天津古建筑內(nèi)保存壁畫的熱濕環(huán)境探究

李崢嶸 徐天昊 張 鵬 徐偉鵬

天津古建筑內(nèi)保存壁畫的熱濕環(huán)境探究

李崢嶸1徐天昊1張 鵬2徐偉鵬1

1同濟(jì)大學(xué)暖通空調(diào)及燃?xì)庋芯克?br/>2天津市歷史風(fēng)貌建筑整理有限責(zé)任公司

通過對天津慶王府中勸業(yè)廳的冬季室內(nèi)環(huán)境的實測和調(diào)研，分析了該廳冬季熱濕環(huán)境的基本特點，以及人員流動對室內(nèi)熱濕環(huán)境的影響。結(jié)合壁畫保存的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，分析得出現(xiàn)有熱濕環(huán)境不利于壁畫保存的結(jié)論，并給出相關(guān)改造建議。

壁畫保存人員在室量溫度相對濕度

0 引言

天津慶王府作為五大道中的特級歷史保護(hù)建筑，現(xiàn)已被修繕成用餐會所，并且室內(nèi)已安裝市政采暖設(shè)備，建筑的使用方式已經(jīng)發(fā)生了明顯變化。府內(nèi)勸業(yè)廳的北側(cè)墻壁上保留著兩幅珍貴的巖石類壁畫，已發(fā)生了明顯的脫落、褪色等損壞現(xiàn)象。為了探究目前的建筑使用方式是否利于壁畫的保存，本文在冬季針對廳內(nèi)的熱濕環(huán)境進(jìn)行了監(jiān)測分析。

國內(nèi)外學(xué)者針對壁畫類文物的保存環(huán)境做了較深入的研究。Maria等對比3處教堂壁畫房間的溫濕度變化情況，發(fā)現(xiàn)在溫濕度波動明顯的房間壁畫的褪色相對嚴(yán)重[1]。Odile等通過研究羅馬古建筑壁畫成分得出壁畫表面濕度對其褪色影響最大的結(jié)論[2]。孫延忠等針對廣西花山巖畫分析顏料脫落的原因，發(fā)現(xiàn)表面溫差變化會引起巖畫顏料層的病害[3]。閻宏彬等研究了云岡石窟保存環(huán)境，發(fā)現(xiàn)溫濕度的變化可導(dǎo)致石質(zhì)表面凝結(jié)、蒸發(fā)現(xiàn)象反復(fù)發(fā)生，從而引起石質(zhì)壁畫劣化[4]。

1 壁畫保存的溫濕度環(huán)境概述

勸業(yè)廳中壁畫與室內(nèi)空氣直接接觸，因此室內(nèi)空氣的溫度和相對濕度是影響室內(nèi)壁畫保存質(zhì)量的兩個重要因素。壁畫作為文物的一種，一些學(xué)者和機構(gòu)在經(jīng)過多年的研究后，提出或制定了適宜壁畫保存的空氣溫濕度指標(biāo)或范圍。

Cavallini等總結(jié)多位學(xué)者與機構(gòu)的研究成果，匯總了石質(zhì)文物對溫濕度可接受水平，如表1所示[5]。我國文物局編寫的《博物館藏品保存環(huán)境試行規(guī)范》提出了對巖石類文物保存的空氣溫濕度的限定，以減小文物的損壞[6]。意大利的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)UNI 10829[7]和美國AHSRAE Applications Handbook[8]（Huijbregts等學(xué)者建議在重型石造建筑中保存環(huán)境選取Class B的控制等級[9]）也均提出了空氣溫濕度的要求。表2所示為不同規(guī)范中提出的限定值對比。

表1 溫濕度因素對石質(zhì)文物的影響及其可接受的水平

表2 壁畫保存規(guī)范基本要求對比概表

2 壁畫保存環(huán)境冬季實測

2.1 勸業(yè)廳使用方式簡介

勸業(yè)廳（平面布局如圖1）作為慶王府典型的餐廳房間，使用時間基本集中于晚餐時間。服務(wù)員在客人預(yù)訂時間前將餐桌整理完畢，用餐結(jié)束后立即進(jìn)行打掃清潔。用餐期間外窗以及與鄰室相連的門常閉，僅與大廳相通的一扇對開門用于服務(wù)員與客人的進(jìn)出。餐廳僅記錄客人到店時間和用餐人數(shù)，不記離店時間，此外客人用餐時間一般為2至3個小時。

圖1 勸業(yè)廳平面圖（含測點分布）

2.2 現(xiàn)場實測方案

針對勸業(yè)廳內(nèi)壁畫的保存環(huán)境，筆者從2013年12月2日12:00至2014年1月4日12:00進(jìn)行了為期33天的環(huán)境監(jiān)測。監(jiān)測期間，天津已經(jīng)進(jìn)入集中采暖季，室內(nèi)24小時采暖。本次測試的測量參數(shù)及儀器如表3所示，其中自動記錄儀每隔5min記錄一次數(shù)據(jù)。自動記錄儀測點分布如圖1所示，其中北側(cè)的兩扇側(cè)門常閉，大廳測點位于廳中部距離勸業(yè)廳入口2.5m。根據(jù)勸業(yè)廳空間高度和內(nèi)部家居分布情況，測點1和2的布置高度為2.2m，測點3和大廳測點為1.5m。

表3 測量參數(shù)及使用儀器

3 測試結(jié)果分析

3.1 溫濕度變化分析

監(jiān)測得到溫濕度特征如表4所示（其中規(guī)范限制參考表2）。為了整體上分析比較不同測點的環(huán)境參數(shù)，取測點處每6個小時監(jiān)測數(shù)據(jù)（0:00～5:55、6:00~ 11:55、12:00~17:55、18:00~23:55）的平均值，結(jié)果如圖2～3所示。由圖可知，三個測點處的溫濕度變化趨勢一致并且數(shù)值十分接近，測點1處溫度較高，測點3溫度較低；對應(yīng)地，相對濕度測點1處較低，測點3處較高。此外，溫度多位于19～23℃之間，較穩(wěn)定；而相對濕度在16%～37%之間變化，波動較明顯。

表4 不同測點的溫濕度特征

整體上看，壁畫的保存環(huán)境與室內(nèi)環(huán)境并無本質(zhì)差異，進(jìn)一步討論壁畫保存環(huán)境優(yōu)劣時可選取測點1與測點2中某一個的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析即可，下文的空氣溫濕度均選取測點2處測得數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。參考規(guī)范中提出的溫濕度指標(biāo)[6～8]，壁畫保存環(huán)境中溫度較為適宜。由測點2的相對濕度百分比分布圖（圖4）可見，99.6%的監(jiān)測數(shù)據(jù)低于40%，相對濕度低于規(guī)范指標(biāo)。溫濕度日較差參考相關(guān)規(guī)范[6]對測點2的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，如圖5所示。溫度日較差只有1天大于5℃，可判斷基本滿足規(guī)范要求。而相對濕度日較差過大，有31天大于5%，其中15天大于10%，不滿足規(guī)范要求。

圖2 空氣溫度測試結(jié)果

圖3 空氣相對測試結(jié)果

圖4 測點2處相對濕度測試結(jié)果

圖5 溫濕度日較差

3.2 人員使用對空氣溫、濕度的影響

筆者詳細(xì)統(tǒng)計了2013年12月2日、3日以及2014年1月2日晴天條件下，勸業(yè)廳處于用餐使用狀態(tài)下的人流量。為了反映室內(nèi)參數(shù)變化趨勢，數(shù)據(jù)截取時間比客人時間前后各增加2小時（如客人離開后的2小時內(nèi)關(guān)燈打烊，則截取到打烊時間，以排除燈光等設(shè)備影響），具體如表5所示。數(shù)據(jù)處理時，每5分鐘輸出一次在室人數(shù)，同時記錄溫濕度參數(shù)。將客人及服務(wù)員均考慮入內(nèi)，人員在室量與空氣溫濕度之間的關(guān)系對比如圖6～7所示。

表5 人員流動數(shù)據(jù)統(tǒng)計介紹

圖6 人員在室量與空氣溫度的對比

圖7 人員在室量與空氣相對濕度的對比

圖8 溫度平均值比較

圖9 相對濕度平均值比較

人體自身的散熱散濕會增加室內(nèi)溫濕度，中等勞動強度的成年男子在環(huán)境溫度為22℃時，顯熱散熱量為104W，潛熱散熱量為131W，散濕量為196g/h[10]。同時菜品的散熱散濕也會對室內(nèi)溫濕度環(huán)境造成影響。由圖6～7可見，空氣溫濕度的升高與人員在室量大致呈正相關(guān)，并且升高明顯。客人時間范圍內(nèi)勸業(yè)廳與大廳的溫濕度平均值分析如圖8～9所示?？梢娍腿耸褂闷陂g勸業(yè)廳內(nèi)溫濕度均比大廳高，并且前者的數(shù)值呈現(xiàn)較明顯的波動。根據(jù)現(xiàn)場觀察，大廳僅用作人員流通，人員停留的情況較少發(fā)生。針對勸業(yè)廳，用餐期間除了人員進(jìn)出外，門常處于關(guān)閉狀態(tài)；用餐結(jié)束后客人短時間內(nèi)全部離開，門常開。客人離店后，勸業(yè)廳內(nèi)溫濕度迅速變化，逐漸與大廳的環(huán)境參數(shù)趨于一致。此外，監(jiān)測期間溫度的最大波動值為1.5℃（12月2日）、3.5℃（12月3日）與1.5℃（1月2日），相對濕度的最大波動值為8.2%（12月2日）、4.8%（12月3日）與9.2%（12月2日）?？梢娙藛T使用對勸業(yè)廳內(nèi)熱濕環(huán)境的影響比較明顯。此外根據(jù)前人研究，較大的溫濕度波動可能對壁畫保存不利。

4 討論與小結(jié)

天津慶王府勸業(yè)廳的使用方式發(fā)生了變化，為了探究目前的建筑使用方式是否利于壁畫的保存，研究其保存環(huán)境尤為重要。通過對其保存環(huán)境為期33天的監(jiān)測以及其中3個晴天對人員在室數(shù)量的精確記錄，以測點2處的數(shù)據(jù)為代表做分析，可以判斷勸業(yè)廳冬季現(xiàn)有的使用方式并不利于壁畫的保存，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

1）保存環(huán)境的相對濕度過低。室內(nèi)相對濕度的監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，幾乎全部時間的相對濕度低于《博物館藏品保存環(huán)境試行規(guī)范》中提出的40%的下限要求，也均低于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)UNI 10829和AHSRAE Applications Handbook中相應(yīng)的要求。而室內(nèi)相對濕度過低的原因是慶王府內(nèi)在改造之后在冬季進(jìn)行集中采暖。

2）相對濕度波動較大。監(jiān)測期間，室內(nèi)溫濕度均有明顯波動。在《博物館藏品保存環(huán)境試行規(guī)范》以及AHSRAE Applications Handbook中對溫度、相對濕度的日較差均有限制，前者的要求更嚴(yán)格。監(jiān)測期間的33天中，溫度日較差均小于5℃，而相對濕度日較差有31天的數(shù)據(jù)大于5%，有15天大于10%。因此，可推斷相對濕度的日較差過大，不利于壁畫的保存。

3）人員在室數(shù)量對保存環(huán)境影響明顯。勸業(yè)廳現(xiàn)已用作餐廳使用，用餐期間客人數(shù)目較多，由于人體自身以及菜品散熱散濕，勸業(yè)廳內(nèi)的溫濕度普遍高于大廳，且溫度與相對濕度的變化與人體在室量成正相關(guān)。并且在客人到店和離店時，溫度和相對濕度具有較大的波動值，最大達(dá)到9.2%（1月2日）與3.5℃（12月3日）。人員流動改變了勸業(yè)廳內(nèi)熱濕環(huán)境，也對壁畫的保存產(chǎn)生不利影響。

5 建議

慶王府的使用方式已經(jīng)發(fā)生改變，主要體現(xiàn)在采暖設(shè)備的使用以及人員流動的集中上。勸業(yè)廳內(nèi)的熱濕環(huán)境已經(jīng)不滿足壁畫保存的要求。結(jié)合已有的保存指標(biāo)，并考慮慶王府作為用餐會所使用的實際情況，提出以下幾點建議：

1）冬季室內(nèi)近壁畫側(cè)采用加濕設(shè)備，以防止冬季室內(nèi)采暖條件下的勸業(yè)廳內(nèi)相對濕度持續(xù)過低，將相對濕度控制在40%～65%的范圍內(nèi)。

2）使用玻璃保護(hù)罩覆蓋壁畫。勸業(yè)廳已經(jīng)作為餐廳使用，不具備限制人流量的條件。因此，建議壁畫部分使用玻璃保護(hù)罩覆蓋，將壁畫與室內(nèi)環(huán)境分隔開來。玻璃罩的設(shè)置不會影響人們欣賞壁畫的同時，能減少溫濕度的波動，起到緩沖作用。

[1]Maria La Gennusa,Gianfranco Rizzo,Gianluca Scaccianoce,et al.Control of indoor environments in heritage buildings:experimental measurements in an old Italian museum and proposal of a methodology[J].Journal of Cultural Heritage,2005,(6):147-155

[2]Odile Cristini,Christophe Kinowski,et al.A detailedmicro-Rama -n spectroscopic study of wall paintings of the period AD 100～～200:effect of atmospheric conditions on the alteration of samples[J].Raman Spectroscopy,2010,41,1410-141

[3]孫延忠,王志良.廣西花山巖畫顏料脫落和褪色原因分析[J].文物保護(hù)與考古科學(xué),2011,23(2):13-17

[4]閻宏彬,黃繼忠,趙新春,等.溫度、濕度的變化對云岡石窟保存的影響[J].大同大學(xué)學(xué)報,2007,23(3):25-29

[5]T Cavallini,S Massa,A Russo.Optimal environmental conditions in museums[A].In:Science,Technology and European Cultural Heritage[C].Bologna,1991:626-631

[6]國家文物局.博物館藏品保存環(huán)境試行規(guī)范[S].北京:國家文物局,2003

[7]Works of Art of Historical Importance-ambient Conditions for the Conservation-measurements and Analysis(UNI-CTI no.10829) [S].Ente Nazionale Italiano di Unificazione,Milan,1999

[8]ASHRAE.Applications Handbook:HVAC applications[M].Atla -nta:ASHRAE,2003

[9]Z Huijbregets,R P Kramer,M H J Martens,et al.A proposed method to assess the damage risk of future climate change to museum objects in historic buildings[J].Building and Environment,2012:43-56

[10]朱穎心.建筑環(huán)境學(xué)(第二版)[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社, 2005

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LI Zheng-rong1,XU Tian-hao1,ZHANG Peng2,XU Wei-peng1
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Based on the winter field research on the indoor environment of Tianjin Qingwangfu,the characteristics of indoor thermal environment and the influence of occupant on the environment are analyzed in this paper.According to codes for frescos preservation,it is concluded that current thermal environment will make damage to the frescos.Some suggestions for renewal is brought forward in the end.

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1003-0344（2014）04-005-4

2013-6-24

李崢嶸（1969～），女，博士，教授；上海市楊浦區(qū)四平路1239號同濟(jì)大學(xué)濟(jì)陽樓413室（200092）；021-65988869；E-mail:hulingzhou@163.com