來(lái)源：《中國(guó)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(duì)比光照、相對(duì)濕度和污染物濃度變化情況，闡述展柜改造后對(duì)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(duì)“穩(wěn)定、潔凈”保存環(huán)境，又為博物館有針對(duì)性地開(kāi)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(duì)濕度；污染物濃度
一、引言
一直以來(lái)，文物直接接觸的微環(huán)境“穩(wěn)定、潔凈”與否，是關(guān)乎其長(zhǎng)期保存的重要因素，而光照、溫度、相對(duì)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(duì)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(duì)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(guò)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(wèn)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(cè)文物保存環(huán)境狀況的基礎(chǔ)上，通過(guò)展柜的升級(jí)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(duì)性地開(kāi)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(kāi)館期間運(yùn)行，每天上下班開(kāi)關(guān)空調(diào)。根據(jù)文物保存環(huán)境的監(jiān)測(cè)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(duì)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(duì)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(jí)改造。主要包括：①將展柜內(nèi)的普通日光燈更換為無(wú)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(duì)展柜密閉性進(jìn)行改造后，通過(guò)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(duì)展柜的相對(duì)濕度進(jìn)行調(diào)控。③對(duì)展柜板材進(jìn)行鋁塑膜包覆并更換展臺(tái)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(duì)象及方法
1.光照
(1)照度檢測(cè)
本次光照變化檢測(cè)以書(shū)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(cè)技術(shù)規(guī)范》(WW/T 0016-2008)1，采用臺(tái)灣泰仕TES一1339專業(yè)級(jí)照度計(jì)，對(duì)三個(gè)展柜改造前后的照度進(jìn)行檢測(cè)。儀器的測(cè)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(cè)點(diǎn)，除檢測(cè)點(diǎn)I的受光面朝上外，其他檢測(cè)點(diǎn)的受光面均朝前，與文物的主要受光面平行。
圖1.展柜照度檢測(cè)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(cè)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(duì)燈光改造前后光照變化的顯著性效果進(jìn)行分析評(píng)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(jiǎn)單。Excel數(shù)據(jù)分析工具中的“T檢驗(yàn)：平均值的成對(duì)二樣本分析”，就是對(duì)兩組配對(duì)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(kāi)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(kù)”，單擊“確定”為Excel安裝分析工具庫(kù)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(duì)濕度
(1)相對(duì)濕度監(jiān)測(cè)
由于改造后未做專業(yè)性的密閉性檢測(cè)，故選取三個(gè)大小相同且半年的溫濕度監(jiān)測(cè)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(duì)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(duì)比實(shí)驗(yàn)，通過(guò)無(wú)線溫濕度監(jiān)測(cè)終端(SWJ—T/H1—1.1)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(cè)終端的溫度測(cè)量范圍：一30～70℃(精度±0.3cC)，相對(duì)濕度的測(cè)量范圍：0～98%RH(精度±2%RH)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量為一百萬(wàn)組，設(shè)置監(jiān)測(cè)間隔時(shí)間為10分鐘。
(2)分析方法
由于溫度是影響相對(duì)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(cè)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(guò)計(jì)算各監(jiān)測(cè)點(diǎn)離散度和離散系數(shù)的方法4，評(píng)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(cè)
采用英國(guó)PPM HTV便攜式甲醛測(cè)試儀、美國(guó)華瑞ppbRAE3000VOC檢測(cè)儀，分別檢測(cè)展柜中甲醛、揮發(fā)性有機(jī)物(VOC)的濃度。采用無(wú)動(dòng)力擴(kuò)散“被動(dòng)采樣一儀器分析”的方法5，在檢測(cè)點(diǎn)放置無(wú)動(dòng)力擴(kuò)散采樣器現(xiàn)場(chǎng)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(píng)估文物保存環(huán)境吸附劑(Shm8)對(duì)污染物的調(diào)控效果，選擇具有代表性的文物展柜作為測(cè)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(cè)終端QCM(SWJ—OIS一1.1)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)有機(jī)污染物、無(wú)機(jī)污染物和硫化污染物，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后沉積固化到傳感器上的情況。甲醛檢測(cè)儀的測(cè)量范圍0.00～10.00ppm(精度±2%)，分辨率0.01ppm；VOC檢測(cè)儀的測(cè)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(hào)頻率范圍7～13MHz，分辨率1Hz，設(shè)置監(jiān)測(cè)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(jí)范圍，首先對(duì)室內(nèi)型空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)終端QCM的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，剔除溫度、相對(duì)濕度的影響，再根據(jù)Sauerbrey公式(1)對(duì)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(wú)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(jí)7-9。
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(cè)點(diǎn)照度均從上至下呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢(shì)，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(jué)觀察。展柜改造后，除底部受光面朝上的檢測(cè)點(diǎn)I外，其余檢測(cè)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(cè)結(jié)果
圖2.展柜改造前后照度變化
(a.展柜1照度檢測(cè)；b.展柜2的照度檢測(cè)；c.展柜3的照度檢測(cè))
為評(píng)價(jià)書(shū)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(cè)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(duì)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(duì)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(cè)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(duì)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(jí)改造對(duì)展柜的照度具有顯著性改善，不僅有利于保護(hù)對(duì)光照特別敏感的文物，而且展陳的視覺(jué)效果也有所提升。
表2照度的正態(tài)性和T檢驗(yàn)
2.相對(duì)濕度
在4～10月期間，對(duì)同一展廳的展柜采取兩種不同的調(diào)控措施，觀察相對(duì)濕度的對(duì)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(duì)濕度在調(diào)控目標(biāo)值(50%)范圍內(nèi)比較平穩(wěn)，而無(wú)調(diào)濕機(jī)的展柜內(nèi)(圖3，b)，雖然密閉空間對(duì)濕度具有維持作用，使其較展廳內(nèi)(圖3，a)更低，但相對(duì)濕度的變化趨勢(shì)與展廳內(nèi)基本一致，波動(dòng)范圍在40%～80%之間，主要受到來(lái)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(duì)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(wú)調(diào)濕劑的展柜(圖4，b)，相對(duì)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(duì)濕度更加平穩(wěn)。
圖3.安裝調(diào)濕機(jī)展柜的濕度監(jiān)測(cè)
圖4.放置調(diào)濕劑展柜的濕度監(jiān)測(cè)
計(jì)算各監(jiān)測(cè)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(cè)點(diǎn)的溫度離散系數(shù)基本一致，而相對(duì)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(wú)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(duì)展柜的相對(duì)濕度有所改善，但仍然不符合標(biāo)準(zhǔn)，相對(duì)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)
3.污染物濃度
如表4所示，經(jīng)過(guò)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。
圖5.展柜內(nèi)污染物監(jiān)測(cè)
(a.有機(jī)污染物；b.無(wú)機(jī)污染物；c.硫化污染物)
由于展柜微環(huán)境空間相對(duì)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(chóng)劑等揮發(fā)性物質(zhì)會(huì)在密閉空間中聚集。為此，我們?cè)谄渲幸粋€(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(cè)終端QCM，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)有機(jī)污染物、無(wú)機(jī)污染物和硫化污染物三類污染物的濃度(圖5)，通過(guò)計(jì)算后綜合評(píng)價(jià)文物保存微環(huán)境的空氣質(zhì)量等級(jí)。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(wú)機(jī)污染物和硫化污染物的環(huán)境空氣質(zhì)量等級(jí)均為潔凈。
表4展柜改造前后污染物濃度檢測(cè)結(jié)果
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
五、結(jié)論及建議
對(duì)比四川博物院展柜微環(huán)境改造前后光照、相對(duì)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(duì)“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(cè)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(cè)點(diǎn)A(展柜上部)和檢測(cè)點(diǎn)I(展柜底部)，避免無(wú)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(duì)不同的調(diào)控需求選取適當(dāng)?shù)恼{(diào)控措施，對(duì)展柜的選購(gòu)除必要的安全防范外，也要注意調(diào)濕功能。
第三，加強(qiáng)對(duì)展廳、展柜的換氣處理，并對(duì)展陳裝修材料開(kāi)展環(huán)境影響評(píng)價(jià)，選用檢測(cè)合格的無(wú)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(cè)技術(shù)規(guī)范[s].
2.GB50034—2013，建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[S]，
3.胡榮華，管于華.EXCEL在假設(shè)檢驗(yàn)中的應(yīng)用[J1.江蘇統(tǒng)計(jì).2002(08)：40-41.
4.馮萍莉，雷淑.基于離散程度的博物館館藏環(huán)境溫濕度中長(zhǎng)期評(píng)估方法[J].文物保護(hù)與考古科學(xué)，2016,28(02)：85-91.
5.同1.
6.姜心雨，閆瑩.顧雍，等.C_6mimCl/QCM傳感器對(duì)有機(jī)酸性氣體的監(jiān)測(cè)[J].華東理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版).2013,39(04):457460+487.
7.ANSI/ISA-71.04-2013.Environmental Conditions for Process Measurementand Control Systems：Airborne Contaminants[S].
8.Chris Muller.Air-Quality Standards for Preservation Environments Considerations for Monitoring and Classification of Gaseous Pollutants[C].The21st Annual IAMFA Conference.2010-2011：11.
9.解玉林，顧旭.博物館、檔案館、圖書(shū)館被保護(hù)環(huán)境中氣態(tài)污染物的監(jiān)測(cè)和分級(jí)[J].文物保護(hù)與考古科學(xué)，2002($I)：218-227.10.GB/T 23863-2009，博物館照明設(shè)計(jì)規(guī)范[S].
11.董秀明.配對(duì)t檢驗(yàn)--5成組t檢驗(yàn)優(yōu)選方法研究[J].數(shù)理醫(yī)藥學(xué)雜志，2010，23(01)：11-14.
12.劉慶武，胡志艷.如何用SPSS、SAS統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn)[J].湘南學(xué)院學(xué)報(bào)，2005(03)：56-58.
