中国航海博物馆文物保存环境温湿度的研究

中国航海博物馆文物保存环境温湿度的研究

杜树志⁽¹⁾

（上海　上海中国航海博物馆　201306）

摘　要：博物馆收藏的文物,除了受一些人为主观因素影响外,无论其存放在文物库房还是处于展览之中,都不可避免地受到周围环境温湿度、光照、昆虫危害、微生物繁殖、气态污染物等多种客观不利因素的影响。温度和相对湿度对文物保存是否能达到最佳状态起到至关重要的作用,也是整个博物馆行业日常需要重点监测和控制的两项重要指标。本文通过试验对处在特定环境下的中国航海博物馆文物库房以及中国航海博物馆历史馆内的部分点位温湿度进行具体分析,并对馆藏文物在展示微环境中的温湿度控制进行了深入思考并提出了具体建议。

关键词：温度　相对湿度　文物保存环境　文物展示微环境　调湿剂

一、引　言

在物质文化生活日益丰富的今天,人们越来越关注和追求精神上的享受。随着博物馆逐渐走进大众的文化生活,她几乎无可替代地满足了人们这一精神需求。博物馆不仅保存了人类祖先遗留下来的大量珍贵文物,更重要的是博物馆作为一个特殊文化载体,将这些文物的历史、科学和艺术价值直接传递给人们。然而,如何有效地保护和更好地展示这些文物,使文物藏品的寿命得以延长？关键是要减少文物库房内部环境以及展示过程中周围微环境的各项不利因素。需要指出的是,文物周围温度和相对湿度是文物保存能否处于最佳状态的两个重要因素,也是衡量文物库房气候环境的主要指标。由于每个博物馆所处地理位置的不同,文物藏品材质属性又千差万别,加上气候条件的差异,因此没有任何放之四海而皆准的具体调控措施；为了保护好博物馆的文物,更好地传承祖先留给我们光辉灿烂的历史文化,不同的博物馆只能根据自身地理位置特点以及文物实际情况进行探索和人为干预。

不同藏品对周围环境不利因素的控制有不同的要求。藏品库房温度变化不宜过于剧烈,一般认为冬季10—18℃为宜,夏季则要控制在25℃以内,气温日变化差值在2—5℃范围内。恒温恒湿库房内部相对湿度一般在55%,上下波动不得大于5%。在此标准范围内的正常波动将不会对文物藏品造成损害⁽²⁾。中国航海博物馆因地处沿海区域,加上周围滴水湖支流环绕,周围环境相对湿度偏高,使得博物馆内部一年四季的相对湿度都较大。另外空气中无机盐分含量较高等环境因素,这些无疑都是文物存放环境中的不利因素。中国航海博物馆在开馆一年多时间里,通过人为干预以及对文物库房的温湿度实际监测,数据结果显示中国航海博物馆整个库房系统的温湿度总体上处于相对理想和比较稳定的状态,库房内部纸质藏品、木质船模监测结果也显示保存状况良好。然而,因展厅为开放式格局,展馆中央有近千平方米中庭与所有展区直接相通,空气流通非常顺畅,而中庭与室外仅以两扇玻璃移门相隔。室外环境对展厅影响较为明显。因此,控制展厅环境及展品陈列微环境始终作为中国航海博物馆文物保护工作中的一项重点任务。

中国航海博物馆文物库房环境控制系统采用两种方式,一种是对于纸、木、纤维制品等对温度及湿度敏感的文物,使用独立的恒温恒湿机组24小时运行。控制库房内湿度55%±5%,温度20℃±5%,且日波动不大于5%。通过一年多来监测的各项指标参数可以看到,恒温恒湿库房温湿度基本稳定,处于理想范围内。因恒温恒湿空调维护运行费用较高,为降低运行成本,对温度要求不高的文物使用另一种环境控制系统,即对温度不采取特别的干预措施,接入中央空调系统,与建筑内其他区域（展厅、办公区）温度一致,因而仅对湿度进行控制。通过库房内部安放设定好湿度的除湿机（控制湿度参数设为55%）,当库房内部受外界影响相对湿度超过55%时,除湿机立即由待机进入工作状态,将多余水蒸气以冷凝水的形式排放到库房外围区域。因临港的地理位置,极少出现极冷极热的自然气候,建筑内温度一般能保持在22℃左右,虽波动略大于恒温恒湿库房,但也处于可接受范围内。

对于中国航海博物馆文物存放的另外一个重要场所——展厅,也是文物藏品温湿度控制的重要场所。尤其是历史馆与船模馆,这两个展馆紧邻亲水平台,而亲水平台外围就是河水,馆外空气中的水蒸气含量一年四季都较大。而两个展馆与室外环境只有两个双层自动感应门相连接,中间能起到缓冲作用的两扇玻璃门间隔长度只有3．4米,当相对的两扇感应门先后打开时,外界环境中空气几乎没有经过任何过滤通过馆内外气体交换就进入船模馆和历史馆,故这两个区域的温湿度受外界环境影响较大。通过在历史馆部分展柜采用恒温恒湿系统、柜外环境中放置除湿机等措施,目前已经大大缓解历史馆展厅温湿度造成的影响；但是上述措施也有一定的局限性。在此基础上,我们进一步使用了展柜专用调湿剂进行干预,经过连续几个月的试验,取得了良好效果,但也发现了一些新的问题。本文主要采用对比方法针对展厅历史馆温湿度进行了研究,并根据数据结果为展厅文物保护提出了可持续管理的建议。

二、环境温湿度变化对中国航海博物馆文物保存状态的影响

（1）温度的影响

在自然环境中,温度对文物的影响主要体现在较短时间内温差过大时导致文物“热胀冷缩”,这虽然是一个自然现象,但是对文物影响不可小觑。在特定环境下,比如文物库房以及展厅中,根据实际需要,通过人为干预,比如通过中央空调以及恒温恒湿装置等可以获取一个相对稳定的温度数值。

①温度升高,会加速一些藏品物理变化的速度。特别对于历史馆展厅内陈列展示的木质船模,个别展品表面甚至已出现一些小的裂纹,这主要是温度过高或湿度偏低对其稳定性产生的不利结果。

②温度升高,也会加大某些化学反应的速率。一些纸质文物或印刷品,在其存放环境温度偏高时,其表面会产生一些物理和化学变化。一些物理变化,通常情况下可以人为采取一些措施恢复至正常状态。但一些化学变化,如有机物的褪色反应、金属表面锈蚀反应等则属于不可逆的,如果保护措施不当就会导致上述化学反应发生,从而对文物造成无可挽回的破坏和损失。当温度与环境中的湿度、光、氧、虫、霉等环境因素共同作用时,温度就是加速剂。⁽³⁾根据Arrhenius反应速率经验公式：lg k＝-Ea／2．30R×（1／T）＋C（k为反应速率,Ea为反应活化能,R为常数,T为绝对温度）,我们大致可以计算出,温度每升高10℃,化学反应速率通常将增加到原来的2—4倍。

③温度升高还会导致一些藏品产生热胀冷缩,从而对藏品造成一定程度上的损坏。对于不同材质的藏品,如历史馆中新仿制的古代宋、元时期的一些船模,特别是一些挂有风帆的船模,风帆和船身甲板等主要通过金属铆钉进行加固,但在日常巡查中我们发现,有的铆钉已出现稍许松动,这主要是受温度影响,不同材质的膨胀系数不一致而造成的结果。后来通过仪器现场检测,我们发现放有上述船模展柜内部常年平均温度高于展柜外部环境1—2℃。

④温度升高会使虫害加重。中国航海博物馆新库房在2010年年初启动后不久,文物修复部对整个库房区域,特别是一些大件藏品,包括纸质、木质文物采取了连续72小时的溴甲烷药剂熏蒸。随后跟进的检测证明,药剂熏蒸除虫取得了显著效果。进入2011年夏季后,在我们日常检查和监测中,发现库房走廊以及展厅地面又零星出现了一些有害昆虫,比如小甲壳虫、蟑螂等,经文物修复部工作人员对各库房仔细勘验,证明是去年冬季木材内部等处藏匿的虫卵未被熏杀干净,随着季节交替和温度的逐渐升高,存活下来的虫卵进一步孵化成虫。这些虫害的发生无疑会进一步加快藏品的破坏速度。

（2）湿度的影响

湿度,是博物馆馆藏文物保存环境另外一个重要指标,一般情况下它是用来衡量大气干燥程度的一个物理量。在一定温度下一定体积的空气里含有的水汽越少,空气越干燥；水汽含量越多,则空气越潮湿。换句话讲,一定量的空气中所含有的水蒸气的量,我们称之为绝对湿度（AH）。但在博物馆实际工作中,我们经常使用的是相对湿度（RH）这个概念。它有两种计算方法：一种是用单位体积空气内实际所含的水汽密度（d₁）和同温度下饱和水汽密度（d₂）的百分比,即RH（%）＝d₁／d₂×100%；另一种计算方法是：实际的空气水汽压强（p₁）和同温度下饱和水汽压强（p₂）的百分比,即RH（%）＝p₁／p₂×100%。相对湿度可以更直观地反映出我们实际感受到的空气的潮湿程度。

在文物库房内,一般情况下恒温恒湿库房里的相对湿度应控制在50%—65%之间。每天的变化应不超过3%—5%。但对于各种质地的文物,要求的相对湿度标准又有所不同。如金属质地文物为0—40%；木、纸、纺织品、象牙、皮革、油画类为50%—65%；石器、陶器类为20%—40%；化石类一般控制在45%—55%范围内。⁽⁴⁾前面提到,在中国航海博物馆库房区域,相对湿度已经处于一个比较稳定理想的状态。

展厅里相对湿度受环境影响也较大,对展品主要有以下几方面影响：

①相对湿度增大加速化学反应。特别是一些金属材质的展品,如渔业馆里的个别渔具、汉代铜镜、刀枪炮剑等,由于中国航海博物馆所处地理位置较为特殊,这里空气相对湿度大,无机盐分含量又高,经过一年多展示,随着馆外空气慢慢渗入展柜,有的金属展品已经或多或少出现锈蚀现象。还有业内所熟知的“青铜病”,也是因为文物存放环境中相对湿度过大造成的。

②相对湿度偏低或偏高易导致木质、纸质和绢画类等藏品开裂或变形。一般情况下,木质船模适宜保存在室温温度以及环境相对湿度55%（±5%）的条件下。但在上海,特别是临港新城沿海地区,一年中符合此条件的季节较少,通过近一年的温湿度监测数据表明,全年只有八、九、十这三个月比较适宜,而十一月至次年三月展厅环境相对湿度偏低,巡查记录最低相对湿度只有28%；四月至七月相对湿度又偏高,历史馆环境湿度甚至高达90%,部分展柜内部相对湿度甚至也达到85%。虽然展厅采用中央空调以及除湿机等设备来调节温湿度,但控湿效果并不十分理想。如展厅航海馆“建设”号船模的甲板、围栏等处在2011年四月份日常巡查中就被发现有微小的开裂和变形,最终被撤换到中国航海博物馆恒温恒湿文物库房,过了一段时间,跟踪查看发现船模变形和开裂的部分又基本恢复了正常,这恰恰说明是上一年度冬天展厅湿度偏低所致。

由于船模在制作后展出前已经在厂家和中国航海博物馆恒温恒湿文物库房存放了一段时间,在这段时间里船模本身基本已经处于相对合理稳定的状态。但展出后周围环境相对湿度偏高、偏低或短时间内波动幅度过大,各种因素综合起来都会对船模本身造成变形乃至开裂现象。再比如航海馆的一幅腰岛岬至鸟嘴头海图,又名“劳山头至鸟嘴头”,由日本水陆部昭和九年三月二十七日出版。该海图经装裱后,最初陈列布展时相对较为平坦,但经过几个月展出后,该海图左上方已经出现了一个细小的裂纹,分析原因应该是展柜内相对湿度偏低加上海图斜上方灯光照度过大所致。

③相对湿度过大还会引起有害霉菌滋生。2010年夏季,通过对展厅日常巡查发现,历史馆裸展的福船、沙船布质帆体表面已经出现三个铜钱大小的暗灰色霉斑,经过取样在文物修复部理化实验室进行小量测试,发现采用麝香草酚（百里酚）的乙醇溶液进行喷涂擦拭除霉,效果较好。经过除霉的展品布料,至今没有再发生过霉变。

另外,在相对密闭的一定空间里,温度与相对湿度变化相关联：温度升高,该空间会容纳更多的水蒸气,而此时密闭空间的水分含量并没有增加,因此相对湿度降低；反之,相对湿度将会升高。⁽⁵⁾

三、中国航海博物馆历史馆展厅温湿度调控试验

针对历史馆展厅中一些对温湿度要求较高展品的展柜,根据不同情况我们有选择性地对历史馆展厅环境（图一至图三的温湿度数据主要采集于历史馆大明混一图展柜前上方区域）以及不同状况的展柜通过采取平行对比的方式,进行了温湿度调控试验。最终通过数据监测、采集和分析,形成如下图表（图一至图七）。此次试验采用德国生产的TESTO175 H2型温湿度记录仪和新型壳聚糖基调湿剂进行试验。从2011年3月至9月连续7个月来数据监测结果表明,对于密封性较好的墙柜和中心柜,采用该新型调湿剂效果较为理想,柜内相对湿度基本能控制在50%—60%范围内。

图一　展厅环境2011年3月份温湿度走势

图二　展厅环境2011年5月份温湿度走势

图三　展厅环境2011年8月份温湿度走势

从上面2011年3月份（图一）历史馆展厅环境温湿度走势图可以看出,此阶段历史馆展厅环境相对湿度值偏低,并且在22%—57%范围内波动；到了2011年5月份（图二）,历史馆展厅环境中的相对湿度有上升趋势,但短期内上下波动仍然较大,波动差值最高达42个百分点；从图三可以看出,进入2011年8月份以来,由于夏季中央空调制冷的作用,历史馆环境温度相比3月份和5月份平均下降5℃,从而导致展厅环境相对湿度大幅上升,基本在75%—93%范围内进行波动。综合图一至图三温湿度走势不难看出,无论中国航海博物馆馆外环境偏干还是偏湿,馆内环境总体来讲相对湿度波动都比较大。

在此基础上,对于展馆环境温湿度波动较大的5月份,我们分别选择了相对密封性较好的“瞪羚”号（亦即运茶船,中心柜）和“江华轮”（墙柜）两个展柜、密封性相对较差的“歌德堡”号和“扬武”号两个中心柜进行比较研究,其中在“瞪羚”号（运茶船）和“江华轮”、“歌德堡”号三个展柜分别放入新型壳聚糖基调湿剂,每个展柜调湿剂用量约3 kg,平均分装成10盘,盘内调湿剂厚度3—4 cm,“扬武”号展柜则作为空白试验对比,四个试验展柜均采用德图TESTO175 H2型温湿度记录仪进行24小时不间断跟踪监测,将实时探测数据记录设定为每5分钟更新一次。整个2011年5月份四个试验点位监测数据分析形成如下图表（图四至图七）：

图四　“瞪羚”号展柜内部2011年5月份温湿度走势

分析图四至图七不难看出,放入新型壳聚糖基调湿剂的三个展柜温湿度变化幅度较文物存放环境小了许多,从走势图还可以看出,这三个展柜在调湿剂调控作用下,相对湿度正在向文物适宜的方向前进。再有,放置调湿剂的“歌德堡”号展柜内湿度变化较“扬武”号展柜内平滑（特殊情况说明：放有新型壳聚糖基调湿剂的“歌德堡”号展柜在2011年5月26日这天相对湿度之所以有一个尖峰,根据2011年5月26日日常巡查记录得知,是因为当天此展柜被打开更换体块,而此时柜外相对湿度又高于柜内所造成,故此尖峰在分析时应予以忽略）,这些都充分说明展柜中壳聚糖基调湿剂发挥了应有的调控作用。

图五　“江华轮”号展柜内部2011年5月份温湿度走势

图六　“歌德堡”号展柜内部2011年5月份温湿度走势

图七　“扬武”号展柜内部2011年5月份温湿度走势

另外,2011年6—8月份展厅环境相对湿度波动不大,我们通过对该段时间温湿度监测采集后,采取相似方法进行数据分析,三个放有新型壳聚糖基调湿剂的试验点位相对湿度调控效果比2011年5月份还要理想。

四、对中国航海博物馆温湿度调控的建议

既然文物保存环境的温湿度是影响文物保存的两项重要因素,根据中国航海博物馆所处临港新城地区独特的气候条件,同时结合我们上面试验监测数据以及结果分析,今后中国航海博物馆在文物保护的温湿度调控方面,应注意以下几点：

1．对整个文物库房区域,特别是针对几个恒温恒湿库房要继续加强监测,通过人工、设备干预等方式使恒温恒湿库房里的温湿度继续处于一个相对稳定理想的状态。

2．在今后展柜改造时,对温湿度要求较为严格的展柜,首先要做好密封性方面的改进；从上面的数据分析不难看出,展柜密封性越好,展柜内部温湿度的可控性就越强；待密封性改进后,进一步扩大调湿剂的使用范围。同时,对于放有调湿剂的展柜,为不影响游客对藏品的观瞻,还要考虑好展柜改造中对展品基座体块的重新制作与改造。

3．展厅中央空调系统以及所有恒温恒湿设备应保持24小时不间断工作。特别是中央空调以及照明灯光,不能为了节省能源在每日下班后对其进行关闭。因为从文物保护角度讲,文物最理想的保存状态就是其周围环境温度、相对湿度等始终处于一个连续而稳定的状态。如果关闭空调和灯光,则人为加大了白天与夜间环境的温湿度差,反而不利于对文物,尤其是木质船模的保存。

4．对于库房中存放的一些比较珍贵的纸质、木质等对温湿度较为敏感的文物,应尽快放入木质橱柜或专门为文物定做的囊匣中,这在一定程度上也会减少温湿度对它们造成的不必要的损坏。

5．对温湿度敏感度及展柜微环境控制有不同要求的展品要分柜展示。如历史馆中的遣唐使船模与铜镜两类展品不应该放在同一展柜展示,因为它们材质不同,对周围微环境的温湿度要求也不一样。

【注释】

(1)作者简介：杜树志（1977— ）,男,硕士,2003年3月毕业于上海大学有机化学专业,中国航海博物馆馆员,研究方向：博物馆藏品保存环境及有机文物保护。

(2)刘畅：《浅谈博物馆文物库房的温湿度环境控制》,《博物馆研究》2009年第3期,第86—88页。

(3)于子勇：《文物保护环境与安全操作》,《艺术市场》2005年第6期,第120—121页。

(4)毛志平、李倩：《如何控制基层文博单位文物库房的温、湿度》,《中国博物馆通讯》2001年第7期,第21—23页。

(5)徐方圆、解玉林、吴来明：《文物保存环境中温湿度研究》,《上海文博》2009年第21期,第69—75页。