Μελέτη της θερμικής καταπόνησης του πεντελικού μαρμάρου σε αρχαία μνημεία - Πέτσου, Αθηνά (Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Προστασία των Μνημείων”. Β΄ Κατεύθυνση : "Υλικά και Επεμβάσεις Συντήρησης", 2017)
Σκοπός της παρούσας μεταπτυχιακής εργασίας είναι η μελέτη της μεταφοράς θερμότητας στο πεντελικό μάρμαρο του Παρθενώνα της Ακρόπολης Αθηνών. Ο Παρθενώνας είναι το πιο σημαντικό μνημείο της ελληνικής πολιτισμικής κληρονομιάς για την αρχιτεκτονική, καλλιτεχνική και ιστορική του αξία. Είναι η πρώτη φορά που συνδυάζεται ένα υπολογιστικό μοντέλο με τη μη καταστρεπτική τεχνική της θερμογραφίας υπερύθρου σε ένα ελληνικό μνημείο. Οι τρία στάδια της μελέτης ήταν τα εξής : 1. Μια πρώτη προσέγγιση στην ανάπτυξη ενός θερμικού μοντέλου προσομοίωσης μεταφοράς θερμότητας μέσα από τις θεωρητικές εξισώσεων μεταφοράς θερμότητας. 2. Η εφαρμογή της τεχνικής της θερμογραφίας υπερύθρου και η αποτύπωση με αυτή τη μέθοδο της θερμοκρασιακής κατανομής όψεων του μνημείου. 3. Μετρήσεις της θερμοκρασίας επιφάνειας των κιόνων σε διαφορετικά σημεία και της σχετικής υγρασίας με τη χρήση θερμομέτρο με αισθητήρα επαφής και θερμοϋγρόμετρο αντίστοιχα. Στο πρώτο στάδιο κατασκευάστηκε το προτεινόμενο μοντέλο προσομοίωσης και στη συνέχεια έλαβαν χώρα οι επί τόπου μη καταστρεπτικές μετρήσεις. Μέσα από τη συγκριτική μελέτη των αποτελεσμάτων πραγματοποιήθηκε ο έλεγχος της αξιοπιστίας του θερμικού μοντέλου προσομοίωσης και αξιολόγηση της χρήσης του για τη δημιουργία ενός συστήματος τακτικής παρακολούθησης του μνημείου (monitoring) και για τη διάγνωση της φθοράς. Επιπρόσθετα, έγινε σύγκριση των αποτελεσμάτων της θερμογραφίας υπερύθρου με τις επιφανειακές μετρήσεις της θερμοκρασίας των κιόνων με θερμόμετρο με αισθητήρες επαφής που αποδίδουν μεγαλύτερη ακρίβεια σε μια κατεύθυνση ποσοτικοποίησης και προτυποποίησης της μεθόδου. Τέλος, μελετήθηκε η επίδραση διαφορετικών περιβαλλοντικών παραγόντων όπως η θερμοκρασία περιβάλλοντος, η σχετική υγρασία, η ένταση της ηλιακής ακτινοβολίας και η ταχύτητα του ανέμου στη μεταφορά θερμότητας ώστε σε ένα δεύτερο στάδιο να μελετηθεί το σύνθετο φαινόμενο της θερμικής καταπόνησης. Η ανάπτυξη και η εφαρμογή του μοντέλου προσομοίωσης στη συγκεκριμένη περίπτωση αποδείχτηκε ένα πολύ σημαντικό εργαλείο για τη μελέτη της μεταφοράς θερμότητας στο πεντελικό μάρμαρο: περιέγραψε αποτελεσματικά τη θερμική συμπεριφορά σε όλα τα τμήματα του κίονα, αποδίδει τρισδιάστατη κατανομή της θερμοκρασίας και υπολογίζει τη θερμοκρασιακή κατανομή τόσο στο εξωτερικό όσο και στο εσωτερικό του κίονα. Επίσης, από τη συγκεκριμένη εργασία προέκυψαν σημαντικά συμπεράσματα για τη βελτιστοποίηση του ίδιου του υπολογιστικού μοντέλου. Το προτεινόμενο θερμικό μοντέλο απέδωσε μεγαλύτερες τιμές θερμοκρασίας από ότι καταγράφηκαν από τις επιφανειακές μετρήσεις θερμοκρασίας με αισθητήρα επαφής με μικρότερες αποκλίσεις κατά μέσο όρο το καλοκαίρι από ότι το φθινόπωρο και το χειμώνα. Οι υψηλότερες θερμοκρασίες καθ’ ύψος του κίονα σημειώνονταν πάντοτε στο ανώτερο τμήμα του τελευταίου σπονδύλου του κορμού του κίονα. Παρατηρούνται ομοιόμορφες καθ’ ύψος θερμοκρασιακές ζώνες ανάμεσα στο ανατολικό και στο δυτικό τμήμα του κίονα. Η διαφορά θερμοκρασίας στα διαφορετικά τμήματα του κίονα αποδίδεται στη διαφορά απορρόφησης της ηλιακής ακτινοβολίας λόγω σκίασης που οφείλεται στην αρχιτεκτονική δομή του μνημείου δηλαδή στη γεωμετρία του αντικειμένου μελέτης, και στη θέση του ήλιου σε σχέση με την εποχή και την ώρα μελέτης. Η ένταση της ηλιακής ακτινοβολίας αποτελεί έναν από τους πιο κρίσιμους παράγοντες μεταφοράς θερμότητας. Οι αποκλίσεις του μοντέλου από τις επιφανειακές μετρήσεις με αισθητήρα ήταν μεγαλύτερες όταν η σχετική υγρασία ήταν υψηλότερη. Στα αποτελέσματα της θερμογραφίας υπερύθρου και στις επιφανειακές μετρήσεις με αισθητήρα επαφής δεν αποτυπώθηκαν καθ’ ύψος ισοθερμικρασιακές ζώνες, αντίθετα αποτυπώθηκαν διαφορές θερμοκρασίας ανάμεσα σε διαφορετικά σημεία του κίονα, οι οποίες οφείλονται την πραγματική γεωμετρία του κίονα όπως οι ραβδώσεις του κίονα και στην επιφανειακή πάτινα και φθορά όπως επιδερμίδα, απώλεια υλικού και προσμίξεις. Η διαφορά θερμοκρασίας που αναπτύσσεται στην επιφάνεια του μαρμάρου μέσα στη μέρα αλλά και στις διαφορετικές εποχές είναι ανάλογη με την αύξηση της θερμοκρασίας περιβάλλοντος . Με αυτό τον τρόπο διαπιστώνεται η συμβολή της θερμικής κόπωσης στην ανάπτυξη της επιφανειακής φθοράς. Η θερμογραφία υπερύθρου σε όλες τις ημέρες αποτύπωσε μια μικρότερη θερμοκρασιακή κλίμακα σε σχέση με τις επιφανειακές μετρήσεις θερμοκρασίας των κιόνων με αισθητήρα επαφής και συνεπώς και με τα αποτελέσματα του θερμικού μοντέλου. Οι μεγαλύτερες αποκλίσεις σημειώθηκαν στις ημέρες με υψηλότερη θερμοκρασία περιβάλλοντος αλλά και ένταση της ηλιακής ακτινοβολίας. Στα θερμογραφήματα που λήφθηκαν από μεγαλύτερες αποστάσεις καταγράφονται χαμηλότερες επιφανειακές θερμοκρασίες, καθώς με την αύξηση της απόστασης απορροφάται μεγαλύτερο μέρος της εκπεμπόμενης ακτινοβολίας από τα ατμοσφαιρικά σωματίδια. Οι επιφανειακές μετρήσεις θερμοκρασίας επηρεάζονται από την ταχύτητα και τον προσανατολισμό του ανέμου.