影响文物气密展储空间内温湿度稳定性的因素分-pg电子试玩

郭晓光 马生涛 周华华 张爱华

（天津森罗科技股份有限公司；秦始皇帝陵博物院）

摘要：温湿度是影响文物保存的重要因素。本文以秦始皇帝陵博物院对天津森罗公司研制的气密展柜进行为期两年的静态持续检测数据为基础进行分析，结果表明：湿度稳定性取决于展柜气密性与展柜内外相对湿度差值，良好的气密性可以有效减缓外部环境湿度对展柜内湿度的干扰，展柜内外湿度差值越小，柜内湿度越稳定；气密空间内湿度短期内主要受环境温度影响，控制好温度，可有效减缓湿度的波动；长期储藏需借助于控湿装置进行定期间歇性调控，良好的气密性无需持续调控即可维持柜内湿度的稳定性，节约能耗。

关键词：相对湿度；温度；展柜；文物保护

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

文物是祖先留给我们的巨大精神和物质财富，将其长久完好保存是传承中华文明的一项重要工作。影响文物保存的因素很多，比如温度、湿度、氧含量、光照等；其中，温湿度是重要影响因素之一。例如木器漆，存放环境相对湿度过低，会造成器物的干裂和变形；相对湿度过高则造成腐朽和虫害霉变等，一般存放在50%~65% rh的环境里较为适宜；织绣类文物宜将湿度控制在45%~65%rh之间，日均湿度变化不应超过5%rh，否则会引起织品干裂、脆化、加速老化和褪色；金属文物应保存在30%rh左右的环境下以防止锈蚀^[1]。温度变化则会引起文物的热胀冷缩，温度升高会加快老化速度，加速微生物对文物（尤其是有机质文物）的腐蚀^[2]。保持文物保存环境中温湿度的稳定性对保护文物安全非常重要，关键是降低温湿度波动，我国推荐的温度日波动小于2℃，湿度日波动幅度应小于5%rh^[3]。

文物展储空间良好的气密性能够有效减缓外界环境温湿度对文物展储空间内温湿度的影响，长期维持空间内环境湿度的稳定性，增强湿度的可控性，有利于文物的长期预防性保护与储藏^[4~5]。为此，秦始皇帝陵博物院采用天津森罗科技股份有限公司研制的气密展柜，在非调控状态下，对气密空间内外的温湿度进行实时检测。本文旨在探索影响文物气密展储空间温湿度稳定的因素，为文物的长期“稳定”展储奠定理论与实践基础。

1 仪器与试验

采用天津森罗科技股份有限公司研制的cdzg-0.3lw型低氧文档展柜（展柜换气率为0.02d^-1）；两个testo175h1温湿度记录仪，展柜内外各放一个，其监测范围为：温度-20~ 55℃，相对湿度0~100%rh；精度等级为：温度±0.4℃(-20~ 55℃)，相对湿度±2%rh（25℃）；数据均为瞬时值，采样间隔为10分钟。

将展柜置于秦始皇帝陵博物院的半地下库房，温湿度监测从2017年3月30日开始，至2019年3月30日截止，期间展柜未配置任何控湿装置进行调控。

2  结果与讨论

2.1季节性环境变化对气密展柜内温湿度的影响

秦始皇帝陵博物院位于西安市，该市属暖温带半湿润大陆性季风气候，四季分明：春季温暖干燥；夏季炎热多雨；秋季凉爽，气温速降，秋淋明显；冬季寒冷，少雨雪。试验展柜的温湿度监测历经春夏秋冬四个季节，用时将近13个月。由于不同时期博物馆环境和温湿度变化规律不同，特选取四个有代表性的月份对展柜内外的温湿度数据进行汇总画图，详见下图1~6。

注：四月上旬温度下降是博物馆停止供暖引起的。

图1 四月份展柜内外温湿度比较

四月份正值春季，温度和湿度变化幅度均比较大，如图1所示。西安春季空气较为干燥，有时会出现湿度极低的情况，如第20日，柜外环境湿度由50%rh降至23%rh，如此剧烈的湿度变化对文物的保存是极为不利的。对比柜外湿度的剧烈波动柜内湿度稳定的多，当日柜内湿度维持在53%rh左右，波动幅度低于1%rh。四月份柜外环境湿度波动范围是22.8%rh~70.2%rh；柜内湿度波动范围47.6%rh~56.7%rh，日变化在5%rh以内。可见密封空间能够有效降低外界环境湿度的干扰，保持柜内湿度稳定性。

气密展柜内外湿度差距较大（例如图1中第20天和第24天），与柜内外湿度变化的影响因素密切相关。气密展柜气密性高，内部的相对湿度波动主要由温度波动引起，随库房内的温度变化而出现反向波动，在库房温度变化不大的情况下，相对湿度变化不会很大。柜外环境湿度则不同，不仅受温度的影响，还受自然界中水分蒸发、空气对流的影响，空气湿度常常出现大幅波动。因此展柜内外湿度偏差较大，通过对比，进一步证实气密围护结构能有效减缓外界环境温湿度对柜内湿度的影响。

图2 七月份展柜内外温湿度比较

展柜所在库房配置空调，炎热的夏季该库房通过人工开启和关闭空调控制温湿度，下班时间空调处于关闭状态，图2反映了夏季空调控温过程的温湿度变化情况。库房内气温日变化最大5.0℃，湿度最大日变化为29.1%rh；展柜内部温度日变化最大3.7℃，湿度日变化最大9.2%rh。可见空调昼夜间歇运行情况下，库房内温湿度波动频繁，日变化值比较大，密封展柜可以起到一定缓冲作用，但是由于温度波动较大，湿度波动比较明显。文物在某一温度下有一缓慢适应过程，温度的频繁波动，会使文物频繁热胀冷缩而引起疲劳老化，温度的波动还会引起湿度波动，不利于文物的保存^[6]。根据图中的波动周期可以看出，在周末非温度调控时间段内，柜内的温度和湿度均是比较稳定的。因此，建议有条件的博物馆库房在进行围护结构气密改造的基础上，进行24h环境自动调控，由于气密性好，调控设备无需持续运行，既可长期维持空间内环境的稳定性，又具有节能环保的特性。

图3 九月份展柜内外温湿度比较

从图3可以看出，九月份库房内湿度波动范围较大，但由于环境温度相对稳定（环境温度最大日较差1.1℃，柜内温度最大日较差0.7℃），气密展柜内湿度变化很小，湿度最大日较差为2.4%rh。结果表明，在展储空间密封良好的基础上，控制展储空间环境或所在空间周围的环境温度，湿度将会维持在相对稳定的水平。

图4 一月份展柜内外温湿度比较

一、二月份正值冬季，通过暖气调控环境温度，库房内温度相对稳定，最大日较差为2.9℃。由图3、4对比可以看出，相对于九月份而言，一月份库房内部的湿度波动相对较小，最大日较差14%rh。结果显示，柜内温度最大日较差变化3.7℃，湿度最大日较差3.2%rh。但由于冬季气候干燥，无湿度调控设备的状态下，柜内相对湿度偏低。因此，维持空间内温度的稳定性，需要为气密围护结构配置湿度调控模块，无需持续运行，亦可保证柜内湿度的稳定性。

图5 二月份展柜内外温湿度比较

在二月份，春节期间（13~21日），库房内温度保持在18~19℃，明显低于往常的温度，环境湿度以及展柜内湿度均呈上升趋势；但展柜气密性良好，相较于环境湿度其波动幅度较小。

纵上所述，气密展柜内部湿度比外部稳定性好，柜内温度随柜外温度波动而波动。综合对比发现，温度是引起柜内湿度变化的主要原因，湿度变化与温度变化呈反比，围护结构良好的气密性可有效减缓外界环境温湿度对空间内湿度的干扰。

2.2展柜气密性对温湿度变化的影响

为了更清楚的说明温度和外部环境湿度对气密展柜内部相对湿度的影响，对试验开始前40天（即2017-3-30 10:40至2017-5-9 10:30）实测数据，以及假设展柜完全密封，即与环境无气体交换的理想状态下，根据antoine公式计算出展柜内部理论相对湿度随柜内温度变化的曲线。通过对实测值、理论值及外界环境湿度进行对比可以看出，柜外湿度（即环境湿度）波动最大，柜内实际湿度与理论湿度波动相对较小，柜内实际湿度与理论湿度变化趋势基本一致。

图6 试验前40天湿度对比图

对比展柜内实际和理论相对湿度两条曲线，可以发现以下两点现象：第一，虽然整体变化趋势一致，但在大部分时间段两者差距会比较大（例如第1天至第3天）；第二，在40天内因为温度的变化，柜内理论湿度的波动范围是41.0%~ 66.0%rh，柜内实际湿度变化范围是40.3%~56.7%rh。

为了说明柜内相对湿度与理论值之间差距大小变化的原因，计算出了同时间段展柜内外的绝对湿度，绘制曲线如图5所示，通过展柜内外绝对湿度的变化曲线可以看出，展柜内部绝对湿度随柜外环境绝对湿度的变化有微小波动，但是柜内变化比柜外小的多柜外环境绝对湿度的变化范围是3.82~13.16g/m³，柜内绝对湿度的变化范围是8.03~9.40g/m³。

露点与温度的差值可以表示空气中的水蒸气距离饱和的程度。柜内的露点温度在8~11℃之间，柜外环境的露点的变化范围是-2~16℃之间，当柜外环境露点是16℃时，环境的实际温度为21.1℃，易出现结露现象，对文物保存不利。

图7 试验前40天绝对湿度对比图

原因在于展柜具有一定的气密性，其内部湿度较外部环境稳定，主要随柜内温度的变化而变化，但因其与外界环境仍存在一定气体交换，致使展柜内部湿度与理论值有所偏差。正如图7所示，当展柜内外湿度相差不大时，内部的绝对湿度变化相对较小；环境湿度与柜内湿度相差较大时，柜内绝对湿度变化随之增大。相对湿度比理论值波动小的原因是柜内与环境有限的气体交换降低了温度变化带来的影响。展柜气密性以及展柜内外的湿度差均会对柜内湿度的变化趋势造成影响。

3 结论

（1）良好的气密性可以有效减缓外部环境温湿度对展柜内湿度的干扰，保持柜内湿度的相对稳定。

（2）短期柜内湿度主要受环境温度变化影响，控制好温度，可有效减缓湿度的波动；长期储藏常常受环境温度及内外湿度差等因素综合作用，采用控湿装置定期辅助调控展柜内部湿度；但提高展柜的气密性，有利于降低控湿装置运行的频次，降低能耗。

（3）长期维持空间内环境温度的稳定性，有利于湿度的稳定维持，有温度调控能力的文物库房空调系统建议持续调控，避免温度出现较大波动。

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参考文献：

[1] 刘畅. 浅谈博物馆文物库房温湿度环境控制[j]. 博物馆研究, 2009(3):58~59.

[2] 杜树志. 中国航海博物馆文物保存环境温湿度的研究[j]. 国家航海, 2011(1):24~33.

[3] 陈元生, 解玉林. 博物馆文物保存环境质量标准研究[j]. 文物保护与考古科学, 2002, 14(增刊):152~191.

[4] 徐方圆, 吴来明, 解玉林, 黄河. 用示踪气体法检测文物展柜换气率技术研究[j]. 文物保护与考古科学, 2012, 24(2): 1~5.

[5] 王方. 故宫古建筑内温湿度问题初探[j]. 文物保护与考古科学, 2014, 26(3): 85-93.

[6] 徐方圆, 解玉林, 吴来明. 文物保存环境中温湿度研究[j]. 文物保护与考古科学, 2009, 21:69~75.