国外建筑遗产室内温湿度控制标准的发展与应用

高枫　张家浩　徐苏斌　Fabio Peron

摘要：在遗产保护视角下，国外建筑遗产室内温湿度环境控制的研究经历暖通空调系统在文化遗产保护中的普及、保守控制阶段、多样化控制阶段、低碳节能控制潮流等四个阶段，目前遗产保护相关建筑中的温湿度环境控制可分为基于20℃和50%RH的控制（20℃±，50%RH±）和基于历史气候数据的控制。对基于历史温湿度数据的ASHRAE Handbook 2015和EN15757 2010标准进行解读，并以意大利威尼斯总督府为例，采用以上两标准对其温湿度温环境进行评价结果显示，二者均能客观的反映出室内温湿度环境的潜在风险并对历史气候数据的峰谷波动进行优化，且后者更为宽松。鉴于材料的相似性，两标准的评价与保护功能在我国的建筑遗产中同样有借鉴价值。

关键词：建筑遗产;博物馆;室内环境：温湿度控制：遗产保护

将建筑遗产保持其室内原有陈设进行展示，抑或是改造为主题博物馆，在国内外都是主流的遗产保护与再利用模式;伴随着这种转变，原本以满足人体舒适度为出发点的建筑室内温度及相对湿度（以下简称“温湿度”）控制也上升到遗产保护层面，而该水平的控制往往需要高标准的暖通空调设备及较高的能耗。近年来在能源危机和低碳思潮的刺激下，这种控制现状逐渐无法满足当前的需求;进而，如何在不损坏建筑遗产本身及其内部陈设的前提下，拓宽现有的安全温湿度控制范围，避免暖通空调设备的过度使用成为当今国际上遗产保护学界的研究重点之一。

现阶段我国建筑遗产室内温湿度环境的相关研究较少，针对书画、雕刻等文物保护的博物馆温湿度环境控制方面则以借鉴国外经验为主，且二者由于在我国分属于不可移动文物和可移动文物而关联度较低。在国际上，遗产保护视角下的温湿度环境研究多是从构成材料切人，然后再根据保护等级做适当调整。因此，国际上建筑遗产往往与博物馆、美术馆等采取相同或相近的温湿度控制策略。

目前，遗产保护视角下温湿度环境控制的重点研究对象为书画、木质雕刻、棉麻织物、皮毛饰品等有机吸湿类材料，原因在于该类材料对环境温湿度的“适应性”②使其临界安全范围难以确定;而多数石材、金属等无机类材料的安全范围多较易确定且争议较少，在早期研究中已被明确[2]。并且，将环境温湿度控制在有机吸湿材料的安全范围之内也可保障多数其他类型材料的安全，仅酸性纸、磁性材料等特殊材质仍需特别对待。就我国而言，建筑遗产中的木构占比较大，室内陈设也多以木质家具、字画、各类织物等有机吸湿材料为主，所以针对此类材料的温湿度控制研究，对我国建筑遗产及博物馆、美术馆等相关机构均有一定的借鉴价值和指导意义。

一、国际相关标准研究发展概述

遗产保护视角下，室内温湿度环境控制研究大致经历了4个发展阶段。最初阶段（1900年代-1950年代），始于暖通空调系统在博物馆、美术馆、建筑遗产等相关建筑中的普及，经验主义在此期间大行其道;1960年代—1970年代，相关研究逐渐增多但仍受限于当时的技术及理论壁垒，处于保守时期;进入1980年代后，新型技术的应用打破了当时的保守局面，迎来了多样化的控制时期;2000年之后，受低碳思潮的影响，“绿色博物馆”引领下的室内温湿度环境的低能耗控制逐渐兴起，新的控制可行性成为研究焦点。

（一）暖通空调系统在遗产保护中的普及

1908年，美国波士顿美术博物馆开创性的安装了集采暖、净化、除湿功能于一身的暖通空调系统，通过两年的使用经验得出画作及艺术品的安全相对湿度范围为55%～60%RH。这一推荐范围在当时盛行一时，也变相地促成此类暖通空调系统在美国国家档案馆、国家图书馆等其他相关建筑中的应用[3]。

1939年二战前夕，英国伦敦国家美术馆的藏品被迫转移至马诺德的一个盐矿之内并藏匿长达5年之久，期间由于条件所限只能使用简单的采暖手段调节相对湿度以改善常年高湿的矿洞环境（环境控制目标：58%RH，17.2℃），然而这一举措不但很好的保存了藏品，还阻断了原有的开裂、剥落现象的恶化[4]。战后，这一事件促使大量博物馆、美术馆安装暖通空调系统。1950年之后，教堂等大量的建筑遗产也开始安装采暖设备[5]。自此，遗产保护相关建筑中采用温湿度控制成为一种主流趋势，而相关研究也随之展开。

（二）保守控制阶段

1960年普莱迪斯（H.J.Plenderleith）对欧洲和美国部分地区的博物馆湿环境控制展开调研，结果显示：所推荐的安全相对湿度跨度从40%RH到70%RH，并在50%～60%R日区间高度重叠[6]。此后，国际博物馆协会（International Council Of Museum，ICOM）在1974年也给出了相似的推荐范围，即：50%～58%RH。但这些所谓的安全相对湿度范围均未给出严谨的科学论证[7]，且温度控制仍以人体舒适为出发点。

直到1978年，加里·汤姆森（Garry Thomson）发表的《博物馆环境》（The Museum Environment）結束了业内的“混沌时代”[8]，其通过科学的论证给出了55%±4/5%RH[9]。此后，1986年出版的《博物馆环境》第二版中将博物馆的安全温湿度范围设定为：19℃±1℃（冬）～24℃±1℃（夏），（50%～55%）±5%RH;而建筑遗产（如：教堂、宫殿等）可放宽至30%～60%RH（温度仅需保持相对湿度变化稳定即可）[10]。然而，加里·汤姆森同时也指出该范围仍具备可拓展性，但“安全与危险”之间的临界值尚难以确定;基于当前暖通空调设备对环境的调节能力可将安全温湿度环境暂定于此。

（三）多样化控制阶段

进入1980年代，有限元分析[11]、等渗透率图[12]、保存指数以及时间加权保存指数[13]等多种新型技术用于探索有机材料温湿度环境的安全范围。较具代表性的研究机构有美国史密森博物馆保护学会（SmithsonianMuseum Conservation Institute），其在1994年提出的安全相对湿度波动范围为50%～65%RH[14];但一经发表遭到各方垢病[15]。经一系列完善后，2004年最新的推荐安全范围为：45%±8%RH（21±2℃）;警戒线为：30%RH（下限）、60%RH（上限）、13℃（下限仅针对丙烯画）[16]。该导则在超过640座建筑遗产中使用，从5年间的应用效果来看，每年可降低约17%的能耗且未发现保存问题[17]。

1999年意大利标准化组织（LEnte nazionaleitaliano di unificazione，UNI）推出了《重要历史性艺术品一保存环境条件一检测与分析标准UNI 10829：1999》。标准主要用于历史性艺术品保存环境的检测与分析，为了提供最优的保存环境，对33类材料及常见组合构件进行实验，分别得到其安全的存放环境。标准中可以见到详细的艺术品分类及相应的存放环境，但其所提出的控制策略较为严苛，如：对于画作的日安全温湿度波动分别为1.5℃和6%RH[18]。

同年，Stefan Michalski受美国采暖、制冷与空调工程师学会（American Society of HeatingRefrigerating and Airconditioning Engineers，ASH RAE）邀请编写《ASHRAE Handbook》中博物馆、美术馆、档案馆的室内温湿度环境控制标准。该标准基于“已被验证的波动或极值”的风险评估且有详细的分级控制[19]，当前最新版本为《ASHRAE Handbook2015》。由于编者同为加拿大保护学会（CanadianConservation Institute，CCI）的首席专家，因此以上两个机构所推荐的控制策略基本相同[20]。

2010年欧盟标准委员会（Comite Europeen deNormalisation，CEN）颁布了《有机吸可湿性材料文化遗产的温湿度环境限定标准EN 15757：2010》[21]。标准在“适应性”的基础上对历史气候数据进行优化，因此可进一步降低设备投入和运行成本;为了配合其使用，还推出了EN15758：2010[22]和EN 15759：2011[23以指导环境监测、采暖策略及设备选择。

（四）低碳节能控制潮流

进入21世纪，受低碳节能风潮的刺激，关于是否拓宽现有安全温湿度控制范围的争论变得愈演愈烈[24]。2008年，国际历史和艺术作品保护协会（The InternationalInstitute for Conservation of Historic and ArtisticWorks，IIC）召开的关于气候变化与博物馆藏品的会议中③，确立了在遗产保护相关建筑中，环境控制需要变革的基调[25]。2010年，IIC和美国保护学会（AmericanInstitute for Conservation，AIC）召开的会议中④⑤，各方代表基本一致认可了16℃～25℃和40%～60%RH这一范围对于多数文化遗产的安全性，但这一范围的可扩展性仍难以确定[26][27]。此后的导则或标准也多围绕这一共识，如：艺术博物馆馆长协会（Association ofArt Museum Directors，AAMD）和Bizoi集团（BizotGroup）针对临时租借展馆所提出的导则[28]。

2012年，由英国国家档案馆（The NationalArchives，TNA）发起的《文化遗产环境条件管理规范PBS 198：2012》中，在认可ASHRAE Handbook及EN15757：2010等标准的基础上对能源效益提出了建议。所给出的推荐温度节能控制范围为：冬春7℃～13℃，夏秋14℃～22.5℃;湿度则为：冬春30%～45%RH，夏秋45%～65%RH[29]。

二、建筑遗产适用标准解读

综上，目前文物保护相关建筑中的温湿度环境控制可分为两大类，即：基于20℃和50%R日的控制（20℃±，50%RH±）和基于历史气候数据的控制。前者适用于已采用暖通空调系统的博物馆、美术馆、建筑遗产、临时展馆或运输途中。对于尚未采用暖通空调系统或仅采用简单控制的建筑遗产而言，多数构件、装饰、陈设因长期存放于室内（类似于ASHRAE中的“永久馆藏”设定），对于室外大气候背景下的室内温湿度季节性波动和短期波动已形成一定的适应性。此种情况下，基于历史气候数据的控制更加温和，且同时具有更好的节能潜力。而此类标准除ASHRAEHandbook 2015（以下简称“ASH RAE”）外，还有EN15757：2010（以下简称“EN 15757”）。

（一）ASHRAE Handbook 2015

ASHRAE标准中基于历史气候数据的温湿度控制的原理源自所谓的“已被验证的波动或极值”[30]，即当物品在过去的存放过程中如果没有遭受明显的损坏，它所经历过的最大温湿度波动或极值。而当其再次经历小于该波动或极值的环境时，遭受破坏的可能性就很低。因此，可以在历史均值的基础上对峰谷波动进行优化以得到相对安全的温湿度波动范围。

ASHRAE按控制严格程度由高到低共分为5个等级，即：AA、A、B、C、D級，各级适用范围及说明详见表1。其中，季节性安全波动范围是在温湿度基准设定或历史气候均值的基础上进行计算。对于短期安全波动范围的计算，通常基于日均值波动;但为了更好的考虑季节性波动并削弱短暂峰谷波动对均值的影响，推荐在中心移动平均值的基础上进行计算[31]。AA、A及B级均对温湿度提出了明确的波动幅度，属于精确控制，但仅B级适用于建筑遗产;而C、D级控制只能排出高危状况，选用时应慎重。

（二）EN15757：2010

与ASHRAE（B）级控制相比，EN15757对“已被验证的波动或极值”的运用有进一步提升，若一年间被观测物品未出现可见损坏，则可默认接受该水平的季节性波动，而仅对短期波动进行优化（见表2），之后再配合其他风险限值进行评估。

短期安全波动范围的获取需借助监测温湿度数据的30日中心移动平均值。以案例中的相对湿度为例，实测数据每15分钟记录一次，30日中心移动平均值（RH_CMA30D）可根据当前数据点及其前后15天数据（共2881个数据点）计算得到，即：式中，RHc代表当前数据点;之后可求一年间所有数据点与其30日移动平均值之差，对差值由小到大排序后计算百分位数P₇（负值）和P₉₃（正值）;进而确定最终的安全波动范围R_RH。

三、基于案例的比较研究

意大利威尼斯市的总督府（Palazzo Ducale）是著名的艺术博物馆和建筑遗产，其建筑历史可追溯至9世纪，室内的画作、木质雕刻具有一定的保护价值（图1）。虽然目前并未发现快速的老化或破坏迹象，但由于画幅大、雕刻多，难以对细节一一观察记录，加之室内并未采用暖通空调系统调节温湿度，因此仍可能存在一定的风险。此种情况下，分别采用EN15757和ASHRAE（B）级标准对室内温湿度环境进行评估，评估结果一方面可作为后续是否采取改进措施的论据之一，另一方面可对两标准做横向对比。

为获取历史气候数据，于2010-02-23至2011-03-23对总督府的大会议室“Sala del Maggior Consiglio”展开溫湿度监测。图2（a）为水平方向上三个测点的位置;垂直方向上，仪器穿过天花板悬挂于距地面2.5米（L）、7.5米（M）和10.5米（H）处，见图2（b）。

监测每15分钟记录一次，仪器参数见表3;监测期间室内天花雕刻及画作未见明显的损坏迹象。对9个测点的初步筛选发现点2（L）在冬季由于可接收到来自室外的阳光直射而具有最为强烈的温湿度波动，因此被选为后续的研究对象。

分析中，监测数据的30日中心移动均值代表季节性波动，而ASHRAE（B）级标准的季节性安全波动范围的计算基于监测数据均值。另一方面，两标准中的短期安全波动范围用于评价实测数据，且范围的计算均基于监测数据的30日中心移动均值。

表4为安全温湿度波动范围的计算结果，可见根据EN 15757计算所得温度日安全波动过于严苛（-1.95℃，+2℃）。因此，建议采用与表2中相对湿度最小波动限值（±10%RH）类似的方法对温度进行预判。由于是针对建筑遗产，推荐参考 ASHRAE（B）级中的士5C作为温度的最小波动限值。此外，采用ASHRAE（C）级中的上、下限值来避免霉菌的滋生和干燥破坏[32]。

图3、4为分别采用表4中的安全温湿度范围对点2（L）所做分析，其中红色区域超过极值属于危险区域，而黄色区域虽超过季节性波动但未超过极值，可认为是警戒区域。对温度而言，一年中绝大多数时间均可满足±5℃这一日波动，仅夏季需短暂避免超过30℃或更为保守的28℃，因此其所携带的风险较低。对于相对湿度，分析图及合格率均指出主要的安全隐患来自于日相对湿度波动，图中可见冬季出现大量不安全日波动且实测数据可高达100%RH，而H波动合格率也仅为66.9%（ASHRAE B）和76.8%（EN15757）。相比之下，相对湿度的季节性波动较为安全，合格率高达98.03%。

ASHRAE（B）及EN15757的日总合格率分别为66.2%和 76.8%，存在一定安全隐患，且主要表现在夏季高温和冬季高湿。结合当前的保存现状，笔者认为两标准均客观的揭示出保存环境的潜在风险。

四、国外标准研究的启示

1.国外建筑遗产的室内温湿度环境研究由来已久，从控制标准到环境监测再到材料检测技术均已形成较为成熟的体系。而我国建筑遗产保护的相关研究中，针对温湿度环境的研究极少，保存现状未知。笔者认为在我国建筑遗产管理过程中，应加强对温湿度环境的关注，借鉴国外的环境控制策略及监测与检测技术，尽早推出针对我国建筑遗产的室内温湿度环境控制标准。

2.根据已有相关标准，对于已经使用暖通空调系统的建筑遗产室内温湿度控制，如没有需要特殊保存的物品，可采用基于20℃和50%R日的控制策略，即：20℃±，50%RH±，如：16℃～25℃，40%～60%RH。此类控制基于试验并经大量案例校验，可将风险控制在较低水平。

3.有机吸湿类材料对温湿度环境的“适应性”特性，使其保存环境的历史气候均值即便较大偏离20℃，50%RH（如文中相对湿度均值为63.9%RH），也未必表现出明显的损坏迹象。此时如果贸然采用20℃±，50%RH±的控制策略，一方面偏离历史气候较大的环境控制会带来较高的能耗，另一方面较大幅度的环境突变反而可能会对文化遗产造成破坏。相比之下，基于历史气候数据的温湿度控制仅对峰谷波动进行优化，不仅可降低能耗，且风险性低。鉴于我国建筑遗产中有机吸湿类材料的占比较大，对于尚未使用暖通空调设备的建筑遗产，推荐首先采用基于历史气候数据的温湿度控制标准对现状进行评估，再在此基础上确定保护策略。

[本研究受国家社会科学基金重大项目“我国城市近现代工业遗产保护体系研究”（编号：12&ZD230）、国家自然科学塞金面上项目“塑造创意城市：天津滨海新区工业遗产群保护与再生的综合研究”（编号：51178293）、国家自然科学基金面上项目“东亚近代英国租界与居留地的规划与建设比较研究”（编号：51878438）、天津自然科学基金“天津文化遗产智能导游信息数据库建设及其应用”（18JCYBJC22400）资助。]

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（責任编辑：张双敏）

①张家浩 通讯作者

②“适应性”指有机湿性材料会因外界温湿度变化产生内部结构的变化（膨胀或收缩）以适应环境的变化，如果内部应力未突破阈值（没有大幅度的波动或短时间内较大的波动），则物品不会产生明显的机械破坏[1]。

③2008年9月17日由IIC举办的“Climate Change and Museum Collections”国际会议。

④2010年5月13日由IIC联合AIC举办的“The Plus/Minus Dilemma：A Way Forward in Environmental Guidelines"国际会议。

⑤2010年4月12日由AIC举办的“Rethinkingthe Museum Climate”国际会议。