Účinky vlhkosti na sbírkové materiály
1
Vlhkost • vlhkost významně ovlivňuje celou řadu fyzikálních i chemických procesů v materiálech sbírkových předmětů • vlhkost: – umožňuje průběh chemických reakcí s oxidy síry, dusíku (kovy, kámen) – přispívá k rozvoji biologického napadení – ovlivňuje fyzikální parametry řady materiálů (dřevo, papír, keramika ad.) 2
Vlhkost - základní pojmy • Absolutní vlhkost – hmotnost vodní páry skutečně obsažené v objemové jednotce vzduchu při dané teplotě. Vyjadřuje se v gm-3. • Relativní vlhkost – aktuální vlhkost ovzduší. Je poměrem hmotnosti vody (h) obsažené v objemové jednotce vzduchu za dané teploty k množství vody (H), kterého je třeba k nasycení této objemové jednotky při stejné teplotě. Výsledná hodnota RV je udávána v procentech. RV= skutečný obsah vodní páry / obsah vodní páry při nasycení . 100% RV vždy souvisí s teplotou!
3
Vlhkost - základní pojmy • Rosný bod – teplota, při níž se vzduch při dané absolutní vlhkosti nasytí vodní parou a ta se začíná srážet • Bod ojínění – dtto pro teploty pod 0 °C • Vlhkost materiálu – vyjadřuje se v kg vody na kg materiálu (a. v. – vlhkého materiálu (papír); r. v. – suchého materiálu (dřevo)) 4
Relativní vlhkost - příklady V uzavřeném prostoru (s neměnným obsahem vody) se: a) při zvyšování teploty RV snižuje b) při snižování teploty RV zvyšuje.
1 m3 vzduchu, který má RV 50%, obsahuje při: 30°C cca 15,02 g H2O 20°C cca 8,6 g H2O 10°C cca 4,66 g H2O 5°C cca 3,8g H2O 5
Zjednodušený hygrometrický graf (dle Molliera)
čím nižší je teplota, tím snáze lze udržet stálou RV (je třeba méně vody)
6
Před začátkem topné sezóny se RV v uzavřeném depozitáři pohybovala kolem 50% a teplota kolem 10°C, po jejím zahájení se teplota zvedne na 20°C a pokud nezačne být prostor zvlhčován RV klesne ke kritickým 28% !
50%
28%
7
Vlhkost materiálu • pro využití v praxi je důležité znát sorpční izotermu materiálu při zvlhčování i odvlhčování • platí, že závislost vlhkosti materiálu na RV vzduchu platí obousměrně, tzn. že RV ovlivňuje vlhkost materiálu a naopak vlhkost z materiálu ovlivňuje RV vzduchu • stav nasycení u materiálů na bázi celulózy (papír, dřevo) se pohybuje mezi 20 – 25 % obsahu vlhkosti materiálu 8
Závislost vlhkosti materiálu na vlhkosti vzduchu
1
2
3
Sorpční izotermy vysoušedla (1), dřeva (2), sůl (3)
9
Stabilizační účinek dřeva na relativní vlhkost vzduchu
10
Poškození v důsledku nevhodné RV I. vysoká RV (> 70%): - optimální prostředí pro růst hub a plísní - koroze kovů (zejména železa) - mobilizace solí v porézních materiálech - stimulace poškozování skla - změny vlastností nasákavých materiálů - snadná kondenzace vody na povrchu předmětů (pokud teplota klesne pod teplotu rosného bodu) 11
plíseň na dřevě podpořená nevhodnou povrchovou úpravou - voskováním
12
různé druhy plísní na živné půdě
klíh napadený plísní 13
koroze železa
14
degradace skla
15
Poškození v důsledku nevhodné RV II. nízká RV (< 30%): - vysušení a zkřehnutí materiálů (usní, papíru, některých textilních vláken) - sesychání, deformace a praskaní dřeva - výkvěty solí (na kamení, keramice apod.) - degradace laků, lepidel a tmelů
16
krystalizací solí odtržená povrchová krusta na kamenné plastice
17
poškozená barevná vrstva na textilním nosiči
sesycháním poškozená kožešina
18
Poškození v důsledku nevhodné RV
III. náhlé kolísání RV (± 2,5 % za hodinu; ± 5 % za 24 h) - objemové změny materiálů (velmi nebezpečné u heterogenních artefaktů např. u polychromie) - změna stupně hydratace solí a jejich rekrystalizace je spojena s významnými objemovými změnami - silné kapilární tlaky
19
polychromie poškozená výraznou změnou(kolísáním) RV
20
poškození usně v souvislosti s výkyvy RV
21
poškození stolku vykládaného dřevem a perletí v souvislosti s výkyvy RV
22
Metody měření relativní vlhkosti • • • •
indikační papírky (indikátory vlhkosti) psychrometr – v současnosti je používán spíše výjimečně dilatační hygrometr nebo hygrograf (obvykle s teploměrem) elektronický hygrometr nebo hygrograf (obvykle s teploměrem) • přístroje zaznamenávající data do vlastní paměti – off-line (data-logger), nebo propojené – on-line (pevnými vodiči či radiovým signálem) přímo s řídícím počítačem. * POZOR na správné umístění a vhodnou metodiku měření! 23
indikační papírky (vlhkostní indikátory)
24
dilatační hygrometr a hygrograf
25
zápis termohygrografu
26
psychrometr mávací a dle Assmanna
27
psychrometrický graf
zjednodušený psychrometrický graf 28
psychrometrická tabulka
Teplota suchého teploměru v °C 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26
0 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100
1 88 88 89 89 90 90 90 90 91 91 91 91 92 92 92 92 92
2 77 77 78 79 79 80 81 81 82 82 83 83 83 84 84 84 84
Rozdíl teplot suchého a mokrého teploměru v °C 3 4 5 6 7 65 54 44 34 24 66 56 46 36 26 68 57 48 38 29 69 59 49 40 31 70 60 51 42 33 71 61 52 44 36 71 62 54 46 37 72 64 55 47 39 73 65 56 49 41 74 65 58 50 43 74 66 59 51 44 75 67 60 52 46 76 68 61 54 47 76 69 62 55 48 77 69 62 56 49 77 70 63 57 50 78 71 64 58 51
8 14 17 20 23 25 27 30 32 34 35 37 39 40 42 43 44 46
9
10
14 17 20 22 24 27 29 30 32 34 36 37 38 40
15 17 20 22 24 26 28 30 31 33 34
29
elektronická měřidla vlhkosti vzduchu
30
tabulka a graf zachycující roční měření elektronickým termohygrografem
31
tabulka se seznamem senzorů
interaktivní plánek rozmístění senzorů
32
grafický záznam hodnot RV a T
zvýraznění teplotního optima
33
měření vlhkosti materiálu
34
Některé příčiny výkyvů RV • Vnější: atmosférické jevy (srážky, mráz, sluneční záření, vítr) • Vnitřní: technické závady staveb, nesprávná obsluha zařízení (vytápění, klimatizace, osvětlení), nevhodné větrání, přítomnost lidí, nesprávně prováděný úklid dospělý člověk v klidu vydá za hodinu 60 g vodních par; 10 osob v místnosti o velikosti 100 m2 a výškou 3 m způsobí zvednutí relativní vlhkosti během 1 hodiny z 50% na 60 % 35
cesty vlhkosti do objektu
36
Způsoby úpravy RV • • • •
odvlhčovací přístroje zvlhčovací přístroje klimatizační jednotky užití látek modifikujících RV (silikagel, molekulová síta, bentonit apod.) • řízené vytápění či chlazení • řízené větrání • ochrana neprodyšným obalem Doporučená maximální změna relativní vlhkosti během 24 hod by neměla přesáhnout 5% 37
Typy odvlhčovacích přístrojů • adsorbční – nutnost regenerace sorbentu, na bázi silikagelu (často již automatická), mohou poškozovat sbírky pevnými částicemi, nevhodné užití odvlhčovače na bázi LiCl • vymražovací – nejrozšířenější typ, nenáročný na obsluhu, levnější typy nelze používat při nízkých teplotách – namrzají
38
Typy zvlhčovacích přístrojů • odpařovací (adiabatické) – suchý vzduch prochází smáčenou plochou, pohlcuje vlhkost a vrací se zpět do prostoru; představuje ekonomické zvlhčování s nízkou energetickou náročností – při výpadku hygrostatu nemůže dojít ke kondenzaci vlhkosti • ultrazvukové – k vytváření jemného aerosolu vodní mlhy (studená pára), který se distribuuje do prostoru, dochází díky ultrazvukovému generátoru ponořenému do vody 39
Typy zvlhčovacích přístrojů • mechanické – tryskové zvlhčovací systémy pracující na principu ejekce vodní mlhy stlačeným vzduchem; nejsou zcela schopny zničit mikroorganismy, které se ve stojaté vodě množí. Nevhodné pro lokální zvlhčování!!! • parní – elektrický vyvíječ páry přivádí pomocí elektrod vodu do varu a pára je při atmosférickém tlaku odváděna do místa zvlhčování do rozvodného kanálu, při zvlhčování nedochází k šíření mikroorganismů ani pachů; vodní pára se dále mísí ve zvláštní komoře se vzduchem a ochlazuje na optimální teplotu.Vhodné pro klimatizace. Nevhodné pro lokální zvlhčování!!! 40
41
zvlhčovač
odvlhčovač
42
Řízené větrání • výhody – nic nestojí, rychlá výměna vzduchu
• nebezpečí – omezené možnosti regulace, nebezpečí velkých výkyvů RV a T – kondenzace vody na chladnějším povrchu, proniknutí vnějších znečišťujících látek do interiéru Nezbytná kontrola teploty a relativní vlhkosti v interiéru a exteriéru!!!
43
pravidelné a časté větrání v horkém létěvětrání v zimě Pokud větráme místnost vyhřátou na Má-li např. depozitární místnost T=20°C 20°C a venkovní teplotaa 60% dosahuje a venkovní vzduch T=30°C pouze a 80% vlhkosti, relativní5°C vlhkosti, pakrelativní se vzduch, který potom studený vzduch pronikne venkovní dovnitř, ochladí na 20°C a tím proudí do místnosti, kde se ohřívá a dojde k zvýšení vlhkosti na 100%. jeho relativní vlhkost klesá na 33%, Přebytečná vlhkost zkondenzuje! v případě, že není současně zvlhčován.
POZOR PŘI VĚTRÁNÍ!
44
Vytápění • výhody – relativní nenáročnost na vybavení
• nevýhody – vhodná spíše ke snižování úrovně RV, ekonomická zátěž • rizika – snadno může dojít k nebezpečnému snížení RV ve vytápěném prostoru (např. v zimních měsících v kombinaci s větráním venkovním vzduchem)
45
Klimatizační jednotky • princip regulované výměny vnitřního vzduchu • po nasátí vzduchu z interiéru se tento může mísit v určitém poměru s venkovním vzduchem. Směs pak prochází různými stupni filtrace. Podle potřeby se pak čistý vzduch zvlhčí nebo odvlhčí, zahřeje nebo ochladí Nevýhody – velmi vysoké finanční nároky na pořízení, provoz i údržbu! 46
princip klimatizační jednotky
47
miniklimatizační jednotka určená k regulaci mikroklimatu ve vitrínách
48
Při ochraně sbírek je vhodné používat „technická zařízení co nejméně – v podstatě jen do té míry, jaká je nezbytně nutná“. G. S. Hilbert (2002), s. 128
49
Silikagel • chemicky inertní, netoxická, nerozpustná, objemově stabilní a nekorozívní látka (SiO2, 800 m2/g) • Silikagel E – čirý • Silikagel s indikátory (oranžový, modrý) • Silikagel M vysoceporézní (80 – 100 % RV) • Silikagel Plus (0 - 40 % RV, pro kovy) • PROSorb (40 - 60 % RV, pro kombinovaný materiál)
50
závislost adsorpční kapacity vysoušedel[%] na relativní vlhkosti[%]
51
vitríny, jejichž mikroklima je upravováno desikantem
52
Molekulová síta • zeolity – hlinitokřemičitany kovů • podle velikosti pórů adsorbují pouze molekuly o požadované velikosti • nízká hladina RV (kolem 0 %)
53
Doporučené hodnoty RV MATERIÁL
RV
kovy, silikáty
40% a méně
fotografie
40% a méně
papír
40 – 50 %
usně, pergamen
45 – 50 %
dřevo
45 – 50 %
textil
45 – 50 %
kosti, rohovina, slonovina malby
45 – 50 %
smíšené sbírky
45 – 50 %
45 – 55 % 54
průměrná úroveň RV v Evropě v zimním období (místnost s 20°C)
55
