郭曉光 馬生濤 周華華 張愛華

（天津森羅科技股份有限公司；秦始皇帝陵博物院）

摘要：溫濕度是影響文物保存的重要因素。本文以秦始皇帝陵博物院對天津森羅公司研制的氣密展柜進(jìn)行為期兩年的靜態(tài)持續(xù)檢測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)進(jìn)行分析，結(jié)果表明：濕度穩(wěn)定性取決于展柜氣密性與展柜內(nèi)外相對濕度差值，良好的氣密性可以有效減緩?fù)獠凯h(huán)境濕度對展柜內(nèi)濕度的干擾，展柜內(nèi)外濕度差值越小，柜內(nèi)濕度越穩(wěn)定；氣密空間內(nèi)濕度短期內(nèi)主要受環(huán)境溫度影響，控制好溫度，可有效減緩濕度的波動；長期儲藏需借助于控濕裝置進(jìn)行定期間歇性調(diào)控，良好的氣密性無需持續(xù)調(diào)控即可維持柜內(nèi)濕度的穩(wěn)定性，節(jié)約能耗。

關(guān)鍵詞：相對濕度；溫度；展柜；文物保護(hù)

Study of influence factors of Temperature and Relative humidity Stability  in Airtight Culture Relics Showcase

Guo Xiaoguang, Ma Shengtao, Zhou Huahua, Zhangaihua

(Tianjin CNRO Science ＆Technology CO.,Ltd; Emperor Qinshihuang’s Mausoleum Sit Museum)

Abstract: Temperature and humidity are two of the most important factors that influence the preservation of culture relics. In this article, it takes seven months to get continuous test data in static state of an airtight showcase in Emperor Qinshihuang’s Mausoleum Sit Museum, Which is made by Tianjin CNRO Company. It shows that humidity stability depends on the air impermeability and relative humidity difference between inside and outside of the showcase. A good airtight can effectively reduce interference of ambient humidity. And the relative humidity difference between inside and outside of the showcase is less, the more stable is the relative humidity inside of the showcase. Relative humidity of airtight space mainly affected by environment temperature in short term, and a good control of temperature reduces fluctuation of relative humidity effectively. Long-term storage needs the help of a humidity control device which can work periodically, and because of good airtight, no continuous work can keep relative humidity stable, with energy saved.

Keywords: Relative humidity; Temperature; Showcase; Preservation of cultural relics

引言

文物是祖先留給我們的巨大精神和物質(zhì)財(cái)富，將其長久完好保存是傳承中華文明的一項(xiàng)重要工作。影響文物保存的因素很多，比如溫度、濕度、氧含量、光照等；其中，溫濕度是重要影響因素之一。例如木器漆，存放環(huán)境相對濕度過低，會造成器物的干裂和變形；相對濕度過高則造成腐朽和蟲害霉變等，一般存放在50%~65% RH的環(huán)境里較為適宜；織繡類文物宜將濕度控制在45%~65%RH之間，日均濕度變化不應(yīng)超過5%RH，否則會引起織品干裂、脆化、加速老化和褪色；金屬文物應(yīng)保存在30%RH左右的環(huán)境下以防止銹蝕^[1]。溫度變化則會引起文物的熱脹冷縮，溫度升高會加快老化速度，加速微生物對文物（尤其是有機(jī)質(zhì)文物）的腐蝕^[2]。保持文物保存環(huán)境中溫濕度的穩(wěn)定性對保護(hù)文物安全非常重要，關(guān)鍵是降低溫濕度波動，我國推薦的溫度日波動小于2℃，濕度日波動幅度應(yīng)小于5%RH^[3]。

文物展儲空間良好的氣密性能夠有效減緩?fù)饨绛h(huán)境溫濕度對文物展儲空間內(nèi)溫濕度的影響，長期維持空間內(nèi)環(huán)境濕度的穩(wěn)定性，增強(qiáng)濕度的可控性，有利于文物的長期預(yù)防性保護(hù)與儲藏^[4~5]。為此，秦始皇帝陵博物院采用天津森羅科技股份有限公司研制的氣密展柜，在非調(diào)控狀態(tài)下，對氣密空間內(nèi)外的溫濕度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測。本文旨在探索影響文物氣密展儲空間溫濕度穩(wěn)定的因素，為文物的長期“穩(wěn)定”展儲奠定理論與實(shí)踐基礎(chǔ)。

1 儀器與試驗(yàn)

采用天津森羅科技股份有限公司研制的CDZG-0.3LW型低氧文檔展柜（展柜換氣率為0.02d^-1）；兩個(gè)Testo175H1溫濕度記錄儀，展柜內(nèi)外各放一個(gè)，其監(jiān)測范圍為：溫度-20~+55℃，相對濕度0~100%RH；精度等級為：溫度±0.4℃(-20~+55℃)，相對濕度±2%RH（25℃）；數(shù)據(jù)均為瞬時(shí)值，采樣間隔為10分鐘。

將展柜置于秦始皇帝陵博物院的半地下庫房，溫濕度監(jiān)測從2017年3月30日開始，至2019年3月30日截止，期間展柜未配置任何控濕裝置進(jìn)行調(diào)控。

2  結(jié)果與討論

2.1季節(jié)性環(huán)境變化對氣密展柜內(nèi)溫濕度的影響

秦始皇帝陵博物院位于西安市，該市屬暖溫帶半濕潤大陸性季風(fēng)氣候，四季分明：春季溫暖干燥；夏季炎熱多雨；秋季涼爽，氣溫速降，秋淋明顯；冬季寒冷，少雨雪。試驗(yàn)展柜的溫濕度監(jiān)測歷經(jīng)春夏秋冬四個(gè)季節(jié)，用時(shí)將近13個(gè)月。由于不同時(shí)期博物館環(huán)境和溫濕度變化規(guī)律不同，特選取四個(gè)有代表性的月份對展柜內(nèi)外的溫濕度數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總畫圖，詳見下圖1~6。

注：四月上旬溫度下降是博物館停止供暖引起的。

圖1 四月份展柜內(nèi)外溫濕度比較

四月份正值春季，溫度和濕度變化幅度均比較大，如圖1所示。西安春季空氣較為干燥，有時(shí)會出現(xiàn)濕度極低的情況，如第20日，柜外環(huán)境濕度由50%RH降至23%RH，如此劇烈的濕度變化對文物的保存是極為不利的。對比柜外濕度的劇烈波動柜內(nèi)濕度穩(wěn)定的多，當(dāng)日柜內(nèi)濕度維持在53%RH左右，波動幅度低于1%RH。四月份柜外環(huán)境濕度波動范圍是22.8%RH~70.2%RH；柜內(nèi)濕度波動范圍47.6%RH~56.7%RH，日變化在5%RH以內(nèi)?？梢娒芊饪臻g能夠有效降低外界環(huán)境濕度的干擾，保持柜內(nèi)濕度穩(wěn)定性。

氣密展柜內(nèi)外濕度差距較大（例如圖1中第20天和第24天），與柜內(nèi)外濕度變化的影響因素密切相關(guān)。氣密展柜氣密性高，內(nèi)部的相對濕度波動主要由溫度波動引起，隨庫房內(nèi)的溫度變化而出現(xiàn)反向波動，在庫房溫度變化不大的情況下，相對濕度變化不會很大。柜外環(huán)境濕度則不同，不僅受溫度的影響，還受自然界中水分蒸發(fā)、空氣對流的影響，空氣濕度常常出現(xiàn)大幅波動。因此展柜內(nèi)外濕度偏差較大，通過對比，進(jìn)一步證實(shí)氣密圍護(hù)結(jié)構(gòu)能有效減緩?fù)饨绛h(huán)境溫濕度對柜內(nèi)濕度的影響。

圖2 七月份展柜內(nèi)外溫濕度比較

展柜所在庫房配置空調(diào)，炎熱的夏季該庫房通過人工開啟和關(guān)閉空調(diào)控制溫濕度，下班時(shí)間空調(diào)處于關(guān)閉狀態(tài)，圖2反映了夏季空調(diào)控溫過程的溫濕度變化情況。庫房內(nèi)氣溫日變化最大5.0℃，濕度最大日變化為29.1%RH；展柜內(nèi)部溫度日變化最大3.7℃，濕度日變化最大9.2%RH?？梢娍照{(diào)晝夜間歇運(yùn)行情況下，庫房內(nèi)溫濕度波動頻繁，日變化值比較大，密封展柜可以起到一定緩沖作用，但是由于溫度波動較大，濕度波動比較明顯。文物在某一溫度下有一緩慢適應(yīng)過程，溫度的頻繁波動，會使文物頻繁熱脹冷縮而引起疲勞老化，溫度的波動還會引起濕度波動，不利于文物的保存^[6]。根據(jù)圖中的波動周期可以看出，在周末非溫度調(diào)控時(shí)間段內(nèi)，柜內(nèi)的溫度和濕度均是比較穩(wěn)定的。因此，建議有條件的博物館庫房在進(jìn)行圍護(hù)結(jié)構(gòu)氣密改造的基礎(chǔ)上，進(jìn)行24h環(huán)境自動調(diào)控，由于氣密性好，調(diào)控設(shè)備無需持續(xù)運(yùn)行，既可長期維持空間內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定性，又具有節(jié)能環(huán)保的特性。

圖3 九月份展柜內(nèi)外溫濕度比較

從圖3可以看出，九月份庫房內(nèi)濕度波動范圍較大，但由于環(huán)境溫度相對穩(wěn)定（環(huán)境溫度最大日較差1.1℃，柜內(nèi)溫度最大日較差0.7℃），氣密展柜內(nèi)濕度變化很小，濕度最大日較差為2.4%RH。結(jié)果表明，在展儲空間密封良好的基礎(chǔ)上，控制展儲空間環(huán)境或所在空間周圍的環(huán)境溫度，濕度將會維持在相對穩(wěn)定的水平。

圖4 一月份展柜內(nèi)外溫濕度比較

一、二月份正值冬季，通過暖氣調(diào)控環(huán)境溫度，庫房內(nèi)溫度相對穩(wěn)定，最大日較差為2.9℃。由圖3、4對比可以看出，相對于九月份而言，一月份庫房內(nèi)部的濕度波動相對較小，最大日較差14%RH。結(jié)果顯示，柜內(nèi)溫度最大日較差變化3.7℃，濕度最大日較差3.2%RH。但由于冬季氣候干燥，無濕度調(diào)控設(shè)備的狀態(tài)下，柜內(nèi)相對濕度偏低。因此，維持空間內(nèi)溫度的穩(wěn)定性，需要為氣密圍護(hù)結(jié)構(gòu)配置濕度調(diào)控模塊，無需持續(xù)運(yùn)行，亦可保證柜內(nèi)濕度的穩(wěn)定性。

圖5 二月份展柜內(nèi)外溫濕度比較

在二月份，春節(jié)期間（13~21日），庫房內(nèi)溫度保持在18~19℃，明顯低于往常的溫度，環(huán)境濕度以及展柜內(nèi)濕度均呈上升趨勢；但展柜氣密性良好，相較于環(huán)境濕度其波動幅度較小。

縱上所述，氣密展柜內(nèi)部濕度比外部穩(wěn)定性好，柜內(nèi)溫度隨柜外溫度波動而波動。綜合對比發(fā)現(xiàn)，溫度是引起柜內(nèi)濕度變化的主要原因，濕度變化與溫度變化呈反比，圍護(hù)結(jié)構(gòu)良好的氣密性可有效減緩?fù)饨绛h(huán)境溫濕度對空間內(nèi)濕度的干擾。

2.2展柜氣密性對溫濕度變化的影響

為了更清楚的說明溫度和外部環(huán)境濕度對氣密展柜內(nèi)部相對濕度的影響，對試驗(yàn)開始前40天（即2017-3-30 10:40至2017-5-9 10:30）實(shí)測數(shù)據(jù)，以及假設(shè)展柜完全密封，即與環(huán)境無氣體交換的理想狀態(tài)下，根據(jù)Antoine公式計(jì)算出展柜內(nèi)部理論相對濕度隨柜內(nèi)溫度變化的曲線。通過對實(shí)測值、理論值及外界環(huán)境濕度進(jìn)行對比可以看出，柜外濕度（即環(huán)境濕度）波動最大，柜內(nèi)實(shí)際濕度與理論濕度波動相對較小，柜內(nèi)實(shí)際濕度與理論濕度變化趨勢基本一致。

圖6 試驗(yàn)前40天濕度對比圖

對比展柜內(nèi)實(shí)際和理論相對濕度兩條曲線，可以發(fā)現(xiàn)以下兩點(diǎn)現(xiàn)象：第一，雖然整體變化趨勢一致，但在大部分時(shí)間段兩者差距會比較大（例如第1天至第3天）；第二，在40天內(nèi)因?yàn)闇囟鹊淖兓?，柜?nèi)理論濕度的波動范圍是41.0%~ 66.0%RH，柜內(nèi)實(shí)際濕度變化范圍是40.3%~56.7%RH。

為了說明柜內(nèi)相對濕度與理論值之間差距大小變化的原因，計(jì)算出了同時(shí)間段展柜內(nèi)外的絕對濕度，繪制曲線如圖5所示，通過展柜內(nèi)外絕對濕度的變化曲線可以看出，展柜內(nèi)部絕對濕度隨柜外環(huán)境絕對濕度的變化有微小波動，但是柜內(nèi)變化比柜外小的多柜外環(huán)境絕對濕度的變化范圍是3.82~13.16g/m³，柜內(nèi)絕對濕度的變化范圍是8.03~9.40g/m³。

露點(diǎn)與溫度的差值可以表示空氣中的水蒸氣距離飽和的程度。柜內(nèi)的露點(diǎn)溫度在8~11℃之間，柜外環(huán)境的露點(diǎn)的變化范圍是-2~16℃之間，當(dāng)柜外環(huán)境露點(diǎn)是16℃時(shí)，環(huán)境的實(shí)際溫度為21.1℃，易出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象，對文物保存不利。

圖7 試驗(yàn)前40天絕對濕度對比圖

原因在于展柜具有一定的氣密性，其內(nèi)部濕度較外部環(huán)境穩(wěn)定，主要隨柜內(nèi)溫度的變化而變化，但因其與外界環(huán)境仍存在一定氣體交換，致使展柜內(nèi)部濕度與理論值有所偏差。正如圖7所示，當(dāng)展柜內(nèi)外濕度相差不大時(shí)，內(nèi)部的絕對濕度變化相對較小；環(huán)境濕度與柜內(nèi)濕度相差較大時(shí)，柜內(nèi)絕對濕度變化隨之增大。相對濕度比理論值波動小的原因是柜內(nèi)與環(huán)境有限的氣體交換降低了溫度變化帶來的影響。展柜氣密性以及展柜內(nèi)外的濕度差均會對柜內(nèi)濕度的變化趨勢造成影響。

3 結(jié)論

（1）良好的氣密性可以有效減緩?fù)獠凯h(huán)境溫濕度對展柜內(nèi)濕度的干擾，保持柜內(nèi)濕度的相對穩(wěn)定。

（2）短期柜內(nèi)濕度主要受環(huán)境溫度變化影響，控制好溫度，可有效減緩濕度的波動；長期儲藏常常受環(huán)境溫度及內(nèi)外濕度差等因素綜合作用，采用控濕裝置定期輔助調(diào)控展柜內(nèi)部濕度；但提高展柜的氣密性，有利于降低控濕裝置運(yùn)行的頻次，降低能耗。

（3）長期維持空間內(nèi)環(huán)境溫度的穩(wěn)定性，有利于濕度的穩(wěn)定維持，有溫度調(diào)控能力的文物庫房空調(diào)系統(tǒng)建議持續(xù)調(diào)控，避免溫度出現(xiàn)較大波動。

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