博物馆之未来 微环境控制系统的选择 弗瑞达行业调研

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一、 概述

    文物是祖先留给后人的宝贵财富，是文化传承的载体。她们经过成百上千年的风雨洗礼后，如同耄耋之年的老人，需要精心呵护。为文物提供一个适宜的保存环境是最基本也是最有效的保护手段。引起文物品质退化的环境因素很多，有温度、相对湿度、气态污染物、颗粒污染物、光照、紫外线及氧化等。其中，温湿度是最基本，也是最重要的要素。

    近年来，随着人们对文化建设和文物保存环境意识的提高与重视，各地纷纷改建和新建博物馆和文物库房，通过各种调控设备和手段，大大改善了馆藏文物的保存环境。其中温湿度是人们最普遍关注的环境指标之一。

   人们在文物库房和展柜内放置温湿度仪，并通过现代化的恒温恒湿设备以及各种调湿缓冲材料进行调控。这些措施的实施从某种程度上减少了文物受外界自然温湿度变化的影响。

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一、 文物保护的温湿度要求

上节中我们谈到影响文物品质退化的环境因数主要有温度、相对湿度、气态污染物、颗粒污染物、光照、紫外线及氧化等几个指标。而这其中影响最大的是温度和相对湿度两个指标。下面我们分别对温度、相对湿度对文物的影响进行分析。

2.1 温度的影响

对于人体舒适度来说，人们最关心的是温度，但对于文物，温度则不一定是最重要的，但这并不意味着可以忽视温度的影响。简单的分析一下，温度可以从以下四个方面加速文物的老化：

(1)  温度升高，加速老化的反应速度。文物的老化、腐蚀主要是各种化学反应的结果。根据阿伦尼乌斯公式：k = A·exp (－E_a / RT ) (式中，k为化学反应速度，E_a为反应活化能，T为绝对温度，A与R是相应的系数)，温度的升高将各种化学老化反应的速度呈指数形式上升。

(2)  温度的升高，加快一些物理过程。如升高温度将加速水汽的渗透率，引起文物过分干燥或高湿，从而造成文物的损坏。另外，各种污染气体的挥发、扩散速度也会随着温度的升高而升高，使保存文物的小环境空气质量恶化，间接加速文物的老化。

(3)  温度的变化会引起文物的热胀冷缩。有些文物（如珐琅器）是由不同材质组成的，它们的膨胀系数不同，温度的变化会在器物内产生热应力，当热应力超过一定值后将引起文物的变形甚至崩裂。

(4)  温度的升高会增加生物的活动性，加快霉菌滋生、昆虫繁殖的速度，从而加速生物对文物（特别是有机质文物）的腐蚀、破坏。

由此可见，低温对文物的保存是有利的，但是如果将文物保存的温度调控的特别低，是不经济、也不现实的。另外，文物保存在某一温度下有一个缓慢的适应过程，若温度频繁波动，会使文物频繁热胀冷缩而引起疲劳老化。因此综合以上各种因素，各国推荐的文物保存环境的温度标准基本为19～24℃，日波动小于1℃。

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^{2.2 湿度的影响}

RH =	一定质量空气中的水分含量	×100%
	在该温度下空气所能容纳的最大水量

湿度是另一个馆藏文物保存环境中较重要的指标。最直接的湿度概念是指一定量的空气中水蒸气的含量，就是绝对湿度。但这并不能反映我们实际感受到的空气的潮湿水平，为此人们定义了相对湿度（RH）的概念：

相对湿度对各类文物的影响主要表现在以下三个方面

(1)  引起文物变形。各种吸湿性文物当相对湿度升高时会膨胀，反之会收缩，从而造成弯曲、部件间错位、破裂、纤维断裂等等。实验表明：湿度变化造成的变形远大于温度的影响。如象牙温度相差30℃，其体积变化小于0.2%，而相对湿度变化10%，其体积就有0.3%～0.4%的变化幅度。

(2)  发生化学反应。如“青铜病”、铁器腐蚀、“玻璃病”、染料和颜料的褪色、纸张丝绸强度的损失等都与保存环境中相对湿度的大小有密切关系。

(3)  引起生物腐蚀。较高的湿度是昆虫、微生物大量繁殖的有利条件，从而会引起文物发生虫蛀、霉变。实验表明，当相对湿度在70%以下时可以有效抑制霉菌的生长。

因此控制文物保存环境中的相对湿度对完好地保存文物非常重要。湿度的控制首先应减少相对湿度的波动幅度，日波动应小于5%，每小时波动应小于0.5%。而相对湿度的具体数值应根据文物质地和文物长期所处环境的相对湿度综合决定。一般要求金属文物低于50%，其他文物55±5%，相对湿度不应超过65%。当然，若文物长期完好保存在较低相对湿度的环境下则应继续维持这一湿度，不应刻意追求某一具体数值。

在一个密闭的空间，相对湿度的变化与温度的变化有一定的关系。一般若温度升高，空气所能容纳的最大水量增加，而密闭空间的水含量并没有增加，由此相对湿度降低。反之，则相对湿度升高。当相对湿度超过100%时，多余的水汽会在物体表面结露，形成水滴。因此温度与相对湿度应综合考虑。

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一、 恒温、恒湿技术的实现

近年来新建和改造的博物馆基本上都使用了各种恒温恒湿设备，主要是各类中央空调系统和各类湿度调节系统。这些设备调控温湿度的目标值可以根据实际情况设定。然而由于设备的性能和各博物馆启用这些设备的时间不尽相同，造成调控环境中温湿度变化情况有明显的差别。

(1)  8小时运转的恒温恒湿设备。由于博物馆特殊的消防要求，以及运行经费有限，展厅和库房内恒温恒湿设备无法24小时连续运转。这人为地加大了文物保存环境温湿度的日波动幅度，在上班时间温湿度控制得比较理想，但下班后设备停止运转，使温湿度快速趋向于外界大环境温湿度，而造成波动。这种情况在冬季和夏季最为明显。

图3.2是冬季某博物馆展厅内一天的温湿度变化。从图3.2可知该展厅内温度和湿度的日波动幅度分别达到了11.2℃和27.5%。具体分析温湿度变化：温度在8:30达到一天最低值12.2℃；1小时后温度突然上升了7℃，达到19.2℃,此后温度在20～23℃间波动；16:00闭馆后温度又大幅快速下降，2小时内下降了8.4℃（从23.4℃降至15.0℃）；温度与湿度同步变化，方向相反。在展柜无特殊恒温恒湿措施的情况下，展柜内如此大幅度的温湿度变化将影响展柜内文物的保存。

                                          图3.2  8小时中央空调环境下温湿度变化

(2)  恒温恒湿空调24小时连续运转，温度相对稳定、湿度大幅波动。目前大多数恒温恒湿设备能精确平稳控制温度的变化，但对于相对湿度则由于设备间歇性运转、温度湿度调节控制技术不过关、湿度传感器精度等原因，造成控制得不理想。虽然相对湿度的均值较稳定，但波动的幅度偏大。如图3.1所示，是某博物馆库房内一天的温湿度变化情况。该监控点温度变化较小（21.3±0.2℃），但相对湿度则围绕平均值（51.8%）呈周期性大幅度波动，波动周期为6小时，幅度达7%。这种由于设备间歇性运转造成相对湿度的波动一般波动幅度基本上在5%以上，而波动周期的长短基本由设备的工作参数决定。图3.1所示的波动周期较长，而大部分恒温恒湿设备的波动周期小于1小时，甚至只有5分钟。若将文物直接暴露放置于该环境中，势必会由于相对湿度的波动而引起文物的破坏。

                 图3.1   温度变化平稳，相对湿度大幅波动情况

(3)  大环境用中央空调设备调节温度，小环境使用恒湿设备调节湿度。从上述两种控制方法中可以看出，中央空调已经无法可靠保存文物。随着市场上出现电子式精密湿度控制设备，有些博物馆开始尝试使用中央空调控制大环境的温度，使用恒湿设备精确平稳控制小环境的相对湿度的方法保存文物。

图3.3是某博物馆书画厅一展柜内部一天的温湿度变化情况，该博物馆中央空调与精密湿度调节系统24小时连续运转。从图3.3可知监测处24小时内温度为27.1±0.2℃，相对湿度为55.0±0.2%，很好地达到了文物保存环境温湿度调控的目标。

                图3.3  24小时连续运转的中央空调 精密湿度调节系统的温湿度调节情况

四、 温湿度调控总结

温湿度是馆藏文物保护环境质量的两个重要指标，对它们的关注和调控是改善馆藏文物保护环境质量所迈出的第一步。针对馆藏文物的特点以及中国的实际情况，结合调查的结果，温湿度的调控应注意以下几个方面：

(1)  温湿度的具体数值应该根据各地的实际情况调控。中国地域广阔，各地气候差异较大，没有必要采用统一的调控目标。如北方干燥，自然环境中的相对湿度在一年中绝大部分时间在20%～50%范围内，而北方的文物已经适应了这一湿度，若一定要求湿度在55%或以上反而会加速文物的老化。当然，每种质地的文物都有其较适宜的温湿度范围，调控的目标值不能超过文物的保存的限值。

(2)  调控的重点是避免温湿度的大幅度波动。目前没有恒温恒湿系统的博物馆中，展示文物保存环境基本不能满足保存文物的要求。即便有恒温恒湿系统，大多稳定性不够。文物的保存需要有一个稳定的环境，温湿度的波动会导致文物的涨缩，从而引起劣化。因此温湿度的稳定性成为调控的关键，尤其应注意短时间波动（如每小时波动）的幅度。

(3)  恒温恒湿设备应24小时连续运转。恒温恒湿设备运行能有效调节环境中的温湿度，但若每天上班开下班关，则认为地加大了白天与晚上的温湿度差，尤其是冬天和夏天，这反而不利于对文物的保存。

(4)  应加强对温湿度的连续监控。如实监控温湿度变化是科学改善馆藏文物保护环境的前提。但是，目前大部分博物馆光靠保管员定时观测纪律某些时间点的测量值是远远不够的，不能整体反映环境中的温湿度变化。温湿度短周期的大幅波动是目前温湿度调控中的主要不足之处，也是影响文物保存的关键因素，只有通过连续监测记录才能得到反映，才能更科学地提出各种该井措施。

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五、弗瑞达品牌简介 

弗瑞达环境控制产品是由杭州弗莱艾尔环境科技有限公司设计和制造的新一代文物湿度环境控制产品。它是一种新型，节能，低噪音，并且能够解决在微环境条件下控制文物湿度问题的高精度仪器。

六、弗瑞达产品简介

采用目前最精密的控制算法，使湿度的控制精度达到的±0.15%，为文物的保护提供保护环境。

l 提供有效、不间断、温和无突变的湿度控制

l 防止微环境层化

l 提供一个文物保护专家认可的环境

l 保护巡展、借出的文物的保存环境

l 易于安装、维护

l 温度变化时保持湿度的稳定

l 弥补展柜的泄漏

l 多重自动防故障措施，可靠保障设备的运行

l 多重自动故障报警功能，可靠文物的环境

l 增加展厅设计、展品布置得自由度

l 降低运营成本

l 高品质

l 无线数据监测、存储及设备控制的物联网系统

l 自动加水、排水系统

适用范围：中小型陈列柜、储藏柜

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