美术馆类建筑室内热湿环境的研究

侯书新 郝学军 李 锐

(北京建筑工程学院，北京 100044)

0 引言

随着生活水平的提高，人们对室内空气环境的要求也在不断提高，室内环境的优劣直接影响到人们工作生活的质量。舒适性空调系统的室内要求满足人体对温度湿度的舒适度感觉，而美术馆类建筑室内除了要求满足人体的舒适度，还要满足各种美术作品对温湿度的要求。

1 室内热湿环境的概念

室内环境品质是室内空气品质、舒适度、噪声、照明、社会心理压力、工作压力、工作区背景等因素对室内人员生理和心理上的单独和综合的作用［1］。其中的舒适度是指室内热湿环境的舒适度，影响人体热舒适的热湿环境参数主要有四个:空气温度、气流速度、空气的相对湿度和平均辐射温度;人的自身参数有两个:衣服热阻和劳动强度［2］。通常用空气温度、相对湿度和气流速度三个参数来衡量空调室内热湿环境的舒适度。

人体通过自身的热平衡条件和感觉到的环境状况并综合起来获得是否舒适的感觉。舒适的感觉是生理和心理上的，它与人的主观意识有直接关系。一种观点认为热舒适就是热感觉，是人们对环境表示满意的意识状态，或是人体处于不冷不热的“中性”状态。但是也有另一种观点认为热舒适与热感觉不同，而是随着热舒适的部分消除而产生的。

热湿环境主要反映在空气环境的热湿特性中，建筑室内热湿环境形成的最主要的原因是各种外扰和内扰的影响。外扰主要包括室外气候参数，对室内热湿环境产生影响。内扰主要包括室内设备、照明、人员等室内热湿源［1］。

2 美术馆藏品和展品与室内热湿环境的关系

美术馆馆藏美术品一般有:国画、油画、水彩水粉、年画、版画、漆画、漫画、连环画、雕塑、陶瓷、服饰、玩具、风筝、剪纸及皮影等。美术馆展出的展品主要包括:书画、摄影作品、纺织品、漆木器、象牙、各种雕塑品、石刻、陶器及金属文物等。大部分文物的收藏保护与室内温湿度有关。其中书画的收藏保护，最基本而且一直在起作用的因素是空气中的温度和湿度。温度和相对湿度在一定条件下是相互影响、相互作用的。随着温度的变化，相对湿度也会发生变化，各种文物的光氧化速度也会受到它们的影响。

2.1 温度对美术作品的影响

书画质地多为纸本或绢本，从化学动力学角度讲，温度的高低直接影响着化学反应的速度。温度越高，化学反应速度越快，反之，则化学反应速度减慢。书画展品的老化也同样遵循这一规律。据研究，在室内温度每升高10℃，化学反应速度就会增加1倍～2倍。温度每升高或降低20℃，纸张寿命会降低或增加7倍～8倍。

2.2 湿度对美术作品的影响

相对湿度比温度对书画的破坏更为严重。纸、绢均为吸湿性物质，在高湿环境下，其纤维容易吸水膨胀，从而造成书画的卷曲变形;且易滋生病虫害，霉菌和苔藓等微生物也极易发展;同时在这种环境下，书画还会吸附空气中的SO2和NO2等有害气体，在表面形成酸性水环境，导致纤维素发生酸性水解。相反，在低湿环境下，书画又会面临失水干裂的危险［3］。相对湿度对各种文物的破坏可以归结为三类:物理破坏、化学破坏、生物腐蚀。

2.2.1 物理破坏

书画、纺织品、漆木器、象牙等有机类文物都是由纤维素构成的。这就决定了它们对空气中的水分是很敏感的，容易使纤维发生收缩。这些变化表现在每一种文物上则发生纸张、纺织品脆化，强度下降;装裱后的书、木板框架等弯翘不平，漆器胎体开裂，漆皮翘曲;同样对无机类文物如石刻、陶器等，气候潮湿时，易吸水潮解;气候干燥时，易结晶析出盐，结晶产生的应力将使石刻、陶器等粉化或剥落。

2.2.2 化学破坏

光会使书画、染料变色、纺织品等纤维类文物结构发生变化，这是光化学反应的结果。书画、纺织品、金属均会受到湿度的影响，使其光化学反应速度和化学腐蚀速度增大。而光氧化速度也与湿度有关，高湿度下，光氧化作用迅速增大，加剧了光对纺织品、染料的破坏作用。又如:金属类文物在高湿度条件下，容易与空气中的水分发生化学反应，生成有害锈，严重影响文物的安全与寿命。

2.2.3 生物腐蚀

水分是微生物和细菌生长的必要条件，相对湿度过高，易于微生物的繁殖及生长，同时也会使霉菌蔓延。霉菌在生长过程中会产生一种酵素，这种酵素能加速纤维素的水解作用，变成水解纤维素，从而大大降低了有机类文物的强度并且使一些有机类文物的颜料变色或褪色［4］。

2.3 美术作品展出和保存环境的室内温湿度标准

要控制美术作品及文物展出和保存环境的温湿度，保持恒温恒湿环境，美术作品及文物展室应该建立适合自己的温湿度标准。《中国国家标准汇编》中对博物馆、美术馆展室规定的温湿度标准为温度18℃ ～28℃，相对湿度45%～65%，这主要是考虑到观众的舒适和普通展品的需要，是一个比较宽泛的标准;而专门用于存放书画、织品的库房，或特殊重要的展览，要求温度控制在16℃～17℃，相对湿度58%～60%才是较为理想的。冬季能使室内环境温度保持在12℃ ～18℃，夏季不超过25℃;相对湿度保持在50%～65%，基本上符合书画的保存条件。但是，必须注意，每天温度的变化(即白天和夜间的温差变化)不超过2℃ ～5℃，相对湿度每天的变化不超过3%～5%［3，5］。

3 美术馆室内热湿环境的评价标准

3.1 一般要求

舒适性空调是为了使室内人员处于舒适状态，保证良好的工作条件和生活条件，其室内计算参数，主要以满足人体的热平衡和舒适感要求来确定的。影响人体舒适感的主要因素有空气温度t、相对湿度φ、流动速度v、围护结构内表面和其他物体表面温度。通常将前面三个因素称为气象条件。除上述因素外，还与空气新鲜程度、人的年龄、性别、生活习惯、活动程度及衣着情况有关［6］。室内空气参数的确定对于民用和公共建筑而言，主要取决于对舒适性的要求，并考虑经济节能等因素。表1是对于室内计算参数的一般要求，从节能角度出发，在满足使用要求的前提下，不应提高供暖室内计算温度或降低空调室内计算温度［7］。《简明空调设计手册》中列出了民用与公共建筑空调室内空气参数［8］，表2摘录了美术馆、博物馆等建筑室内空调设计参数。

表1 室内计算参数的一般要求

表2 美术馆等建筑室内空调设计参数

3.2 某美术馆室内热湿环境指标要求

某美术馆室内热湿环境指标要求温度(20±2)℃，相对湿度(50±5)%，即室内空气含湿量在6 g/kg(DA)～9 g/kg(DA)之间，焓值在33 kJ/kg(DA)～45 kJ/kg(DA)之间。室内温度湿度设计参数见表3。

表3 某美术馆室内温度湿度设计参数

3.3 高级画展要求的室内设计参数

一些高级画展对展厅室内温湿度要求比较严格，根据展品种类、展出季节对美术馆展厅提出特殊温湿度要求。例如:某美术馆法国印象派画展室内温度湿度设计参数见表4。

表4 某美术馆法国印象派画展室内温度湿度设计参数

4 美术馆类建筑的空调及室内热湿环境的研究

从上述研究及文献对美术馆空调室内设计参数可以看出，对于不同的美术作品的保存与展出、不同级别的展览室内温湿度要求不同。随着建筑设备专业人员对美术馆类大空间建筑室内热湿环境特殊性认识的提高，要对美术馆类建筑室内热湿环境有深入的研究，还应研究在供暖条件下美术馆的热湿环境，发展供暖技术并达到节能。

美术馆类建筑一般室内空间较大，其空调系统的设计具有一定的特殊性。

4.1 高度方面

美术馆类大空间建筑按照高度不同可分为两类:一类是高度有限，空调和气流组织可采用全面空调(全空气系统)及较常规的气流组织方式。另一类是高度过高(H≥10 m)，室内空气温度分层现象非常严重，如果采用全室性空调，则能耗和初投资都较大，从节能出发，可采用分层空调。分层空调是指仅对下部区域进行空调，而对上部区域不空调的空调方式。与全室空调相比，夏季可节省冷量30%左右。分层空调适于高大建筑，可降低初投资和运行费用。当高大建筑物高度H≥10 m，建筑物体积V＞1万m3，空调区高度h与建筑高度H之比h/H≤0.5时，才经济合理［9］。

4.2 气流组织方面

气流组织影响人体热舒适及室内环境，合理的气流组织不仅提高人体热舒适感，还可以消弱室内垂直温度梯度，减小热压作用，维持室内正压。

4.3 室内正压方面

美术馆类大空间建筑可采取多种措施保证室内正压。选用能消弱室内垂直温度梯度的室内气流组织方式，减小热压作用，维持室内正压;空调系统最小新风量应大于机械排风量，保证系统的最小新风量运行方式;由于公共建筑人员流动大，对建筑出入口应加强密封，并改善房间的密封性能，这样不仅能够保证室内正压，还可减少室外空气环境对室内热湿环境的干扰。

4.4 温湿度方面

夏季空调露点送风不能保证夏季室内相对湿度，无法实现温度湿度同时精确自动控制。空调机组中设置足够的表冷器及二次加热设备，系统除湿能力大大提高，二次加热设备也能有效地控制室内温度和相对湿度。二次加热设备使送风温差Δts减小，送风量增大，可以提高空调精度，有利于室内温湿度均匀性和稳定性。大风量送风会增加空调运行能耗，为了节能，可以利用变频风机根据室外环境的变化改变送风量。

4.5 节能方面

如果美术馆类大空间建筑空调系统按照舒适工艺性空调设计，空调能耗势必很大。某美术馆试验改造增加了二次加热设备，对提高室内相对湿度控制能力具有相当重要的意义，同时也带来了一个巨大的能源消耗问题。如果大面积采用电加热器，势必需要增加用电容量，实际运行能耗和运行费用也会大大增加，这与当前我国的能源(特别是高峰用电)紧张形势和大力推广建筑节能的宏观调控政策相悖。因此，建议采用一些节能技术(如:热泵技术)降低能耗。另外，还应该考虑新风能耗问题，及室内空气质量和运行能耗的综合优化运行控制。建议增加排风能量回收装置，进一步节省空调运行能耗。

5 结语

建筑环境控制的目标就是要提供新鲜宜人、激发活力并且对健康无负面影响的室内空气，提供一个绝大多数人认可的舒适的热湿环境。一直以来，美术馆类建筑空调系统是按照舒适性空调进行设计，这种形式能够符合舒适性空调健康、舒适、节能的设计原则，满足人体的舒适度，但是它没有考虑到美术作品的保存与展出的温湿度条件。因此，美术馆类建筑空调不是简单的舒适性空调，其室内环境除了满足人体的热舒适感觉，还应该考虑到美术馆馆藏作品及展出作品所要求的室内温湿度指标，同时还应考虑节约能源。建议今后的美术馆空调设计标准增加对室内环境质量的特殊要求，参照舒适工艺性空调进行设计，既要考虑人体的舒适性，又要满足美术作品的要求，使空调系统具备室内温湿度同时控制的能力。在满足室内恒温恒湿的前提下，还要考虑采用节能技术降低空调运行能耗，充分利用各种能源，提高空调自动控制及运行管理水平，实现自动化控制的有效、舒适、低能耗的空调系统。

［1］金招芬，朱颖心.建筑环境学［M］.北京：中国建筑工业出版社，2001.

［2］刘欧子，胡欲立，刘训谦.人体热舒适与室内空气品质研究——回顾、现状与展望［J］.建筑热能通风空调，2001(2)：26-28.

［3］杨 菁.浅谈书画展室的文物保护［J］.故宫博物院院刊，2003(2)：88-91.

［4］张金萍.陈列中的文物保护［J］.中国博物馆，2002(2)：73-80.

［5］陈艳芳.博物馆图书室对纸质文物的保护［J］.图书馆理论与实践，2001(4)：71-72.

［6］俞炳丰.中央空调新技术及其应用［M］.北京：化学工业出版社，2005.

［7］陆耀庆.实用供热空调设计手册［M］.北京：中国建筑工业出版社，2008.

［8］赵荣义.简明空调设计手册［M］.北京：中国建筑工业出版社，1998.

［9］董玉平，由世俊，叶天震，等.高大空间建筑分层空调CFD模拟研究［J］.流体机械，2004，32(5)：60-64.