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(duì)天津慶王府中勸業(yè)廳的冬季室內(nèi)環(huán)境的實(shí)測(cè)和調(diào)研，分析了該廳冬季熱濕環(huán)境的基本特點(diǎn)，以及人員流動(dòng)對(duì)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(duì)濕度

0 引言

天津慶王府作為五大道中的特級(jí)歷史保護(hù)建筑，現(xiàn)已被修繕成用餐會(huì)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(duì)廳內(nèi)的熱濕環(huán)境進(jìn)行了監(jiān)測(cè)分析。

國內(nèi)外學(xué)者針對(duì)壁畫類文物的保存環(huán)境做了較深入的研究。Maria等對(duì)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(dòng)明顯的房間壁畫的褪色相對(duì)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(duì)其褪色影響最大的結(jié)論[2]。孫延忠等針對(duì)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(huì)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(duì)濕度是影響室內(nèi)壁畫保存質(zhì)量的兩個(gè)重要因素。壁畫作為文物的一種，一些學(xué)者和機(jī)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(jī)構(gòu)的研究成果，匯總了石質(zhì)文物對(duì)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(duì)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(jí)[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(duì)比。

表1 溫濕度因素對(duì)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(duì)比概表

2 壁畫保存環(huán)境冬季實(shí)測(cè)

2.1 勸業(yè)廳使用方式簡(jiǎn)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(shí)間基本集中于晚餐時(shí)間。服務(wù)員在客人預(yù)訂時(shí)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(duì)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(shí)間和用餐人數(shù)，不記離店時(shí)間，此外客人用餐時(shí)間一般為2至3個(gè)小時(shí)。

圖1 勸業(yè)廳平面圖（含測(cè)點(diǎn)分布）

2.2 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)方案

針對(duì)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(cè)。監(jiān)測(cè)期間，天津已經(jīng)進(jìn)入集中采暖季，室內(nèi)24小時(shí)采暖。本次測(cè)試的測(cè)量參數(shù)及儀器如表3所示，其中自動(dòng)記錄儀每隔5min記錄一次數(shù)據(jù)。自動(dòng)記錄儀測(cè)點(diǎn)分布如圖1所示，其中北側(cè)的兩扇側(cè)門常閉，大廳測(cè)點(diǎn)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(cè)點(diǎn)1和2的布置高度為2.2m，測(cè)點(diǎn)3和大廳測(cè)點(diǎn)為1.5m。

表3 測(cè)量參數(shù)及使用儀器

3 測(cè)試結(jié)果分析

3.1 溫濕度變化分析

監(jiān)測(cè)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(cè)點(diǎn)的環(huán)境參數(shù)，取測(cè)點(diǎn)處每6個(gè)小時(shí)監(jiān)測(cè)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(gè)測(cè)點(diǎn)處的溫濕度變化趨勢(shì)一致并且數(shù)值十分接近，測(cè)點(diǎn)1處溫度較高，測(cè)點(diǎn)3溫度較低；對(duì)應(yīng)地，相對(duì)濕度測(cè)點(diǎn)1處較低，測(cè)點(diǎn)3處較高。此外，溫度多位于19～23℃之間，較穩(wěn)定；而相對(duì)濕度在16%～37%之間變化，波動(dòng)較明顯。

表4 不同測(cè)點(diǎn)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(shí)可選取測(cè)點(diǎn)1與測(cè)點(diǎn)2中某一個(gè)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析即可，下文的空氣溫濕度均選取測(cè)點(diǎn)2處測(cè)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(cè)點(diǎn)2的相對(duì)濕度百分比分布圖（圖4）可見，99.6%的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)低于40%，相對(duì)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(duì)測(cè)點(diǎn)2的監(jiān)測(cè)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(duì)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(cè)試結(jié)果

圖3 空氣相對(duì)測(cè)試結(jié)果

圖4 測(cè)點(diǎn)2處相對(duì)濕度測(cè)試結(jié)果

圖5 溫濕度日較差

3.2 人員使用對(duì)空氣溫、濕度的影響

筆者詳細(xì)統(tǒng)計(jì)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(shì)，數(shù)據(jù)截取時(shí)間比客人時(shí)間前后各增加2小時(shí)（如客人離開后的2小時(shí)內(nèi)關(guān)燈打烊，則截取到打烊時(shí)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(shí)，每5分鐘輸出一次在室人數(shù)，同時(shí)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(duì)比如圖6～7所示。

表5 人員流動(dòng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)介紹

圖6 人員在室量與空氣溫度的對(duì)比

圖7 人員在室量與空氣相對(duì)濕度的對(duì)比

圖8 溫度平均值比較

圖9 相對(duì)濕度平均值比較

人體自身的散熱散濕會(huì)增加室內(nèi)溫濕度，中等勞動(dòng)強(qiáng)度的成年男子在環(huán)境溫度為22℃時(shí)，顯熱散熱量為104W，潛熱散熱量為131W，散濕量為196g/h[10]。同時(shí)菜品的散熱散濕也會(huì)對(duì)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?？腿藭r(shí)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(dòng)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)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(duì)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(shí)間內(nèi)全部離開，門常開?？腿穗x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(cè)期間溫度的最大波動(dòng)值為1.5℃（12月2日）、3.5℃（12月3日）與1.5℃（1月2日），相對(duì)濕度的最大波動(dòng)值為8.2%（12月2日）、4.8%（12月3日）與9.2%（12月2日）。可見人員使用對(duì)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(dòng)可能對(duì)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(duì)其保存環(huán)境為期33天的監(jiān)測(cè)以及其中3個(gè)晴天對(duì)人員在室數(shù)量的精確記錄，以測(cè)點(diǎn)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(gè)方面：

1）保存環(huán)境的相對(duì)濕度過低。室內(nèi)相對(duì)濕度的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，幾乎全部時(shí)間的相對(duì)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(duì)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(duì)濕度波動(dòng)較大。監(jiān)測(cè)期間，室內(nèi)溫濕度均有明顯波動(dòng)。在《博物館藏品保存環(huán)境試行規(guī)范》以及AHSRAE Applications Handbook中對(duì)溫度、相對(duì)濕度的日較差均有限制，前者的要求更嚴(yán)格。監(jiān)測(cè)期間的33天中，溫度日較差均小于5℃，而相對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(shí)，溫度和相對(duì)濕度具有較大的波動(dòng)值，最大達(dá)到9.2%（1月2日）與3.5℃（12月3日）。人員流動(dòng)改變了勸業(yè)廳內(nèi)熱濕環(huán)境，也對(duì)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(dòng)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(huì)所使用的實(shí)際情況，提出以下幾點(diǎn)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(duì)濕度持續(xù)過低，將相對(duì)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(huì)影響人們欣賞壁畫的同時(shí)，能減少溫濕度的波動(dòng)，起到緩沖作用。

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The rm a l Environm e nt Study for Fre s c os Pre s e rva tion in a His toric Building of Tia njin

LI Zheng-rong1,XU Tian-hao1,ZHANG Peng2,XU Wei-peng1
1 School of Mechanical Engineering,Tongji University
2 Tianjin Historical Architecture Restoration and Development

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.

frescos preservation,the amount of persons in room,temperature,relative humidity

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(hào)同濟(jì)大學(xué)濟(jì)陽樓413室（200092）；021-65988869；E-mail:hulingzhou@163.com