来源：《中国文物科学研究》2019年 第2期
作者：雷淑 四川博物馆
提要：以四川博物院珍贵文物预防性保护项目的展柜微环境改造为例，采用T检验、离散度等分析方法，对比光照、相对湿度和污染物浓度变化情况，阐述展柜改造后对文物保存微环境的实际调控效果。研究结果表明，展柜微环境改造达到了预期目标，既为文物创造了相对“稳定、洁净”保存环境，又为博物馆有针对性地开展文物保存环境调控与治理提供参考。
关键词：展柜微环境；调控效果；光照；相对湿度；污染物浓度
一、引言
一直以来，文物直接接触的微环境“稳定、洁净”与否，是关乎其长期保存的重要因素，而光照、温度、相对湿度、污染气体等潜在的环境因素，则是文物损坏劣变的主要原因。由于展陈和保存空间的相对封闭，空气流动性较弱，加上文物自身老化降解的影响，这些环境因素对文物造成的损失，远远大于失窃或不可抗拒自然因素造成的损失，特别是一些经过抢救性保护修复的文物，必须保存在适宜的环境中，才能防止其继续劣化变质，这已经成为馆藏文物预防性保护工作中迫切需要解决的问题。四川博物院借助“馆藏珍贵文物预防性保护项目建设”这个契机，在实时监测文物保存环境状况的基础上，通过展柜的升级改造，从展柜微环境入手进行较为彻底的功能改善，为今后博物馆有针对性地开展文物保存环境调控与治理提供参考。
二、展柜微环境改造
1.改造前
四川博物院新馆是一栋现代建筑，整体采用天井式结构。展厅内主要混合了四种光源：石英射灯、金属卤素灯、LED灯和普通日光灯，文物展柜内主要采用的是普通日光灯。展厅的温湿度采用集中空调和恒温恒湿空调两种装置进行调控，并且空调的使用通常在开馆期间运行，每天上下班开关空调。根据文物保存环境的监测数据可知，部分展厅和展柜内存在照度偏高、光照不均匀、温湿度波动较大、污染物浓度偏高等现象。虽然有些展柜配备了恒温恒湿空调，但由于不能保证空调的24小时连续运行，人为地加大了温湿度的日波动幅度。多数展柜密闭性很差，且柜内并未配置有效的调控设备和调控材料，导致展柜内的温湿度波动受室外大环境影响较大，对文物展陈特别是脆弱质文物的展陈极为不利。
2.改造方案
为优先改善脆弱质文物的保存环境，四川博物院针对具代表性的有机质文物展厅进行展柜微环境升级改造。主要包括：①将展柜内的普通日光灯更换为无紫外LED智能感应灯，降低文物的年累计曝光量，改善照度及照度均匀度。②对展柜密闭性进行改造后，通过主动调控(配置净化调湿机)和被动调控(放置调湿剂)相结合的方式，对展柜的相对湿度进行调控。③对展柜板材进行铝塑膜包覆并更换展台蒙布后，减少板材所散发的污染物，同时配合放置一定量的吸附剂(Shin8)，降低展柜内的污染物浓度，提升文物保存环境质量。
三、分析对象及方法
1.光照
(1)照度检测
本次光照变化检测以书画馆的三个展柜为例，旨在分析改造前后的实际效果。依据《馆藏文物保存环境质量检测技术规范》(WW/T 0016-2008)1，采用台湾泰仕TES一1339专业级照度计，对三个展柜改造前后的照度进行检测。仪器的测量范围：0.01～999900 lx(精度±3%)，分辨率0.01 lx。如图1所示，在每个展柜中从挂画轴自上而下，等距离选取A、B、C、D、E、F、G、H、I九个检测点，除检测点I的受光面朝上外，其他检测点的受光面均朝前，与文物的主要受光面平行。
图1.展柜照度检测示意图
(2)分析方法
根据《建筑照明设计标准》(GB50034—2013)2要求，按照检测点表面的最小照度与平均照度之比计算照度均匀度，再结合Excel数据统计方法T检验3，以P<0.05为显著性差异，对灯光改造前后光照变化的显著性效果进行分析评价。
Excel拥有强大的统计计算功能，而且通用性广，操作简单。Excel数据分析工具中的“T检验：平均值的成对二样本分析”，就是对两组配对数据进行均值是否相等的检验。采用Excel录入数据，打开工作表，在“文件”的“选项”下，选择“加载项”，点击“Excel加载项”的“转到”，选中弹框的“分析工具库”，单击“确定”为Excel安装分析工具库后，就能在Excel菜单栏“数据”下选择“数据分析”进行统计分析。
2.相对湿度
(1)相对湿度监测
由于改造后未做专业性的密闭性检测，故选取三个大小相同且半年的温湿度监测数据基本一致的展柜(12m3)进行实验，其中两个展柜内分别安装重庆声光电定制的24小时连续运行SwT净化调湿一体机和放置上海博物馆监制的复合硅胶调湿剂35盒(博环HZ—RH55一X，400g/盒)，对比主被动两种调控措施的实际调控效果，另一个展柜不采取任何调控措施进行对比实验，通过无线温湿度监测终端(SWJ—T/H1—1.1)，实时监测展柜及展厅内的温湿度变化情况。净化调湿机的湿度调控范围30%～70%RH，调控精度±2%RH；调湿剂具有吸放湿功能，适合调控范围30%一70%RH；温湿度监测终端的温度测量范围：一30～70℃(精度±0.3cC)，相对湿度的测量范围：0～98%RH(精度±2%RH)，数据存储量为一百万组，设置监测间隔时间为10分钟。
(2)分析方法
由于温度是影响相对湿度的主要因素之一，综合考虑四川博物院所在地的气候和空调系统的使用状况，选取4-10月的温湿度监测数据进行分析，并以20℃±5℃和50%±5%作为本次环境温湿度的目标值。通过计算各监测点离散度和离散系数的方法4，评估两种调控措施的实际效果。当温湿度的离散度小于7.07，便视为温湿度适宜。离散系数越小则越稳定，离散系数越大则越不稳定。
3.污染物浓度
(1)污染物检测
采用英国PPM HTV便携式甲醛测试仪、美国华瑞ppbRAE3000VOC检测仪，分别检测展柜中甲醛、挥发性有机物(VOC)的浓度。采用无动力扩散“被动采样一仪器分析”的方法5，在检测点放置无动力扩散采样器现场采样后，委托上海博物馆将样品带回实验室进行甲酸、乙酸的浓度分析。为了进一步评估文物保存环境吸附剂(Shm8)对污染物的调控效果，选择具有代表性的文物展柜作为测量点，放置重庆声光电生产的室内型空气质量监测终端QCM(SWJ—OIS一1.1)，实时监测有机污染物、无机污染物和硫化污染物，经过一段时间后沉积固化到传感器上的情况。甲醛检测仪的测量范围0.00～10.00ppm(精度±2%)，分辨率0.01ppm；VOC检测仪的测量范围lppb～10000ppm(精度±3%)，分辨率lppb；QCM的污染物传感器采用9MHz晶体，输出信号频率范围7～13MHz，分辨率1Hz，设置监测间隔时间为15分钟。
(2)分析方法
为了准确地判断各类污染物的等级范围，首先对室内型空气质量监测终端QCM的监测数据进行预处理，剔除温度、相对湿度的影响，再根据Sauerbrey公式(1)对拟合处理后的数据进行计算6。
Δf=一2.26x10-13f2Δm/A(1)
式(1)中：Δf为传感器晶体谐振频率的变化值，f为晶体的固有谐振频率，又叫作基频率(Hz)，Δm/A为单位面积晶振片质量的增加量(mg/m2)。
另以30日为累积周期，根据式(2)计算有机污染物、无机污染物和硫化污染物三类污染物沉积固化到传感器上的累积当量(mg/m2)，从而得出环境空气质量等级7-9。
四、结果与分析
1.光照变化
由表1和图2可知，展柜改造前，A～H检测点照度均从上至下呈现逐渐降低的趋势，最高值达193.9 lx，且每个展柜的照度最高值是最低值的4倍多，光照强度极不均匀，容易造成文物褪色不均匀的现象，而展柜下部照度值太低，也不利于观众的视觉观察。展柜改造后，除底部受光面朝上的检测点I外，其余检测点的照度都在50 lx左右，并且照度均匀度都有所提高，符合《博物馆照明设计规范》(GB/T 23863—2009)10的相关要求。
表1展柜改造前后照度检测结果
图2.展柜改造前后照度变化
(a.展柜1照度检测；b.展柜2的照度检测；c.展柜3的照度检测)
为评价书画类文物的主要受光面，在展柜改造前后的改善效果是否具有显著性，我们选取了每个展柜中受光面朝前的八个检测点(A～H)，采用统计学T检验进行分析。T检验是针对符合正态分布资料进行差异比较的统计学方法，故首先运用SPSS软件对改造前后的照度数据分别进行正态性检验11-12。如表2所示，以w检验为判断标准，检测的六组照度数据均为正态分布(sig.>0.05)，符合统计学T检验的基本要求，因此采用T检验具可信性的统计学意义。在Excel下，进行“T检验：平均值的成对二样本分析”，三个展柜的T检验值(t Stat)>t双尾临界值，且双尾P值<0.05，从而认为升级改造对展柜的照度具有显著性改善，不仅有利于保护对光照特别敏感的文物，而且展陈的视觉效果也有所提升。
表2照度的正态性和T检验
2.相对湿度
在4～10月期间，对同一展厅的展柜采取两种不同的调控措施，观察相对湿度的对比曲线。如图3所示，采用净化调湿机进行主动调控的展柜内(图3，c)，相对湿度在调控目标值(50%)范围内比较平稳，而无调湿机的展柜内(图3，b)，虽然密闭空间对湿度具有维持作用，使其较展厅内(图3，a)更低，但相对湿度的变化趋势与展厅内基本一致，波动范围在40%～80%之间，主要受到来自大气环境和展厅空调的共同作用。采用调湿剂进行被动调控的展柜内，由图4右上角的局部放大图可知，从7月份放入调湿剂后，展柜的相对湿度明显降低，其波动范围在60%～70%之间，但受展柜密闭性及调湿剂性能的影响，一段时间后，有调湿剂的展柜(图4，e)和无调湿剂的展柜(图4，b)，相对湿度的变化规律逐渐趋于一致，但总体而言，有调湿剂的展柜内相对湿度更加平稳。
图3.安装调湿机展柜的湿度监测
图4.放置调湿剂展柜的湿度监测
计算各监测点温湿度数据的离散度和离散系数，如表3所示，有净化调湿机的展柜内温湿度离散度为5.07，小于目标值7.07，符合温湿度“稳定适宜”的标准。各监测点的温度离散系数基本一致，而相对湿度的离散系数排序则与基于目标值的温湿度离散度排序完全相同，依次为：有净化调湿机的展柜<有调湿剂的展柜<展厅<无调控的展柜。因此，温湿度的稳定性受湿度的影响较大，未采取任何调控措施的展柜与展厅环境的湿度情况基本一致，放置调湿剂虽对展柜的相对湿度有所改善，但仍然不符合标准，相对而言净化调湿机若能确保24小时连续运行，则效果更佳。
表3基于目标值的温湿度离散度及离散系数
3.污染物浓度
如表4所示，经过改造后，甲醛、挥发性有机物VOC、甲酸、乙酸四类污染物的浓度明显降低，展柜微环境的空气质量有所提高。
图5.展柜内污染物监测
(a.有机污染物；b.无机污染物；c.硫化污染物)
由于展柜微环境空间相对密闭，若未时常进行换气处理，文物自身降解散发的污染物以及樟脑丸、杀虫剂等挥发性物质会在密闭空间中聚集。为此，我们在其中一个展柜内放置一定量的吸附剂进行微环境调控，并采用室内空气质量监测终端QCM，实时监测有机污染物、无机污染物和硫化污染物三类污染物的浓度(图5)，通过计算后综合评价文物保存微环境的空气质量等级。由表5可知，展柜内甲醛、VOC浓度均有所下降，并且有机污染物、无机污染物和硫化污染物的环境空气质量等级均为洁净。
表4展柜改造前后污染物浓度检测结果
表5展柜放置吸附剂前后的污染物浓度及环境空气质量
五、结论及建议
对比四川博物院展柜微环境改造前后光照、相对湿度和污染物浓度的变化情况，达到了为文物创造相对“稳定、洁净”保存环境的预期目标。据此，提出以下建议：
第一，为了给文物照度调控提供科学的数据支撑，在放置光照监测设备时，最好让感应探头与文物主要受光面平行，尽量不要位于检测点A(展柜上部)和检测点I(展柜底部)，避免无法有效感知文物的真实照度，灯光改造尽量采用照度可调的灯光系统，以适应不同材质文物的保护和展示需要。
第二，文物展柜的密闭性是决定其调控效果的关键因素，针对不同的调控需求选取适当的调控措施，对展柜的选购除必要的安全防范外，也要注意调湿功能。
第三，加强对展厅、展柜的换气处理，并对展陈装修材料开展环境影响评价，选用检测合格的无污染材料，从源头上控制污染物的产生，有效提升文物保存微环境空气质量。
注 释
1.WW/T0016—2008，馆藏文物保存环境质量检测技术规范[s].
2.GB50034—2013，建筑照明设计标准[S]，
3.胡荣华，管于华.EXCEL在假设检验中的应用[J1.江苏统计.2002(08)：40-41.
4.冯萍莉，雷淑.基于离散程度的博物馆馆藏环境温湿度中长期评估方法[J].文物保护与考古科学，2016,28(02)：85-91.
5.同1.
6.姜心雨，闫莹.顾雍，等.C_6mimCl/QCM传感器对有机酸性气体的监测[J].华东理工大学学报(自然科学版).2013,39(04):457460+487.
7.ANSI/ISA-71.04-2013.Environmental Conditions for Process Measurementand Control Systems：Airborne Contaminants[S].
8.Chris Muller.Air-Quality Standards for Preservation Environments Considerations for Monitoring and Classification of Gaseous Pollutants[C].The21st Annual IAMFA Conference.2010-2011：11.
9.解玉林，顾旭.博物馆、档案馆、图书馆被保护环境中气态污染物的监测和分级[J].文物保护与考古科学，2002($I)：218-227.10.GB/T 23863-2009，博物馆照明设计规范[S].
11.董秀明.配对t检验--5成组t检验优选方法研究[J].数理医药学杂志，2010，23(01)：11-14.
12.刘庆武，胡志艳.如何用SPSS、SAS统计软件进行正态性检验[J].湘南学院学报，2005(03)：56-58.
