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四川博物院展柜微環(huán)境調(diào)控效果實(shí)例及建議

作者: 雷淑    發(fā)布時(shí)間:2020-09-17 11:55    閱讀量:2796

來源:《中國文物科學(xué)研究》2019年 第2期

作者:雷淑  四川博物館


  提要:以四川博物院珍貴文物預(yù)防性保護(hù)項(xiàng)目的展柜微環(huán)境改造為例,采用T檢驗(yàn)、離散度等分析方法,對比光照、相對濕度和污染物濃度變化情況,闡述展柜改造后對文物保存微環(huán)境的實(shí)際調(diào)控效果。研究結(jié)果表明,展柜微環(huán)境改造達(dá)到了預(yù)期目標(biāo),既為文物創(chuàng)造了相對“穩(wěn)定、潔凈”保存環(huán)境,又為博物館有針對性地開展文物保存環(huán)境調(diào)控與治理提供參考。


  關(guān)鍵詞:展柜微環(huán)境;調(diào)控效果;光照;相對濕度;污染物濃度


  一、引言


  一直以來,文物直接接觸的微環(huán)境“穩(wěn)定、潔凈”與否,是關(guān)乎其長期保存的重要因素,而光照、溫度、相對濕度、污染氣體等潛在的環(huán)境因素,則是文物損壞劣變的主要原因。由于展陳和保存空間的相對封閉,空氣流動(dòng)性較弱,加上文物自身老化降解的影響,這些環(huán)境因素對文物造成的損失,遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于失竊或不可抗拒自然因素造成的損失,特別是一些經(jīng)過搶救性保護(hù)修復(fù)的文物,必須保存在適宜的環(huán)境中,才能防止其繼續(xù)劣化變質(zhì),這已經(jīng)成為館藏文物預(yù)防性保護(hù)工作中迫切需要解決的問題。四川博物院借助“館藏珍貴文物預(yù)防性保護(hù)項(xiàng)目建設(shè)”這個(gè)契機(jī),在實(shí)時(shí)監(jiān)測文物保存環(huán)境狀況的基礎(chǔ)上,通過展柜的升級改造,從展柜微環(huán)境入手進(jìn)行較為徹底的功能改善,為今后博物館有針對性地開展文物保存環(huán)境調(diào)控與治理提供參考。


  二、展柜微環(huán)境改造


  1.改造前


  四川博物院新館是一棟現(xiàn)代建筑,整體采用天井式結(jié)構(gòu)。展廳內(nèi)主要混合了四種光源:石英射燈、金屬鹵素?zé)?、LED燈和普通日光燈,文物展柜內(nèi)主要采用的是普通日光燈。展廳的溫濕度采用集中空調(diào)和恒溫恒濕空調(diào)兩種裝置進(jìn)行調(diào)控,并且空調(diào)的使用通常在開館期間運(yùn)行,每天上下班開關(guān)空調(diào)。根據(jù)文物保存環(huán)境的監(jiān)測數(shù)據(jù)可知,部分展廳和展柜內(nèi)存在照度偏高、光照不均勻、溫濕度波動(dòng)較大、污染物濃度偏高等現(xiàn)象。雖然有些展柜配備了恒溫恒濕空調(diào),但由于不能保證空調(diào)的24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行,人為地加大了溫濕度的日波動(dòng)幅度。多數(shù)展柜密閉性很差,且柜內(nèi)并未配置有效的調(diào)控設(shè)備和調(diào)控材料,導(dǎo)致展柜內(nèi)的溫濕度波動(dòng)受室外大環(huán)境影響較大,對文物展陳特別是脆弱質(zhì)文物的展陳極為不利。


  2.改造方案


  為優(yōu)先改善脆弱質(zhì)文物的保存環(huán)境,四川博物院針對具代表性的有機(jī)質(zhì)文物展廳進(jìn)行展柜微環(huán)境升級改造。主要包括:①將展柜內(nèi)的普通日光燈更換為無紫外LED智能感應(yīng)燈,降低文物的年累計(jì)曝光量,改善照度及照度均勻度。②對展柜密閉性進(jìn)行改造后,通過主動(dòng)調(diào)控(配置凈化調(diào)濕機(jī))和被動(dòng)調(diào)控(放置調(diào)濕劑)相結(jié)合的方式,對展柜的相對濕度進(jìn)行調(diào)控。③對展柜板材進(jìn)行鋁塑膜包覆并更換展臺蒙布后,減少板材所散發(fā)的污染物,同時(shí)配合放置一定量的吸附劑(Shin8),降低展柜內(nèi)的污染物濃度,提升文物保存環(huán)境質(zhì)量。


  三、分析對象及方法


  1.光照


  (1)照度檢測


  本次光照變化檢測以書畫館的三個(gè)展柜為例,旨在分析改造前后的實(shí)際效果。依據(jù)《館藏文物保存環(huán)境質(zhì)量檢測技術(shù)規(guī)范》(WW/T 0016-2008)1,采用臺灣泰仕TES一1339專業(yè)級照度計(jì),對三個(gè)展柜改造前后的照度進(jìn)行檢測。儀器的測量范圍:0.01~999900 lx(精度±3%),分辨率0.01 lx。如圖1所示,在每個(gè)展柜中從掛畫軸自上而下,等距離選取A、B、C、D、E、F、G、H、I九個(gè)檢測點(diǎn),除檢測點(diǎn)I的受光面朝上外,其他檢測點(diǎn)的受光面均朝前,與文物的主要受光面平行。


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圖1.展柜照度檢測示意圖


  (2)分析方法


  根據(jù)《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB50034—2013)2要求,按照檢測點(diǎn)表面的最小照度與平均照度之比計(jì)算照度均勻度,再結(jié)合Excel數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方法T檢驗(yàn)3,以P<0.05為顯著性差異,對燈光改造前后光照變化的顯著性效果進(jìn)行分析評價(jià)。


  Excel擁有強(qiáng)大的統(tǒng)計(jì)計(jì)算功能,而且通用性廣,操作簡單。Excel數(shù)據(jù)分析工具中的“T檢驗(yàn):平均值的成對二樣本分析”,就是對兩組配對數(shù)據(jù)進(jìn)行均值是否相等的檢驗(yàn)。采用Excel錄入數(shù)據(jù),打開工作表,在“文件”的“選項(xiàng)”下,選擇“加載項(xiàng)”,點(diǎn)擊“Excel加載項(xiàng)”的“轉(zhuǎn)到”,選中彈框的“分析工具庫”,單擊“確定”為Excel安裝分析工具庫后,就能在Excel菜單欄“數(shù)據(jù)”下選擇“數(shù)據(jù)分析”進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。


  2.相對濕度


  (1)相對濕度監(jiān)測


  由于改造后未做專業(yè)性的密閉性檢測,故選取三個(gè)大小相同且半年的溫濕度監(jiān)測數(shù)據(jù)基本一致的展柜(12m3)進(jìn)行實(shí)驗(yàn),其中兩個(gè)展柜內(nèi)分別安裝重慶聲光電定制的24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行SwT凈化調(diào)濕一體機(jī)和放置上海博物館監(jiān)制的復(fù)合硅膠調(diào)濕劑35盒(博環(huán)HZ—RH55一X,400g/盒),對比主被動(dòng)兩種調(diào)控措施的實(shí)際調(diào)控效果,另一個(gè)展柜不采取任何調(diào)控措施進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn),通過無線溫濕度監(jiān)測終端(SWJ—T/H1—1.1),實(shí)時(shí)監(jiān)測展柜及展廳內(nèi)的溫濕度變化情況。凈化調(diào)濕機(jī)的濕度調(diào)控范圍30%~70%RH,調(diào)控精度±2%RH;調(diào)濕劑具有吸放濕功能,適合調(diào)控范圍30%一70%RH;溫濕度監(jiān)測終端的溫度測量范圍:一30~70℃(精度±0.3cC),相對濕度的測量范圍:0~98%RH(精度±2%RH),數(shù)據(jù)存儲量為一百萬組,設(shè)置監(jiān)測間隔時(shí)間為10分鐘。


  (2)分析方法


  由于溫度是影響相對濕度的主要因素之一,綜合考慮四川博物院所在地的氣候和空調(diào)系統(tǒng)的使用狀況,選取4-10月的溫濕度監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,并以20℃±5℃和50%±5%作為本次環(huán)境溫濕度的目標(biāo)值。通過計(jì)算各監(jiān)測點(diǎn)離散度和離散系數(shù)的方法4,評估兩種調(diào)控措施的實(shí)際效果。當(dāng)溫濕度的離散度小于7.07,便視為溫濕度適宜。離散系數(shù)越小則越穩(wěn)定,離散系數(shù)越大則越不穩(wěn)定。


  3.污染物濃度


  (1)污染物檢測


  采用英國PPM HTV便攜式甲醛測試儀、美國華瑞ppbRAE3000VOC檢測儀,分別檢測展柜中甲醛、揮發(fā)性有機(jī)物(VOC)的濃度。采用無動(dòng)力擴(kuò)散“被動(dòng)采樣一儀器分析”的方法5,在檢測點(diǎn)放置無動(dòng)力擴(kuò)散采樣器現(xiàn)場采樣后,委托上海博物館將樣品帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行甲酸、乙酸的濃度分析。為了進(jìn)一步評估文物保存環(huán)境吸附劑(Shm8)對污染物的調(diào)控效果,選擇具有代表性的文物展柜作為測量點(diǎn),放置重慶聲光電生產(chǎn)的室內(nèi)型空氣質(zhì)量監(jiān)測終端QCM(SWJ—OIS一1.1),實(shí)時(shí)監(jiān)測有機(jī)污染物、無機(jī)污染物和硫化污染物,經(jīng)過一段時(shí)間后沉積固化到傳感器上的情況。甲醛檢測儀的測量范圍0.00~10.00ppm(精度±2%),分辨率0.01ppm;VOC檢測儀的測量范圍lppb~10000ppm(精度±3%),分辨率lppb;QCM的污染物傳感器采用9MHz晶體,輸出信號頻率范圍7~13MHz,分辨率1Hz,設(shè)置監(jiān)測間隔時(shí)間為15分鐘。


  (2)分析方法


  為了準(zhǔn)確地判斷各類污染物的等級范圍,首先對室內(nèi)型空氣質(zhì)量監(jiān)測終端QCM的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理,剔除溫度、相對濕度的影響,再根據(jù)Sauerbrey公式(1)對擬合處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算6


  Δf=一2.26x10-13f2Δm/A(1)


  式(1)中:Δf為傳感器晶體諧振頻率的變化值,f為晶體的固有諧振頻率,又叫作基頻率(Hz),Δm/A為單位面積晶振片質(zhì)量的增加量(mg/m2)。


  另以30日為累積周期,根據(jù)式(2)計(jì)算有機(jī)污染物、無機(jī)污染物和硫化污染物三類污染物沉積固化到傳感器上的累積當(dāng)量(mg/m2),從而得出環(huán)境空氣質(zhì)量等級7-9。


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  四、結(jié)果與分析


  1.光照變化


  由表1和圖2可知,展柜改造前,A~H檢測點(diǎn)照度均從上至下呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢,最高值達(dá)193.9 lx,且每個(gè)展柜的照度最高值是最低值的4倍多,光照強(qiáng)度極不均勻,容易造成文物褪色不均勻的現(xiàn)象,而展柜下部照度值太低,也不利于觀眾的視覺觀察。展柜改造后,除底部受光面朝上的檢測點(diǎn)I外,其余檢測點(diǎn)的照度都在50 lx左右,并且照度均勻度都有所提高,符合《博物館照明設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB/T 23863—2009)10的相關(guān)要求。


表1展柜改造前后照度檢測結(jié)果
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圖2.展柜改造前后照度變化
 (a.展柜1照度檢測;b.展柜2的照度檢測;c.展柜3的照度檢測)


  為評價(jià)書畫類文物的主要受光面,在展柜改造前后的改善效果是否具有顯著性,我們選取了每個(gè)展柜中受光面朝前的八個(gè)檢測點(diǎn)(A~H),采用統(tǒng)計(jì)學(xué)T檢驗(yàn)進(jìn)行分析。T檢驗(yàn)是針對符合正態(tài)分布資料進(jìn)行差異比較的統(tǒng)計(jì)學(xué)方法,故首先運(yùn)用SPSS軟件對改造前后的照度數(shù)據(jù)分別進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn)11-12。如表2所示,以w檢驗(yàn)為判斷標(biāo)準(zhǔn),檢測的六組照度數(shù)據(jù)均為正態(tài)分布(sig.>0.05),符合統(tǒng)計(jì)學(xué)T檢驗(yàn)的基本要求,因此采用T檢驗(yàn)具可信性的統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。在Excel下,進(jìn)行“T檢驗(yàn):平均值的成對二樣本分析”,三個(gè)展柜的T檢驗(yàn)值(t Stat)>t雙尾臨界值,且雙尾P值<0.05,從而認(rèn)為升級改造對展柜的照度具有顯著性改善,不僅有利于保護(hù)對光照特別敏感的文物,而且展陳的視覺效果也有所提升。


表2照度的正態(tài)性和T檢驗(yàn)

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  2.相對濕度


  在4~10月期間,對同一展廳的展柜采取兩種不同的調(diào)控措施,觀察相對濕度的對比曲線。如圖3所示,采用凈化調(diào)濕機(jī)進(jìn)行主動(dòng)調(diào)控的展柜內(nèi)(圖3,c),相對濕度在調(diào)控目標(biāo)值(50%)范圍內(nèi)比較平穩(wěn),而無調(diào)濕機(jī)的展柜內(nèi)(圖3,b),雖然密閉空間對濕度具有維持作用,使其較展廳內(nèi)(圖3,a)更低,但相對濕度的變化趨勢與展廳內(nèi)基本一致,波動(dòng)范圍在40%~80%之間,主要受到來自大氣環(huán)境和展廳空調(diào)的共同作用。采用調(diào)濕劑進(jìn)行被動(dòng)調(diào)控的展柜內(nèi),由圖4右上角的局部放大圖可知,從7月份放入調(diào)濕劑后,展柜的相對濕度明顯降低,其波動(dòng)范圍在60%~70%之間,但受展柜密閉性及調(diào)濕劑性能的影響,一段時(shí)間后,有調(diào)濕劑的展柜(圖4,e)和無調(diào)濕劑的展柜(圖4,b),相對濕度的變化規(guī)律逐漸趨于一致,但總體而言,有調(diào)濕劑的展柜內(nèi)相對濕度更加平穩(wěn)。


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圖3.安裝調(diào)濕機(jī)展柜的濕度監(jiān)測


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圖4.放置調(diào)濕劑展柜的濕度監(jiān)測


  計(jì)算各監(jiān)測點(diǎn)溫濕度數(shù)據(jù)的離散度和離散系數(shù),如表3所示,有凈化調(diào)濕機(jī)的展柜內(nèi)溫濕度離散度為5.07,小于目標(biāo)值7.07,符合溫濕度“穩(wěn)定適宜”的標(biāo)準(zhǔn)。各監(jiān)測點(diǎn)的溫度離散系數(shù)基本一致,而相對濕度的離散系數(shù)排序則與基于目標(biāo)值的溫濕度離散度排序完全相同,依次為:有凈化調(diào)濕機(jī)的展柜<有調(diào)濕劑的展柜<展廳<無調(diào)控的展柜。因此,溫濕度的穩(wěn)定性受濕度的影響較大,未采取任何調(diào)控措施的展柜與展廳環(huán)境的濕度情況基本一致,放置調(diào)濕劑雖對展柜的相對濕度有所改善,但仍然不符合標(biāo)準(zhǔn),相對而言凈化調(diào)濕機(jī)若能確保24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行,則效果更佳。


表3基于目標(biāo)值的溫濕度離散度及離散系數(shù)
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  3.污染物濃度


  如表4所示,經(jīng)過改造后,甲醛、揮發(fā)性有機(jī)物VOC、甲酸、乙酸四類污染物的濃度明顯降低,展柜微環(huán)境的空氣質(zhì)量有所提高。


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圖5.展柜內(nèi)污染物監(jiān)測
(a.有機(jī)污染物;b.無機(jī)污染物;c.硫化污染物)


  由于展柜微環(huán)境空間相對密閉,若未時(shí)常進(jìn)行換氣處理,文物自身降解散發(fā)的污染物以及樟腦丸、殺蟲劑等揮發(fā)性物質(zhì)會在密閉空間中聚集。為此,我們在其中一個(gè)展柜內(nèi)放置一定量的吸附劑進(jìn)行微環(huán)境調(diào)控,并采用室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測終端QCM,實(shí)時(shí)監(jiān)測有機(jī)污染物、無機(jī)污染物和硫化污染物三類污染物的濃度(圖5),通過計(jì)算后綜合評價(jià)文物保存微環(huán)境的空氣質(zhì)量等級。由表5可知,展柜內(nèi)甲醛、VOC濃度均有所下降,并且有機(jī)污染物、無機(jī)污染物和硫化污染物的環(huán)境空氣質(zhì)量等級均為潔凈。


表4展柜改造前后污染物濃度檢測結(jié)果
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表5展柜放置吸附劑前后的污染物濃度及環(huán)境空氣質(zhì)量
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  五、結(jié)論及建議


  對比四川博物院展柜微環(huán)境改造前后光照、相對濕度和污染物濃度的變化情況,達(dá)到了為文物創(chuàng)造相對“穩(wěn)定、潔凈”保存環(huán)境的預(yù)期目標(biāo)。據(jù)此,提出以下建議:


  第一,為了給文物照度調(diào)控提供科學(xué)的數(shù)據(jù)支撐,在放置光照監(jiān)測設(shè)備時(shí),最好讓感應(yīng)探頭與文物主要受光面平行,盡量不要位于檢測點(diǎn)A(展柜上部)和檢測點(diǎn)I(展柜底部),避免無法有效感知文物的真實(shí)照度,燈光改造盡量采用照度可調(diào)的燈光系統(tǒng),以適應(yīng)不同材質(zhì)文物的保護(hù)和展示需要。


  第二,文物展柜的密閉性是決定其調(diào)控效果的關(guān)鍵因素,針對不同的調(diào)控需求選取適當(dāng)?shù)恼{(diào)控措施,對展柜的選購除必要的安全防范外,也要注意調(diào)濕功能。


  第三,加強(qiáng)對展廳、展柜的換氣處理,并對展陳裝修材料開展環(huán)境影響評價(jià),選用檢測合格的無污染材料,從源頭上控制污染物的產(chǎn)生,有效提升文物保存微環(huán)境空氣質(zhì)量。


  注 釋


  1.WW/T0016—2008,館藏文物保存環(huán)境質(zhì)量檢測技術(shù)規(guī)范[s].

  2.GB50034—2013,建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[S],

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