbelasting in de kamer. Deze factoren kunnen er onder andere voor zorgen dat het verouderingsproces van de collectie sneller verloopt. Om de collectie te beschermen tegen schadelijke invloeden, heeft de Anne Frank Stichting een dagtaak aan het onderzoeken en creëren van optimale randvoorwaarden voor de collectie. Zo worden de behangfragmenten sinds 1960 beschermd door glazen beplating, zodat schade als gevolg van bezoekers zoveel mogelijk voorkomen kan worden. Om de schommelingen in de luchttemperatuur en relatieve luchtvochtigheidB1 te beheersen, wordt er in de kamer temperatuur geregelde, relatieve vochtigheid gecompenseerde lucht ingeblazen. [Schellen, 2003] De behangfragmenten zijn in 1999, na een onderzoek van Instituut Collectie Nederland (ICN), geconserveerd door restauratie-atelier Lingbeek & Van Daalen. In datzelfde jaar zijn er plexiglas panelen op afstandhouders voor de behangfragmenten geplaatst. Na de conservering van de behangfragmenten is gebleken dat de spaanplaat met daarop het behang en plaatjes krom trokken. Men vermoedde dat dit veroorzaakt werd doordat er geen optimaal museaal klimaat in de kamer heerste. ICN heeft in 1999/2000 een jaar lang gemeten aan het binnenklimaat van de kamer en de luchtspouw tussen de glasplaat en de behangfragmenten, om het klimaat in de kamer van Anne Frank in kaart te kunnen brengen. [Jütte, 1999] Uit deze metingen bleek dat de luchttemperatuur en de relatieve luchtvochtigheid varieerden tussen de 12 en 30 °C en 20 en 85%. ICN adviseerde een aanpassing aan de klimaatinstallatie zodat de schommelingen in de relatieve vochtigheid, die verantwoordelijk waren voor het kromtrekken van de spaanplaat, zouden afnemen. [Schellen, 2003] De aanpassing aan de klimaatinstallatie bleek niet voldoende om het klimaat in de kamer te verbeteren: grote klimaatschommelingen van luchttemperatuur en relatieve luchtvochtigheid, een ongewenst dagen nachtritme en seizoensgebonden fluctuaties werden na de aanpassing gemeten. Om het behoud van de collectie zolang mogelijk veilig te stellen, bleken de conservering van de behangfragmenten en een stabiel binnenklimaat de belangrijkste factoren. Vooral over op welke manier het laatste aspect het beste bereikt kon worden, bestond in 2001 nog steeds veel onduidelijkheid. De TU/e heeft om die reden in 2003 een onderzoek verricht naar het binnenklimaat met als doel de samenhang van de verschillende verantwoordelijke fysische processen, het buitenklimaat, de bezoekersaantallen en de installatie, te achterhalen. Naast de onderzochte aspecten is er met behulp van een simulatieprogramma een model van de kamer van Anne Frank opgesteld. Daarmee is vervolgens een variantenstudie gemaakt die het effect van mogelijke bouwkundige of installatietechnische ingrepen zou kunnen voorspellen. [Schellen, 2003]

B1

Opgenomen in de woordenlijst in bijlage 1

HOOFDSTUK 2 INLEIDING 10

Probleemstelling De verschillende onderzoeken en studies hebben een basis gelegd voor een beter inzicht in het binnenklimaat van de kamer van Anne Frank. Het beeld van het klimaat in de kamer is echter nog niet compleet, omdat een aantal gegevens en de invloed daarvan op het binnenklimaat ontbreken. Voor de Stichting is het daarom belangrijk het beeld van het binnenklimaat nog duidelijker boven tafel te krijgen en eventuele mogelijkheden tot de verbetering van het binnenklimaat te (laten) onderzoeken. Ook over de aanpak van de conservering van de behangfragmenten bestaat nog een aantal vraagtekens. De Anne Frank Stichting en ICN zijn daarom bezig met een risicoanalyse over het verplaatsen van de behangfragmenten naar een andere ondergrond. Op deze manier wil men proberen de spanningen die in het materiaal ontstaan, als gevolg van verschillen in uitzetting tussen het behang en de ondergrond, te beperken. Op basis van beide aandachtspunten hoopt men op korte termijn een pakket met maatregelen vast te stellen waardoor de museale collectie in de kamer van Anne Frank zo lang mogelijk behouden kan blijven. In samenspraak met de Anne Frank Stichting, ICN en TU/e is besloten een aantal aspecten van het binnenklimaat in de kamer van Anne Frank nader te onderzoeken in dit afstudeeronderzoek. Doelstellingen Het eerste doel van dit onderzoek is een aanvulling te maken op de verschillende studies naar het binnenklimaat in de kamer van Anne Frank, zodat er een duidelijk beeld van het binnenklimaat en de daarvoor verantwoordelijke parameters, ontstaat. Alleen wanneer dit beeld duidelijkheid biedt, is men in staat om de kwaliteit van het binnenklimaat op een juiste manier te beoordelen en de juiste aanpassingen te doen. Ondanks dat het beeld van het binnenklimaat in de kamer van Anne Frank nog niet compleet is, zijn er nu al duidelijke aanwijzingen dat het binnenklimaat in de kamer niet zal voldoen aan algemeen geldende museale randvoorwaarden. Tweede doelstelling van het onderzoek is dan ook te bekijken welke oplossingsrichtingen er in deze situatie aanwezig zijn om het bestaande binnenklimaat te verbeteren of zelfs te veranderen. Uitgangspunten Bij het uitwerken van de doelstellingen dient rekening gehouden te worden met het feit dat de Anne Frank Stichting de behangfragmenten naar een andere ondergrond wil verplaatsen en de behangfragmenten in een soort klimaatbox1 tentoon wil stellen. Indien het mogelijk is, dient de invloed van natte jassen op het binnenklimaat in de kamer van Anne Frank te worden meegenomen Onderzoeksaanpak Om de vastgestelde afstudeeronderzoek:

doelstellingen

te

bereiken,

behoren

de

volgende

activiteiten

tot

het

Literatuurstudie Er is een literatuuronderzoek gedaan naar de schadelijke processen die invloed hebben op de behangfragmenten in samenhang met de op te stellen eisen aan een museaal binnenklimaat. Metingen Om de analyse van het binnenklimaat en de simulatiemodellen uit te breiden, zijn er metingen verricht aan het binnenklimaat en het buitenklimaat in en rond het Achterhuis. Simulatie modellen kamer en vitrineopstelling De bestaande simulatiemodellen van de kamer van Anne Frank zijn aangepast, uitgebreid en met behulp van nieuwe metingen gevalideerd. Vervolgens is er met behulp van de beschikbare gegevens een regeling van de klimaatinstallatie gemodelleerd. Daarnaast zijn er simulatiemodellen van een vitrineopstelling gemaakt, die eveneens zijn gevalideerd met behulp van metingen. Met de verschillende modellen is bekeken welke aspecten van invloed zijn op het binnenklimaat en welke mogelijkheden er zijn om het binnenklimaat te verbeteren. 1

in het vervolg vitrine te noemen

HOOFDSTUK 3.

UITGANGSSITUATIE

Er is een uitgangssituatie voor het afstudeeronderzoek vastgesteld. Hierin is de huidige situatie in het Achterhuis, op basis van het onderzoek van de TU/e in kaart gebracht. [Schellen 2003] De aannames, die in dat onderzoek zijn gedaan, zijn overgenomen. De -

volgende onderwerpen komen aan bod: bouwkundige gegevens behangfragmenten installatiegegevens bezoekers

3.1

Bouwkundige gegevens

De kamer van Anne Frank, gelegen op de tweede verdieping van het Achterhuis, heeft de volgende bekende/aangenomen kenmerken en eigenschappen: Afmetingen: l*b*h (m) 4,95*2,04*2,75 m3 Wanden en materiaaleigenschappen: (tabel 3-1 & figuur 3-1) opbouw

afmetingen b*h (m2)

Wand 1

buitenwand Noord Oost

- stucwerk - 200 mm gevelklinker

2,04*2,75

Raam

ZTA 0,25B1

- raam met enkelglas - doek aan de binnenzijde

1,12*1,7

Wand 2

buitenwand Zuid Oost

- plaatmateriaal (inbouwkasten) 2,36*2,75 - spouw - 200 mm gevelklinker

Wand 3

binnenwand (schoorsteen)

- gevelklinker - spouw - 200 mm gevelklinker

Wand 4

binnenwand

- plaatmateriaal (inbouwkasten) 1,00*2,75 - spouw - 200 mm gevelklinker

Wand 5

binnenwand

- stijl en regelwerk waarop - plaatmateriaal

2,04*2,75

Wand 6

binnenwand

- stijl en regelwerk waarop - plaatmateriaal

4,95*2,75

Plafond

binnenconstr.

- vloerdelen - afgewerkt met linoleum - op houten balklaag

4,95*2,04

- vloerdelen - afgewerkt met linoleum - op houten balklaag

4,95*2,04

Vloer

binnenconstr.

1,59*2,75

4950

type wand

Figuur 3-1: kamer Anne Frank

Tabel 3-1: wanden en materiaaleigenschappen

Voor de plattegronden en doorsneden van het Anne Frank Huis wordt verwezen naar bijlage 3, figuur A t/m D. Infiltratievoud: Het infiltratievoudB1 is aangenomen op 0,05 keer het volume van de kamer per uur.

HOOFDSTUK 3 AANVANGS SITUATIE 12

3.2

Behangfragmenten

De behangfragmenten in de kamer van Anne Frank zijn opgedeeld in 5 secties: A t/m G. Sectie A, de plaatjeswand, bevindt zich op de scheidingswand tussen de kamer van Anne Frank en familie Frank. (figuur 3-2) Sectie B, de kastenwand, bevindt zich op de inbouwkast het dichtste bij het raam op wandgedeelte twee. (figuur 3-3) Sectie C, de kastenwand, bevindt zich op de andere inbouwkast rechts naast de schoorsteenwand. (figuur 3-4) Sectie D, de schoorsteenwand, bevindt zich op wandgedeelte drie. (figuur 3-5) Sectie E, de kastenwand, bevindt zich op de inbouwkast links van de schoorsteenwand. Sectie F en G bevatten het kaartje van Normandië en de groeistreepjes en bevinden zich in de kamer van de familie Frank. (figuur 3-6)

Figuur 3-3: Sectie B Figuur 3-2: Sectie A

Figuur 3-5: Sectie G

Figuur 3-4: Sectie C Figuur 3-6: Sectie D


3.3

Installatiegegevens

Luchtverversing De luchtverversing in het Achterhuis vindt plaats met behulp van een klimaatinstallatie. De luchtbehandelingskast bevindt zich in de techniekruimte rechts naast de kamer van de familie van Pels op Prinsengracht 265. De luchtbehandelingskast bestaat uit een verwarmings- en een koelsectie met inbegrip van dempers en filters en er vindt geen recirculatie plaats. In het schoorsteenkanaal bevindt zich een toevoerkanaal dat de verse lucht vanuit de techniekruimte op twee plaatsen in het Achterhuis inblaast: (bijlage 3, figuur D) Op de kamer van de familie van Pels is een inblaasrooster in een inbouwkast, die grenst aan de schoorsteen, aangebracht; In de kamer van Anne Frank zijn twee inblaasroosters boven de inbouwkast, in “wand 2” (figuur 3-1), aangebracht. Volgens het bestek bedraagt het totale toevoerdebietB1 2000 m3/uur. Middels een indicatieve meting van de TU/e is bepaald, dat het toevoerdebiet in de kamer van de familie van Pels 1410 m3/uur bedraagt. In de door de TU/e opgestelde simulaties is men echter uitgegaan van een evenredig verdeeld toevoerdebiet op beide kamers van 1000 m3/uur. Luchtafvoer De lucht in het Achterhuis wordt afgezogen via een afzuigventilator die op de vliering van het Achterhuis staat. Volgens het bestek bedraagt het afzuigdebiet 2000 m3/uur. Indicatieve metingen van de TU/e gaven een afvoerdebiet van 880 m3/uur, wat betekent dat er meer lucht het Achterhuis wordt ingeblazen dan wordt afgezogen. Hieruit is geconcludeerd dat het huis op overdruk staat en de luchtstroom via naden kieren haar weg naar buiten vindt. [Schellen, 2003] Men gaat er vanuit dat de ventilatielucht via de wasruimte, gelegen naast de kamer van Anne Frank, naar de derde verdieping wordt afgezogen en van daaruit via de kamer van Peter van Pels naar de afzuigventilator gaat. Regeling De regeling van de installatie bestaat uit twee componenten die de inblaastemperatuur regelen: -

Buitenluchttemperatuur; De inblaastemperatuur bedraagt 20°C als de buitenluchttemperatuur lager is dan –10 °C. De inblaastemperatuur daalt evenredig van 20 naar 18,5°C als de buitenluchttemperatuur oploopt van –10 naar 10°C. De inblaastemperatuur daalt evenredig naar 17°C als de buitenluchttemperatuur verder oploopt.

-

Luchtvochtigheid; De inblaastemperatuur wordt verhoogd met 2°C per 5% stijging van de relatieve vochtigheid wanneer de relatieve vochtigheid van de binnenlucht hoger is dan 40%. De inblaastemperatuur zal maximaal verhoogd worden tot een temperatuur van 26°C bij een relatieve vochtigheid van 65%. [Schellen 2003]

De inblaastemperatuur en relatieve vochtigheid zijn als functie van de tijd weergegeven in bijlage 4. In het onderzoek van de TU/e is men van de omschreven regelingen uitgegaan. Uit de resultaten van het onderzoek heeft men niet met zekerheid kunnen concluderen of deze regeling nog exact op deze manier fungeert en welk gedeelte van de regeling voorrang heeft op het andere gedeelte. Mede omdat er vanaf de plaatsing van de installatie geen onderhoudsrapporten van de installatie aanwezig zijn, is er over de precieze regeling van de installatie nog veel onduidelijkheid.


3.4

Bezoekers

Het Anne Frank Huis is van september tot en met maart geopend van 9 tot 19 uur en van april tot en met augustus van 9 tot 21 uur. Het Anne Frank Huis registreert haar bezoekers per twee uur. Deze registratie geeft geen precieze duidelijkheid over het aantal bezoekers dat zich gelijktijdig in de kamer van Anne Frank bevindt. De aantallen kunnen echter wel ter indicatie worden gebruikt. In het onderzoek van de TU/e is op basis hiervan een continue aanwezigheid van 20 personen, met een vochtproductie van 0,041 kg/uur en een warmteproductie van 60 Watt per persoon in de kamer van Anne Frank aangenomen.

3.5

Simulatiemodellen

In het onderzoek naar het binnenklimaat in de kamer van Anne Frank, dat is uitgevoerd door de TU/e [Schellen 2003], is gebruik gemaakt van simulatiemodellen in Matlab/WaVo/Simulink. In eerste instantie is er van de bestaande situatie een basismodel opgesteld en gevalideerd. Deze simulatiemodellen zijn vervolgens aangepast om zo het effect van mogelijke bouwkundige of installatietechnische ingrepen te kunnen voorspellen. Het basismodel bestaat geschematiseerd uit een bouwkundige en installatietechnische invoer van de kamer van Anne Frank met als input de bezoekersaantallen en het door het KNMI gemeten buitenklimaat. Met dit model zijn de temperaturen in de kamer van Anne Frank gesimuleerd en vervolgens gevalideerd met gegevens van het binnenklimaat gemeten door ICN. Bij het opstellen van de modellen zijn een aantal aannames gedaan ten aanzien van de eerder genoemde inblaasdebieten, de ZTA waarde en de regeling van de installatie. Daarnaast is er voor de input gebruik gemaakt van de weergegevens van het KNMIB1, gemeten op Schiphol. De gebruikte weergegevens zullen zeer waarschijnlijk niet exact overeenkomen met de destijds opgetreden weersomstandigheden ter plaatse van het Anne Frank Huis. Dit kan invloed hebben op de resultaten en de validatie van het door de TU/e opgestelde simulatiemodel.

HOOFDSTUK 4.

VEROUDERING VAN PAPIER

De kwaliteit van papier zal afnemen naarmate de tijd verstrijkt. Dit verouderingsproces is naast de samenstelling van het papier afhankelijk van een aantal externe invloeden die, door hun aanwezigheid en de mate waarin ze aanwezig zijn, de snelheid van dit proces bepalen. De Anne Frank Stichting heeft zich ten doel gesteld de behangfragmenten zo lang als mogelijk is, tentoon te stellen. Daarom is het onder meer van belang condities te creëren waarbij het verouderingsproces van het materiaal zo langzaam mogelijk verloopt. Met behulp van literatuur is bekeken door welke factoren en in welke mate het verouderingsproces van de behangfragmenten wordt beïnvloed. De herkomst en samenstelling van het materiaal zijn daarbij zoveel mogelijk meegenomen. Op basis van deze gegevens is bepaald welke museale randvoorwaarden het meest ideaal zijn voor het tentoonstellen van de behangfragmenten.

4.1

Papiertoepassingen en kwaliteit

Naast het feit dat door de jaren heen verschillende stoffen als basismateriaal voor papier hebben gediend, zijn er ook diverse fabricageprocessen toegepast. Zowel de grondstof als het productieproces zijn bepalend voor de kwaliteit en de houdbaarheid van papiersoorten. Voor papier dat tussen 1840-1950 is geproduceerd zijn de aanwezigheid van zure bestanddelen en het natuurlijke bestanddeel lignineb1 van invloed op chemische verouderingsprocessen die plaatsvinden in papier. Lignine is een natuurlijke lijmstof, aanwezig in hout, die houtvezels verbindt en onder invloed van licht en warmte verkleurt van geel tot donkerbruin. Voor het maken van papier uit hout dienen in eerste plaats de houtvezels te worden ontsloten. In het begin van de 20ste eeuw gebruikte men hiervoor voornamelijk chemische processen die de vezels van elkaar losmaakte en waarbij zoveel mogelijk lignine werd verwijderd. Ook maakte men in mindere mate nog gebruik van een mechanisch proces waarbij de vezels middels een slijpmachine werden losgetrokken. Bij dit proces veranderde de chemische samenstelling van de houtvezels niet. [Bender, 1996] Het nog aanwezige of nog achtergebleven bestanddeel lignine probeerde men middels verschillende chemische bewerkingsprocessen zoveel mogelijk te verwijderen om een zo wit mogelijke papiersoort als eindproduct te verkrijgen dat niet zo snel verkleurde. Afhankelijk van de bewerkingsprocessen bleven er echter zure restproducten achter in het papier. Om de verkregen houtpulp te verbinden tot papier werd van 1810-1990 gebruik gemaakt van een harsaluin-lijmingB1. De houtvezels werden hierbij in een waterige suspensie gelijmd met gedeeltelijk verzeepte colofoniumhars en aluin. Later werd aluin vervangen door aluminiumsulfaat (Al2(SO4)3), maar de lijmmethode behield haar naam. De lijmmethode was het meest effectief in een overwegend zure omgeving met een pH tussen de 4,2 en 4,8. Daarnaast vormen de aluminiumzouten, onder invloed van vocht, zure bestanddelen waaronder zwavelzuur (H2SO4) in het papier. [Neevel, 1991] Afhankelijk van de gebruikte processen werd een bepaalde papierkwaliteit verkregen: De mechanische bewerkingsprocessen leidden tot een onvolledige ontsluiting van de cellulose vezels waardoor het verkregen papier minder sterk van samenstelling was. De chemische bewerkingsprocessen zorgden voor een verandering van de samenstelling van de cellulosevezels waardoor, ten opzichte van het mechanisch geproduceerde papier, een sterker en witter papiersoort werd verkregen. De hoeveelheid achtergebleven lignine bepaalde hoe wit het papier was en de mate waarin het papier in de toekomst zou verkleuren. De hoeveelheid gebruikte zure chemicaliën en de hoeveelheid gebruikte harsaluin-lijming bepaalden de mate waarin er zure bestanddelen in het papier aanwezig waren. Deze reststoffen kunnen op termijn zorgen voor verzuring van papier: de celluloseketens worden afgebroken en zo ook de papierstructuur.

HOOFDSTUK 4 BEHANGFRAGMENTEN, RISICO’S, RICHTLIJNEN 16

4.2

Externe invloeden op de veroudering van papier

Afhankelijk van de papierkwaliteit en de heersende omgevingscondities zijn er externe processen te onderscheiden die in een bepaalde mate een rol spelen bij het verouderingsproces van papier. Inzicht in deze processen is van belang om randvoorwaarden op te kunnen stellen ten aanzien van de museale condities waaraan het papier mag worden blootgesteld. Onderstaande processen zijn in dit onderzoek van belang: fysische processen chemische processen biologische processen andere invloeden 4.2.1 Er zijn -

Fysische processen diverse fysische aspecten die de samenstelling van papier kunnen aantasten: luchttemperatuur relatieve vochtigheid licht

Luchttemperatuur en relatieve vochtigheid Papier is een hygroscopisch materiaal, wat betekent dat het in staat is vocht uit de lucht op te nemen en aan de lucht af te staan. De hoeveelheid vocht dat een materiaal op een bepaald moment kan bevatten, wordt bepaald door de materiaaleigenschappen van het desbetreffende materiaal en de relatieve vochtigheid van de omgevingslucht. Bij een hoge relatieve luchtvochtigheid zal het materiaal een grotere hoeveelheid vocht bevatten dan bij een lagere relatieve luchtvochtigheid. Indien de relatieve luchtvochtigheid stijgt zal het materiaal dus vocht opnemen en als gevolg daarvan uitzetten. De mate waarin machinaal geproduceerd papier uitzet bij de opname van een bepaalde hoeveelheid vocht, verschilt over het algemeen voor vezels evenwijdig en loodrecht op de productierichting. Volgens Thomson is er verband tussen de uitzetting van het materiaal en de toename van de relatieve vochtigheid: Bij 10% verandering van de relatieve vochtigheid, ontstaat een uitzetting van het materiaal van 0,3% evenwijdig en 0,05% loodrecht op de productierichting. [Thomson, 1978] Evenals het werken van papier door de opname of afgifte van vocht, kan het materiaal uitzetten en krimpen als gevolg van veranderingen in de omgevingstemperatuur. Als de temperatuur van het materiaal daardoor bijvoorbeeld stijgt zal het materiaal uitzetten en vice versa. De mate waarin uitzetting of krimp onder invloed van temperatuur plaatsvindt, is afhankelijk van de thermische uitzettingscoëfficiënt van het materiaal. Bij vochthoudende materialen zoals hout en papier is de uitzetting als gevolg van temperatuurswisselingen te verwaarlozen in verhouding tot de uitzetting als gevolg van vochtwisselingen. [Thomson, 1978] De temperatuurschommelingen van de omgevingslucht zijn echter wel van grote invloed als daardoor de relatieve vochtigheid van de omgevinglucht verandert: hierdoor gaat het materiaal uitzetten of krimpen. Indien er bijvoorbeeld een temperatuurstijging plaatsvindt bij een constant absoluut vochtgehalte van de lucht, zal er een verlaging van de relatieve luchtvochtigheid ontstaan, waardoor papier vocht afstaat aan de lucht en kan krimpen en uitdrogen. De warmte- en vochtbronnen, die leiden tot het uitzetten en krimpen van een materiaal, bestaan in musea onder andere uit bezoekers, zontoetreding, verlichting, verwarmingssystemen, planten en bevochtigingssystemen. Gevolgen Temperatuur en vochtwisselingen van de omgevingslucht kunnen, door het uitzetten en krimpen van het materiaal, leiden tot het breken van de verbindingen tussen de cellulosemoleculen. Hierdoor kan mechanische schade ontstaan. Deze schade zal vooral ontstaan wanneer het materiaal wordt blootgesteld aan snelle en grote temperatuur- en vochtwisselingen. Als materialen met verschillende materiaaleigenschappen op elkaar bevestigd zijn, kunnen verschillen in uitzetten en krimpen van de materialen onderling, leiden tot mechanische schade zoals kromtrekken, breuk of scheurvorming. [Jütte, 1994] Beperken fysische aantasting Aantasting van papier als gevolg van fysische processen kan worden geminimaliseerd door de schommelingen in luchttemperatuur en relatieve luchtvochtigheid te beperken.

HOOFDSTUK 4 BEHANGFRAGMENTEN, RISICO’S, RICHTLIJNEN 17 4.2.2

Chemische processen

Een belangrijke oorzaak van de aantasting van papier, dat bestaat uit houtvezels, zijn chemische processen. Deze processen kunnen de samenstelling van het materiaal veranderen of afbreken, met als gevolg broosheid en uiteindelijk verpulvering tot stof. Deze processen zijn op te delen in oxidatie door zuurstof en hydrolyse. [Neevel, 1991] [Porck, 1999] Zure hydrolyse Bij de zure hydrolyse van papier vindt er een reactie plaats tussen de cellulosemoleculen en watermoleculen waarbij de verbinding tussen de glucose eenheden, waaruit cellulose is opgebouwd, wordt verbroken. Water is ook nodig voor het transport van het zuur naar de reactieplaatsen. De snelheid van het hydrolyseproces neemt toe bij een verhoging van de temperatuur en het vochtgehalte en een verlaging van de pH. [Neevel, 1991] De hoeveelheid vocht in het materiaal wordt indirect bepaald door het vochtgehalte van de omgevingslucht. (paragraaf 4.2.1 fysische processen) Alkalische hydrolyse Bij de alkalische hydrolyse wordt cellulose gehydrolyseerd waarbij hydroxyl-ionen (OH-) een belangrijke rol spelen. Dit proces leidt tot een langzaam verval omdat de reactie op het uiteinde van een celluloseketen plaatsvindt. Het proces stopt als er carboxylgroepen (O=C=OH) op het uiteinde van een keten ontstaan. Calcium en barium hebben daar een gunstige invloed op. De snelheid van het hydrolyseproces neemt toe bij een verhoging van de temperatuur, het vochtgehalte en de pH. Bovendien vindt de reactie gemakkelijker plaats als de cellulose reeds geoxideerd is. [Neevel, 1991] Oxidatieve afbraak De oxidatie van cellulose door zuurstof verloopt via een kettingreactie waarbij uiteindelijk de cellulose keten vervalt. De reactie verloopt met behulp van radicalenB1 die verantwoordelijk zijn voor de initiatie van het proces. Deze radicalen kunnen op verschillende manieren ontstaan: mechanisch, door het werken van papier, thermisch, fotochemisch en door aanwezigheid van een verbinding die makkelijk uit elkaar valt. Daarnaast is de aanwezigheid van zuurstof in hoofdzaak bepalend. Het proces verloopt sneller wanneer er vocht in het materiaal aanwezig is. Hierdoor verloopt het transport van hydroxy-radicalen (●OH), die deelnemen aan het proces, eenvoudiger. Water is daarnaast nodig in de oxidatiereactie waarbij de cellulose moleculen worden afgebroken. Bij deze reactie komt ook waterstofperoxide (H2O2) vrij dat door zijn vluchtigheid elders in het materiaal weer kan zorgen voor het starten van een oxidatie proces. Een zuurgraad van het papier onder pH=5 en boven pH=9 bevordert respectievelijk de zure en alkalische hydrolyse waarbij oxideerbare groepen ontstaan waardoor de oxidatieve afbraak eveneens kan toenemen. Stikstofoxides en chloor kunnen ook een bijdrage leveren aan de oxidatie van papier. Ook bij dit proces is de snelheid waarmee het degradatieproces verloopt afhankelijk van de temperatuur. Als gevolg van de oxidatie ontstaan carbonylgroepen (C=O) die zowel de zure als alkalische hydrolyse versnellen. Daarnaast ontstaan er carboxylgroepen (O=C=OH) die de zure hydrolyse kunnen versnellen. [Neevel, 1991] Andere invloeden op degradatieprocessen In de buitenlucht kunnen zich verschillende schadelijke stoffen bevinden, zoals zwaveldioxide, stikstofdioxide, ozon en deeltjesvormige verontreinigingen, zoals roet en metaal. Afhankelijk van het gebruikte ventilatiesysteem zullen kleine hoeveelheden van deze schadelijke stoffen ook in de binnenlucht voorkomen. In het gebouw zelf kunnen ook schadelijke stoffen worden opgewekt door bijvoorbeeld verwarmingssystemen als geisers en kachels, door fotokopieerapparaten (ozon) en uit reinigingsmiddelen (zuren). Door de toegepaste bouwmaterialen kunnen ook schadelijke stoffen worden afgegeven. Al deze luchtverontreinigingen kunnen door het interieur, waaronder papier wat direct aan lucht is blootgesteld, worden opgenomen. Deze luchtdeeltjes kunnen zorgen voor een toename van o.a. de zuurgraad van het papier. Indien de blootstelling aan deze stoffen gedurende een lange periode plaatsvindt, zal er een ophoping van vervuilde stoffen in het papier ontstaan. Hierdoor kan de reactiesnelheid van de chemische degradatieprocessen toenemen.

HOOFDSTUK 4 BEHANGFRAGMENTEN, RISICO’S, RICHTLIJNEN 18 Beperken chemische aantasting Chemische aantasting kan verminderd worden door de beperking van: vocht warmte luchtverontreiniging; het toepassen van filters in de klimaatinstallatie en de reductie van interne bronnen van luchtverontreiniging. Daarnaast zijn er verschillende ontzuringsmethoden ontwikkeld, die het zuur in papier neutraliseren en een alkalische reserve achterlaten die het papier tegen verzuring beschermt. Met deze methoden wordt nog veel geëxperimenteerd. [Porck, 1996] 4.2.3

Zowel fysische- als chemische processen

Licht Licht kan zowel fysische als chemische processen veroorzaken die papiereigenschappen aantasten. Vooral ultraviolette straling en zichtbare straling vormen een gevaar voor papier. Het natuurlijke bestanddeel, lignine, kan UV licht absorberen en radicalen vormen die optreden bij het oxidatieproces van de lignine- en cellulosemoleculen. De oxidatieproducten van lignine en cellulose kunnen vervolgens absorberende groepen bevatten, die zichtbaar licht kunnen absorberen waardoor het papier vergeelt. Tijdens de chemische verpulping kunnen ook lichtabsorberende groepen ontstaan. [Neevel 1991] Daarnaast brengt infrarode straling warmte voort waardoor uitdroging of krimp van het papier kan ontstaan. De omvang van de schade wordt bepaald door intensiteit en duur van blootstelling. Beperken aantasting Voor het zichtbare deel van licht geldt dat aantasting kan worden beperkt wanneer de intensiteit en duur van de verlichting worden verlaagd. Voor de belichting gedurende een dag geldt maximaal een verlichtingssterkte van 50 lux door kunstverlichting en 150 lux door daglicht in combinatie met kunstlicht. [Jütte, 1994] Ultraviolette straling uit het daglicht kan worden geweerd met behulp van een uv-werende folie. Infrarode straling dient zoveel mogelijk te worden beperkt door het aanbrengen van een warmtekerende folie en het toepassen van een lamp die weinig straling uitzendt in het infrarode gebied. 4.2.4

Biologische processen

Biologische aantasting van papier wordt in hoofdlijnen veroorzaakt door insecten en knaagdieren schimmels Insecten en knaagdieren Insecten, zoals zilvervisjes, kakkerlakken, boekluizen, kevers, wormen en termieten, kunnen papier als voedsel of woonplaats gebruiken en het papier aanvreten en uitwerpselen achterlaten die een schadelijke invloed hebben op het papier. Ook knaagdieren, zoals muizen en ratten, kunnen het papier aanvreten. Zowel insecten als knaagdieren worden aangetrokken door aanwezigheid van stof en vuildeeltjes, hoge temperaturen en hoge relatieve vochtigheden. [Bender, 1996] Schimmels Schimmels verspreiden zich in de lucht door middel van sporen. Deze sporen kunnen op bijvoorbeeld papier terechtkomen. Indien er een hoge temperatuur en relatieve vochtigheid (>65-70%) heerst en er voldoende voedsel in het papier aanwezig is, waaronder stof en vuildeeltjes, gaat een schimmel groeien. De schimmel bestaat uit twee onderdelen; het wortelstelsel, wat zich in het papier vertakt, en het vruchtlichaam, wat op het papier groeit. Doordat schimmels zich in het papier vertakken wordt het papier aangetast en bovendien veroorzaken ze vlekken en verkleuringen in het papier. Papier dat door schimmels is aangetast kan eenvoudiger door insecten en knaagdieren worden aangevreten. [Jütte, 1994] Beperken biologische schade Een hoge temperatuur in combinatie met een hoge relatieve vochtigheid (>65-70%) [Thomson, 1978] en een vervuilde omgeving zijn een goede voedingsbodem voor schimmels en ongedierte. Door

HOOFDSTUK 4 BEHANGFRAGMENTEN, RISICO’S, RICHTLIJNEN 19 deze factoren te beperken kan de kans op aantasting worden verlaagd. Het aanbrengen van filters in de luchtbehandelingskast kan vervuiling beperken. Wanneer objecten die aangetast zijn door insecten in een atmosfeer worden gebracht die bestaat uit stikstof in plaats van zuurstof, zullen insecten, larven en eitjes afsterven en zich niet verder ontwikkelen. Bewezen is dat een combinatie van weinig zuurstof (<0,1%) en een lage RV (<50%) de microbiologische activiteit in een materiaal sterk doen verminderen [Maekawa, 1998]. 4.2.5

Andere invloeden

Naast de genoemde processen waardoor schade aan het papier kan ontstaan, kan ook de mens objecten beschadigen. Papier kan door het gebruik van etiketten, stempels en lijm worden aangetast. Ook het kopiëren en het gebruik van het papier veroorzaken degradatie van het papier. Daarnaast kunnen ongevallen of rampen als brand en wateroverlast het papier in grote mate aantasten.


4.3

Huidige conditie behangfragmenten

De plaatjes die op de behangfragmenten in de kamer van Anne Frank aanwezig zijn, bestaan voor het overgrote deel uit ansichtkaarten en plaatjes afkomstig uit tijdschriften en kranten. Voor zover bekend, zijn de plaatjes afkomstig uit de periode van 1936-1942 en de meeste ansichtkaarten stammen uit de jaren 30. [Anne Frank Stichting 2002-2003] In 1999 wordt er in opdracht van de Anne Frank Stichting door ICN een onderzoek naar de conditie van de behangfragmenten uitgevoerd [Ligterink, 1999]. Een aantal belangrijke constateringen die in dit rapport naar voren komen, zijn: -

-

-

-

-

De plaatjes uit kranten en tijdschriften zijn zwak en broos omdat het papier van slechte kwaliteit is. Een groot deel van het behang en de plaatjes zijn beschadigd, versleten en vertonen barsten, scheuren, rimpels en gaten soms afkomstig van schroeven, spelden of wisselingen in de relatieve luchtvochtigheid. De behangfragmenten en de plaatjes zijn vervuild door stof (sectie D&E; paragraaf 3.2) en lijmresten. Door waterschade zijn er in sectie D vlekken op de plaatjes en de behangfragmenten aanwezig. Het behang en een gedeelte van de plaatjes zijn lichter van kleur geworden door de blootstelling aan (zon)licht. Een gedeelte van de plaatjes is vergeeld als gevolg van de blootstelling aan zonlicht. Het behang bestaat voor 72-85% uit chemische pulp en voor 20-25% uit mechanische pulp. Degradatie van lignine vindt plaats. Restproducten, als gevolg van de degradatie van cellulose, zijn niet teruggevonden. Het behang heeft echter wel een pH waarde van 6,5 en neigt iets naar de zure kant. De spaanplaat geeft per jaar 0,7 gram/m2 formaldehydeB1 af aan de omgeving wat de verzuring van het behang en de plaatjes kan versnellen. Metingen hebben echter uitgewezen dat het formaldehyde niet via alle lagen behang doordringt tot aan oppervlak van het behang en de plaatjes. Men verwacht dat de bestanddelen PVAc (PolyVinylAcetaat) afkomstig uit de lijm, waarmee de plaatjes en de behangfragmenten zijn bevestigd, chemisch zullen degraderen waarbij zure bestanddelen vrijkomen die de degradatie van de plaatjes en het behang kunnen versnellen. Men verwacht dat de plaatjes en het behang in de toekomst brozer worden als gevolg van verzuring en oxidatie van het papier. Tenslotte is in dit rapport geadviseerd het behang en de plaatjes te conserveren.

De geadviseerde restauratie van het behang is uitgevoerd in 1999 door restauratie-atelier Lingbeek & Van Daalen. In het rapport “project conservering originele plaatjes en behang Achterhuis” uit 20022003 van de Anne Frank Stichting is een materieel-technisch onderzoek opgenomen waarin deze laatst uitgevoerde conservering en de situatie, zoals in 2002-2003 waargenomen, zijn beschreven. De belangrijkste ingreep van de conservering bestaat uit het loshalen en versterken van een groot aantal plaatjes op de kastenwanden, schoorsteenwand en de plaatjeswand. Deze plaatjes zijn met stijfsel aan de randen op Japans papier bevestigd, waardoor aan de achterzijde een soort envelop (pocket) ontstaat. Vervolgens zijn de “pockets” met behulp van stijfsel bevestigd op het behang. Zo kunnen de plaatjes makkelijk worden losgehaald. Het behang is daar waar nodig gerepareerd. De schroefgaten in het paneel waar het kaartje van Normandië op is bevestigd zijn gevuld en geretoucheerd. [Anne Frank Stichting 2002-2003] In dit rapport wordt, over de aangetroffen situatie in 2002, vermeld dat bij een lage relatieve luchtvochtigheid het behang op de plaatjeswand krimpt en de spaanplaat, vanuit de kamer gezien, hol trekt. De plaatjes die op Japans papier zijn bevestigd krullen bij een lage relatieve luchtvochtigheid iets omhoog. Wanneer de luchtvochtigheid stijgt, trekken de plaatjes weer recht. Op de schoorsteenwand hebben enkele geconserveerde plaatjes zich losgetrokken van het behang. Verder hebben proeven uitgewezen dat dit deel van het behang zwak aan het worden is. De achterzijde van de glaspanelen op afstandhouders is stoffig en op plaatsen met een sterke luchtstroom zwart aangeslagen. Op sommige plaatsen is het spaanplaat opengebarsten. Over de grootte van de verzuring of degradatie van het behang en de plaatjes wordt in dit laatste rapport niets vermeld.

HOOFDSTUK 4 BEHANGFRAGMENTEN, RISICO’S, RICHTLIJNEN 21 De Anne Frank Stichting heeft onder meer naar aanleiding van dit onderzoek besloten de behangfragmenten op een andere ondergrond aan te brengen. Hierdoor kan schade aan het behang door kromtrekken van de ondergrond, de degradatie van de spaanplaat, of door andere problemen afkomstig van de ondergrond zoveel mogelijk worden voorkomen. Een risicoanalyse moet nog uitwijzen welke handelingen er verricht moeten worden om dit proces op een goede manier te laten verlopen.


4.4

Richtlijnen voor relatieve vochtigheid en temperatuur

De processen waardoor papier kan verouderen of beschadigen zijn vooral afhankelijk van de temperatuur van het materiaal, het vochtgehalte van het materiaal, de belichting, vervuiling en menselijk handelen. Dit afstudeeronderzoek is gericht op de invloed van het binnenklimaat op de temperatuur en het vochtgehalte van het materiaal in combinatie met de verouderingsprocessen die in het papier plaatsvinden. Per beschreven degradatieproces is er een optimum in luchttemperatuur en relatieve luchtvochtigheid aan te wijzen waarbij veroudering zo minimaal mogelijk plaatsvindt. Deze optima liggen niet altijd op een gelijk niveau. Er is daarom al veel onderzoek gedaan naar de grenzen waarbinnen de luchttemperatuur en de relatieve luchtvochtigheid het beste kunnen liggen. In de literatuur zijn richtlijnen te vinden voor verschillende materiaalsoorten die in een museum tentoongesteld worden. Voor gemengde collecties en papier zijn er verschillende richtlijnen te vinden in de literatuur: (tabel 4-1) Richtlijnen voor Temperatuur en RV voor papier en Auteur Titel RV min. [%] 40 Appelbaum, B; Guide to 1991 Environmental Protection of Collections

algemeen museumklimaat RV max. T min. T max. Opmerkingen [%] [°C] [°C] 50 Geldt voor papier in het algemeen. Papier is het sterkst bij een evenwichtsvocht gehalte van 5-7%. 55 16 18 Geldt voor een museumklimaat m.b.t. papier. Schommelingen: Temperatuur: max. 2°C per uur en 3°C per etmaal RV max. 3% per etmaal. 60 20 (gemiddeld) Geldt voor de opslag van papier 60 Geldt voor de opslag van papier.

Stichting Landelijk Contact van Museumconsulenten (LCM), 2002

Syllabus bij de basiscursus Preventieve Conservering

48

Henne, Erich; 1995 Johnson, 1997, Unesco

Luftbefeuchtung

50

Protection of the cultural heritage; Museum collection storage

45

Jütte, B.A.H.G., 1994

Passieve conservering, klimaat en licht Het glazen museum

48

55

49

55

Stichting Landelijk Contact van Museumconsulenten (LCM) 1998

16

18

Geldt voor een algemeen museumklimaat. Geldt voor een algemeen museumklimaat. Temperatuur variatie van max. 1°C per uur bij airco en 3°C per uur zonder airco. RV variatie tot 2% per uur en 3% per etmaal.

Tabel 4-1: richtlijnen voor temperatuur en relatieve vochtigheid uit literatuurbronnen

Ten aanzien van dit onderzoek is er, in overleg met Frank Ligterink (ICN), gekozen om het binnenklimaat te toetsen aan de volgende richtlijnen: Een relatieve luchtvochtigheid tussen 48% en 55% met een maximale variatie van 2% per uur en 3% per etmaal. Luchttemperatuur tussen de 16 en 18oC met en maximale variatie van 2°C per uur en 3°C per dag. Indien blijkt dat het binnenklimaat niet voldoet aan de gestelde richtlijn, dan zal worden onderzocht welke mogelijkheden er zijn om het klimaat rondom de collectie zoveel mogelijk binnen deze richtlijnen te krijgen.

HOOFDSTUK 5.

METINGEN

Vanaf juni 2003 t/m februari 2004 zijn er lange en korte duur metingen uitgevoerd aan zowel het binnenklimaat als het buitenklimaat in en rondom het Anne Frank Huis. In de eerste plaats is het de bedoeling om middels deze metingen een completer beeld te krijgen van het binnenklimaat in de kamer van Anne Frank en de daarvoor verantwoordelijke parameters. Daarnaast zijn de meetresultaten van belang als invoeren validatiegegevens van de op te stellen simulatiemodellen. Uit de beide deelaspecten is naar voren gekomen dat de volgende onderwerpen nader onderzoek en/of uitbreiding vereisen: buitenklimaat binnenklimaat installatiegegevens bezoekersaantallen De lange duur metingen hebben plaatsgevonden met een interval van 15 minuten. Voor de gebruikte meetapparatuur en posities wordt verwezen naar bijlage 5.

5.1

Buitenklimaat

Voor de eerste simulatiemodellen, uit het onderzoek van de TU/e, is gebruik gemaakt van klimaatgegevens afkomstig van het KNMI. Het betreft meetgegevens per uur van het jaar 2000 op de locatie Schiphol. In dit vervolgonderzoek is besloten een aantal parameters van het buitenklimaat in de directe omgeving van het Anne Frank Huis te meten. Het gaat hierbij om: Luchttemperatuur [°C] en relatieve luchtvochtigheid [%] Deze meting heeft plaatsgevonden op de binnenplaats aan de noordzijde van het gebouw van de Anne Frank Stichting. Hoeveelheid neerslag [mm] in combinatie met de neerslag periode Op het dak van het gebouw van de Anne Frank Stichting. IrradiantieB1 [W/m2] Verticaal gemeten op het dak van het gebouw van de Anne Frank Stichting.

5.2

Binnenklimaat

Ten aanzien van het binnenklimaat zijn de volgende aspecten gemeten: Luchttemperatuur [°C] en relatieve luchtvochtigheid [%] Beiden parameters worden gemeten in de kamer van Anne Frank, familie Frank en familie van Daan. CO2 gehalte in de kamer van Anne Frank [ppm] Voor de bepaling van het ventilatie- en infiltratievoud en de beoordeling van de luchtkwaliteit. Irradiantie [W/m2] in de kamer van Anne Frank Verticaal gemeten op de raamverduistering, hiermee kan zonnestraling, die door het de kamer bereikt, worden bepaald.

de

directe

warmtestroom

a.g.v.

HOOFDSTUK 5 METINGEN 24

5.3

Installatiegegevens

Omdat de huidige gegevens van de installatie niet compleet zijn, zijn de volgende parameters met behulp van metingen bepaald: Inblaascondities (luchttemperatuur[°C] en relatieve luchtvochtigheid [%]) Deze parameters zijn gemeten voor één van de inblaasroosters in de kamer van Anne Frank en voor het inblaasrooster in de kamer van de familie van Daan. Debiet meting toevoerlucht kamer Anne Frank Met behulp van een korte duur snelheidsmeting voor de inblaasroosters is het toevoerdebiet [m3/uur] in de kamer van Anne Frank bepaald. Lange duur snelheidsmeting voor inblaasroosters in kamer Anne Frank Deze meting is toegepast om te kunnen achterhalen of dat de installatie continu in werking is. Debiet meting toevoerlucht kamer van familie van Daan (korte duur) Lange duur snelheidsmeting voor afzuigrooster op de vliering De meting is gebruikt om te achterhalen of de installatie op bepaalde momenten storingen vertoont en of de installatie dag en nacht op hetzelfde niveau werkt. Luchttemperatuur [°C] en relatieve luchtvochtigheid [%] van de retourlucht Deze meting heeft plaatsgevonden voor de afzuiginstallatie op de vliering van het Achterhuis.

5.4

Bezoekersaantallen

In de eerste simulaties van de TU/e zijn bezoekersaantallen per twee uur, afkomstig uit de registratie van het Anne Frank Huis, gebruikt. Deze aantallen zijn omgerekend naar een permanente aanwezigheid van 20 personen in de kamer. In dit afstudeeronderzoek is onderzocht of het mogelijk is het aantal in- en uitgaande bezoekers rechtstreeks in de kamer van Anne Frank per kwartier te registreren met behulp van detectie apparatuur. Als gevolg van de grote stroom mensen blijkt het onmogelijk te zijn om deze registratie nauwkeurig te laten verlopen.

HOOFDSTUK 6.

MEETRESULTATEN

Met behulp van de meetresultaten is het mogelijk het binnenklimaat in de kamer van Anne Frank te analyseren en te beoordelen. Enkele van deze resultaten zijn ook nodig voor het opstellen van simulatiemodellen in het vervolg van het onderzoek. In dit hoofdstuk zijn de belangrijkste meetresultaten met betrekking tot beide aspecten weergegeven. Voor een weergave van alle meetresultaten wordt verwezen naar bijlage 7.

6.1

Analyse binnenklimaat kamer Anne Frank

Een analyse van het binnenklimaat van de kamer van Anne Frank is belangrijk. Op deze manier kan worden vastgesteld welke factoren er verantwoordelijk zijn voor de niveaus en wisselingen van de temperatuur, relatieve vochtigheid en het absoluut vochtgehalte van de lucht. Het binnenklimaat in de kamer van Anne Frank zal hoofdzakelijk worden bepaald door: Temperatuur en relatieve vochtigheid van de toevoerlucht. Warmte- en vochtafgifte van de bezoekers in de kamer van Anne Frank. Warmte- en vochttransport door de bouwconstructie in de kamer van Anne Frank. Bij de analyse van het binnenklimaat in de kamer van Anne Frank worden al deze aspecten meegenomen. Daartoe worden de volgende grafieken weergegeven in één figuur: De gemeten temperaturen van de binnenlucht, toevoerlucht en buitenlucht. De gemeten relatieve vochtigheden van de binnenlucht, toevoerlucht en buitenlucht. De absolute vochtgehaltesB1 van de binnenlucht, toevoerlucht en buitenlucht. De gemeten neerslagperioden. De gemeten neerslaghoeveelheid is niet verwerkt in de meetresultaten omdat het alleen mogelijk was gemiddelde hoeveelheden neerslag per regenperiode te berekenen. Deze hoeveelheden geven dus geen exacte waarden op een bepaald moment weer. Bovendien kan er geen verband worden gelegd tussen de hoeveelheid neerslag en de vochtafgifte door bezoekers in de kamer van Anne Frank. De bezoekersaantallen per twee uur omgerekend naar gemiddelde aantallen per kwartier, afgeleid uit metingen van de Anne Frank Stichting. (bijlage 6) De gemeten irradiantie in de kamer van Anne Frank. Bij de analyse wordt er zowel een zomer- als winterweek in één figuur weergegeven, namelijk één week in augustus en één week in januari.

HOOFDSTUK 6 MEETRESULTATEN 26

6.1.1

Analyse zomerweek

De luchttemperaturen in de kamer van Anne Frank lopen in deze zomerweek (25 augustus tot 1 september 2003) op van 24°C ‘s nachts tot 28°C overdag. (figuur 6-1) De pieken van de luchttemperatuur in de kamer van Anne Frank worden vooral veroorzaakt door de warmteafgifte van de bezoekers. Dit blijkt onder andere uit het feit dat de kamertemperatuur en de inblaastemperatuur in de kamer van Anne Frank dicht bij elkaar liggen als er geen bezoekers in de kamer aanwezig zijn. De warmtestroom door het raam die wordt veroorzaakt door de zonnestraling, lijkt weinig invloed te hebben op de temperatuur in de kamer van Anne Frank. Tijdens dagen met ongeveer gelijke bezoekers aantallen blijkt dit uit het feit dat de luchttemperatuur in de kamer gelijk oploopt terwijl er verschillen in de gemeten zoninstraling optreden. (bijvoorbeeld dag 240: 3196 bezoekers en dag 242 3160 bezoekers) In de grafiek is ook duidelijk te zien dat de buitenlucht ‘s nachts wordt opgewarmd door de installatie. De relatieve luchtvochtigheid varieert gedurende de zomerweek van 40% tot 70%. Tijdens de openingstijden stijgt en daalt het absolute vochtgehalte in relatie met het aantal bezoekers. Het vermoeden dat er geen recirculatie van de afgezogen lucht plaatsvindt, blijkt uit het feit dat het absoluut vochtgehalte van de inblaaslucht continu vrijwel gelijk is aan dat van de buitenlucht.

Figuur 6-1: luchttemperatuur, relatieve luchtvochtigheid en absoluut vochtgehalte regenperiode, zonintensiteit in de kamer en bezoekersaantallen per kwartier voor de week augustus


6.1.2

Analyse Winterweek

Tijdens de week in de winterperiode variëren de temperaturen in de kamer van Anne tussen 19°C en 23°C. (figuur 6-2) Uit het minimale verschil tussen de gemeten temperaturen van de toevoerlucht en de kamerlucht blijkt, dat de afgifte van warmte door bezoekers minder invloed heeft op de kamertemperatuur dan in de zomer. Dit kan veroorzaakt worden door het warmteverlies naar buiten en andere ruimtes en/of door de lage bezoekersaantallen. Deze zijn ongeveer gehalveerd ten opzichte van de zomerweek. De relatieve luchtvochtigheid varieert gedurende deze week tussen de 30% en 60%. Tijdens de openingstijden stijgt en daalt het absolute vochtgehalte in relatie met het aantal bezoekers Het verschil tussen het absoluut vochtgehalte in de kamer van Anne Frank en de toevoerlucht ligt echter een stuk lager als in de zomerweek. Dit is het gevolg van de lage bezoekersaantallen in deze periode. Het is mogelijk dat het absolute vochtgehalte toeneemt op regenachtige dagen als gevolg van een extra vochtafgifte van de bezoekers. Hierover kunnen echter geen gedetailleerde uitspraken worden gedaan omdat er geen verband kan worden gelegd tussen de hoeveelheid neerslag en de vochtafgifte in de kamer van Anne Frank m.a.w. er niet bekend is of iemand in de regen heeft gelopen, hoelang dat dan was en welke hoeveelheid vocht een persoon daardoor zal afgeven.

Figuur 6-2: luchttemperatuur, relatieve luchtvochtigheid, vochtgehalte, regenperiode en bezoekersaantallen week in januari

absoluut


6.1.3

Analyse van de luchtstroming

Het luchttoevoerkanaal van het Achterhuis bevindt zich in de kamer van Anne Frank. Het toevoerdebiet van de ventilatielucht is opnieuw gemeten en bedraagt 314 m3/uur (111/uur) [paragraaf 6.3.2] in plaats van de 1000 m3/uur die in eerste instantie was aangenomen [paragraaf 3.3]. Ondanks het feit dat het debiet een forse hoeveelheid minder bedraagt dan verwacht, wordt er nog steeds verondersteld dat de kamer op overdruk staat. Dit betekent dat de luchtstroming via de kamer van Anne Frank naar de andere ruimtes verloopt en dat een tegengestelde luchtstroming onwaarschijnlijk is. Om deze veronderstelling te bevestigen, zijn er metingen verricht aan de luchttemperatuur en relatieve luchtvochtigheid in de naastgelegen kamer van de familie Frank. Enkele resultaten van deze metingen zijn met de resultaten van de metingen in de kamer van Anne Frank opgenomen in figuur 6-3. Hierin is de periode van 11 augustus 2003 tot en 18 augustus 2003 weergegeven. Voor de overige meetresultaten in de kamer van de familie Frank wordt verwezen naar bijlage 7.

Figuur 6-3: luchttemperatuur, relatieve luchtvochtigheid en absoluut vochtgehalte in de kamer van Anne Frank en Familie Frank

Uit de meetresultaten blijkt dat in de zomer de temperatuur, relatieve vochtigheid en het absolute vochtgehalte van de lucht in de kamer van de familie Frank overdag iets hoger liggen dan de temperatuur, relatieve vochtigheid en het absolute vochtgehalte in de kamer van Anne Frank. Dit duidt op een bevestiging van de veronderstelde luchtstroming. Deze bevinding kan eventueel nog bevestigd worden met een proef met tracergasB1, maar gezien de gevoeligheid van de plaatjes en de behangfragmenten en de aanwezigheid van bezoekers, is besloten om deze proef tijdens dit onderzoek niet uit te voeren.


6.2

Beoordeling binnenklimaat kamer Anne Frank

Het binnenklimaat in de kamer van Anne Frank wordt aan vier deelaspecten van de gekozen richtlijnen getoetst: relatieve luchtvochtigheid tussen de 48% en 55% luchttemperatuur tussen de 16 en 18°C maximale variatie in de relatieve luchtvochtigheid van 2% per uur en 3% per etmaal maximale variatie in de luchttemperatuur 2°C per uur en 3°C per dag e De 1 twee deelaspecten van de richtlijnen zijn toegepast op de complete meetdata en een zomermaand en een wintermaand. De laatste twee deelaspecten zijn toegepast op een zomer en een winterdag. 6.2.1

Boven- en ondergrens relatieve vochtigheid en temperatuur

De luchttemperaturen en relatieve luchtvochtigheden die zijn gemeten in de periode van juni t/m februari in de kamer van Anne Frank, zijn in onderstaande staafdiagrammen uitgezet t.o.v het percentage van de tijd dat deze optreden. Hieruit blijkt dat de luchttemperatuur 10% van de tijd tussen de 16 en 18oC ligt en dat de relatieve luchtvochtigheid 25% van de tijd tussen de 48 en 55% ligt. De overige 90% respectievelijk 75% van de tijd wordt dus niet aan de richtlijnen voor luchttemperatuur en relatieve luchtvochtigheid voldaan.

Figuur 6-4: luchttemperatuur en relatieve luchtvochtigheid in de kamer van Anne tegen het percentage van de tijd

HOOFDSTUK 6 MEETRESULTATEN 30 Indien de relatieve luchtvochtigheid en de luchttemperatuur van een zomer- en een wintermaand apart tegen het percentage van de tijd worden uitgezet, zien de staafdiagrammen er heel anders uit. De resultaten, van augustus en februari, zijn weergegeven in figuur 6-5.

Figuur 6-5: luchttemperatuur en relatieve luchtvochtigheid van augustus en februari tegen het percentage van de tijd

In de zomerperiode ligt de relatieve vochtigheid gedurende 25% van de tijd tussen de 48 en 55%, terwijl dit in de winterperiode 2% bedraagt. De temperatuur ligt in de zomerperiode 0 % van de tijd tussen 16 en 18oC, terwijl dit in de winterperiode 30% bedraagt. Hieruit blijkt dat in de zomer meer wordt voldaan aan de eisen voor relatieve luchtvochtigheid en dat de winterperiode juist gunstiger is ten aanzien van de eisen voor de luchttemperatuur.


6.2.2

Variaties in relatieve luchtvochtigheid en luchttemperatuur

De variaties die plaatsvinden ten aanzien van de relatieve luchtvochtigheid en luchttemperatuur kunnen met behulp van de meetresultaten van een zomer- en winterdag beoordeeld worden. De dagen, 25 augustus 2003 en 5 januari 2004, zijn afzonderlijk weergegeven in de figuren 6-6 & 6-7. Zomerdag (25 augustus) De luchttemperatuur in de kamer van Anne Frank varieert op deze dag van 24°C tot 28°C. Er treedt een maximale uurvariatie op van 1°C. De richtlijn staat een maximale variatie van 2°C per uur en 3°C per dag in de luchttemperatuur toe. Op deze dag wordt de richtlijn alleen ten aanzien van de toegestane dagvariatie overschreden. De relatieve luchtvochtigheid in de kamer van Anne Frank ligt gedurende de dag tussen 43% en 53%. De maximale uurvariatie voor deze dag bedraagt 10%. De richtlijn stelt een maximale variatie in de relatieve luchtvochtigheid van 2% per uur en 3% per etmaal. Beide aspecten worden op deze dag overschreden.

Figuur 6-6: de relatieve luchtvochtigheid en luchttemperatuur op 25 augustus 2003

HOOFDSTUK 6 MEETRESULTATEN 32 Winterdag (5 januari 2004) De luchttemperatuur in de kamer van Anne Frank ligt op deze dag tussen 18,5°C en 21°C. De maximale variatie per uur bedraagt voor deze winterdag 0,5°C. Op deze dag wordt de richtlijn voor de variatie in luchttemperatuur niet overschreden. De relatieve luchtvochtigheid in de kamer van Anne Frank ligt op 5 januari 2004 tussen 30% en 42%. De maximale uurvariatie gedurende deze dag bedraagt 8%. Beide toegestane variaties in relatieve luchtvochtigheid worden op deze dag overschreden.

Figuur 6-7: de relatieve luchtvochtigheid en luchttemperatuur op 5 januari 2004


6.2.3

De kwaliteit van de binnenlucht op basis van CO2 gehalte

De CO2 concentratie in een ruimte zegt iets over de luchtkwaliteit van deze ruimte. De Arbo-dienst stelt eisen aan de maximale CO2 concentratie die in kantoorruimten aanwezig mag zijn. Ondanks het feit dat de kamer van Anne Frank geen ruimte is waarin mensen een hele werkdag verblijven, kan de hoogte van de CO2 concentratie wel iets vertellen over de kwaliteit van de binnenlucht. In figuur 6-8 is de CO2 concentratie van zowel de gehele meetperiode als op 1 dag (25 augustus 2003) weergegeven.

Figuur 6-8: CO2 concentratie in de kamer van Anne Frank

Uit de grafieken blijkt dat het evenwicht van de CO2 concentratie gelijk met de buitenlucht concentratie ligt: rond de 400 ppm. Het maximale CO2 gehalte in de kamer bedraagt 1800 ppm. De Arbo-wet schrijft voor een kantoorruimte een maximale concentratie van 1200 ppm voor. De luchtkwaliteit in de kamer van Anne Frank is bij hoge bezoekersaantallen niet bijzonder goed te noemen. 6.2.4

Conclusie

De gestelde richtlijnen ten aanzien van de boven- en ondergrens van de luchttemperatuur en de relatieve luchtvochtigheid worden zowel in de zomer als in de winterperiode overschreden. De richtlijnen ten aanzien van de variaties in relatieve luchtvochtigheid worden voor zowel de weergegeven winterdag als zomerdag overschreden. De richtlijnen voor de maximale variatie in luchttemperatuur wordt alleen op de weergegeven zomerdag overschreden. De CO2 concentratie in de kamer van Anne Frank loopt hoog op.


6.3

Overige meetresultaten

Om de bestaande simulatiemodellen uit te kunnen breiden zijn nog enkele parameters gemeten: Bouwkundig: Irradiantie buiten en in de kamer van Anne Frank. Installatie technisch: Het toevoerdebiet van de inblaaslucht in de kamer van Anne Frank en de familie van Daan. De bedrijfstijden van de toevoerinstallatie. De bedrijfstijden van de retourinstallatie. De luchtcondities ter plaatse van de retourinstallatie. Niet gebruikt: Luchtcondities in de kamer van de familie van Daan. 6.3.1

Bouwkundig: irradiantie en ZTA-waarde

In figuur 6-9 is de gemeten irradiantie (W/m2) aan binnen- en buitenzijde van het raam van 25 augustus tot 1 september 2003 weergegeven. Voor de volledige meetresultaten wordt verwezen naar bijlage 7. In de eerste instantie had deze meting als doel de ZTA-waarde van het raam en het verduisteringsdoek te berekenen uit de verhouding tussen beide irradianties. De gemeten warmtestroom in de kamer van Anne Frank kan echter ook als directe warmtestroom in simulatiemodellen worden gemodelleerd. Op deze manier hoeft er geen ZTA waarde in de simulatiemodellen te worden ingevoerd. De ZTA waarde is om deze reden uiteindelijk niet bepaald.

Figuur 6-9: zonintensiteit binnen en buiten vanaf 11-07 2003 t/m 17-07 2003


6.3.2

Installatietechnische parameters

Debietmeting en luchtsnelheidmeting in de kamer van Anne Frank De luchtsnelheid van de beide toevoerroosters in de kamer van Anne Frank is door middel van een korte duur meting gemeten. Uit de luchtsnelheid is per rooster een inblaasdebiet bepaald. Sommatie van beide debieten geeft een volumedebiet van 314 m³/uur. Wanneer deze hoeveelheid wordt gedeeld door het volume van de ruimte (27,7 m³) wordt een ventilatievoudB1 van 11 1/uur verkregen. De aanname van het volumedebiet zoals beschreven in hoofdstuk 3 (Uitgangssituatie) wordt dus gecorrigeerd in de op te stellen simulatiemodellen. Het is eveneens mogelijk het ventilatiedebiet in de kamer van Anne Frank te bepalen door de snelheid waarmee het CO2 gehalte (paragraaf 6.2.3) afneemt in de kamer, nadat alle bezoekers weg zijn, om te rekenen. De resultaten van deze “controle”-berekening (bijlage 8) geven een ventilatiedebiet wat ongeveer 10 maal lager ligt dan het gemeten volumedebiet bij de korte duur meting. Omdat er geen reden is om te twijfelen aan de korte duur meting, wordt dit verschil toegeschreven aan de positie van de CO2 meter. Deze heeft aan de muurzijde, waar zich eveneens de inblaasroosters bevinden, tegen het plafond tussen twee balken gehangen. Het is mogelijk dat de luchtstroom ter plaatse van de CO2 meter daardoor afwijkt en de snelheid waarmee de CO2 concentratie op die positie afneemt dus ook afwijkt. Voor de volledige meetresultaten van de luchtsnelheid en de berekening van het inblaasdebiet wordt verwezen naar bijlage 7. Uit de resultaten van de lange duur snelheidsmetingen van de toevoerlucht in de kamer van Anne Frank blijkt dat de installatie continu op ongeveer hetzelfde niveau werkt. Debietmeting in de kamer van de familie van Daan In de kast op de kamer van de familie van Daan is een toevoerrooster aanwezig. Hiervoor zijn op verschillende posities luchtsnelheden gemeten. Uit deze luchtsnelheden is vervolgens een toevoerdebiet van 1500 m³/uur bepaald. De uitgebreide berekening is opgenomen in bijlage 7. Meting retourluchtcondities en retoursnelheid Op de zolder van het Achterhuis zijn de temperatuur en relatieve vochtigheid van de retourlucht gemeten. In de bijlagen zijn de meetresultaten weergegeven. Op de zolder is vanaf december 2003 een snelheidsmeter in de afzuiginstallatie geplaatst. Met behulp van deze meting is bepaald dat de installatie continu op een gelijk niveau aanstaat. In bijlage 7, zijn de meetresultaten van deze meting weergegeven. 6.3.3

Luchttemperatuur en relatieve luchtvochtigheid bij de familie van Daan

In de kamer van de familie van Daan zijn de temperaturen en de relatieve vochtigheden van de lucht gemeten. Deze zijn uiteindelijk niet gebruikt voor de analyse van het binnenklimaat of de simulaties. De resultaten van deze metingen zijn opgenomen in bijlage 7. 6.3.4

Kalibratie

De kalibratie van de sensoren voor de luchttemperatuur en relatieve luchtvochtigheid is nog niet compleet. De eerste resultaten zijn echter wel opgenomen in bijlage 20. De afwijkingen die de sensoren ten aanzien van de temperaturen vertonen, liggen binnen de nauwkeurigheid van de sensor: 0,5°C. De afwijkingen die de sensoren ten aanzien van de relatieve vochtigheid vertonen, liggen bijna allemaal binnen de nauwkeurigheid van de sensor: 5%. De sensor die de inblaaslucht heeft gemeten, vertoont echter een grotere afwijking. Deze afwijking komt echter alleen voor bij 75% relatieve luchtvochtigheid. Deze waarde is tijdens de meting vrijwel niet voorgekomen waardoor de meetresultaten op een goede manier beoordeeld kunnen worden.

HOOFDSTUK 6 MEETRESULTATEN 36 Wijzigingen ten opzichte van de uitgangssituatie De uitgangsituatie, die is beschreven in hoofdstuk 3, berust op de gegevens, waaronder aannames, zoals deze bekend waren bij aanvang van dit afstudeeronderzoek. Met behulp van o.a. de metingen zijn deze parameters onderzocht. Hieruit blijkt dat er afwijkingen ten opzichte van de uitgangssituatie optreden die bijgesteld dienen te worden. De gegevens uit de uitgangssituatie en bijgestelde gegevens naar aanleiding van de metingen (huidige situatie) zijn weergegeven in de tabel 6-1. In het vervolg van dit onderzoek zal de huidige situatie aangehouden worden. Aspect Bouwkundig Wanden en materiaal eigenschappen ZTA waarde Infiltratievoud Installatie Toevoer debiet kamer Anne Frank Toevoer debiet Kamer Familie van Daan Afvoer debiet Regeling

Uitgangssituatie

Huidige situatie

Zie paragraaf 3.1 0,25 0,05 1/uur

Niets gewijzigd 0,25 0,05 1/uur

1000 m3/uur 1410 m3/uur 880 m3/uur Zie paragraaf 3.1

314 m3/uur 1500 m3/uur 880 m3/uur Over de opbouw van de regeling zijn nog steeds geen exacte gegevens beschikbaar dus wordt uitgegaan van de beschreven regeling. De opnemer voor de RV bevindt zich in de kamer van Anne Frank (bijlage 4) De temperatuur opnemer bevindt zich buiten op een onbekende plaats. Koelen:35 kWatt Verwarmen:21 kWatt (bijlage 4)

Plaats sensoren

onbekend

Vermogen

onbekend

Bezoekers Warmte productie Vochtproductie Aanwezigheid

60 Watt 0,041 kg/uur 20 personen continu

Tabel 6-1 verschillen aanvangssituatie en huidige situatie.

60 Watt 0,041 kg/uur 10-20 personen continu

HOOFDSTUK 7.

MODELVORMING KAMER ANNE FRANK

Uit de meetresultaten blijkt, zoals verwacht, dat het binnenklimaat in de kamer van Anne Frank niet voldoet aan de gehanteerde richtlijnen voor gemengde collecties. In 2002 zijn door de TU/e enkele simulatiemodellen opgesteld van de kamer van Anne Frank. [Schellen, 2003] Met behulp van deze modellen is het binnenklimaat in de kamer van Anne Frank nagebootst en is men nagegaan welke parameters invloed uitoefenen op het binnenklimaat. Daarnaast is onderzocht wat voor effect aanpassingen, aan onder andere de klimaatinstallatie, op het binnenklimaat hebben. De simulatiemodellen van de TU/e benaderden de werkelijkheid voor een groot deel. Er waren echter een aantal onduidelijkheden ten aanzien van de installatie en de bouwkundige situatie. Bovendien was het buitenklimaat, wat als input diende voor de modellen, niet ter plaatse van het Anne Frank Huis gemeten. Er is daarom gekozen om tijdens dit project de eerste simulatiemodellen te verfijnen en daar waar nodig aan te passen. Hiermee kan worden bepaald in hoeverre het huidige binnenklimaat kan worden nagebootst, welke parameters invloed uitoefenen op het binnenklimaat en welke aanpassingen eventueel tot verbetering van het binnenklimaat kunnen leiden.

7.1

Simulatie model kamer van Anne Frank

7.1.1

WISE en Simulink

Voor het modelleren van de kamer van Anne Frank is gebruik gemaakt van het programma WISE2 [Wit, 2001] dat draait onder het mathematische softwarepakket Matlab. [Mathworks Inc., 2001] Met dit programma is het mogelijk een bouwkundige situatie te modelleren waarmee je het binnenklimaat3, het energieverbruik en de verwarmingscapaciteit van één of meerdere zones kan simuleren. Het gesimuleerde binnenklimaat vormt de output van het WISE-model en wordt gecreëerd met behulp van input gegevens. Deze inputgegevens bestaan uit een vochtstroom en een warmtestroom afkomstig van o.a. personen, apparaten en ventilatielucht. Het principe van een WISE-model is geschematiseerd weergegeven in figuur 7-1.

Output

Input Warmtestroom [W]

WISE

Vochtstroom [g/s]

Temperatuur [°C]

Relatieve vochtigheid [%]

Figuur 7-1: principe WISE-model

Het WISE-model kan worden geëxporteerd naar het programma Simulink wat ook onder Matlab draait. In Simulink kan onder andere een regeling van een klimaatinstallatie worden gemodelleerd. De output van de regeling vormt een warmte- en een vochtstroom, die aan het WISE-model kunnen worden gekoppeld. Andere warmte- en vochtstromen, bijvoorbeeld afkomstig van bezoekers, kunnen ook op deze manier aan het WISE-model worden gekoppeld.

2 3

Wavo International Simulink Engineering tool gemiddelde relatieve luchtvochtigheid en luchttemperatuur in de ruimte

HOOFDSTUK 7 MODELVORMING KAMER ANNE FRANK 38

7.1.2

Basismodel kamer van Anne Frank

Voor het simuleren van de kamer van Anne Frank wordt gebruik gemaakt van een WISE-model dat geëxporteerd is naar Simulink zodat de warmtestroom en vochtstroom afkomstig van de installatie kunnen worden gemodelleerd. Het model heeft de volgende randvoorwaarden: WISE: Het WISE-model van de kamer is opgebouwd uit één zone waarbij de bouwkundige parameters, zoals bekend, zijn meegenomen. De omliggende ruimtes worden niet opgenomen in het WISE-model omdat verwacht wordt dat door de grote hoeveelheid ingeblazen ventilatielucht, 314 m³/uur, de kamer op overdruk staat. Installatie-input: Met behulp van Simulink is het mogelijk de regeling van de installatie te modelleren. Het is bekend dat de luchtbehandelingsinstallatie in het Anne Frank Huis een regeling heeft voor het verwarmen en koelen van de lucht die gericht is op het regelen van de temperatuur en de relatieve vochtigheid van de inblaaslucht. (paragraaf 3.3) Uit de metingen en gesprekken met de installateur is echter nog niet duidelijk genoeg naar voren gekomen hoe de regeling precies is afgesteld. In het WISE-basismodel van de kamer van Anne Frank zal daarom als input geen gebruik worden gemaakt van gemodelleerde inblaascondities in Simulink. In plaats daarvan worden de gemeten inblaascondities bij het inblaasrooster in de kamer van Anne Frank omgerekend naar een warmte- en vochtstroom en ingevoerd in Simulink. Bezoekers: De warmte- en vochtproductie van de bezoekers kan op twee manieren worden ingevoerd in het model. De bezoekers, waaraan een warmte- en vochtproductie is gekoppeld, kunnen op basis van het aantal personen dat continu aanwezig is in de kamer, per dagdeel worden opgegeven in het WISEmodel. Daarnaast is het mogelijk en verdient het de voorkeur om de bezoekersaantallen, met daaraan verbonden een warmte- en vochtstroom, als functie van de tijd via Simulink aan het WISEmodel te koppelen. Het meten van de bezoekersaantallen in de kamer met een detectiesysteem is niet mogelijk gebleken. Daarbij kunnen deze aantallen niet als functie van de tijd via Simulink ingevoerd worden. Er is namelijk niet bekend is hoe lang deze personen daadwerkelijk in de kamer aanwezig zijn. Daarom wordt de warmte- en vochtproductie van de bezoekers op basis van een geschat continu aantal personen dat aanwezig is, ingevoerd in het WISE-model. Uit tellingen van de Anne Frank Stichting, blijkt dat de bezoekersaantallen in de kamer ongeveer continu tussen de 8 en 20 personen liggen. Dit is afhankelijk van de drukke en minder drukke momenten. Validatie: Het model wordt gevalideerd door een vergelijking te maken tussen de gesimuleerde gemiddelde temperaturen en de gemiddelde relatieve vochtigheden in de kamer van Anne Frank en de gemeten luchttemperaturen en relatieve luchtvochtigheden in de kamer van Anne Frank.


Input kamermodel De input van het WISE-model van de kamer van Anne Frank bestaat, op basis van de gestelde randvoorwaarden, uit verschillende warmte- en vochtbronnen: (figuur 7-2) Interne warmte- en vochtbronnen: Warmte en vocht geproduceerd door de bezoekers direct ingevoerd in het WISE-model Gemeten temperatuur en relatieve vochtigheid van de inblaaslucht via Simulink ingevoerd in het WISEmodel. Externe warmte- en vochtbronnen: Gemeten temperatuur en relatieve vochtigheid van buitenlucht direct ingevoerd in het WISE-model. Gemeten warmtestroom als gevolg van zoninstraling aan de binnenzijde van het raam in kamer van Anne Frank via Simulink ingevoerd WISE.

Buitenklimaat

WaVo/WISE Model Kamer Anne

luchttoevoer installatie

de de de in

Bezoekers

Figuur 7-2: input parameters

7.1.3

Schematische weergave WISE-model en Simulink-model

In Simulink ziet het WISE-model en de daarbij horende input en output er als volgt uit: (figuur 7-3)

Figuur 7-3: Simulink-model

De inblaascondities worden met behulp van een regeling (controller) in het Simulink-model omgerekend naar een vocht en een warmtestroom die aan het WISE-model gekoppeld kan worden. Dit geeft de volgende modelopbouw in Simulink: (figuur 7-4)

Figuur 7-4: Simulink-model met omrekening van inblaascondities

HOOFDSTUK 7 MODELVORMING KAMER ANNE FRANK 40 Controller installatie In de controller (figuur 7-4) wordt berekend hoeveel de toegevoerde vocht- (g) en warmtestroom (Q) in het kamermodel bedraagt. De opbouw van de controller in Simulink is weergegeven in figuur 7-5.

Figuur 7-5: opbouw controller Simulink

De toe te voeren warmte- en vochtstroom worden door de controller op de volgende wijze bepaald: Warmtestroom Qin [W] Het verschil tussen de inblaastemperatuur (Tinblaas) en de gesimuleerde kamertemperatuur (Tair) wordt omgerekend naar een vermogen (Qin) door te vermenigvuldigen met een factor 104 [W/K]. Deze factor bestaat uit het product van de dichtheid, soortelijke warmte en de volumestroom van de inblaaslucht: 1,2[kg/m3]*1000[J/kg*K]*0,086 [m3/s]. -

Vochtstroom gin [kg/s] Met behulp van de relatieve luchtvochtigheid en de luchttemperatuur van zowel de gemeten inblaascondities als de gesimuleerde kamerluchtcondities kunnen de vochtgehaltes van de inblaaslucht en de gesimuleerde kamerlucht (kg/ m3 lucht) worden berekend in de Matlab functie “TRV2x” volgens: Psat=611*exp(17,08*t/(234,18+t)) & x=RV*(0,622*psat/(101325-psat)) (waarbij t=luchttemperatuur (°C), RV=relatieve luchtvochtigheid (-), x= absoluut vochtgehalte (kg/kg), Psat= max. dampspanning bij desbetreffende temperatuur(Pa))

Door het vochtgehalte (kg/kg lucht) te vermenigvuldigen met de factor 0,1032 wordt het vochtgehalte van beide luchtstromen per tijdseenheid (seconde) verkregen. De factor ontstaat door de volumestroom van de inblaaslucht te vermenigvuldigen met dichtheid van lucht: 0,086 [m3/s]*1,2[kg/m3] = 0,1032 [kg/s]. Door het verschil te nemen tussen de vochtstroom van de inblaaslucht en het vochtgehalte van de gesimuleerde kamerlucht wordt de toegevoerde vochtstroom per tijdseenheid verkregen. Warmtestroom a.g.v. Zon Door de gemeten data van de zoninstraling in W/m2 om te rekenen naar een warmtestroom (W) en deze op te tellen bij de warmtestroom van de inblaaslucht wordt uiteindelijk het volgende Simulink basismodel verkregen. (figuur 7-6)

Figuur 7-6: Simulink basismodel

Voor een gedetailleerde weergave van het WISE-model wordt verwezen naar bijlage 9.


7.2

Output en validatie van het WISE-model

Met behulp van de meetgegevens van 22 augustus tot en met 6 februari is een simulatie van de kamer van Anne Frank gemaakt. De output van het kamermodel bestaat uit een gemiddelde luchttemperatuur en relatieve luchtvochtigheid in de kamer van Anne Frank. De gesimuleerde luchttemperatuur en de relatieve luchtvochtigheid in de kamer kunnen met behulp van meetgegevens worden gevalideerd. De meetresultaten en de simulatieresultaten waarbij gedurende openingstijden 10 personen continu aanwezig zijn, zijn over een periode van 10 dagen (25 augustus-6 september) weergegeven in onderstaande grafieken.

Figuur 7-7: validatie simulatiemodel met gemeten waarden

Het is belangrijk om bij de validatie van de resultaten naar het verschil tussen de nachtperiodes te kijken. De dagperiodes kunnen namelijk van elkaar afwijken omdat het aantal bezoekers bijvoorbeeld te hoog of te laag is ingevoerd. Ten aanzien van de nachtperiode kan met zekerheid worden gesteld dat er, afgezien van de bewaking, vrijwel geen warmte- en vochtproductie door personen plaatsvindt. Indien de gesimuleerde en gemeten nachttemperaturen worden vergeleken, blijkt dat deze eenzelfde verloop vertonen, maar met een onderling verschil van ongeveer 2°C. Als gevolg van dit temperatuurverschil treedt er tussen de gemeten en gesimuleerde relatieve luchtvochtigheden eveneens een verschil op. De grafieken van de metingen en de simulatieresultaten komen overeen wanneer het verschil van 2°C wordt gecorrigeerd. Er is gekeken naar een mogelijke oorzaak van het temperatuurverschil. Hierbij zijn de volgende aspecten onderzocht: temperatuurgradiënt in de kamer van Anne Frank afwijking van de gemeten temperatuur bij het toevoerrooster als gevolg van de luchtsnelheid afwijking in het simulatieprogramma

HOOFDSTUK 7 MODELVORMING KAMER ANNE FRANK 42 Temperatuurgradiënt in de kamer van Anne Frank De sensor waarmee de temperatuur in de kamer van Anne Frank is gemeten, is boven in de kamer tussen twee balken geplaatst. Op deze manier wordt het effect van warmtestraling als gevolg van passerende bezoekers niet gemeten. Dit betekent echter wel dat, indien er een temperatuurgradiënt in de kamer optreedt, de sensor in een luwte op de warmste plek van de kamer hangt. Het simulatiemodel houdt geen rekening met maxima of minima en berekent een gemiddelde temperatuur in de kamer die dus af kan wijken van de gemeten temperatuur boven in de kamer. Met behulp van een lange duur meting is het theoretisch mogelijk de temperatuurgradiënten te bepalen door de kamertemperatuur op verschillende posities in de kamer te meten. Door het hoge aantal bezoekers in de kleine ruimte zal het stralingseffect en het menselijk handelen deze metingen echter kunnen beïnvloeden waardoor een betrouwbaar resultaat vrijwel onmogelijk wordt. Een prikmeting in de kamer met behulp van een temperatuursensor zal nog onnauwkeuriger zijn omdat de tijdsperiode waarover gemeten wordt te kort is en het stralingseffect van de bezoekers ook hier weer een rol speelt. Hoewel er geen uitsluitsel gegeven kan worden over het precieze temperatuurgradiënt wat in de kamer van Anne Frank optreedt, is het aannemelijk dat er een temperatuurgradiënt in de kamer zal optreden. Afwijking van de toevoer luchtcondities door luchtsnelheid De sensor, die de condities van de toevoerlucht in de kamer van Anne meet, hangt midden in de luchtstroom. Hierdoor passeert de lucht met een snelheid van 2 m/s de sensor. De gemeten temperatuur zou hierdoor een afwijking kunnen vertonen. Om dit te achterhalen zijn er metingen verricht aan een eenvoudige opstelling van een luchtbehandelingsinstallatie in het laboratorium van de vakgroep FAGO. Door bij verschillende luchtsnelheden de temperatuur in de luchtstroom te meten is een verband tussen luchtsnelheid en gemeten temperatuur onderzocht (bijlage 11). Uit dit onderzoek blijkt dat de luchtsnelheid in de geteste opstelling geen invloed heeft op het opwarmen of afkoelen van de sensor. Afwijking in het simulatieprogramma Het is ook mogelijk dat er een afwijking in het simulatiemodel optreedt die dit verschil kan veroorzaken. Een afwijking in deze situatie is echter niet achterhaald.


7.2.1

Correctie WISE-model/meetresultaten

De oorzaak van het temperatuurverschil van 2°C is niet exact te achterhalen. Het feit dat de grafieken van de simulatie en de metingen precies hetzelfde verloop vertonen doet vermoeden dat een meetfout toch de oorzaak is van de afwijking tussen de metingen en de simulaties. Derhalve geeft het model een goede benadering van de werkelijkheid. Aannemelijk is een temperatuurgradiënt, en dus ook een afwijking in de relatieve luchtvochtigheid, in de kamer. Door zowel de gemeten luchttemperatuur en relatieve luchtvochtigheid met 2°C te corrigeren, kunnen de simulaties en de metingen op een goede manier worden vergeleken. De resultaten, van 25 augustus tot 6 september 2003, zijn weergegeven in figuur 7-8. In bijlage 9 zijn de simulatieresultaten van de gehele meetperiode opgenomen. De afwijking die de relatieve luchtvochtigheid in de simulatiemodellen vertoont, kan veroorzaakt worden door het feit dat de werkelijk opgetreden vochtproductie als gevolg van de personen afwijkt van de vaste waarde die is ingevoerd in het WISE-model.

Figuur 7-8: resultaten simulaties en metingen met verlaging van de gemeten kamertemperatuur met 2°C

HOOFDSTUK 7 MODELVORMING KAMER ANNE FRANK 44 De simulatieresultaten voor een winterperiode (5 t/m 11 januari 2004), waarbij de kamertemperatuur met 2°C verlaagd is, geven eveneens een goed verloop van de temperaturen weer. (figuur 7-9) Ook hier kan de afwijking van de relatieve luchtvochtigheid worden toegeschreven aan het feit dat de werkelijke vochtproductie als gevolg van de bezoekers afwijkt van de vaste waarde die is ingevoerd in het WISE-model.

Figuur 7-9: resultaten simulaties en metingen met verlaging van de gemeten kamertemperatuur met 2°C

7.2.2

Conclusie

Het basismodel benadert de werkelijkheid voor zowel de zomer als winter op een goede manier en kan gebruikt worden om het effect van eventuele veranderingen aan onder andere de installatie te onderzoeken.

HOOFDSTUK 8.

MODELVORMING KAMER MET INSTALLATIE

Omdat er veel onduidelijkheid bestaat over de regeling van de klimaatinstallatie zijn de gemeten condities van de toevoerlucht gebruikt als input in het eerste WISE-model van de kamer van Anne Frank. Op deze manier is het mogelijk het WISE-model van de kamer van Anne Frank te valideren zonder de exacte regeling van de installatie in te voeren. Uit de validatie blijkt dat het opgestelde basismodel een goede benadering van de werkelijke situatie geeft. (hoofdstuk 7) Het ligt kostentechnisch en ruimtetechnisch voor de hand te bekijken welke mogelijkheden er in de huidige situatie zijn om de bestaande regeling van de installatie aan te passen. Op deze manier kan er onderzocht worden of er een binnenklimaat in de kamer van Anne Frank mogelijk is waarbij de richtlijnen voor de luchttemperatuur en de relatieve luchtvochtigheid beter benaderd worden. Er is gekozen om het basismodel uit te breiden in Simulink met een regeling die de condities van de inblaaslucht bepaald. Op deze manier kan worden onderzocht aan welke eisen de regeling van de bestaande klimaatinstallatie zou kunnen voldoen. De parameters van de installatie die met zekerheid bekend zijn, worden in dit model als vaste waarden aangenomen.

8.1

Principe huidige regeling

De huidige installatie bestaat uit een luchtbehandelingskast en een regelsysteem (figuur 8-1) dat de luchtbehandelingskast aanstuurt tot het verwarmen of koelen van de aangezogen buitenlucht. Het regelsysteem bezit twee sensoren: sensor voor de relatieve luchtvochtigheid in de kamer van Anne Frank (bijlage 4) temperatuursensor op een onbekende plaats buiten Op basis van deze meetpunten en het regelprincipe zoals beschreven in paragraaf 3.3 wordt de buitenlucht verwarmd of gekoeld door de luchtbehandelingskast en worden de condities van de inblaaslucht bepaald. De relatieve vochtigheid van de inblaaslucht kan alleen worden geregeld door het verwarmen of koelen van de lucht, omdat er geen be- of ontvochtigingssectie aanwezig is. Het gelijktijdig regelen van relatieve luchtvochtigheid en luchttemperatuur is daarom niet mogelijk, omdat altijd een aspect het af zal moeten leggen tegen het andere aspect. In de huidige situatie is dit in de zomer het geval; de temperatuur van de inblaaslucht is dan extreem hoog zodat de relatieve vochtigheid van de inblaaslucht laag gehouden kan worden. Input Regelaar

Proces

terugkoppeling Opnemer

Figuur 8-1: schema van de werking van een regelsysteem

Output

HOOFDSTUK 8 MODELVORMING-INSTALLATIE 46

8.2 8.2.1

Aangepaste temperatuurregeling van de installatie Uitgangspunten en randvoorwaarden model

Om een duidelijk beeld te krijgen van wat de grenzen van de installatie zijn, is er in de eerste plaats gekozen een model van de kamer en installatie te maken waarbij de regeling ervoor zorgt dat de luchttemperatuur in de kamer continu op 18 °C wordt gehouden. Samen met de bestaande gegevens vormt dit de volgende randvoorwaarden voor het model: De regeling moet ervoor zorgen dat de kamertemperatuur op een gewenst niveau van 18°C is en blijft. Er bevindt zich een temperatuursensor in de kamer van Anne Frank. De installatie kan alleen koelen en verwarmen. De huidige luchtbehandelingskast is van de leverancier Holland Heating en van het type LCU 131. Het maximale vermogen voor koelen en verwarmen bedraagt 35 kW respectievelijk 21 kW. Het maximale volumedebiet van de installatie bedraagt 0,695 m³/s en het vermogen van de motor bedraagt 1,1 kW. (bijlage 4) Er vindt geen recirculatieplaats. 8.2.2

Principe van de regeling van de installatie

Met behulp van de randvoorwaarden is een regelprincipe voor de installatie opgesteld. Dit principe is gebaseerd op de volgende vergelijking:

Tinblaaslucht = Te +

Q & ⋅c m

Waarbij verschillende processen plaatsvinden: (figuur 8-2) 1. De luchtbehandelingskast in het Anne Frank Huis zuigt buitenlucht aan. 2. Afhankelijk van het signaal van de regelaar zal de luchtbehandelingskast met een bepaald vermogen de lucht verwarmen of koelen. 3. De geconditioneerde lucht wordt in de kamer van Anne Frank ingeblazen. 4. Een sensor in de kamer van Anne Frank zal de luchttemperatuur meten en de gegevens terugkoppelen naar de regelaar. 5. De regelaar vergelijkt de gewenste temperatuur met de aanwezige temperatuur in de kamer en bepaalt daaruit een vermogen waarmee de luchtbehandelingskast de buitentemperatuur zal gaan verwarmen.

Figuur 8-2: principe-schema van de werking van een regelsysteem

HOOFDSTUK 8 MODELVORMING-INSTALLATIE 47 8.2.3

Simulink en WISE-model van de kamer en de installatie

Het opgestelde regelsysteem kan middels een controller aan het gevalideerde WISE-model worden gekoppeld. (figuur 8-3) Naast de gesimuleerde binnenluchtcondities worden nu, in plaats van de gemeten inblaascondities (basismodel kamer), de buitenluchtcondities gebruikt als input gegevens in de controller.

Figuur 8-3: Simulink-model: temperatuur regeling

Controller installatie De regeling van de controller ziet er in Simulink als volgt uit: (figuur 8-5)

Figuur 8-4: Simulink-model: controller

De warmte- en de vochtstroom worden door de controller uit de input (Te, RVe, Tair, RVair) bepaald: De Warmtestroom Qin [W]: Het verschil tussen de gewenste kamertemperatuur (Tgewenst) en de gesimuleerde kamertemperatuur (Tair) wordt met behulp van een aantal bewerkingen omgerekend naar een gewenst vermogen (Qtoe) waarmee de klimaatinstallatie moet verwarmen of koelen. Door gebruik te maken van de principe vergelijking Tinblaaslucht=Te + Qtoe/m*c kan uit het vermogen (Qtoe) en de buitentemperatuur (Te) de temperatuur van de inblaaslucht worden berekend. Voor deze bewerking wordt het vermogen (Qtoe) gedeeld door factor 104 (hoofdstuk 7.1.3). Dit resulteert in een temperatuur waarmee de klimaatinstallatie moet verwarmen of koelen. Opgeteld bij de buitentemperatuur (Te) geeft dit de temperatuur van de inblaaslucht (Tinblaas). De toe te voeren warmtestroom (Qin) wordt vervolgens verkregen door het verschil te nemen tussen de inblaastemperatuur (Tinblaas) en de gesimuleerde kamertemperatuur (Tair) en dit te vermenigvuldigen met de factor 104. -

Vochtstroom gin [g/s]: Met behulp van de relatieve vochtigheid en de temperatuur van zowel de buitenluchtcondities als de gesimuleerde kamercondities kunnen de absolute vochtgehaltes van de inblaaslucht en de gesimuleerde kamerlucht worden berekend volgens het principe zoals omschreven in hoofdstuk 7.1.3. Door het verschil te nemen tussen het absoluut vochtgehalte van de inblaaslucht en het absoluut vochtgehalte van de gesimuleerde kamerlucht wordt de toegevoerde vochtstroom verkregen.

HOOFDSTUK 8 MODELVORMING-INSTALLATIE 48 8.2.4

Bewerkingen (x) tot vermogen (Qtoe)

Het uiteindelijke vermogen (Qtoe) dat de installatie zal gebruiken om de buitenlucht te verwarmen of te koelen en de snelheid waarmee dit plaats kan vinden zijn in een praktijksituatie begrensd. De factoren die hierop van invloed zijn, zijn in het Simulink-model opgenomen als zijnde bewerkingen (x), ook wel dynamica van de klimaatinstallatie genoemd. Deze bewerkingen zijn in het Simulink-model gemodelleerd zoals weergegeven in figuur 8-5.

Figuur 8-5: Simulink-model: bewerkingen(x)

PI-regelaar Een regelsysteem reageert op verstoringen. De tijd tussen de verstoring (bijv. temperatuurstijging in de kamer) en de corrigerende actie (bijv. koeling van toevoerlucht) noemt men de reactietijd van een installatie. Een snelle reactie leidt tot een snel herstel van de gewenste situatie. Het kan echter ook tot instabiliteit leiden, als het systeem bijvoorbeeld te gevoelig is afgesteld. Het is dus belangrijk dat hier een evenwicht in wordt gevonden. Er zijn verschillende regelkarakteristieken toepasbaar: P (Proportioneel), PI (Proportioneel Integrerend), PD (Proportioneel Differentiërend) PID (Proportioneel Integrerend Differentiërend) Bij een Proportionele actie is er voor elke afwijking een vaste correctie, er is dus een evenredig verband tussen afwijking en correctie. Een Integrerende actie heeft als uitgangspunt de correctie aan te passen met een snelheid evenredig aan de afwijking tussen uitgangsgrootheid en ingestelde waarde. Hieraan is een groter risico van instabiliteit gekoppeld. Een Differentiërende actie betekent dat de correctie evenredig is met de snelheid waarmee de afwijking in de te regelen grootheid zich voordoet. [Leijendeckers, 1997] De P regelaar en de PI regelaar zijn de meest toegepaste regelaars voor klimaatinstallaties. [Leijendeckers, 1997] Bij het toepassen van een P-regeling zal de gewenste waarde van de binnenluchttemperatuur in de kamer van Anne Frank niet bereikt worden (bijlage 13) bij een PI regeling is dit echter wel het geval. (bijlage 13) Het regelsysteem van het model in Simulink maakt daarom gebruik van een PI regelaar. De P-factor, de versterkingsfactor, is in het model middels trail and error bepaald op 1800 W/°C. Een hogere waarde leidt tot instabiliteit van de installatie en een lagere waarde leidt tot een grotere temperatuurafwijkingen. De I-factor is eveneens middels trial and error bepaald op een waarde van 1.


Overdrachtsfunctie De overdrachtsfunctie bepaalt de snelheid waarmee de aansturingsprocessen ontstaan en worden uitgevoerd. Deze snelheid wordt bepaald door twee aspecten: (figuur 8-5) De transportvertraging/dode tijd De transportvertraging is de vertraging die de installatie bezit om een signaal van de sensor door te sturen, het signaal in de regelaar te ontvangen, de regeling daarop aan te passen, en vervolgens een reactiesignaal te vormen voor de aansturing van de luchtbehandelingskast. De reactietijd van de installatie De reactiesnelheid bepaald de snelheid waarmee de installatie het proces van verwarmen of koelen kan uitvoeren nadat er een aansturingsignaal van de regelaar is ontvangen. Een overdrachtsfunctie kan als volgt zijn opgebouwd:

qu 1 = e − std qi 1 + st

waarin: t= reactietijd td=dode tijd/transportvertraging De vertraging van de installatie is met de hulp van een ervaringsdeskundige vastgesteld op 75 seconden. De reactietijd is vastgesteld op 320 seconden. Maximaal vermogen voor koelen en verwarmen Het maximale vermogen voor koelen en verwarmen van de huidige installatie bedraagt 35 kW respectievelijk 21 kW. Dit zijn de vermogens waarmee de installatie maximaal kan koelen of verwarmen.


8.3

Output model kamer met regeling installatie

De output, 25 augustus tot 6 september 2003, van de simulatie is weergegeven in figuur 8-6. Voor de volledige resultaten wordt verwezen naar bijlage 13.

Figuur 8-6: output van het WISE-model regeling van installatie

8.3.1

Conclusie

Door de toegevoegde regeling van de installatie in het model wordt de luchttemperatuur in de kamer van Anne Frank bijna continu op 18°C gehouden. Het vermogen van de installatie is dus afdoende om de luchttemperatuur binnen de gestelde voorwaarden. De installatie kan de verandering in luchttemperatuur als gevolg van toename en afname van de bezoekers bij de openings- en sluitingstijden echter niet direct verwerken. Dit is de zien aan de rode verdikkingen in het temperatuurverloop van de kamer. Het nadeel van deze temperatuurregeling is dat de relatieve luchtvochtigheid in de zomerperiode behoorlijk stijgt. In de winterperiode blijft de relatieve luchtvochtigheid aan de lage kant. Indien de temperatuur rondom de behangfragmenten in de huidige situatie niet teveel mag fluctueren, dan zal een regeling voor de relatieve vochtigheid in de vorm van een ontvochtigings- en bevochtigingssectie vereist zijn.

HOOFDSTUK 9.

VITRINE

Uit de verschillende metingen (hoofdstuk 5, ICN) is gebleken dat het huidige binnenklimaat in de kamer van Anne Frank niet voldoet aan de eisen die gesteld worden aan museale binnenklimaatcondities. Een van de mogelijkheden tot het creëren van andere klimaatomstandigheden rondom de behangfragmenten is het plaatsen van de behangfragmenten in een vitrineopstelling. De behangfragmenten in de kamer van Anne Frank worden in de huidige situatie afgeschermd door plexiglas platen die ongeveer 10 cm uit de muur steken. Deze platen hebben enkel een beschermende functie tegen direct contact door bezoekers en creëren geen lokaal klimaat dat voldoet aan de gestelde richtlijnen. Op dit moment maakt de Anne Frank Stichting in samenwerking met ICN een risicoanalyse van het verplaatsen van de behangfragmenten naar een andere ondergrond. (hoofdstuk1) In dit besluitvormingsproces wil de Stichting eveneens de mogelijkheden ten aanzien van een afgeschermd klimaat rondom de plaatjes, in de vorm van een vitrine, bekijken. In overleg met de Anne Frank Stichting is besloten te bekijken wat de mogelijkheden ten aanzien van een vitrineopstelling in de kamer van Anne Frank zijn en wat voor consequenties een dergelijke opstelling, ook installatietechnisch gezien, met zich meebrengt.

9.1

Opbouw vitrines algemeen

Vitrines zijn in verschillende uitvoeringen mogelijk en kunnen dus op verschillende manieren voor beschermende omstandigheden zorgen. Vitrines kunnen globaal in de volgende hoofdgroepen worden onderverdeeld: 1. Niet volledig luchtdichte vitrines gecombineerd met: passieve ventilatie van binnenlucht uit de ruimte. actieve ventilatie met behulp van aanzuiging van lucht uit de omliggende ruimte. ventilatie op overdruk door middel van geconditioneerde lucht in de vitrine. 2. Luchtdichte vitrines gecombineerd met: een passieve regeling met behulp van een vochtbuffer. een actieve regeling met behulp van een ventilatiesysteem waarbij de temperatuur en relatieve vochtigheid van de lucht in de vitrine geregeld wordt. [LCM,1998]

9.2

Samenstelling vitrine

Aan de hand van de door de Anne Frank Stichting aangedragen wensen, literatuur en de hulp van ICN is er een idee gevormd van een mogelijke vitrine opstelling. 9.2.1

Wensen Anne Frank Stichting

De Anne Frank Stichting heeft in verschillende gesprekken aangegeven welke wensen en basiseisen zij stelt aan een vitrine opstelling: Een vitrine met passieve regeling door middel van een vochtbuffer. De vitrine mag niet de gehele wand bedekken, maar enkel die delen waarop zich de behangfragmenten bevinden. De authenticiteit van de kamer moet zo veel mogelijk behouden blijven. De behangfragmenten mogen niet toegankelijk zijn voor het publiek.

HOOFDSTUK 9 VITRINE 52

9.2.2

Algemene randvoorwaarden vitrine

De vitrine waarin de behangfragmenten tentoongesteld kunnen worden, zal aan de volgende algemene randvoorwaarden moeten voldoen: -

Een passieve regeling t.a.v. luchtcondities

-

Een luchtdichte vitrine Bij een passieve regeling zijn de huidige luchtcondities van de kamer niet geschikt als luchtcondities rondom de plaatjes, daarom zal een luchtdichte vitrine moeten worden toegepast. Indien een nieuwe installatie wel voor goede luchtcondities zou kunnen zorgen, kunnen op deze manier onverwachte grote schommelingen in luchttemperatuur en relatieve luchtvochtigheid altijd opvangen worden.

-

Voorzien van een vochtbuffer van organisch materiaal Bij grote temperatuurschommelingen in de kamer kan een vochtbuffer ervoor zorgen dat de relatieve luchtvochtigheid in de vitrine constant blijft. De buffer kan bij veranderingen van de relatieve luchtvochtigheid, als gevolg van temperatuurwisselingen, vocht af staan aan - of op nemen uit - de vitrinelucht. Op deze manier blijft de relatieve luchtvochtigheid in de vitrine zo constant mogelijk. Silicagel (of een dergelijk type buffer) werkt goed bij een vrij constante omgevingstemperatuur, maar daar is in dit geval geen sprake van. In overleg met ICN is besloten om een geconditioneerde vochtbuffer van meerdere lagen zuurvrij karton toe te passen. Hierop kunnen de behangfragmenten worden aangebracht. Karton heeft ongeveer dezelfde uitzettingscoëfficiënt als papier waardoor er geen spanningen tussen beide materialen kunnen ontstaan.

-

Voorzien van meetapparatuur Om de luchtcondities in de vitrine te kunnen controleren, dient er meetapparatuur in de vitrine te worden aangebracht.

-

Voorzien van flexibel sluitmechanisme De vitrine dient flexibel gesloten te zijn, zodat de vitrine eenvoudig geopend kan worden indien dat nodig is.

9.2.3

Randvoorwaarden t.a.v. de geometrie

De vitrine zal aan de volgende randvoorwaarden ten aanzien van de geometrie moeten voldoen: -

Aparte vitrine per sectie De plaatjes en behangfragmenten worden per sectie in een vitrine geplaatst. De afmetingen van de behangfragmenten variëren van 395 x 645 mm tot 1380x1630 mm.

-

Klimaatbox Gezien de wens een geïntegreerde vitrine in de wanden toe te passen, dienen de vitrines compact mogelijk, als klimaatbox, te worden uitgevoerd. De dikte van de vitrine is afhankelijk van de totale dikte van het behangfragment met ondergrond. In overleg met ICN is besloten dat de inwendige dikte van de vitrine ongeveer mm zal bedragen. Er moet minimaal 5 mm afstand zitten tussen de kartonbuffer (d=10 mm) de oppervlakken van de vitrine.

zo de 20 en

HOOFDSTUK 9 VITRINE 53

9.2.4

Randvoorwaarden t.a.v. de materialen

Het is belangrijk dat de materialen die gebruikt worden voor de vitrine geen vocht of lucht doorlaten en geen schadelijke stoffen uitstoten. [LCM, 1998] De volgende randvoorwaarden zijn in samenspraak met ICN ten aanzien van het materiaalgebruik opgesteld: -

Voorzijde van glas De voorzijde van de vitrine moet transparant en stootvast zijn. Gelaagd- & gehardglas, lexan of plexiglas voldoen aan deze eigenschappen. Lexan en plexiglas hebben echter de nadelige eigenschap dat ze een statische lading kunnen opbouwen, waardoor ze stofdeeltjes aan kunnen trekken. Lexan is daarnaast ook erg buigzaam. Plexiglas kan versuikeren, waardoor lekken kunnen ontstaan. De voorzijde van de vitrine wordt om deze redenen uitgevoerd in gelaagd en gehard glas met een dikte van 6 mm. Gezien de grote soortelijke massa van glas, is een controle naar consequenties voor de draagconstructie van het Achterhuis belangrijk.

-

Overige zijden van aluminium De overige zijden van de vitrine hoeven niet transparant te zijn. Daarnaast is het van belang dat het gewicht zoveel mogelijk beperkt wordt. De zijden worden uitgevoerd in aluminium (d=3 mm) met aan de achterzijde isolatiemateriaal (d=30 mm) zodat de invloed van de externe klimaatcondities zoveel mogelijk wordt beperkt.

-

Verbindingen De verbindingen tussen de verschillende vlakken dienen zoveel mogelijk de luchtuitwisseling tussen de vitrinelucht en de lucht in de kamer van Anne Frank te voorkomen. Alle naden kunnen bijvoorbeeld worden geseald met een zuurvrije kit. Het sluiten van de vitrine dient overigens te gebeuren in een ruimte waarin de gewenste luchtcondities voor de lucht in de vitrine aanwezig zijn.

9.2.5

Totaalbeeld

De te onderzoeken vitrine is opgebouwd zoals weer gegeven in figuur 9-1.

Figuur 9-1: doorsnede gewenste vitrine

HOOFDSTUK 10.

MODELVORMING VITRINE

Het is belangrijk om te weten of het aanbrengen van de behangfragmenten in een vitrine daadwerkelijk winst oplevert ten aanzien van de optredende klimaatcondities. Daarom is gekeken of het mogelijk is om van de gewenste vitrine een simulatiemodel op te stellen dat de werkelijkheid benadert. Op deze manier kunnen de optredende klimaatcondities in de vitrine, die afhankelijk zijn van het binnenklimaat in de kamer, voorspeld worden. In de eerste plaats is ervoor gekozen om een model op te stellen dat de thermische processen in de vitrine beschrijft. Een model dat het vochttransport in de vitrine beschrijft, behoort nog tot de activiteiten. Bij het opstellen en valideren van het rekenmodel is gebruik gemaakt van meetresultaten afkomstig van metingen die door ICN aan verschillende meetopstellingen van klimaatboxen4, zijn verricht. Na validatie is dezelfde rekenmethode voor een vitrine, met aangepaste materiaaleigenschappen en afmetingen, toegepast zodat de situatie in de kamer van Anne Frank wordt nagebootst.

10.1 Algemene opbouw van het thermisch model Voor het opstellen van een thermisch model kunnen verschillende simulatie programma’s worden gebruikt die variëren in complexiteit en de dimensies waarin voorspellingen kunnen worden gedaan. Er is in de eerste plaats gekeken naar de mogelijkheden die er met een eenvoudig simulatie model zijn om temperaturen in een vitrine te simuleren. Dit model is gebaseerd op de volgende aspecten: Het model is, afhankelijk van de toegepaste materialen, één of twee dimensionaal. Dit houdt in dat er warmtetransport in één of twee richtingen plaatsvindt. Het model bestaat uit een netwerk van weerstanden en capaciteiten waarmee de temperatuur in de vitrine kan worden voorspeld. De modellen worden opgesteld met behulp van een rekenmodel in Matlab. Vervolgens wordt dit model geëxporteerd naar Simulink, zodat inputparameters van de gemeten omgevingstemperatuur aan het rekenmodel gekoppeld kunnen worden.

10.1.1 Rekenmodel Het rekenmodel is gebaseerd op het warmtetransport, als gevolg van geleiding, convectie, straling en opslag, dat vanuit een ruimte naar de lucht in de vitrine plaatsvindt en omgekeerd. Op verschillende punten in de ruimte en de vitrine ontstaan temperaturen als gevolg van dit transport. Weerstanden- en capaciteiten-netwerk Het warmtetransport kan door middel van een netwerk bestaande uit weerstanden, voor geleiding, convectie en straling, en capaciteiten, voor warmte opslag, worden beschreven. Een principevoorbeeld van een dergelijk weerstanden- en capaciteitennetwerk is weergegeven in figuur 10-1.

Figuur 10-1: een voorbeeld van een netwerk met weerstanden en capaciteiten

4

in het vervolg vitrine te noemen

HOOFDSTUK 10 MODELVORMING VITRINE 55 Rekenmodel met differentiaalvergelijkingen Aan de hand van het weerstanden- en capaciteiten-netwerk kan een rekenmodel, bestaande uit een stelsel van differentiaalvergelijkingen, worden opgesteld. In het netwerk, uit figuur 10-1, geldt voor temperatuur T2 de volgende differentiaalvergelijking: C2*(dT2/dt)=(T1-T2/R2)-(T2-T3/R3) – (T2-T4/Rstr) waarin: T= temperatuur [°C] t= tijd [s] R= warmteweerstand [K/W] C= capaciteit [J/K]

Input, Output en constante parameters Het rekenmodel kan worden opgedeeld in een input, output en constante parameters. De input van het rekenmodel bestaat uit bekende temperaturen die variëren over een tijdsperiode. De output bestaat uit de onbekende oppervlakte- en luchttemperaturen. De constante parameters zijn materiaal afhankelijke parameters, die over een tijdsperiode constant blijven. De constante parameters voor geleiding, convectie, straling en warmteopslag kunnen berekend worden met behulp van de volgende formules: -

Geleiding: R= d/λ Convectie: R=1/hc Straling: R=1/hr Warmte opslag: C= ρ*A*d*c

[m²K/W] [m²K/W] [m²K/W] [J/K]

waarin: R = warmteweerstand van een constructie onderdeel [m²K/W] d = dikte van een materiaal [m] λ = warmte geleidingscoëfficiënt [W/mK] hr= warmte overgangscoëfficiënt voor straling [W/mk] A= oppervlakte [m²] C= capaciteit [J/K] ρ= dichtheid [kg/m³] c = soortelijke warmte [J/kgK]

Voor het invoeren van de Rwaarden in de differentiaalvergelijkingen dient de volgende bewerking uitgevoerd te worden: R=Rlucht/Avitrine [K/W]

HOOFDSTUK 10 MODELVORMING VITRINE 56

10.2 Toepassing model ICN Aan de hand van de beschreven rekenmethode is een rekenmodel opgesteld voor de vitrine, waaraan door ICN metingen zijn verricht. (bijlage 14) Op deze manier kan de toegepaste rekenmethode worden gevalideerd alvorens deze toe te passen op de gewenste situatie in de kamer van Anne Frank. 10.2.1 Samenstelling vitrine De vitrine uit de meetopstelling van ICN is als volgt opgebouwd: (figuur 10-2) De voor- en achterzijde van de vitrine bestaan uit perspex platen met een dikte van 5 mm. De overige zijden bestaan uit aluminium met een dikte van 3 mm. De afmetingen bedragen l*b*d = 448 * 298 * 38 mm. De vitrine is gevuld met lucht en het luchtvolume bedraagt 0,0051 m. De vitrine is luchtdicht, er vindt geen uitwisseling plaats met ruimtelucht. De vitrine is opgesteld in een klimaatkamer. 10.2.2 Rekenmodel Het rekenmodel is twee dimensionaal. De uitgangsituatie, van het rekenmodel, is weergegeven in de doorsnede in figuur 10-3. De genummerde T’s geven de posities aan waar, in het model, de temperatuur van wordt bepaald. Dit zijn ofwel lucht- ofwel oppervlaktetemperaturen. De bekende temperaturen (input) worden gevormd door Tkamer en Tachterwand. De onbekende temperaturen (output) zijn T1 t/m T6. T5&T6 vertegenwoordigen in het rekenmodel alle zijwanden opgebouwd uit aluminium.

38 26

6

Klimaatkamer 3

6 Aluminium (d= 3 mm)

Vitrine ICN

442

Perspex (d= 6 mm)

448

Lucht

T2

T3

T4

Tachterwand

3

TKamer T1

T5

Figuur 10-2: vitrine ICN

T6 TKamer

Figuur 10-3:schematische weergave vitrine ICN

Weerstanden en capaciteiten netwerk

Op basis van figuur 10-3 is een netwerk van weerstanden en capaciteiten opgesteld. (figuur 10-4) De stralingsoverdracht van T2 naar T5 wordt niet meegenomen. Door de verhouding tussen lengte en breedte van de vitrine (vormfactor), is de overdracht van de straling tussen de voorplaat (T2) en de achterplaat (T4) maatgevend.

Rstr R4 TKamer

R1

T1 C1

R2

T2 C2

R3

T3 C3

T4

R5

Taw

C4 R6

T5 C5

Figuur 10-4: weerstanden model van de vitrineopstelling van ICN

R7

T6 C6

R8

TKamer

HOOFDSTUK 10 MODELVORMING VITRINE 57 Stelsel van differentiaalvergelijkingen Het netwerk kan vertaald worden naar een rekenmodel dat is opgebouwd uit een stelsel van verschillende differentiaalvergelijkingen: C1*(dT1/dt)=(Tkamer-T1/R1)-(T1-T2/R2) C2*(dT2/dt)=(T1-T2/R2)-(T2-T3/R3) – (T2-T4/Rstr) C3*(dT3/dt)=(T2-T3/R3)-(T3-T4/R4) -(T3-T5/R6) C4*(dT4/dt)=(T3-T4/R4) +(T2-T4/Rstr) -(T4-Tachterwand/R5) C5*(dT5/dt)=(T3-T5/R6)-(T5-T6/R7) C6*(dT6/dt)=(T5-T6/R7) – (T6 - Tkamer/R8)

Input en constante parameters De input, output en bekende parameters van het model zijn: Input: Gemeten luchttemperatuur in de klimaatkamer variërend van 16°C tot 22°C (bijlage 14). Gemeten oppervlaktetemperatuur aan de buitenzijde van de achterwand van de vitrine (bijlage 14). Output: Temperatuur van de lucht in de vitrine, weergegeven in het model door T3. Diverse oppervlaktetemperaturen van de vitrine, weergegeven door T1, T2, T4 t/m T8 Constante parameters: Warmteweerstanden van de constructiedelen, weergegeven door R1 t/m R8. Stralingsoverdracht tussen de voor- en achterwand van de vitrine, weergegeven door Rstr. De capaciteiten van de constructiedelen, weergegeven door C1 t/m C6. Voor de exacte waarden van de diverse parameters wordt verwezen naar bijlage 15. Het rekenmodel, de differentiaalvergelijkingen en de constante parameters van het rekenmodel zijn in Matlab in een S-function ingevoerd (bijlage 15). Dit Matlab-rekenmodel is geëxporteerd naar Simulink waarin de inputdata aan het rekenmodel worden gekoppeld. Met behulp van het Simulink-model wordt uiteindelijk een output verkregen (figuur 10-5).

Input

Tkamer

Tachterwand

Rekenmodel Matlab S-function

Simulink model Figuur 10-5 overzicht van het model in Simulink

Output Tvitrine Toppervlakken

HOOFDSTUK 10 MODELVORMING VITRINE 58 10.2.3

Output en validatie

Met behulp van twee verschillende meetsessie zijn twee simulaties gedraaid waarvan de output is weergegeven in figuur 10-6 & 10-7. In de bovenste grafieken zijn zowel de input-temperaturen, de output-temperaturen als de door ICN gemeten temperaturen in de vitrine weergegeven. In de onderste grafieken zijn, voor de validatie van het model, de gesimuleerde temperatuur en de door ICN gemeten temperatuur, van de lucht in de vitrine, weergegeven.

Figuur 10-6: output van het model en meetresultaten van ICN


Figuur 10-7: output van het model en meetresultaten van ICN

Uit de resultaten blijkt dat het model bij lage temperaturen de werkelijke situatie zeer dicht nadert. Bij de hoge temperaturen treedt bij beide simulaties een geringe afwijking van ongeveer 0,5 °C op. Deze afwijking wordt door het aanbrengen van wijzigingen in het model niet minder. De afwijking kan ook verband houden met de meetresultaten van ICN: het is niet precies bekend waar de sensoren van de klimaatbox, de kamer en de achterwand hebben gehangen. Een meetonzekerheid van een halve graad Celsius bij de gebruikte sensoren is niet uit te sluiten. Omdat het model een goede benadering van de werkelijkheid geeft, wordt de toegepaste rekenmethode gebruikt voor het modelleren van de vitrine in de kamer Anne Frank. 10.2.4 Beperkingen van het rekenmodel De luchttemperaturen in de vitrine, zoals deze volgen uit de modellen, zijn gemiddelde temperaturen over de hoogte. De input van het model wordt eveneens gevormd door één gemiddelde kamertemperatuur. In werkelijkheid zal de temperatuur rondom de vitrine variëren als gevolg van optredende temperatuurgradiënten en stralingsoverdracht door bezoekers. Uit simulaties met het softwarepakket flexPDE [PDE. Solutions Inc, 2001] (bijlage 17) blijkt dat in het meest extreme geval, wanneer de lucht in de vitrine stil staat, de optredende temperatuurgradiënten in de vitrine vrijwel gelijk zijn aan de gradiënten die aan de buitenzijde van de vitrine optreden. Wanneer de lucht als gevolg van deze gradiënten gaat stromen zal de gradiënt in de vitrine opgeheven worden. Uit een prikmeting op de glaspanelen in de kamer van Anne Frank is gebleken dat de maximale temperatuurgradiënt ongeveer 1°C bedraagt. (bijlage 10) Deze gradiënt zal in de beoordeling van de simulatieresultaten van de vitrine in de kamer van Anne Frank worden meegenomen.


10.3 Vitrine kamer Anne Frank De gevalideerde rekenmethode (paragraaf 10.1-10.2) kan met behulp van enkele aanpassingen worden toegepast op de vitrine in de kamer van Anne Frank: De vitrine is voor een gedeelte gevuld met behangfragmenten op zuurvrij karton. De vitrine bestaat uit andere materialen. De afmetingen van de vitrine wijken af. De behangfragmenten bevinden zich in de kamer van Anne Frank op verschillende posities. Hierdoor kunnen er meerdere klimaatcondities rondom de verschillende vitrines ontstaan. Er worden daarom twee uiterste opstellingscondities gesimuleerd. In het eerste model wordt de vitrine aan alle zijden begrensd door de kamertemperatuur. Deze is immers het meest fluctuerend. In het tweede model wordt er rekening gehouden met het feit dat er achter de vitrine een buitenmuur aanwezig kan zijn. 10.3.1 Opbouw vitrine De secties hebben verschillende afmetingen. Bij de simulatie wordt een vitrine gemodelleerd waarin de sectie met de grootste afmetingen past (1630mm*1380mm). De vitrine is opgebouwd zoals besproken in hoofdstuk 9: (figuur 10-8) Materialen: Voorzijde: gelaagd gehard glas (d= 6 mm.) Overige zijden: aluminium (d= 3 mm), waarop isolatie materiaal d=30 mm. Behangfragmenten op zuurvrij karton (d=10 mm) Afmetingen: l*b*d = 1640 * 1390 * 20 mm Volume leeg = 0,046m³ Volume gevuld = 0,023 m³ Oppervlakte voor- en achterplaat = 2,28 m² Oppervlakte zijplaten/onder/bovenplaat: 2(0,02*1.39)+2*(0,02*1.64)=0,12 m2 10.3.2 Rekenmodel vitrine/

kamertemperatuur

De uitgangsituatie, van het rekenmodel, is weergegeven in de doorsnede in figuur 10-9. De genummerde T’s geven de posities aan waar, in het model, de temperatuur van wordt bepaald. Dit zijn ofwel lucht- ofwel oppervlaktetemperaturen. De temperaturen van de zijkanten en de boven- en onderzijde van de vitrine worden niet opgenomen in het model omdat de invloed hiervan op de warmtestroom, in verhouding tot de voor en achterzijde, beperkt zal zijn.

Figuur 10-8: werkelijke doorsnede vitrine

Figuur 10-9: schematische doorsnede van de vitrine

HOOFDSTUK 10 MODELVORMING VITRINE 61 Weerstandennetwerk Op basis van figuur 10-9 is een netwerk van weerstanden en capaciteiten opgesteld. (figuur 10-10) R s;1 TKamer

R1

T1 C1

R2

T2

R3

C2

T3

R s;2 R4

T4

C3

C4

R5

T5 C5

R6

T6 C6

R7

T7

R8 C7

T8

R9

Tachterzijde

C7

Figuur 10-10: weerstanden en capaciteiten netwerk

Stelsel van differentiaalvergelijkingen Het rekenmodel bestaat dan uit het volgende stelsel van differentiaalvergelijkingen: C1*(dT1/dt)=(Tkamer -T1/R1)-(T1-T2/R2) C2*(dT2/dt)=(T1-T2/R2)-(T2-T3/R3) –(T2-T4/Rs1) C3*(dT3/dt)=(T2-T3/R3)-(T3-T4/R4) C4*(dT4/dt)=(T3-T4/R4)+ (T2-T4/Rs1) - (T4-T5/R5) C5*(dT5/dt)=(T4-T5/R5) – (T5-T6/R6)- (T5-T7/Rs2) C6*(dT6/dt)=(T5-T6/R6)-(T6-T7/R7) C7*(dT7/dt)=(T6-T7/R7) + (T5-T7/Rs2) – (T7-T8/R8) C8*(dT8/dt)=(T7-T8/R8)-(T8-Tachter/R9)

Input, output en constante parameters De input, output en bekende parameters van het model zijn: Input: De gemeten luchttemperatuur in de kamer van Anne Frank (25 augustus t/m 3 september 2003) Output: Temperatuur van de lucht in de vitrine, vertegenwoordigd in het model door T3 en T6. Diverse oppervlaktetemperaturen van de vitrine, vertegenwoordigd door T1, T2, T4, T5, T7 enT8 Bekende parameters: Warmteweerstanden van de constructiedelen, vertegenwoordigd door R1 t/m R9. Stralingsoverdracht tussen van de voor- en achterwand met de vochtbuffer in de vitrine, vertegenwoordigd door Rs1 en Rs2. De capaciteiten van de constructiedelen, vertegenwoordigd door C1 t/m C8. Voor de exacte waarden van de diverse parameters wordt verwezen naar bijlage 16. Het model is ingevoerd in Matlab en Simulink zoals beschreven paragraaf 10.2.


Relatieve luchtvochtigheid in de vitrine Naast resultaten van de luchttemperatuur in een vitrine is het ook belangrijk een indruk te krijgen van het verloop van de relatieve luchtvochtigheid in de vitrine. Ondanks het feit dat het model alleen het warmtetransport beschrijft, is het toch mogelijk het verloop van de relatieve luchtvochtigheid in de voorzijde van de vitrine af te schatten. De relatieve luchtvochtigheid is dan gebaseerd op het verloop van de luchttemperatuur en een aangenomen vaste waarde voor het absoluut vochtgehalte in de vitrine. Het vochttransport als gevolg van onder andere de werking van de vochtbuffer wordt dus verwaarloosd in deze benadering. De optredende relatieve luchtvochtigheden kunnen worden uitgerekend middels: Psat=611*exp(17,08*t/(234,18+t)) & x=RV*(0,622*psat/(101325-psat)) (waarbij t=luchttemperatuur (°C), RV=relatieve luchtvochtigheid (%-), x= absoluut vochtgehalte (kg/kg), Psat= max. dampspanning bij desbetreffende temperatuur(Pa))

Het aangenomen absoluut vochtgehalte bedraagt in de simulatiemodellen 7,2 g/kg. Dit is afgeleid uit de hoeveelheid vocht die de lucht kan bevatten bij 18°C en 50% relatieve luchtvochtigheid. 10.3.3 Output vitrinemodel/kamertemperatuur De output van het Simulink/Matlab model is weergegeven in figuur 10-11.

Figuur 10-11: output van het model: vitrine kamer Anne Frank grenzend aan kamertemperatuur

De simulaties van de temperaturen voorspellen een klein verschil van ongeveer 1°C tussen de luchttemperatuur in de kamer en de luchttemperatuur in de vitrine. Uit de simulatieresultaten van de weergegeven 10 dagen blijkt dat bij toepassing van een vitrine de luchttemperaturen in de vitrine variëren van 28 en 21°C. Over het jaar gezien varieert de luchttemperatuur in de vitrine tussen de 17 en 28°C. De relatieve vochtigheid ligt in de gesimuleerde 10 dagen tussen de 30 en 45%. De jaarvariatie van de relatieve luchtvochtigheid in de vitrine ligt tussen de 30 en 60%. Het aangenomen absolute vochtgehalte in de vitrine is voor de zomerperiode te laag om een relatieve luchtvochtigheid tussen de 48 en 55% te halen. In de winter zal dat echter wel gebeuren omdat de temperatuur van de kamerlucht dan flink daalt.


10.3.4 Rekenmodel vitrine/kamer en buitentemperatuur In dit model wordt de invloed van de buitenmuur, die aan de vitrine grenst, meegenomen. Dit geldt alleen voor de secties B&C. (paragraaf 3.2) De uitgangsituatie van het rekenmodel is weergegeven in de doorsnede van figuur 10-12. De genummerde T’s geven de posities aan waar, in het model, de temperatuur van wordt bepaald. Dit zijn ofwel lucht- ofwel oppervlaktetemperaturen. De temperaturen van de zijkanten en de boven en onderzijde van de vitrine worden wederom niet meegenomen in het model.

Figuur 10-12: schematische weergave vitrine Anne Frank

Weerstanden- en capaciteitennetwerk Op basis van figuur 10-12 is een netwerk van weerstanden en capaciteiten opgesteld. (figuur 10-13)

Rs;1 TKamer

R1

T1 C1

R2

T2

R3 C2

T3 C3

R s;2 R4

T4 C4

R5

T5 C5

R6

T6 C6

R s;3 R7

T7

R8 C7

T8

R9

C8

Figuur 10-13: weerstandenmodel vitrine Anne Frank met aan achterzijde buitenmuur

T9 C9

R10

T10 C10

R11

T11 C11

R 12

Tbuiten

HOOFDSTUK 10 MODELVORMING VITRINE 64 Stelsel van differentiaalvergelijkingen Het rekenmodel bestaat dan uit het volgende stelsel van differentiaalvergelijkingen: C1*(dT1/dt)=(Tkamer -T1/R1)-(T1-T2/R2) C2*(dT2/dt)=(T1-T2/R2)-(T2-T3/R3) –(T2-T4/Rs1) C3*(dT3/dt)=(T2-T3/R3)-(T3-T4/R4) C4*(dT4/dt)=(T3-T4/R4)+ (T2-T4/Rs1) - (T4-T5/R5) C5*(dT5/dt)=(T4-T5/R5) – (T5-T6/R6)- (T5-T7/Rs2) C6*(dT6/dt)=(T5-T6/R6)-(T6-T7/R7) C7*(dT7/dt)=(T6-T7/R7) + (T5-T7/Rs2) – (T7-T8/R8) C8*(dT8/dt)=(T7-T8/R8)-(T8-T9/R9) – (T8-T10/Rs3) C9*(dT9/dt)=(T8-T9/R9)-(T9-T10/R10) C10*(dT10/dt)=(T9-T10/R10) + (T8-T10/Rs3)-(T10-T11/R11) C11*(dT11/dt)=(T10-T11/R11)-(T11-Te/R12)

Input en constante parameters De input, output en bekende parameters van het model zijn: Het model kan worden opgedeeld in een input, output en constante parameters. Input: De gemeten gemiddelde luchttemperatuur in de kamer van Anne Frank. De gemeten buitenlucht temperatuur ter plaatse van het Anne Frank Huis. Output: Temperatuur van de lucht in de vitrine, vertegenwoordigd in het model door T3 en T9. Diverse oppervlaktetemperaturen van de vitrine, vertegenwoordigd door T1, T2, T4, T5, T7,T8 t/m T11 Bekende parameters: Warmteweerstanden van de constructiedelen, vertegenwoordigd door R1 t/m R12. Stralingsoverdracht tussen de voor- en achterwand van de vitrine, vertegenwoordigd door en Rs1, Rs2.en Rs3. De capaciteiten van de constructiedelen, vertegenwoordigd door C1 t/m C11. Voor de exacte waarden van de diverse parameters wordt verwezen naar bijlage 16 Relatieve luchtvochtigheid in de vitrine Ook in dit model vindt een omrekening naar de relatieve luchtvochtigheid in de voorzijde van de vitrine plaats middels het temperatuurverloop en de aangenomen waarde van het absoluut vochtgehalte van 7,2 g/kg. (paragraaf 10.3.2)


10.3.5 Output vitrinemodel/kamer en buitentemperatuur De output van het Simulink/Matlab model is weergegeven in figuur 10-14.

Figuur 10-14: output van model vitrine kamer Anne Frank grenzend aan buitenmuur

In de resultaten is te zien dat de temperatuursinvloeden van buiten vrijwel helemaal worden afgezwakt door het toegepaste isolatiemateriaal (d = 30 mm). Er ontstaat namelijk een gering temperatuurverschil van 1°C tussen de lucht in de voorzijde en de achterzijde van de vitrine. Ook uit deze simulatieresultaten van 10 dagen blijkt dat in de huidige situatie de luchttemperaturen in deze vitrine niet voldoende worden uitgedempt om te kunnen voldoen aan de richtlijnen. Indien de resultaten van een jaar worden bekeken blijkt dat de luchttemperatuur in de voorzijde van de vitrine varieert tussen de 15 en 27°C. De benadering van de optredende relatieve luchtvochtigheid geeft in deze week een verloop van 35 tot 45% met een variatie van 7% per dag. Indien het verloop van de relatieve vochtigheid in een jaar wordt bekeken, blijkt dat deze varieert tussen de 30 en 70%. In deze situatie worden de richtlijnen nog steeds niet benaderd.

10.3.6 Conclusie De simulatieresultaten van de vitrines, beschreven in paragraaf 10.3.3 en 10.3.5, worden weergegeven in gemiddelde temperaturen over de hoogte. Voor de beoordeling van de resultaten dient echter wel rekening gehouden te worden met een mogelijk temperatuurgradiënt van maximaal 1°C zoals is vermeld in paragraaf 10.2.4 Uit beide simulatiemodellen blijkt dat er de luchttemperaturen en de relatieve luchtvochtigheden bij toepassing van een vitrine niet dermate verbeteren dat er wordt voldaan aan de richtlijnen. Een aanpassing van de installatie zal dus noodzakelijk zijn om in deze situatie een stabiel klimaat rondom de plaatjes te creëren.

HOOFDSTUK 11.

MODELVORMING VITRINE & INSTALLATIE

In de vorige hoofdstukken zijn er, middels simulaties, verschillende maatregelen onderzocht die tot verbetering van het klimaat rondom de behangfragmenten zouden kunnen leiden. De aanpassing van het regelsysteem van de installatie, leidt tot een stabiel temperatuurverloop rondom de behangfragmenten in de kamer van Anne Frank. De relatieve luchtvochtigheid in de kamer kan door deze regeling in de zomerperiode erg hoog oplopen. De klimaatcondities verbeteren dus alleen ten aanzien van de luchttemperatuur en niet ten aanzien van de relatieve luchtvochtigheid. Door het plaatsen van de behangfragmenten in een luchtdichte vitrine ontstaan er zeer geringe verbeteringen van de luchttemperatuur in de vitrine. Het constante vochtgehalte in de luchtdichte vitrine leidt in dit geval tot een ongunstige situatie: de schommelingen van de temperatuur veroorzaakten ook schommelingen in de relatieve vochtigheid. Een constant absoluut vochtgehalte in een afgesloten ruimte kan echter ook gunstig worden gebruikt. Indien de temperatuurschommelingen rondom de vitrine beperkt kunnen worden, blijven de temperatuurschommelingen in de vitrine ook beperkt en zal de relatieve vochtigheid in de vitrine stabiel blijven. Deze situatie kan bijvoorbeeld bereikt worden door beide bestudeerde maatregelen, de aanpassing van het regelsysteem en de toepassing van een vitrine, te combineren in twee verschillende modellen: De luchtcondities, die in de kamer van Anne Frank optreden als gevolg van de aanpassing van het regelsysteem van de klimaatinstallatie, worden gekoppeld aan het vitrinemodel dat aan alle zijden grenst aan de kamertemperatuur. De luchtcondities, die in de kamer van Anne Frank optreden als gevolg van de aanpassing van het regelsysteem van de klimaatinstallatie, worden gekoppeld aan het vitrinemodel dat aan één zijde grenst aan de kamertemperatuur en aan de andere zijde grenst aan de buitenmuur.

11.1 Installatie & vitrine/kamertemperatuur Het regelsysteem van de installatie en de vitrine die aan alle zijden aan de kamertemperatuur grenst zijn gekoppeld in één model en de optredende temperaturen zijn voor 120 dagen gesimuleerd. De relatieve luchtvochtigheid in de vitrine is over deze periode benaderd met behulp van een vaste waarde voor het absoluut vochtgehalte en de gesimuleerde temperaturen. (paragraaf 10.3.2) De resultaten van 10 dagen zijn weergegeven in figuur 11-1. Uit de resultaten blijkt dat de temperatuur en de relatieve luchtvochtigheid in de vitrine door de combinatie van beide maatregelen op een constant niveau gehouden kunnen worden.

Figuur 11-1: output van model installatie & vitrine - kamertemperatuur

HOOFDSTUK 11


&

INSTALLATIE

67

11.2 Installatie & vitrine/ kamer en buitentemperatuur Het regelsysteem van de installatie en de vitrine die aan een zijde aan de kamertemperatuur en aan de andere zijde aan de buitentemperatuur grenst, zijn gekoppeld in één model. De optredende temperaturen zijn voor 120 dagen gesimuleerd. Hieruit is met behulp van een vaste waarde voor het absoluut vochtgehalte de optredende relatieve luchtvochtigheid in de vitrine benaderd. De resultaten van 10 zomer- en 10 winterdagen zijn weergegeven in figuur 11-2 en 11-3. Uit de resultaten blijkt dat de temperatuur en de relatieve luchtvochtigheid in de vitrine door de combinatie van beide maatregelen op een constant niveau gehouden kunnen worden. Als gevolg van het temperatuurverschil tussen binnen en buiten, zal het verschil tussen de luchttemperatuur in de voorzijde en de achterzijde van vitrine in de winterperiode groter zijn dan in het model dat aan alle zijden aan de kamertemperatuur grenst.

Figuur 11-3: output van model installatie & vitrine – kamer&buitentemperatuur - zomer

Figuur 11-3: output van model installatie & vitrine - kamer&buitentemperatuur - winter

HOOFDSTUK 11


&

INSTALLATIE

68 11.2.1 Conclusie De resultaten van de simulatiemodellen zijn gemiddelde temperaturen over de hoogte. Net als bij de simulatiemodellen, beschreven in paragraaf 10.3.3 en 10.3.5, dient er rekening te worden gehouden met een mogelijke temperatuurgradiënt van maximaal 1°C over de hoogte. Het toepassen van een vitrine in combinatie met een aanpassing van de regeling van de installatie, laat zien dat het heel goed mogelijk is om de luchttemperatuur en de relatieve luchtvochtigheid stabiel te houden. Zelfs als een gradiënt van 1°C is meegenomen, wordt er voldaan aan de richtlijnen. Het regelsysteem van de installatie zorgt er, naast het stabiliseren van de luchttemperatuur, voor dat de relatieve luchtvochtigheid in de kamer behoorlijk kan stijgen in de zomerperiode. De stijging zal geen nadelige gevolgen hebben voor de behangfragmenten in de luchtdichte vitrine. Er dient echter ook rekening gehouden te worden met de bouwconstructie in de kamer van Anne Frank. Hoge relatieve luchtvochtigheden kunnen leiden tot condensvorming en schimmelgroei op delen van de bouwconstructie. Schade aan de bouwconstructie, door de blootstelling aan deze hoge relatieve luchtvochtigheden, zal weliswaar minder snel optreden dan schade aan de behangfragmenten. Toch is een regeling voor de relatieve luchtvochtigheid in de vorm van een ontvochtigings- en bevochtigingssectie ook in deze situatie aan te raden. Deze regeling zal echter binnen een grotere range dan tussen de 48 en 55% relatieve luchtvochtigheid kunnen worden afgesteld.

HOOFDSTUK 12.

MODELVORMING VITRINE & VOCHT

De combinatie van een vitrine en een aangepaste regeling van de installatie leiden tot goede klimaatomstandigheden rondom de behangfragmenten. De vochtbuffer die door ICN is geadviseerd is dan in principe niet nodig. Het is echter mogelijk dat de klimaatinstallatie uit valt en de temperatuur niet meer onder controle wordt gehouden. Het is dan aannemelijk dat er temperatuurwisselingen in de kamer van Anne Frank ontstaan. Zoals in hoofdstuk 10 is gebleken, zullen deze temperatuurwisselingen vervolgens iets gedempt in de vitrine ontstaan. Als gevolg van deze temperatuurwisselingen en het constante absoluut vochtgehalte in de luchtdichte vitrine, ontstaan er schommelingen in de relatieve vochtigheid. De wisselingen in de relatieve vochtigheid worden gezien als de meest invloedrijke bron van schade aan organische materialen. (hoofdstuk 4) Indien een dergelijke situatie zich voordoet, kan de geadviseerde vochtbuffer de schommelingen in de relatieve vochtigheid wellicht beperken. Om te achterhalen wat het effect van een dergelijke vochtbuffer zal zijn, is geprobeerd naast het warmtetransport het vochttransport in de vitrine met vochtbuffer te modelleren. Momenteel zijn er echter geen specifieke meetgegevens beschikbaar over de vochthuishouding in een bestaande vitrine met daarin een vochtbuffer. Hierdoor is het niet mogelijk een simulatiemodel te valideren. Het opgestelde model is een aanzet tot een benadering van de werkelijkheid. Meetgegevens moeten uitsluitsel geven over het feit of het model de werkelijkheid benaderd en welke aanpassingen eventueel nodig zijn in het model. De opzet van het model wordt in dit hoofdstuk besproken. De werking van de vochtbuffer is vervolgens onderzocht in de bestaande situatie waarbij grote temperatuurschommelingen optreden. Zoals vermeld is het model nog niet gevalideerd. Betrouwbare conclusies zijn dan ook niet mogelijk.

12.1 Opbouw van te modelleren vitrine Er wordt een vitrine gemodelleerd waarin de sectie met de grootste afmetingen past (1630mm*1380mm) De vitrine is opgebouwd zoals besproken in hoofdstuk 9: (figuur 12-1) Materialen: Voorzijde: gelaagd gehard glas (d= 6 mm). Overige zijden: aluminium, d= 3 mm, met daarop isolatie materiaal d=30 mm. Behangfragmenten op zuurvrij karton (d=10 mm) Afmetingen: l*b*d = 1640 * 1390 * 20 mm Volume leeg = 0,046m³ Volume gevuld = 0,023 m³ Oppervlakte voor- en achterplaat = 2,28 m² Oppervlakte zijplaten/onder/bovenplaat: 2(0,02*1.39)+2*(0,02*1.64)=0,12 m2 Figuur 12-1: doorsnede vitrine

HOOFDSTUK 12


&

VOCHT

70

12.2 Algemene opbouw van het vochtmodel Voor de modellering van het vochttransport in de vitrine is, net als bij het thermische model, gekozen voor een eenvoudige modellering. Het vochtmodel is gebaseerd op de volgende aspecten: Het vochtmodel is één dimensionaal. Dit houdt in dat er vochttransport in één richting plaatsvindt, nl. van de voor- naar de achterzijde. Het vochtmodel is gebaseerd op vergelijkingen, die vochttransport door materialen en in de lucht beschrijven. Dit transport ontstaat als gevolg van wisselingen in de temperatuur en relatieve vochtigheid. Het vochtmodel wordt opgesteld met behulp van een rekenmodel in Matlab. Vervolgens wordt dit model geëxporteerd naar Simulink. In Simulink kan vervolgens een het gemeten binnenklimaat in de kamer van Anne Frank als input voor het model worden gebruikt. 12.2.1 Berekeningsmethode Het damptransport wat plaatsvindt in de vitrine via de lucht en de vochtbuffer wordt bepaald door temperatuurverschillen en verschillen in relatieve vochtigheid: Damptransport in een materiaal Het damptransport in een materiaal kan in als volgt worden weergegeven: r δ p δ ϕ dp sat g = − a sat gradϕ − a v gradT µ µ dT waarin: g δa µ psat φ T Grad

= = = = = = =

vochtstroomdichtheid dampgeleidingscoëfficiënt van lucht vochtweerstandsgetal van papier verzadigingsdampspanning relatieve vochtigheid temperatuur gradiënt

(Kg/m²s) (s) (-) (Pa) (-) (°C)

Met deze vergelijking kan het damptransport tussen twee punten in een materiaal worden berekend. Dit transport hangt af van de gradiënten tussen de twee posities m.b.t. de relatieve vochtigheid en de temperatuur. Damptransport in de lucht Het damptransport in de lucht kan als volgt worden weergegeven: r p g = − sat gradϕ 1/ β waarin: g psat φ ß

= = = =

vochtstroomdichtheid verzadigingsdampspanning relatieve vochtigheid dampovergangscoëfficiënt

(Kg/m²s) (Pa) (-) (s/m)

Met deze vergelijking kan het damptransport, tussen twee punten, in de lucht worden berekend. Dit transport hangt af van de gradiënten in relatieve vochtigheid tussen de twee posities.

HOOFDSTUK 12


&

VOCHT

71

12.3 Vochtmodel vitrine kamer Anne Frank De vergelijkingen van het damptransport, zoals besproken in paragraaf 12.2.1. kunnen worden toegepast op de gewenste vitrine voor de kamer van Anne Frank. Van het model wordt alleen een simulatie uitgevoerd voor de situatie waarbij de vitrine aan alle zijden grenst aan de gemeten kamertemperatuur. 12.3.1 Rekenmodel vitrine/

vochtbuffer

De uitgangsituatie, voor de vergelijkingen van het damptransport, is weergegeven in de doorsnede in figuur 12-2. Het damptransport wordt berekend vanaf de voorzijde naar de achterzijde van de vitrine. Het damptransport is onder meer gebaseerd op de temperatuurgradiënten die in de vitrine ontstaan als gevolg van de wisselingen van de luchttemperatuur in de kamer. (paragraaf 12.2.1) Als gevolg van deze temperatuurgradiënten kan er een vochtstroom ontstaan. Daarnaast kunnen de temperatuurgradiënten, gradiënten in de relatieve vochtigheid veroorzaken waardoor er eveneens een vochtstroom ontstaat. Het thermisch model vormt daarom een onderdeel van het vochtmodel. Verklaring symbolen in figuur 12-2: φ3= relatieve vochtigheid van de lucht in de voorzijde van de vitrine. φ4= relatieve vochtigheid van de voorzijde van het papier (vochtbuffer) φ5= relatieve vochtigheid van de. achterzijde van het papier (vochtbuffer) φ6= relatieve vochtigheid van de lucht in de achterzijde van de vitrine.

Figuur 12-2: schematische weergave van de vitrine

T3 = temperatuur van de lucht in de voorzijde van de vitrine. T4 = temperatuur van de voorzijde van het papier. T5 = temperatuur van de achterzijde van het papier. T6 = temperatuur van de lucht in de achterzijde van de vitrine. Voor een verklaring van de overige temperaturen wordt verwezen naar hoofdstuk 10.

De vergelijkingen voor vochttransport gebaseerd op de temperatuur en de relatieve vochtigheid die gelden voor de posities in de vitrine (3 t/m 6), (12.2.1) kunnen ook op basis van het transport van de vochtmassa (m) geschreven worden. De relatieve vochtigheid wordt dan omgerekend naar vochtmassa. De vergelijkingen zijn dan als volgt opgebouwd:  dm3   dt

 p (T )  m3   = − sat 3  −ϕ 4  1 / β  mmax (T3 )  

 dm4   dt

  δ a psat (T4 ) δ aϕ 4 dpsat   = − (ϕ 4 − ϕ5 ) − (T4 − T5 ) + psat (T3 )  m3 − ϕ 4  µ papier ⋅ d papier µ papier ⋅ d papier dT 1 / β  mmax (T3 )  

 p (T )  m6 dpsat  dm5  δ a psat (T4 ) δ aϕ 4 +   = − sat 5  ϕ5 − (ϕ 4 − ϕ5 ) + (T4 − T5 ) 1/ β  mmax (T6 )  µ papier ⋅ d papier µ papier ⋅ d papier dT  dt   dm6   dt

  p (T )  m6   = sat 5  ϕ5 −  1 / ( ) β m T  max 6  

HOOFDSTUK 12


&

VOCHT

72 De relatieve vochtigheid van de lucht is in deze vergelijkingen geschreven als de verhouding tussen de massa vocht die in de lucht aanwezig is en de vochtmassa die de lucht maximaal kan bevatten:

ϕ3 / 6 =

m3 / 6

mmax (T3 / 6 )

waarin: ρlucht = Vlucht = m3/6 =

mmax

=

dichtheid lucht volume lucht in vitrine vochtmassa op positie 3 of 6

psat*0,62 10-5*ρlucht*Vlucht [kg] 1,2 kg/m³ 0,0114 m³ kg

De relatieve vochtigheid van het materiaal wordt bepaald door de massa vocht dat zich op een bepaald moment in het materiaal bevindt volgens: RV4/5= 2.3084*m4/5+2.5 [kg] Deze formule is afgeleid uit verschillende vochtgehaltes van zachtboard bij een relatieve vochtigheid tussen de 40 en 60% (bijlage 19). Omdat er geen gegevens van papier beschikbaar zijn, zijn de waarden van zachtboard gebruikt voor het opstellen van de vergelijking.

HOOFDSTUK 12


&

VOCHT

73

12.3.2 Output vitrine model/vochtbuffer Met behulp van Matlab en Simulink kan het temperatuurverloop en de vochtstroom in de vitrine op verschillende posities worden berekend. Als input wordt gebruik gemaakt van de gemeten binnenluchttemperaturen in de kamer van Anne Frank. Daar vinden immers veel temperatuurwisselingen plaats. De resultaten van de simulaties met betrekking tot de temperatuur en de relatieve vochtigheid in de lucht en de vochtbuffer van de vitrine zijn weergegeven van 25 augustus t/m 4 september 2003 in figuur 12-3.

Figuur 12-3: output van model vitrine met vochtbuffer

Uit de grafiek blijkt dat de relatieve vochtigheid van zowel de lucht als de vochtbuffer variëren met 0,15 %. Als dit model de werkelijkheid weer zou geven, kan worden gesteld dat door het toepassen van een vochtbuffer, de relatieve vochtigheid, bij temperatuurschommelingen tussen de 28 en 22 °C, zéér constant kan worden gehouden. Het model staat nog in de kinderschoenen dus de resultaten van de simulatiemodellen zijn nog niet betrouwbaar.

HOOFDSTUK 13.

CONCLUSIES & AANBEVELINGEN

De verschillende conclusies die uit dit afstudeeronderzoek voortvloeien zijn per onderwerp weergegeven. De discussiepunten zijn in een aparte paragraaf opgenomen. De verschillende aanbevelingen zijn opgedeeld in de aanbevelingen voor de Anne Frank Stichting en algemene aanbevelingen.

13.1 Conclusies Algemeen Simulaties maken het mogelijk om resultaten van bepaalde oplossingsrichtingen te voorspellen. Simulatiemodellen benaderen slechts de werkelijkheid en geschikte oplossingsrichtingen dienen dan ook altijd nog geverifieerd te worden met bijvoorbeeld metingen. Metingen Op basis van metingen zijn de luchttemperaturen en de relatieve luchtvochtigheden in de kamer van Anne Frank in kaart gebracht en getoetst aan passende richtlijnen voor een museaal binnenklimaat: Een relatieve luchtvochtigheid tussen 48% en 55% met een maximale variatie van 2% per uur en 3% per etmaal. Temperatuur tussen de 16 en 18oC met en maximale variatie van 2oC per uur en 3oC per dag. Uit de metingen blijkt dat het binnenklimaat in de kamer van Anne Frank niet op alle momenten aan de richtlijnen voldoet. In de zomerperiode ligt de relatieve vochtigheid 25% van de tijd tussen de 48 en 55%, terwijl dit in de winterperiode 2% van de tijd bedraagt. De temperatuur ligt in de zomerperiode 0 % van de tijd tussen 16 en 18oC, terwijl dit in de winterperiode 30% van de tijd bedraagt. In de zomerperiode wordt dus meer voldaan aan de eisen voor relatieve luchtvochtigheid en de winterperiode is juist gunstiger ten aanzien van de eisen voor de luchttemperatuur. Als gevolg van de bezoekersaantallen ontstaan er pieken in het absolute vochtgehalte en de luchttemperatuur in de kamer van Anne Frank. Mensen met natte jassen zullen zeker invloed hebben op de toename van het absoluut vochtgehalte in de kamer van Anne Frank. Er is echter geen direct verband gelegd tussen regenbuien, bezoekers en de hoeveelheid afgegeven vocht. Het weren van natte jassen zal echter eerder een positieve dan een negatieve invloed uitoefenen op het vochtgehalte in de kamer. Hoewel er nog steeds geen duidelijkheid is over de regeling van de installatie, blijkt uit de metingen dat de huidige regeling van de installatie niet in staat is om een constante temperatuur en relatieve vochtigheid in de kamer te creëren. In de huidige situatie treden er dus extremen op in het binnenklimaat in de kamer van Anne Frank. Deze kunnen er toe bijdragen dat de veroudering en degradatie van de behangfragmenten sneller verlopen. Simulatie model kamer van Anne Frank Met behulp van de programma’s WISE, Simulink en Matlab is een simulatiemodel van de kamer van Anne Frank opgesteld. De output van het model, de over de hoogte gemiddelde relatieve luchtvochtigheid en luchttemperatuur, is gevalideerd met behulp van de gemeten waarden van de luchttemperatuur en de relatieve luchtvochtigheid in de kamer van Anne Frank. Uit de validatie is naar voren gekomen dat het verloop van de gesimuleerde waarden en de gemeten waarden overeenkomt, maar dat er een continu verschil van 2°C optreedt. Deze afwijking kan veroorzaakt worden door een afwijking van de gebruikte meetapparatuur, de gekozen meetposities of het simulatiemodel. De exacte oorzaak is niet met zekerheid achterhaald, maar er wordt aangenomen dat het een meetfout a.g.v. een temperatuurgradiënt betreft. Om deze reden is er aangenomen dat dit basismodel een goede benadering van de werkelijkheid geeft.

HOOFDSTUK 13 CONCLUSIES EN AANBEVELINGEN 75

Simulatiemodel kamer van Anne Frank met regeling voor de installatie Het basismodel van de kamer van Anne Frank is met de beschikbare gegevens van de installatie uitgebreid met een regeling die de condities van de inblaaslucht bepaald zodat de luchttemperatuur in de kamer continu op 18 °C wordt gehouden. Met behulp van dit model is onderzocht of het binnenklimaat met de huidige capaciteit van de installatie en de aangepaste regeling verbeterd kan worden. Uit de simulaties blijkt dat dit met de huidige installatie heel goed mogelijk is. Een nadeel van deze aanpassing is echter dat op sommige momenten in de zomer de relatieve luchtvochtigheid in de kamer van Anne Frank ongewenste waarden van 95% bereikt. In de winter blijft de relatieve luchtvochtigheid aan de lage kant. Deze aanpassing zal dus niet voldoende zijn om de behangfragmenten in de juiste luchtcondities tentoon te stellen. Simulatie model vitrine De aangepaste regeling van de installatie kan er niet voor zorgen dat de relatieve vochtigheid in de kamer van Anne Frank op het gewenste niveau wordt gebracht Daarom is er in samenspraak met ICN en de Anne Frank Stichting besloten middels een simulatiemodel te onderzoeken of het opstellen van de behangfragmenten in een luchtdichte vitrine, met constant absoluut vochtgehalte, winst oplevert ten aanzien van de klimaatcondities. Met het simulatiemodel zijn de optredende klimaatcondities in de vitrine, die afhankelijk zijn van het binnenklimaat in de kamer, voorspeld. De gemiddelde luchttemperaturen die dan optreden in de vitrine wijken slechts weinig af van de gemeten kamertemperaturen. De demping van de vitrine is te gering om er voor te zorgen dat de luchttemperaturen in de vitrine voldoen aan de opgestelde eisen voor de luchttemperatuur en relatieve luchtvochtigheid. Combinatie model met installatie en vitrine Op basis van eerder verkregen resultaten, is er onderzocht wat de effecten zijn als de aanpassing van het regelsysteem van de installatie en de toepassing van een vitrine, worden gecombineerd. Uit de resultaten van de hiertoe opgestelde simulatiemodellen blijkt dat de gemiddelde temperaturen en relatieve luchtvochtigheden in de vitrine, zelfs zonder vochtbuffer, zullen voldoen aan de eisen voor een museaal binnenklimaat. Een vochtbuffer kan echter wel van pas komen wanneer de installatie uitvalt en de temperatuur in de kamer van Anne Frank niet meer onder controle wordt gehouden. De temperatuur in de vitrine zal dan gaan schommelen, maar de relatieve luchtvochtigheid blijft constant. Een nadeel van de aangepaste regeling van de installatie is dat de relatieve luchtvochtigheid op bepaalde momenten in de zomer hoog op kan lopen waardoor schade door onder andere condensvorming aan de bouwconstructie kan ontstaan. Vitrine model met vochtbuffer Het verloop van het vochttransport in een luchtdichte vitrine met vochtbuffer is onderzocht met behulp van een simulatiemodel. Er is echter geen validatie van het model mogelijk omdat er geen meetgegevens van een dergelijke opstelling beschikbaar zijn. Uit de uitgevoerde simulaties, blijkt dat de toegepaste vochtbuffer in staat is om bij temperatuurschommelingen de relatieve vochtigheid constant te houden. Het opgestelde model is echter een aanzet tot een benadering van de werkelijkheid. Meetgegevens moeten uitsluitsel geven over het feit of het model de werkelijkheid benaderd en welke aanpassingen eventueel nodig zijn.


13.2 Discussie Tijdens het afstudeeronderzoek zijn een aantal punten van discussie naar voren gekomen: Er is een verschil opgetreden tussen de meetresultaten en de resultaten van de simulatie met het basismodel. Deze afwijking kan o.a. veroorzaakt worden door een afwijking van de gebruikte meetapparatuur, de gekozen meetposities of het simulatiemodel. De oorzaak van de afwijking is niet met zekerheid achterhaald, maar er wordt gedacht dat de afwijking te wijten is aan een temperatuurgradiënt in de kamer. Het feit dat de sensor aan het plafond tussen twee balken heeft gehangen aan dezelfde zijde als waar het inblaasrooster zich bevindt, kan ook invloed hebben gehad op de meting. Het is mogelijk dat de inblaaslucht deze plaats minder goed kan bereiken en dat er daardoor minder menging van de kamerlucht met de inblaaslucht plaats vindt. De resultaten van de CO2 meting hebben eveneens vragen opgeroepen over de meetpositie en de luchtstroming in de kamer van Anne Frank. Uit een omrekening van de CO2 waarden naar het ventilatievoud, bleek dat het ventilatievoud 10 maal lager lag dan het ventilatievoud dat bepaald is met behulp van de korte duur meting. Omdat er in principe geen reden is om te twijfelen aan de uitkomst van de korte duur meting, wordt er aangenomen dat de CO2 meting een afwijking vertoont. Ook in dit geval wordt gedacht dat de luchtstroom in de kamer een mogelijke oorzaak kan zijn. De CO2 meter hangt net zoals de sensor tussen twee balken tegen het plafond aan dezelfde zijde van de wand waarin zich het inblaasrooster bevindt. Voor beide punten is geen exacte oorzaak achterhaald. Deze punten zijn echter ook voor volgend onderzoek van belang voor o.a.: Het bepalen van de positie van meetapparatuur, i.v.m. luchtstroming. De hoeveelheid toe te passen meetposities, voor bijv. het achterhalen van de temperatuurverschillen in een ruimte. Een tracergas-meting kan ook uitkomst bieden bij de keuze van meetposities die een algemene indruk van een binnenklimaat in een ruimte moeten geven.


13.3 Aanbevelingen Anne Frank Stichting Aanvullende metingen Omdat er nog steeds veel discussie bestaat over de luchtstroming in het Achterhuis, wordt er aangeraden een meting met bijvoorbeeld tracergas uit te voeren, zodat de luchtstroming in het Achterhuis achterhaald kan worden. Vitrine De huidige opstellingswijze van de behangfragmenten in de kamer van Anne Frank biedt geen bescherming tegen vandalisme en extreme klimaatwisselingen. Het is daarom belangrijk de behangfragmenten op korte termijn in een gesloten vitrineopstelling te plaatsen. Deze vitrine opstelling dient in ieder geval te voldoen aan de volgende eisen: Voorzieningen waarbij de luchttemperatuur en de relatieve luchtvochtigheid nauwlettend in de gaten gehouden kunnen worden. Een vochtbuffer in de vorm van zuurvrij karton. Voorzien van flexibel sluitmechanisme. Bij het aanbrengen van een vitrine is het belangrijk dat de Anne Frank Stichting zich laat informeren over de capaciteit van de draagconstructie in het Achterhuis. Indien de behangfragmenten in een vitrine worden opgesteld en de definitieve samenstelling daarvan bekend is, kan het simulatiemodel van de vitrine gebruikt worden om de klimaatcondities te voorspellen. Daarnaast is het aan te raden het verloop van het binnenklimaat in de definitieve opstelling te testen in een klimaatkamer. Installatie Wanneer de behangfragmenten in een vitrine worden geplaatst en de temperatuurregeling van de huidige installatie wordt aangepast, ontstaan er aanvaardbare condities in de vitrine. De relatieve luchtvochtigheid in de kamer kan in de zomer echter erg hoog op lopen en blijft in de winter aan de lage kant. Hierdoor kan er schade aan de bouwconstructie ontstaan. Daarom is het belangrijk na te gaan of er mogelijkheden zijn om de huidige installatie aan te passen door het aanbrengen van een been ontvochtigingscomponent met voldoende capaciteit. Deze capaciteit is afhankelijk van de grenzen waarbinnen de relatieve luchtvochtigheid in de kamer van Anne Frank mag variëren. De grenzen waarbinnen schade kan ontstaan dienen dan ook nader onderzocht te worden. Indien een aanpassing van de huidige installatie niet mogelijk is, zal het aanbrengen van een nieuwe installatie de voorkeur hebben. Deze installatie dient dan in ieder geval te beschikken over: Een koelen verwarmsectie met voldoende capaciteit Een been ontvochtigingssectie met voldoende capaciteit. Indien een nieuwe installatie wordt aangeschaft, is het belangrijk om een goede omschrijving van de regeling voor handen te hebben waarin eventuele aanpassingen nauwkeurig worden bijgehouden. Dit geldt eveneens voor de plaats van eventuele sensoren die de regeling aan sturen. Zo kunnen onduidelijkheden over de regeling van de installatie, in de toekomst, minder snel ontstaan. Huidige situatie In de huidige situatie is de relatieve luchtvochtigheid in de kamer van Anne Frank in de winterperiode veel te laag: 2% van de tijd worden de gewenste waarden tussen de 48 en 55% bereikt. (paragraaf 6.2.1.) Om deze reden wordt er geadviseerd de bevochtiger, die medio oktober 2003 is verwijderd, terug te plaatsen voor de winterperiodes. Hoewel de bevochtiger de relatieve luchtvochtigheid niet continu op het gewenste niveau van de richtlijnen zal kunnen brengen, kan deze in de winterperiode echter wel voor een verbetering van de relatieve luchtvochtigheid in de kamer van Anne Frank zorgen. Uit de simulaties waarin de regeling van de installatie is aangepast met als doel het constant houden van de luchttemperatuur in de kamer van Anne Frank, blijkt dat de relatieve vochtigheid op bepaalde momenten in de zomer ongewenst hoge waarden aan gaat nemen. Medio februari 2004 heeft men de regeling van de installatie in het Anne Frank Huis aangepast, waarbij de regeling voor de relatieve vochtigheid van de inblaaslucht is uitgeschakeld. Deze verandering kan leiden tot een soortgelijke situatie als de simulatieresultaten hebben laten zien. Dit is in de huidige situatie, waarbij de behangfragmenten niet beschermd zijn tegen extreme klimaatinvloeden niet aanvaardbaar. Voor de periode dat de behangfragmenten nog op de huidige wijze tentoongesteld worden, wordt aangeraden

HOOFDSTUK 13 CONCLUSIES EN AANBEVELINGEN 78 de regeling van de installatie ten aanzien van de relatieve vochtigheid van de inblaaslucht voor de zomerperiode opnieuw aan te schakelen.

13.4 Aanbevelingen algemeen CO2 concentratie Bij het maken van de simulatiemodellen van de kamer van Anne Frank is gebleken dat de hoeveelheid bezoekers alleen als een constante standaard hoeveelheid in WISE kunnen worden ingevoerd. In werkelijkheid zijn deze aantallen niet iedere dag gelijk waardoor het kan voorkomen dat de simulatieresultaten iets afwijken van de werkelijkheid. Met behulp van een CO2 meting zou deze afwijking aangepast kunnen worden. Uit de resultaten van een CO2 concentratie kan middels een aantal bewerkingen het aantal bezoekers op een bepaald tijdstip worden bepaald. Deze aantallen kunnen gekoppeld worden aan een warmte- en vochtproductie per bezoeker. Door deze vervolgens rechtstreeks via Simulink in te voeren zal er wellicht een nauwkeuriger verloop van de simulatieresultaten ontstaan. Vitrine met vochtbuffer Het opgestelde model van de luchtdichte vitrine met daarin een vochtbuffer is een aanzet tot een benadering van de werkelijkheid. Een validatie met behulp van meetgegevens zal uitsluitsel moeten geven over het feit of het model de werkelijkheid benadert en welke aanpassingen er eventueel nodig zijn.

LITERATUUR Anne Frank, 2003:Het Achterhuis; Dagboekbrieven 12 juni 1942-1 augustus 1944; dertigste druk; uitgeverij Bert Bakker Amsterdam Anne Frank Stichting, 2002-2003: project conservering originele plaatjes en behang achterhuis. Auteurs: Silva, T. da, Verhoeven, R. en restauratie atelier Lingbeek & Van Daalen. Uitgegeven door afdeling collectiebeheer AFS, 2002-2003. Appelbaum, B., 1991: Guide tot environmental collection. Bender, Y., 1996: Papierconservering in nederland; Een overzicht van de ontwikkelingen in de periode 1980-1995. CNC publikaties 11, Coördinatiepunt Nationaal Conserveringsbeleid. Chicora Foundation, 1994: Managing the museum environment.. Getty Conservation Institute, 1993: Airborne Particles in Museums Henne, E., 1995: Luftbefeuchtung. Johnson, E.V.; Horgan, J.C., 1979: Protection of the cultural heritage; technical handbooks for museums and monuments 2. Unesco. Jütte, B.A.H.G., 1999; Klimaatmetingen in het Anne Frank Huis. Tussenrapport, Amsterdam 18-111999 Jütte, B.A.H.G., 1994: Passieve Conservering; Klimaat en Licht. Centraal Laboratorium voor Onderzoek van Voorwerpen van Kunst en Wetenschap Knell, S., 1994: Care of collections. Kreider, J.F.; Rabl, A., 1994: Heating and Cooling of Buildings; Design for Efficiency. McGraw-Hill, Inc. LCM, 1998: Het glazen museum, over het gebruik van museum vitrines. Samenstelling en Eindredactie: Jaspars, M. Stichting Landelijk Contact van Museumconsulenten;Tilburg 1998. LCM, 2002: Syllabus bij de basiscursus Preventieve Conservering. Stichting Landelijk Contact van Museumconsulenten. Ligterink, F.J.; Pedersoli Jr., J.L.; Reiβland, B., 1999: Investigation into the condition of the wallpaper of Anne Frank. Instituut Collectie Nederland. Leijendeckers, P.H.H., 1997: Regeltechniek voor gebouwverzorgingsystemen. Dictaat bij college ‘Regeltechniek voor Gebouwverzorgingsystemen’ .Technische Universiteit Eindhoven, vakgroep FAGO. Zomer 1997. Maekawa, S., 1998: Oxygen-Free Museum Cases; research in conservation. The Getty Conservation Institute. Mathworks Inc., 2001: Simulink; Dynamic System Simulation for MATLAB 6.1. Mathworks Inc., 2001: MATLAB 6.1: version 6.1.0.450, Release 12.1. 18 May 2001. Neevel, J.G., 1991: Methoden voor massaconservering; analyse en evaluatie. CNC publicatie 1. Paassen, A.H.C. van, 2001: Regelingen voor klimaatinstallaties. Technische Universiteit Delft. Vakgroep Proces en Energie Koudetechniek en Klimaatregeling. PDE solutions Inc., 2001: FlexPDE version 2.2f. A Flexible Solution System for Partial Differential

Equations. Polytechnisch zakboekje, 1997: onder red. van: P.H.H. Leijendeckers, J.B. Fortuin, F. van Herwijnen, H. Leegwater. Koninklijke PBNA 48e druk. Porck, H.J., 1999: Snelheid van papierverval; De betrouwbaarheid van prognoses op basis van Kunstmatige-verouderingstests. Koninklijke bibliotheek Den Haag. Porck, 1996: Het papieren erfgoed massaal ontzuurd? CNC seminar. Auteurs daarnaast o.a., H.J., Steemers, T. en Koopmans, G. CNC publikaties 10, 1996: Schellen, H.L.; Schijndel, A.W.M.; Aarle, M.A.P., 2003: Anne Frank Huis; Simulatie van het binnenklimaat van de kamer van Anne Frank. Technische Universiteit Eindhoven, vakgroep FAGO. Schellen, H.L, 2002: Heating Monumental Churches; Indoor Climate and Preservation of Cultural Heritage. Thomson, G., 1978: The museum Environment. The Butterworth series on conservation in the arts, archaeology and architecture. Wit, M.H. de: WaVo, a simulation model for the thermal and hygric performance of a building, TU/e, group FAGO

BEHOUDEN OF VEROUDEREN

Recommend Documents