天津古建筑內保存壁畫的熱濕環境探究

李崢嶸 徐天昊 張 鵬 徐偉鵬

天津古建筑內保存壁畫的熱濕環境探究

李崢嶸1徐天昊1張 鵬2徐偉鵬1

1同濟大學暖通空調及燃氣研究所
2天津市歷史風貌建筑整理有限責任公司

通過對天津慶王府中勸業廳的冬季室內環境的實測和調研，分析了該廳冬季熱濕環境的基本特點，以及人員流動對室內熱濕環境的影響。結合壁畫保存的相關標準規范，分析得出現有熱濕環境不利于壁畫保存的結論，并給出相關改造建議。

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建筑，現已被修繕成用餐會所，并且室內已安裝市政采暖設備，建筑的使用方式已經發生了明顯變化。府內勸業廳的北側墻壁上保留著兩幅珍貴的巖石類壁畫，已發生了明顯的脫落、褪色等損壞現象。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的熱濕環境進行了監測分析。

國內外學者針對壁畫類文物的保存環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，發現在溫濕度波動明顯的房間壁畫的褪色相對嚴重[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論[2]。孫延忠等針對廣西花山巖畫分析顏料脫落的原因，發現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境，發現溫濕度的變化可導致石質表面凝結、蒸發現象反復發生，從而引起石質壁畫劣化[4]。

1 壁畫保存的溫濕度環境概述

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

Cavallini等總結多位學者與機構的研究成果，匯總了石質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《博物館藏品保存環境試行規范》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]。意大利的行業標準UNI 10829[7]和美國AHSRAE Applications Handbook[8]（Huijbregts等學者建議在重型石造建筑中保存環境選取Class B的控制等級[9]）也均提出了空氣溫濕度的要求。表2所示為不同規范中提出的限定值對比。

表1 溫濕度因素對石質文物的影響及其可接受的水平

表2 壁畫保存規范基本要求對比概表

2 壁畫保存環境冬季實測

2.1 勸業廳使用方式簡介

勸業廳（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。服務員在客人預訂時間前將餐桌整理完畢，用餐結束后立即進行打掃清潔。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員與客人的進出。餐廳僅記錄客人到店時間和用餐人數，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 勸業廳平面圖（含測點分布）

2.2 現場實測方案

針對勸業廳內壁畫的保存環境，筆者從2013年12月2日12:00至2014年1月4日12:00進行了為期33天的環境監測。監測期間，天津已經進入集中采暖季，室內24小時采暖。本次測試的測量參數及儀器如表3所示，其中自動記錄儀每隔5min記錄一次數據。自動記錄儀測點分布如圖1所示，其中北側的兩扇側門常閉，大廳測點位于廳中部距離勸業廳入口2.5m。根據勸業廳空間高度和內部家居分布情況，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 測量參數及使用儀器

3 測試結果分析

3.1 溫濕度變化分析

監測得到溫濕度特征如表4所示（其中規范限制參考表2）。為了整體上分析比較不同測點的環境參數，取測點處每6個小時監測數據（0:00～5:55、6:00~ 11:55、12:00~17:55、18:00~23:55）的平均值，結果如圖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值十分接近，測點1處溫度較高，測點3溫度較低；對應地，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，壁畫的保存環境與室內環境并無本質差異，進一步討論壁畫保存環境優劣時可選取測點1與測點2中某一個的監測數據進行分析即可，下文的空氣溫濕度均選取測點2處測得數據進行分析。參考規范中提出的溫濕度指標[6～8]，壁畫保存環境中溫度較為適宜。由測點2的相對濕度百分比分布圖（圖4）可見，99.6%的監測數據低于40%，相對濕度低于規范指標。溫濕度日較差參考相關規范[6]對測點2的監測數據進行分析，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%，不滿足規范要求。

圖2 空氣溫度測試結果

圖3 空氣相對測試結果

圖4 測點2處相對濕度測試結果

圖5 溫濕度日較差

3.2 人員使用對空氣溫、濕度的影響

筆者詳細統計了2013年12月2日、3日以及2014年1月2日晴天條件下，勸業廳處于用餐使用狀態下的人流量。為了反映室內參數變化趨勢，數據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小時內關燈打烊，則截取到打烊時間，以排除燈光等設備影響），具體如表5所示。數據處理時，每5分鐘輸出一次在室人數，同時記錄溫濕度參數。將客人及服務員均考慮入內，人員在室量與空氣溫濕度之間的關系對比如圖6～7所示。

表5 人員流動數據統計介紹

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溫濕度，中等勞動強度的成年男子在環境溫度為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溫濕度環境造成影響。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，并且升高明顯。客人時間范圍內勸業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勸業廳內溫濕度均比大廳高，并且前者的數值呈現較明顯的波動。根據現場觀察，大廳僅用作人員流通，人員停留的情況較少發生。針對勸業廳，用餐期間除了人員進出外，門常處于關閉狀態；用餐結束后客人短時間內全部離開，門常開。客人離店后，勸業廳內溫濕度迅速變化，逐漸與大廳的環境參數趨于一致。此外，監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使用對勸業廳內熱濕環境的影響比較明顯。此外根據前人研究，較大的溫濕度波動可能對壁畫保存不利。

4 討論與小結

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

1）保存環境的相對濕度過低。室內相對濕度的監測數據顯示，幾乎全部時間的相對濕度低于《博物館藏品保存環境試行規范》中提出的40%的下限要求，也均低于行業標準UNI 10829和AHSRAE Applications Handbook中相應的要求。而室內相對濕度過低的原因是慶王府內在改造之后在冬季進行集中采暖。

2）相對濕度波動較大。監測期間，室內溫濕度均有明顯波動。在《博物館藏品保存環境試行規范》以及AHSRAE Applications Handbook中對溫度、相對濕度的日較差均有限制，前者的要求更嚴格。監測期間的33天中，溫度日較差均小于5℃，而相對濕度日較差有31天的數據大于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）人員在室數量對保存環境影響明顯。勸業廳現已用作餐廳使用，用餐期間客人數目較多，由于人體自身以及菜品散熱散濕，勸業廳內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。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，最大達到9.2%（1月2日）與3.5℃（12月3日）。人員流動改變了勸業廳內熱濕環境，也對壁畫的保存產生不利影響。

5 建議

慶王府的使用方式已經發生改變，主要體現在采暖設備的使用以及人員流動的集中上。勸業廳內的熱濕環境已經不滿足壁畫保存的要求。結合已有的保存指標，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）冬季室內近壁畫側采用加濕設備，以防止冬季室內采暖條件下的勸業廳內相對濕度持續過低，將相對濕度控制在40%～65%的范圍內。

2）使用玻璃保護罩覆蓋壁畫。勸業廳已經作為餐廳使用，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罩覆蓋，將壁畫與室內環境分隔開來。玻璃罩的設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].文物保護與考古科學,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].大同大學學報,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.博物館藏品保存環境試行規范[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.建筑環境學(第二版)[M].北京:中國建筑工業出版社, 2005

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；上海市楊浦區四平路1239號同濟大學濟陽樓413室（200092）；021-65988869；E-mail:hulingzhou@163.com