美術(shù)館類建筑室內(nèi)熱濕環(huán)境的研究

侯書新 郝學軍 李 銳

(北京建筑工程學院，北京 100044)

0 引言

隨著生活水平的提高，人們對室內(nèi)空氣環(huán)境的要求也在不斷提高，室內(nèi)環(huán)境的優(yōu)劣直接影響到人們工作生活的質(zhì)量。舒適性空調(diào)系統(tǒng)的室內(nèi)要求滿足人體對溫度濕度的舒適度感覺，而美術(shù)館類建筑室內(nèi)除了要求滿足人體的舒適度，還要滿足各種美術(shù)作品對溫濕度的要求。

1 室內(nèi)熱濕環(huán)境的概念

室內(nèi)環(huán)境品質(zhì)是室內(nèi)空氣品質(zhì)、舒適度、噪聲、照明、社會心理壓力、工作壓力、工作區(qū)背景等因素對室內(nèi)人員生理和心理上的單獨和綜合的作用［1］。其中的舒適度是指室內(nèi)熱濕環(huán)境的舒適度，影響人體熱舒適的熱濕環(huán)境參數(shù)主要有四個:空氣溫度、氣流速度、空氣的相對濕度和平均輻射溫度;人的自身參數(shù)有兩個:衣服熱阻和勞動強度［2］。通常用空氣溫度、相對濕度和氣流速度三個參數(shù)來衡量空調(diào)室內(nèi)熱濕環(huán)境的舒適度。

人體通過自身的熱平衡條件和感覺到的環(huán)境狀況并綜合起來獲得是否舒適的感覺。舒適的感覺是生理和心理上的，它與人的主觀意識有直接關(guān)系。一種觀點認為熱舒適就是熱感覺，是人們對環(huán)境表示滿意的意識狀態(tài)，或是人體處于不冷不熱的“中性”狀態(tài)。但是也有另一種觀點認為熱舒適與熱感覺不同，而是隨著熱舒適的部分消除而產(chǎn)生的。

熱濕環(huán)境主要反映在空氣環(huán)境的熱濕特性中，建筑室內(nèi)熱濕環(huán)境形成的最主要的原因是各種外擾和內(nèi)擾的影響。外擾主要包括室外氣候參數(shù)，對室內(nèi)熱濕環(huán)境產(chǎn)生影響。內(nèi)擾主要包括室內(nèi)設(shè)備、照明、人員等室內(nèi)熱濕源［1］。

2 美術(shù)館藏品和展品與室內(nèi)熱濕環(huán)境的關(guān)系

美術(shù)館館藏美術(shù)品一般有:國畫、油畫、水彩水粉、年畫、版畫、漆畫、漫畫、連環(huán)畫、雕塑、陶瓷、服飾、玩具、風箏、剪紙及皮影等。美術(shù)館展出的展品主要包括:書畫、攝影作品、紡織品、漆木器、象牙、各種雕塑品、石刻、陶器及金屬文物等。大部分文物的收藏保護與室內(nèi)溫濕度有關(guān)。其中書畫的收藏保護，最基本而且一直在起作用的因素是空氣中的溫度和濕度。溫度和相對濕度在一定條件下是相互影響、相互作用的。隨著溫度的變化，相對濕度也會發(fā)生變化，各種文物的光氧化速度也會受到它們的影響。

2.1 溫度對美術(shù)作品的影響

書畫質(zhì)地多為紙本或絹本，從化學動力學角度講，溫度的高低直接影響著化學反應(yīng)的速度。溫度越高，化學反應(yīng)速度越快，反之，則化學反應(yīng)速度減慢。書畫展品的老化也同樣遵循這一規(guī)律。據(jù)研究，在室內(nèi)溫度每升高10℃，化學反應(yīng)速度就會增加1倍～2倍。溫度每升高或降低20℃，紙張壽命會降低或增加7倍～8倍。

2.2 濕度對美術(shù)作品的影響

相對濕度比溫度對書畫的破壞更為嚴重。紙、絹均為吸濕性物質(zhì)，在高濕環(huán)境下，其纖維容易吸水膨脹，從而造成書畫的卷曲變形;且易滋生病蟲害，霉菌和苔蘚等微生物也極易發(fā)展;同時在這種環(huán)境下，書畫還會吸附空氣中的SO2和NO2等有害氣體，在表面形成酸性水環(huán)境，導致纖維素發(fā)生酸性水解。相反，在低濕環(huán)境下，書畫又會面臨失水干裂的危險［3］。相對濕度對各種文物的破壞可以歸結(jié)為三類:物理破壞、化學破壞、生物腐蝕。

2.2.1 物理破壞

書畫、紡織品、漆木器、象牙等有機類文物都是由纖維素構(gòu)成的。這就決定了它們對空氣中的水分是很敏感的，容易使纖維發(fā)生收縮。這些變化表現(xiàn)在每一種文物上則發(fā)生紙張、紡織品脆化，強度下降;裝裱后的書、木板框架等彎翹不平，漆器胎體開裂，漆皮翹曲;同樣對無機類文物如石刻、陶器等，氣候潮濕時，易吸水潮解;氣候干燥時，易結(jié)晶析出鹽，結(jié)晶產(chǎn)生的應(yīng)力將使石刻、陶器等粉化或剝落。

2.2.2 化學破壞

光會使書畫、染料變色、紡織品等纖維類文物結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，這是光化學反應(yīng)的結(jié)果。書畫、紡織品、金屬均會受到濕度的影響，使其光化學反應(yīng)速度和化學腐蝕速度增大。而光氧化速度也與濕度有關(guān)，高濕度下，光氧化作用迅速增大，加劇了光對紡織品、染料的破壞作用。又如:金屬類文物在高濕度條件下，容易與空氣中的水分發(fā)生化學反應(yīng)，生成有害銹，嚴重影響文物的安全與壽命。

2.2.3 生物腐蝕

水分是微生物和細菌生長的必要條件，相對濕度過高，易于微生物的繁殖及生長，同時也會使霉菌蔓延。霉菌在生長過程中會產(chǎn)生一種酵素，這種酵素能加速纖維素的水解作用，變成水解纖維素，從而大大降低了有機類文物的強度并且使一些有機類文物的顏料變色或褪色［4］。

2.3 美術(shù)作品展出和保存環(huán)境的室內(nèi)溫濕度標準

要控制美術(shù)作品及文物展出和保存環(huán)境的溫濕度，保持恒溫恒濕環(huán)境，美術(shù)作品及文物展室應(yīng)該建立適合自己的溫濕度標準。《中國國家標準匯編》中對博物館、美術(shù)館展室規(guī)定的溫濕度標準為溫度18℃ ～28℃，相對濕度45%～65%，這主要是考慮到觀眾的舒適和普通展品的需要，是一個比較寬泛的標準;而專門用于存放書畫、織品的庫房，或特殊重要的展覽，要求溫度控制在16℃～17℃，相對濕度58%～60%才是較為理想的。冬季能使室內(nèi)環(huán)境溫度保持在12℃ ～18℃，夏季不超過25℃;相對濕度保持在50%～65%，基本上符合書畫的保存條件。但是，必須注意，每天溫度的變化(即白天和夜間的溫差變化)不超過2℃ ～5℃，相對濕度每天的變化不超過3%～5%［3，5］。

3 美術(shù)館室內(nèi)熱濕環(huán)境的評價標準

3.1 一般要求

舒適性空調(diào)是為了使室內(nèi)人員處于舒適狀態(tài)，保證良好的工作條件和生活條件，其室內(nèi)計算參數(shù)，主要以滿足人體的熱平衡和舒適感要求來確定的。影響人體舒適感的主要因素有空氣溫度t、相對濕度φ、流動速度v、圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)表面和其他物體表面溫度。通常將前面三個因素稱為氣象條件。除上述因素外，還與空氣新鮮程度、人的年齡、性別、生活習慣、活動程度及衣著情況有關(guān)［6］。室內(nèi)空氣參數(shù)的確定對于民用和公共建筑而言，主要取決于對舒適性的要求，并考慮經(jīng)濟節(jié)能等因素。表1是對于室內(nèi)計算參數(shù)的一般要求，從節(jié)能角度出發(fā)，在滿足使用要求的前提下，不應(yīng)提高供暖室內(nèi)計算溫度或降低空調(diào)室內(nèi)計算溫度［7］。《簡明空調(diào)設(shè)計手冊》中列出了民用與公共建筑空調(diào)室內(nèi)空氣參數(shù)［8］，表2摘錄了美術(shù)館、博物館等建筑室內(nèi)空調(diào)設(shè)計參數(shù)。

表1 室內(nèi)計算參數(shù)的一般要求

表2 美術(shù)館等建筑室內(nèi)空調(diào)設(shè)計參數(shù)

3.2 某美術(shù)館室內(nèi)熱濕環(huán)境指標要求

某美術(shù)館室內(nèi)熱濕環(huán)境指標要求溫度(20±2)℃，相對濕度(50±5)%，即室內(nèi)空氣含濕量在6 g/kg(DA)～9 g/kg(DA)之間，焓值在33 kJ/kg(DA)～45 kJ/kg(DA)之間。室內(nèi)溫度濕度設(shè)計參數(shù)見表3。

表3 某美術(shù)館室內(nèi)溫度濕度設(shè)計參數(shù)

3.3 高級畫展要求的室內(nèi)設(shè)計參數(shù)

一些高級畫展對展廳室內(nèi)溫濕度要求比較嚴格，根據(jù)展品種類、展出季節(jié)對美術(shù)館展廳提出特殊溫濕度要求。例如:某美術(shù)館法國印象派畫展室內(nèi)溫度濕度設(shè)計參數(shù)見表4。

表4 某美術(shù)館法國印象派畫展室內(nèi)溫度濕度設(shè)計參數(shù)

4 美術(shù)館類建筑的空調(diào)及室內(nèi)熱濕環(huán)境的研究

從上述研究及文獻對美術(shù)館空調(diào)室內(nèi)設(shè)計參數(shù)可以看出，對于不同的美術(shù)作品的保存與展出、不同級別的展覽室內(nèi)溫濕度要求不同。隨著建筑設(shè)備專業(yè)人員對美術(shù)館類大空間建筑室內(nèi)熱濕環(huán)境特殊性認識的提高，要對美術(shù)館類建筑室內(nèi)熱濕環(huán)境有深入的研究，還應(yīng)研究在供暖條件下美術(shù)館的熱濕環(huán)境，發(fā)展供暖技術(shù)并達到節(jié)能。

美術(shù)館類建筑一般室內(nèi)空間較大，其空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計具有一定的特殊性。

4.1 高度方面

美術(shù)館類大空間建筑按照高度不同可分為兩類:一類是高度有限，空調(diào)和氣流組織可采用全面空調(diào)(全空氣系統(tǒng))及較常規(guī)的氣流組織方式。另一類是高度過高(H≥10 m)，室內(nèi)空氣溫度分層現(xiàn)象非常嚴重，如果采用全室性空調(diào)，則能耗和初投資都較大，從節(jié)能出發(fā)，可采用分層空調(diào)。分層空調(diào)是指僅對下部區(qū)域進行空調(diào)，而對上部區(qū)域不空調(diào)的空調(diào)方式。與全室空調(diào)相比，夏季可節(jié)省冷量30%左右。分層空調(diào)適于高大建筑，可降低初投資和運行費用。當高大建筑物高度H≥10 m，建筑物體積V＞1萬m3，空調(diào)區(qū)高度h與建筑高度H之比h/H≤0.5時，才經(jīng)濟合理［9］。

4.2 氣流組織方面

氣流組織影響人體熱舒適及室內(nèi)環(huán)境，合理的氣流組織不僅提高人體熱舒適感，還可以消弱室內(nèi)垂直溫度梯度，減小熱壓作用，維持室內(nèi)正壓。

4.3 室內(nèi)正壓方面

美術(shù)館類大空間建筑可采取多種措施保證室內(nèi)正壓。選用能消弱室內(nèi)垂直溫度梯度的室內(nèi)氣流組織方式，減小熱壓作用，維持室內(nèi)正壓;空調(diào)系統(tǒng)最小新風量應(yīng)大于機械排風量，保證系統(tǒng)的最小新風量運行方式;由于公共建筑人員流動大，對建筑出入口應(yīng)加強密封，并改善房間的密封性能，這樣不僅能夠保證室內(nèi)正壓，還可減少室外空氣環(huán)境對室內(nèi)熱濕環(huán)境的干擾。

4.4 溫濕度方面

夏季空調(diào)露點送風不能保證夏季室內(nèi)相對濕度，無法實現(xiàn)溫度濕度同時精確自動控制。空調(diào)機組中設(shè)置足夠的表冷器及二次加熱設(shè)備，系統(tǒng)除濕能力大大提高，二次加熱設(shè)備也能有效地控制室內(nèi)溫度和相對濕度。二次加熱設(shè)備使送風溫差Δts減小，送風量增大，可以提高空調(diào)精度，有利于室內(nèi)溫濕度均勻性和穩(wěn)定性。大風量送風會增加空調(diào)運行能耗，為了節(jié)能，可以利用變頻風機根據(jù)室外環(huán)境的變化改變送風量。

4.5 節(jié)能方面

如果美術(shù)館類大空間建筑空調(diào)系統(tǒng)按照舒適工藝性空調(diào)設(shè)計，空調(diào)能耗勢必很大。某美術(shù)館試驗改造增加了二次加熱設(shè)備，對提高室內(nèi)相對濕度控制能力具有相當重要的意義，同時也帶來了一個巨大的能源消耗問題。如果大面積采用電加熱器，勢必需要增加用電容量，實際運行能耗和運行費用也會大大增加，這與當前我國的能源(特別是高峰用電)緊張形勢和大力推廣建筑節(jié)能的宏觀調(diào)控政策相悖。因此，建議采用一些節(jié)能技術(shù)(如:熱泵技術(shù))降低能耗。另外，還應(yīng)該考慮新風能耗問題，及室內(nèi)空氣質(zhì)量和運行能耗的綜合優(yōu)化運行控制。建議增加排風能量回收裝置，進一步節(jié)省空調(diào)運行能耗。

5 結(jié)語

建筑環(huán)境控制的目標就是要提供新鮮宜人、激發(fā)活力并且對健康無負面影響的室內(nèi)空氣，提供一個絕大多數(shù)人認可的舒適的熱濕環(huán)境。一直以來，美術(shù)館類建筑空調(diào)系統(tǒng)是按照舒適性空調(diào)進行設(shè)計，這種形式能夠符合舒適性空調(diào)健康、舒適、節(jié)能的設(shè)計原則，滿足人體的舒適度，但是它沒有考慮到美術(shù)作品的保存與展出的溫濕度條件。因此，美術(shù)館類建筑空調(diào)不是簡單的舒適性空調(diào)，其室內(nèi)環(huán)境除了滿足人體的熱舒適感覺，還應(yīng)該考慮到美術(shù)館館藏作品及展出作品所要求的室內(nèi)溫濕度指標，同時還應(yīng)考慮節(jié)約能源。建議今后的美術(shù)館空調(diào)設(shè)計標準增加對室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量的特殊要求，參照舒適工藝性空調(diào)進行設(shè)計，既要考慮人體的舒適性，又要滿足美術(shù)作品的要求，使空調(diào)系統(tǒng)具備室內(nèi)溫濕度同時控制的能力。在滿足室內(nèi)恒溫恒濕的前提下，還要考慮采用節(jié)能技術(shù)降低空調(diào)運行能耗，充分利用各種能源，提高空調(diào)自動控制及運行管理水平，實現(xiàn)自動化控制的有效、舒適、低能耗的空調(diào)系統(tǒng)。

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