論室外空氣對(duì)博物館環(huán)境的威脅和應(yīng)對(duì)

呂大偉

（中國(guó)國(guó)家博物館）

1 引言

博物館是征集、典藏、陳列和研究代表自然和人類(lèi)文化遺產(chǎn)的實(shí)物的場(chǎng)所，并對(duì)那些有科學(xué)性、歷史性或者藝術(shù)價(jià)值的物品進(jìn)行分類(lèi)，為公眾提供知識(shí)、教育和欣賞的文化教育的機(jī)構(gòu)、建筑物、地點(diǎn)或者社會(huì)公共機(jī)構(gòu)。博物館是非營(yíng)利的永久性機(jī)構(gòu)，對(duì)公眾開(kāi)放，為社會(huì)發(fā)展提供服務(wù)，其展品包括書(shū)籍和文件、藝術(shù)品、歷史文物、民族歷史標(biāo)本、通俗文化實(shí)例、曾經(jīng)的貿(mào)易商品、技術(shù)成就、產(chǎn)品。展品具有象征性，美學(xué)，文化，社會(huì)，歷史價(jià)值。因此，被保護(hù) 的文物中的任何一種的損失都將影響人類(lèi)的文化傳承和發(fā)展。境濕度（EMC），與其化學(xué)，物理或生物穩(wěn)定性一致。當(dāng)EMC太低或太高時(shí)，相關(guān)的環(huán)境濕度就會(huì)成為危險(xiǎn)因素。最近的文獻(xiàn)經(jīng)常將與濕度相關(guān)的損害稱(chēng)為“不正確的相對(duì)濕度”，以強(qiáng)調(diào)可接受的水分含量范圍的概念，而不是絕對(duì)濕度。高于不穩(wěn)定的相對(duì)濕度也會(huì)對(duì)某些類(lèi)型的文物造成損害。圖1清楚的表明高濕

2 環(huán)境對(duì)館藏文物的威脅

由于必須無(wú)限期地保存它們，而且要允許公眾參觀(guān)以及學(xué)術(shù)訪(fǎng)問(wèn)研究等，因此，館藏文物容易受到多方面的威脅 [1,2]。

圖1 合適的相對(duì)濕度和過(guò)高的相對(duì)濕度對(duì)展品的影響

2.1 相對(duì)濕度影響

對(duì)于每種材料，都有一定要求的環(huán)環(huán)境對(duì)于保存的展品在壽命、機(jī)械損傷、霉菌風(fēng)險(xiǎn)、金屬腐蝕上的風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 溫度影響

展廳和文物庫(kù)房的溫度范圍必須加以控制。當(dāng)溫度太低時(shí)，某些聚合物會(huì)變脆，更容易斷裂。在太高的溫度下，有害的化學(xué)過(guò)程會(huì)加速。熱能不僅會(huì)加速老化，還會(huì)放大不正確的相對(duì)濕度的影響。因此，重要材料（例如，紙張和照相材料等）確定理想?yún)?shù)時(shí)，通常會(huì)同時(shí)考慮不正確的相對(duì)濕度和溫度。任何溫度變化也會(huì)改變相對(duì)濕度。因此，仔細(xì)而緊密地控制相對(duì)濕度需要同樣重要的溫度控制。

2.3 大氣污染物影響

空氣污染（或污染物）包括滲入建筑物的室外氣態(tài)和顆粒污染物以及室內(nèi)產(chǎn)生的氣態(tài)污染物?？諝馕廴緦?duì)文物的損壞是累積性且不可逆的。長(zhǎng)期暴露于低水平的污染物和短期暴露于高濃度的污染物都可能損壞易感物體。并非所有的破壞都立即可見(jiàn)，特別是有機(jī)材料（例如紙張，紡織品，動(dòng)物皮），破壞可能會(huì)導(dǎo)致強(qiáng)度，脆性等損失。SO2會(huì)破壞皮革和羊皮紙分子結(jié)構(gòu)，使得材料表面變得粉狀，容易磨損 ，還褪色染料，影響水彩畫(huà)、紡織品、服裝等的顏色，使得照片圖像變暗。

2.4 害蟲(chóng)侵?jǐn)_影響

害蟲(chóng)侵?jǐn)_主要包括以食物為食的昆蟲(chóng)。霉菌，真菌和細(xì)菌也屬于害蟲(chóng)，但是可以通過(guò)控制相對(duì)濕度、溫度、室內(nèi)空氣質(zhì)量和通風(fēng)來(lái)限制它們。

3 選擇有利的室外空氣應(yīng)對(duì)上述風(fēng)險(xiǎn)

室外空氣很少處于設(shè)計(jì)的溫度和濕度指標(biāo)，并且會(huì)引入顆粒和氣態(tài)污染。室外空氣通常是博物館濕度波動(dòng)的主要原因，引入過(guò)多的室外空氣通常需要非常大的加濕系統(tǒng)。

但室外空氣又必不可少，是為館內(nèi)展品和觀(guān)眾提供新鮮空氣并保持館內(nèi)維持正壓。適當(dāng)?shù)臍饬骺梢赃^(guò)濾空氣，控制濕度并抑制霉菌的生長(zhǎng)。過(guò)渡季節(jié)可以利用室外空氣對(duì)公共區(qū)域進(jìn)行溫度和濕度調(diào)節(jié)有效節(jié)約能源，所以可靠地選擇有利的室外空氣是非常重要的。

對(duì)于引入室外空氣帶來(lái)的顆粒和氣態(tài)污染的應(yīng)對(duì)方法包括：

3.1 過(guò)濾方法[3]

1）顆粒過(guò)濾

顆粒過(guò)濾對(duì)于去除可能污染HVAC系統(tǒng)的污染物以及可能降解或破壞所保存的古器物的顆粒至關(guān)重要。因此，此處的顆粒過(guò)濾分為兩個(gè)步驟：預(yù)過(guò)濾和細(xì)顆粒過(guò)濾。

2）預(yù)過(guò)濾

預(yù)過(guò)濾可以防止冷卻盤(pán)管積垢和風(fēng)扇，管道系統(tǒng)或其他HVAC組件中的灰塵積聚。并保護(hù)和延長(zhǎng)細(xì)顆粒過(guò)濾器的功能使用壽命。這些污垢尺寸的顆粒通常被認(rèn)為是MERV E-3范圍的顆?；?μm～10μm尺寸范圍的顆粒。要達(dá)到E-3粒徑范圍至少50%的去除率，需要進(jìn)行MERV 7過(guò)濾。MERV 11或更高級(jí)別的預(yù)過(guò)濾器可在相似或更低的壓降下運(yùn)行，會(huì)有更高的效率，并為HVAC組件和氣相過(guò)濾器提供更多保護(hù)。

3）細(xì)顆粒過(guò)濾

細(xì)顆粒過(guò)濾可以保護(hù)設(shè)施中的古器物和展品。該粒度通常稱(chēng)為“累積”粒度，并且落在MERV E-1顆粒范圍內(nèi)（0.3μm～1μm）。至少E-1范圍的85%的去除效率足以保存大多數(shù)展品。MERV 15過(guò)濾器在E-1范圍內(nèi)最小為85%，在E-2（1μm～3μm）和 E-3（3μm ～ 10μm）范圍內(nèi)至少為90%。

對(duì)于長(zhǎng)期保存的某些館藏可能需要比MERV 15更高的效率。可以選擇整個(gè)公共區(qū)域的HEPA（在0.3μm時(shí)為99.97%）過(guò)濾。每當(dāng)將HEPA過(guò)濾器用作最終過(guò)濾器時(shí)，都應(yīng)認(rèn)真考慮升級(jí)預(yù)過(guò)濾器，以保護(hù)HEPA過(guò)濾器的使用壽命。

高壓靜電空氣濾清器應(yīng)謹(jǐn)慎使用，因?yàn)榭赡軙?huì)產(chǎn)生臭氧，這會(huì)損壞展品。

4）氣相過(guò)濾

氣態(tài)污染物的室外空氣滲透，新建建筑中的材料脫氣以及家具和清潔劑的類(lèi)似脫氣可能會(huì)威脅到某些展品的穩(wěn)定性。敏感藏品的珍貴藏品（某些金屬和合金、薄膜、稀有書(shū)籍）應(yīng)使用氣相過(guò)濾。其所關(guān)注的主要化合物包括乙酸、甲醛、硫化氫、二氧化氮、臭氧和二氧化硫，所有這些都可以通過(guò)分子過(guò)濾除去。必須針對(duì)設(shè)施固有的各種氣態(tài)污染物選擇特定的吸附劑，因?yàn)槿コ捅Ａ籼匦圆⒉煌耆嗤Ｓ行怏w很容易用活性炭去除，而另一些則可能需要經(jīng)過(guò)處理的碳或高錳酸鉀。

3.2 空氣分配方法

博物館內(nèi)高大的標(biāo)志性空間易于熱分層。這使展品處于危險(xiǎn)之中，則必須保持適當(dāng)?shù)幕仫L(fēng)和送風(fēng)以確保空氣在整個(gè)空間中運(yùn)動(dòng)。

可以通過(guò)VD旋流風(fēng)口調(diào)節(jié)葉片角度（送風(fēng)水平方向、垂直或成一定角度）帶來(lái)最佳的通風(fēng)效果。

3.3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)于維持精確的溫度和濕度控制至關(guān)重要。控制系統(tǒng)應(yīng)能夠監(jiān)視和控制濕度、溫度、氣流、過(guò)濾器壓降等故障情況。

如何通過(guò)選擇適合適量的室外空氣進(jìn)行溫濕度控制。至于通過(guò)冷熱盤(pán)管和加濕器進(jìn)行溫濕度控制不在此文贅述。

HVAC混風(fēng)控制系統(tǒng)由三個(gè)調(diào)節(jié)型電動(dòng)風(fēng)閥組成（新風(fēng)閥，排風(fēng)閥和回風(fēng)閥），它們相互協(xié)調(diào)工作，回風(fēng)閥相對(duì)于新風(fēng)閥和排風(fēng)閥則反向工作，例如新風(fēng)閥和排風(fēng)閥趨向關(guān)閉時(shí)，回風(fēng)閥則趨向打開(kāi)（見(jiàn)圖2）。

該系統(tǒng)的控制原則是以最小的能源消耗，通過(guò)選擇適量適合的室外空氣來(lái)減少博物館內(nèi)不適合的溫濕度、污染物、害蟲(chóng)侵?jǐn)_等對(duì)館藏文物的威脅及對(duì)觀(guān)眾和工作人員的健康威脅。博物館可接受的風(fēng)險(xiǎn)水平是理論上理想的環(huán)境與實(shí)踐之間的折衷，堅(jiān)持使用最好的可用技術(shù)也可能會(huì)產(chǎn)生意想不到的效果。表1中展廳和庫(kù)區(qū)溫濕度的設(shè)定點(diǎn)是保證博物館觀(guān)眾和工作人員的舒適度和保存文物最低溫度和相對(duì)濕度的折中點(diǎn)。

另外關(guān)鍵傳感器必須位于展廳或庫(kù)房空間內(nèi)，而不是在返回氣流中。

3.3.1 最小新風(fēng)量的選擇

在展廳和公共區(qū)域內(nèi)部設(shè)置CO2傳感器，確保在空調(diào)機(jī)正常工作時(shí)候，通過(guò)調(diào)節(jié)新風(fēng)閥、回風(fēng)閥和排風(fēng)閥開(kāi)度即調(diào)節(jié)室外新鮮空氣和室內(nèi)回風(fēng)空氣的混風(fēng)比保證室內(nèi)CO2不超過(guò)設(shè)定值(800×10-6)。此時(shí)的混風(fēng)系統(tǒng)中新風(fēng)閥開(kāi)度實(shí)時(shí)決定了最小新風(fēng)模式下的新風(fēng)閥開(kāi)啟度。展廳和公共區(qū)域所需的新鮮空氣的最少量可以通過(guò)監(jiān)測(cè)二氧化碳間接反映觀(guān)眾人數(shù)的的氣體的水平來(lái)控制室外空氣（最低氣流標(biāo)準(zhǔn)為該區(qū)域每小時(shí)換氣6次至8次），清除循環(huán)空氣中的異味和污染物。

圖2 空調(diào)機(jī)組運(yùn)行界面部分截圖

文物庫(kù)區(qū)所需要的最少量是考慮到適當(dāng)?shù)臍饬骺梢赃^(guò)濾空氣，控制濕度并抑制霉菌的生長(zhǎng)。最低氣流標(biāo)準(zhǔn)為該區(qū)域每小時(shí)換氣6次至8次。通過(guò)調(diào)節(jié)新風(fēng)閥、回風(fēng)閥和排風(fēng)閥開(kāi)度，保證喚氣次數(shù)。

3.3.2 除濕工況

當(dāng)回風(fēng)濕度高于館內(nèi)所需的濕度為除濕工況，此時(shí)如果室外濕度低于館內(nèi)所需的濕度，可以通過(guò)pid計(jì)算后，合理調(diào)節(jié)新風(fēng)閥、回風(fēng)閥和排風(fēng)閥的混合比例獲得所需的館內(nèi)濕度，具體為新風(fēng)閥逐漸開(kāi)啟，回風(fēng)閥逐漸關(guān)閉直到室內(nèi)含濕量滿(mǎn)足設(shè)定要求。

值得注意的是當(dāng)室外濕度和回風(fēng)濕度均大于館內(nèi)所需濕度時(shí)，需通過(guò)比較室外和回風(fēng)的大小來(lái)控制新風(fēng)閥的開(kāi)度，即如果室外濕度甚至大于回風(fēng)濕度，此時(shí)新風(fēng)帶來(lái)了一定的副作用，給除濕系統(tǒng)增加了負(fù)擔(dān)，此種工況下需要逐漸關(guān)閉新風(fēng)閥，保證最小開(kāi)度的前提下，通過(guò)調(diào)節(jié)冷水閥和再熱來(lái)達(dá)到冷水除濕的目的；如果室外濕度小于回風(fēng)濕度，則采用全新風(fēng)模式，盡量降低空調(diào)除濕的負(fù)荷，并通過(guò)調(diào)節(jié)冷水閥和再熱同樣達(dá)到冷水除濕的目[4]。

3.3.3 非除濕工況

如果館內(nèi)某區(qū)域不需要特殊濕度需求或正處于加濕狀態(tài)或當(dāng)前濕度已滿(mǎn)足的前提下，系統(tǒng)處于非除濕工況，此刻應(yīng)重點(diǎn)比對(duì)室外、室內(nèi)、所需三者的溫度大小關(guān)系。如室內(nèi)溫度已低于所需，而室外又低于室內(nèi)的前提下，應(yīng)逐漸關(guān)閉新風(fēng)閥朝著最小新風(fēng)的模式轉(zhuǎn)變，同樣的道理當(dāng)室內(nèi)已高于設(shè)定而室外又高于室內(nèi)的條件下也適用于此種工況。

當(dāng)室外溫度對(duì)比室內(nèi)溫度更接近所需時(shí)，新風(fēng)閥呈現(xiàn)逐漸打開(kāi)的趨勢(shì)，此種工況下如果室外溫度和所需溫度越接近則新風(fēng)閥開(kāi)度越大，甚至可以出現(xiàn)二者基本一致時(shí)可以全新風(fēng)運(yùn)行，及降低了冷熱負(fù)荷又改善了空氣質(zhì)量。

3.3.4 霧霾模式

根據(jù)室內(nèi)PM2.5檢測(cè)值大于設(shè)定閾值（100）或者系統(tǒng)管理員確認(rèn)，混風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)入霧霾控制模式，混風(fēng)系統(tǒng)趨全回風(fēng)模式（關(guān)閉新風(fēng)閥），減少室外污染空氣對(duì)室內(nèi)的影響?；祜L(fēng)溫度過(guò)高或者過(guò)低、送排風(fēng)機(jī)停機(jī)包括送排風(fēng)機(jī)故障或者防凍保護(hù)報(bào)警導(dǎo)致的風(fēng)機(jī)停機(jī)，混風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)入全回風(fēng)模式（關(guān)閉新風(fēng)閥）。

上述后兩項(xiàng)是針對(duì)室外極端空氣環(huán)境和HVAC設(shè)備故障狀態(tài)下，系統(tǒng)基于對(duì)館內(nèi)文物安全，觀(guān)眾和工作人員健康安全，設(shè)備安全所采用的緊急處理方案。

4 結(jié)語(yǔ)

館藏文物容易受到許多威脅。館藏不僅要保存，而且要允許公眾和學(xué)術(shù)訪(fǎng)問(wèn)，所以室外空氣的選擇是必不可少，有效的室外空氣的控制和選擇可以減少大多數(shù)威脅。

保存收藏品需要在許多因素之間進(jìn)行權(quán)衡，沒(méi)有一個(gè)黃金法則，但是使用風(fēng)險(xiǎn)管理方法，堅(jiān)持使用最好的技術(shù)，可能會(huì)產(chǎn)生意想不到的效果。

表1 展廳和庫(kù)區(qū)合適的溫濕度設(shè)定范圍