天津古建筑内保存壁画的热湿环境探究

李峥嵘 徐天昊 张 鹏 徐伟鹏

天津古建筑内保存壁画的热湿环境探究

李峥嵘1徐天昊1张 鹏2徐伟鹏1

1同济大学暖通空调及燃气研究所
2天津市历史风貌建筑整理有限责任公司

通过对天津庆王府中劝业厅的冬季室内环境的实测和调研，分析了该厅冬季热湿环境的基本特点，以及人员流动对室内热湿环境的影响。结合壁画保存的相关标准规范，分析得出现有热湿环境不利于壁画保存的结论，并给出相关改造建议。

壁画保存人员在室量温度相对湿度

0 引言

天津庆王府作为五大道中的特级历史保护建筑，现已被修缮成用餐会所，并且室内已安装市政采暖设备，建筑的使用方式已经发生了明显变化。府内劝业厅的北侧墙壁上保留着两幅珍贵的岩石类壁画，已发生了明显的脱落、褪色等损坏现象。为了探究目前的建筑使用方式是否利于壁画的保存，本文在冬季针对厅内的热湿环境进行了监测分析。

国内外学者针对壁画类文物的保存环境做了较深入的研究。Maria等对比3处教堂壁画房间的温湿度变化情况，发现在温湿度波动明显的房间壁画的褪色相对严重[1]。Odile等通过研究罗马古建筑壁画成分得出壁画表面湿度对其褪色影响最大的结论[2]。孙延忠等针对广西花山岩画分析颜料脱落的原因，发现表面温差变化会引起岩画颜料层的病害[3]。阎宏彬等研究了云冈石窟保存环境，发现温湿度的变化可导致石质表面凝结、蒸发现象反复发生，从而引起石质壁画劣化[4]。

1 壁画保存的温湿度环境概述

劝业厅中壁画与室内空气直接接触，因此室内空气的温度和相对湿度是影响室内壁画保存质量的两个重要因素。壁画作为文物的一种，一些学者和机构在经过多年的研究后，提出或制定了适宜壁画保存的空气温湿度指标或范围。

Cavallini等总结多位学者与机构的研究成果，汇总了石质文物对温湿度可接受水平，如表1所示[5]。我国文物局编写的《博物馆藏品保存环境试行规范》提出了对岩石类文物保存的空气温湿度的限定，以减小文物的损坏[6]。意大利的行业标准UNI 10829[7]和美国AHSRAE Applications Handbook[8]（Huijbregts等学者建议在重型石造建筑中保存环境选取Class B的控制等级[9]）也均提出了空气温湿度的要求。表2所示为不同规范中提出的限定值对比。

表1 温湿度因素对石质文物的影响及其可接受的水平

表2 壁画保存规范基本要求对比概表

2 壁画保存环境冬季实测

2.1 劝业厅使用方式简介

劝业厅（平面布局如图1）作为庆王府典型的餐厅房间，使用时间基本集中于晚餐时间。服务员在客人预订时间前将餐桌整理完毕，用餐结束后立即进行打扫清洁。用餐期间外窗以及与邻室相连的门常闭，仅与大厅相通的一扇对开门用于服务员与客人的进出。餐厅仅记录客人到店时间和用餐人数，不记离店时间，此外客人用餐时间一般为2至3个小时。

图1 劝业厅平面图（含测点分布）

2.2 现场实测方案

针对劝业厅内壁画的保存环境，笔者从2013年12月2日12:00至2014年1月4日12:00进行了为期33天的环境监测。监测期间，天津已经进入集中采暖季，室内24小时采暖。本次测试的测量参数及仪器如表3所示，其中自动记录仪每隔5min记录一次数据。自动记录仪测点分布如图1所示，其中北侧的两扇侧门常闭，大厅测点位于厅中部距离劝业厅入口2.5m。根据劝业厅空间高度和内部家居分布情况，测点1和2的布置高度为2.2m，测点3和大厅测点为1.5m。

表3 测量参数及使用仪器

3 测试结果分析

3.1 温湿度变化分析

监测得到温湿度特征如表4所示（其中规范限制参考表2）。为了整体上分析比较不同测点的环境参数，取测点处每6个小时监测数据（0:00～5:55、6:00~ 11:55、12:00~17:55、18:00~23:55）的平均值，结果如图2～3所示。由图可知，三个测点处的温湿度变化趋势一致并且数值十分接近，测点1处温度较高，测点3温度较低；对应地，相对湿度测点1处较低，测点3处较高。此外，温度多位于19～23℃之间，较稳定；而相对湿度在16%～37%之间变化，波动较明显。

表4 不同测点的温湿度特征

整体上看，壁画的保存环境与室内环境并无本质差异，进一步讨论壁画保存环境优劣时可选取测点1与测点2中某一个的监测数据进行分析即可，下文的空气温湿度均选取测点2处测得数据进行分析。参考规范中提出的温湿度指标[6～8]，壁画保存环境中温度较为适宜。由测点2的相对湿度百分比分布图（图4）可见，99.6%的监测数据低于40%，相对湿度低于规范指标。温湿度日较差参考相关规范[6]对测点2的监测数据进行分析，如图5所示。温度日较差只有1天大于5℃，可判断基本满足规范要求。而相对湿度日较差过大，有31天大于5%，其中15天大于10%，不满足规范要求。

图2 空气温度测试结果

图3 空气相对测试结果

图4 测点2处相对湿度测试结果

图5 温湿度日较差

3.2 人员使用对空气温、湿度的影响

笔者详细统计了2013年12月2日、3日以及2014年1月2日晴天条件下，劝业厅处于用餐使用状态下的人流量。为了反映室内参数变化趋势，数据截取时间比客人时间前后各增加2小时（如客人离开后的2小时内关灯打烊，则截取到打烊时间，以排除灯光等设备影响），具体如表5所示。数据处理时，每5分钟输出一次在室人数，同时记录温湿度参数。将客人及服务员均考虑入内，人员在室量与空气温湿度之间的关系对比如图6～7所示。

表5 人员流动数据统计介绍

图6 人员在室量与空气温度的对比

图7 人员在室量与空气相对湿度的对比

图8 温度平均值比较

图9 相对湿度平均值比较

人体自身的散热散湿会增加室内温湿度，中等劳动强度的成年男子在环境温度为22℃时，显热散热量为104W，潜热散热量为131W，散湿量为196g/h[10]。同时菜品的散热散湿也会对室内温湿度环境造成影响。由图6～7可见，空气温湿度的升高与人员在室量大致呈正相关，并且升高明显。客人时间范围内劝业厅与大厅的温湿度平均值分析如图8～9所示。可见客人使用期间劝业厅内温湿度均比大厅高，并且前者的数值呈现较明显的波动。根据现场观察，大厅仅用作人员流通，人员停留的情况较少发生。针对劝业厅，用餐期间除了人员进出外，门常处于关闭状态；用餐结束后客人短时间内全部离开，门常开。客人离店后，劝业厅内温湿度迅速变化，逐渐与大厅的环境参数趋于一致。此外，监测期间温度的最大波动值为1.5℃（12月2日）、3.5℃（12月3日）与1.5℃（1月2日），相对湿度的最大波动值为8.2%（12月2日）、4.8%（12月3日）与9.2%（12月2日）。可见人员使用对劝业厅内热湿环境的影响比较明显。此外根据前人研究，较大的温湿度波动可能对壁画保存不利。

4 讨论与小结

天津庆王府劝业厅的使用方式发生了变化，为了探究目前的建筑使用方式是否利于壁画的保存，研究其保存环境尤为重要。通过对其保存环境为期33天的监测以及其中3个晴天对人员在室数量的精确记录，以测点2处的数据为代表做分析，可以判断劝业厅冬季现有的使用方式并不利于壁画的保存，主要体现在以下几个方面：

1）保存环境的相对湿度过低。室内相对湿度的监测数据显示，几乎全部时间的相对湿度低于《博物馆藏品保存环境试行规范》中提出的40%的下限要求，也均低于行业标准UNI 10829和AHSRAE Applications Handbook中相应的要求。而室内相对湿度过低的原因是庆王府内在改造之后在冬季进行集中采暖。

2）相对湿度波动较大。监测期间，室内温湿度均有明显波动。在《博物馆藏品保存环境试行规范》以及AHSRAE Applications Handbook中对温度、相对湿度的日较差均有限制，前者的要求更严格。监测期间的33天中，温度日较差均小于5℃，而相对湿度日较差有31天的数据大于5%，有15天大于10%。因此，可推断相对湿度的日较差过大，不利于壁画的保存。

3）人员在室数量对保存环境影响明显。劝业厅现已用作餐厅使用，用餐期间客人数目较多，由于人体自身以及菜品散热散湿，劝业厅内的温湿度普遍高于大厅，且温度与相对湿度的变化与人体在室量成正相关。并且在客人到店和离店时，温度和相对湿度具有较大的波动值，最大达到9.2%（1月2日）与3.5℃（12月3日）。人员流动改变了劝业厅内热湿环境，也对壁画的保存产生不利影响。

5 建议

庆王府的使用方式已经发生改变，主要体现在采暖设备的使用以及人员流动的集中上。劝业厅内的热湿环境已经不满足壁画保存的要求。结合已有的保存指标，并考虑庆王府作为用餐会所使用的实际情况，提出以下几点建议：

1）冬季室内近壁画侧采用加湿设备，以防止冬季室内采暖条件下的劝业厅内相对湿度持续过低，将相对湿度控制在40%～65%的范围内。

2）使用玻璃保护罩覆盖壁画。劝业厅已经作为餐厅使用，不具备限制人流量的条件。因此，建议壁画部分使用玻璃保护罩覆盖，将壁画与室内环境分隔开来。玻璃罩的设置不会影响人们欣赏壁画的同时，能减少温湿度的波动，起到缓冲作用。

[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]孙延忠,王志良.广西花山岩画颜料脱落和褪色原因分析[J].文物保护与考古科学,2011,23(2):13-17

[4]阎宏彬,黄继忠,赵新春,等.温度、湿度的变化对云冈石窟保存的影响[J].大同大学学报,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]国家文物局.博物馆藏品保存环境试行规范[S].北京:国家文物局,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]朱颖心.建筑环境学(第二版)[M].北京:中国建筑工业出版社, 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

李峥嵘（1969～），女，博士，教授；上海市杨浦区四平路1239号同济大学济阳楼413室（200092）；021-65988869；E-mail:hulingzhou@163.com