从文物保护角度探讨博物馆照明问题

2012-12-04张欢

照明工程学报 2012年6期

张欢

(广东省博物馆，广东广州 510623)

在博物馆，照明对于文物的研究和展示是必不可少的，但光学辐射作为一种能量对文物存在潜在危害。博物馆照明设计在考虑文物研究和展示需要的同时，须考虑文物保护的要求，使光照对文物的损害减少到最低程度。光源的光学辐射实质是一系列波长不同的电磁波，不同波段的光辐射对文物的破坏机理和程度有所不同，而不同材质的文物对光辐射也呈现不同的敏感度。那么，通过哪些指标确定光源是否合适，防护措施是否得当，这是博物馆文物保护工作中必须考虑的问题。

1 光照对文物的影响

博物馆照明主要采取自然光和人工光源两类。自然光及各种人工光源的光辐射主要集中在可见光(波长约在380～780nm)部分，有的含有少量紫外线 (波长小于400nm)和红外线 (波长大于760nm)。由于不同文物材质对光辐射的敏感程度不同，为了方便，一般将文物分为对光特别敏感、敏感、不敏感三类。对光特别敏感的文物，主要是纺织品 (丝、毛、棉、麻)、古籍书画、纸质文物、壁画、彩绘陶器、彩绘泥塑、染色皮革、动植物标本等;对光敏感的文物，主要是油画、竹木漆器、牙骨角制品、不染色的皮革等;对光不敏感的文物，主要是金属类 (金、银、青铜、铁)、石材类、硅酸盐类 (陶瓷、玻璃)、矿物标本类等。

光辐射作为一种能量物质，主要以光化学反应和光的热效应，引发或加速文物的老化损坏。

与可见光相比，紫外线波长较短，能量较高，穿透能力较弱，易被物体吸收而转化为内能。很多研究都表明紫外线是引起光化学反应最主要的光学辐射。光化学反应的实质是光辐射提供了化学反应的活化能。当有机质文物受到光辐射，尤其是紫外辐射时，其分子链被打断，在潮湿环境中紫外线还可分解空气中的氧，使其成为游离态，引起一些系列光氧化反应。其结果是造成文物材料分子结构的变化，例如分子间构型的变化并产生交联、分子量变小等。同时，还有表现在物理方面的变化:一是外观上的变化，如失去光泽、变色 (泛黄)、褪色、出现斑点、龟裂、形变等;二是机械性能的改变，主要是强度下降，比如脆化;三是物理性质的变化，例如吸湿性、透光性等可能发生程度不同的改变。

与可见光相比，红外线波长较长，能量较低，一般不能诱导光化学反应，但其热效应更为明显，除了可能造成热老化，最经常的影响是引起相对湿度的变化，从而间接对文物造成影响。因此，红外线也应谨慎限制。如果在密闭的展柜内，有机质文物展品被红外光照射，热量无法及时散发，会导致被照文物表面及内部温度急剧上升，引起相对湿度变化，可能造成文物展品出现翘曲、龟裂等现象。

虽然可见光在光化学反应方面不如紫外线，在热效应方面不如红外线，但也并非没有。值得注意的是:第一，某些波段的可见光也可能通过敏化作用和积累效应使有机材质文物发生光化学反应而损坏;第二，光热老化的破坏作用也存在累积效用，曝光时间越长危害就越大;第三，可见光是光源中的主要部分。因此，可见光对文物的破坏同样值得重视。

2 影响文物保存的照明指标及其测量计算

通过上述讨论可知，文物保存和利用过程中照明是不可避免的，光辐射对于文物的危害是不言而喻的，而危害的程度会因光辐射种类和文物材质的不同而不同。因此，文物保护人员可通过一些技术指标来确定光源是否合适、文物表面受到的辐射是否可以接受。

2.1 照度和年曝光量

可见光的控制主要依据照度和年曝光量两个指标。照度是指物体表面单位面积上接收到的光通量，单位为勒克斯 (lx)。曝光量是用来描述物体累计接受的光照度，用照度与曝光时间乘积表示。以一年为周期计算，照度和年累计小时的乘积就是年曝光量，单位为lx·h/年。

光辐射对文物来说是一种破坏能量，照度越大，文物受到的危害就越大。目前国际国内博物馆行业大多推荐的照度标准是:对光线特别敏感的文物小于50lx;对光敏感的文物小于150lx;对光不敏感的文物小于300lx。博物馆文物保护人员可以使用照度计直接测量文物表面的照度值，以确定是否符合推荐标准。

考虑光辐射对文物的破坏存在累积效应，辐照时间累计越长，文物受到的危害就越大。博物馆行业对于特别敏感和敏感的文物从年曝光量上也给出推荐限值。由于年曝光量能同时反映光照度和时间累积两方面的影响，有些国家将年曝光量作为文物展品保护的主控指标。在照度确定的情况下，减少曝光时间，可以有效降低年曝光量。在博物馆日常管理中应注意，文物藏品库房只在工作需要时照明，展厅只在开放时间照明，在观众数量较少的展厅开放时，文物展品附近的局部照明宜采用感应开关，当观众靠近时自动打开，观众离开时自动关闭。

2.2 紫外线相对含量和紫外线强度

由于紫外线对文物的破坏作用十分明显，对紫外线进行测量计算对文物保护具有现实的指导意义。控制紫外线主要依据紫外线相对含量和紫外线强度两个指标。

紫外线相对含量，也称紫外线相对强度或紫外线比例，是紫外辐射与总辐射的比值，常用单位为μW/lm。它可以作为描述光源或光线的紫外辐射相对强弱的参数。实践中发现紫外线相对含量会随照明距离加大而增加，这是因为可见光随照明距离加大，其衰减程度大于紫外线。因此，紫外线相对含量作为衡量光源的紫外线指标时，应在靠近光源的统一限定距离测算。实践中，如果直接在文物表面测算紫外线相对含量，那么此值仅代表到达文物表面的光线的紫外线相对含量，这个值可能比光源的理论参数稍大。

紫外线强度，也称紫外线绝对强度或紫外线密度，是单位面积所受的紫外辐射量，常用单位为μW/cm2。它可以用来衡量到达文物的紫外辐射绝对剂量。如果说紫外线相对含量作为光源或光线的参数，那么紫外线强度可作为文物的感受。文物表面的紫外线强度与光源的紫外线相对含量、文物上的照度、光源到文物的距离、以及采取的防护措施都有关。

2000年国家文物局“文物办发［2000］064号”文件中《博物馆照明设计规范》推荐光源的紫外线相对含量值小于75μW/lm，2009年《GB/T 23863—2009博物馆照明设计规范》推荐光源的紫外线相对含量小于20μW/lm。两个规范中都没有提到紫外线相对含量的定义和测量计算方法，我们通过紫外线强度与紫外线相对含量的物理意义及量纲推导，可以确定两者的换算关系:

物理意义:紫外线相对含量=紫外线强度/照度

量纲换算: μW/lm=μW/(lx·m2) =(μW/m2) /lx=10－4(μW/cm2) /lx

换算举例:见表1。

由于紫外线强度可以用来衡量到达文物的紫外辐射绝对剂量，方便直接测量，有人建议将紫外线强度作为限值标准。但问题在于，将紫外线强度作为限值标准，在不同的照度下，紫外线相对含量将随之成为变量，造成对光源的选择将失去统一标准。(见表2)

表2 紫外线强度作为限值时不同照度对应的紫外线相对含量

因此，紫外线相对含量作为限值更合适，一方面使光源选择有了统一标准，另一方面，结合不同的照度限值，实际上间接限定了不同文物表面的紫外线强度值。

实际工作中，在不清楚光源的紫外线相对含量的情况下，通过照度和紫外线强度的测定值，换算成紫外线相对含量就知道光源是否超标。比如测得光照度为100lx，如果按照紫外线相对含量小于75μW/lm的要求，计算出紫外线强度理论限值为0.75μW/cm2，此时使用紫外辐照计测定紫外线强度，若超过0.75μW/cm2，就说明光源的紫外线相对含量超出75μW/lm的推荐值，此时应该考虑更换光源或采取其他调节和防护措施。

此外，在选择紫外辐照计时，首选要选择合适的波段范围。室内自然光的紫外辐射主要集中在UV-A波段 (波长320～400nm)，且相对其他波段的紫外辐射穿透力更强，可穿透普通透明玻璃和有机玻璃。而荧光灯的紫外辐射波长比自然光要小，穿透力较弱，部分会被透明玻璃吸收。其次，要注意选择合适的量程和精度，至少要精确到0.1μW/cm2，最好是 0.01μW/cm2，如果仅精确到 1μW/cm2，就不适合博物馆照明测量。

3 光源的选择及防护措施

3.1 光源的选择

博物馆照明主要采取自然光和人工光源两类。自然光包括直接的日光照散射光和周围物体的反射光。自然光由于其不易控制，且紫外线相对含量较高，一般不宜直接用于文物照明。博物馆文物照明宜采用人工光源，考虑文物保护需要，原则上应选择低紫外线、低发热的光源，从而避免照明过程中产生紫外线和热辐射的危害。

目前，我国博物馆照明中，采用的人工光源有荧光灯、无紫荧光灯、白炽灯 (钨丝灯)、卤钨灯、LED灯。荧光灯使用最为普遍，发热低是其优点，但问题是紫外线相对含量较高，一般在40～250μW/lm，因此，选择荧光灯照明时应符合关于紫外线相对含量的相关要求。此外，无紫外荧光灯是一种经过防紫外线处理的荧光灯，比普通荧光灯更适合于博物馆照明。

白炽灯与荧光灯相反，其紫外线虽少，但发热量高。卤钨灯是在白炽灯的充填惰性气体中加入微量卤素或卤化物而制成的光源，克服了白炽灯发热的缺点，属于冷光源，普通低压卤钨灯紫外线相对含量小于75μW/lm，新型低压卤钨灯可低至15μW/lm。因此，低紫外冷光束的卤钨灯在博物馆照明中得到推广使用。

LED灯是近年发展起来的新型光源，其发光角度小、方向性强，适用于展厅文物的局部重点照明。它克服了白炽灯光线较暗、荧光灯含汞且紫外线释放量较高的缺点，并且它的使用寿命比传统光源要长很多，可达数万小时以上。

此外，近年来，光纤照明作为一种新的照明方式开始在博物馆照明中应用，主要适用于文物展品局部重点照明。在光纤照明系统中，光源发出的光在玻璃或丙烯酸纤维光线中传输，光源灯泡本身的热量和红外线不能通过它到达被照射面。应注意，避免使用含汞、紫外线含量高的光源。

3.2 防护措施

如果受条件限制，光源无法直接满足文物保护的要求，可采取一些防护措施，减少光辐射的危害。

一种方法是在灯具外加装防紫外特种玻璃。光通过介质时会部分地被介质所吸收，吸收量与光辐射的波长和介质的材料组成有关。采用普通玻璃作为介质，可以滤过某些波段一定数量的紫外光，如果使用特种玻璃，比如含铅、氧化铈和氧化钴的玻璃，可提高阻隔紫外线某些波段辐射的能力。

另一种方法是使用有机材料的紫外线吸收剂。紫外线吸收剂是一类能够强烈地吸收紫外线的物质，其作用相当于紫外滤光片，既能把大部分紫外线吸收，又可以完全透过可见光。常用紫外线吸收剂主要有:水杨酸酯类、苯酮类、苯并三唑类、取代丙烯腈类、三嗪类和受阻胺类。紫外线吸收剂的使用方法有三种方式，一是制成含有紫外线吸收剂的薄膜材料，贴于灯管或者防护玻璃表面;二是将紫外线吸收剂制成溶液，喷涂或涂刷于灯管或者防护玻璃表面;三是制成含有紫外线吸收剂的有机玻璃，加设在光源和文物之间。