國外建筑遺產室內溫濕度控制標準的發(fā)展與應用

高楓　張家浩　徐蘇斌　Fabio Peron

摘要：在遺產保護視角下，國外建筑遺產室內溫濕度環(huán)境控制的研究經歷暖通空調系統(tǒng)在文化遺產保護中的普及、保守控制階段、多樣化控制階段、低碳節(jié)能控制潮流等四個階段，目前遺產保護相關建筑中的溫濕度環(huán)境控制可分為基于20℃和50%RH的控制（20℃±，50%RH±）和基于歷史氣候數據的控制。對基于歷史溫濕度數據的ASHRAE Handbook 2015和EN15757 2010標準進行解讀，并以意大利威尼斯總督府為例，采用以上兩標準對其溫濕度溫環(huán)境進行評價結果顯示，二者均能客觀的反映出室內溫濕度環(huán)境的潛在風險并對歷史氣候數據的峰谷波動進行優(yōu)化，且后者更為寬松。鑒于材料的相似性，兩標準的評價與保護功能在我國的建筑遺產中同樣有借鑒價值。

關鍵詞：建筑遺產;博物館;室內環(huán)境：溫濕度控制：遺產保護

將建筑遺產保持其室內原有陳設進行展示，抑或是改造為主題博物館，在國內外都是主流的遺產保護與再利用模式;伴隨著這種轉變，原本以滿足人體舒適度為出發(fā)點的建筑室內溫度及相對濕度（以下簡稱“溫濕度”）控制也上升到遺產保護層面，而該水平的控制往往需要高標準的暖通空調設備及較高的能耗。近年來在能源危機和低碳思潮的刺激下，這種控制現狀逐漸無法滿足當前的需求;進而，如何在不損壞建筑遺產本身及其內部陳設的前提下，拓寬現有的安全溫濕度控制范圍，避免暖通空調設備的過度使用成為當今國際上遺產保護學界的研究重點之一。

現階段我國建筑遺產室內溫濕度環(huán)境的相關研究較少，針對書畫、雕刻等文物保護的博物館溫濕度環(huán)境控制方面則以借鑒國外經驗為主，且二者由于在我國分屬于不可移動文物和可移動文物而關聯度較低。在國際上，遺產保護視角下的溫濕度環(huán)境研究多是從構成材料切人，然后再根據保護等級做適當調整。因此，國際上建筑遺產往往與博物館、美術館等采取相同或相近的溫濕度控制策略。

目前，遺產保護視角下溫濕度環(huán)境控制的重點研究對象為書畫、木質雕刻、棉麻織物、皮毛飾品等有機吸濕類材料，原因在于該類材料對環(huán)境溫濕度的“適應性”②使其臨界安全范圍難以確定;而多數石材、金屬等無機類材料的安全范圍多較易確定且爭議較少，在早期研究中已被明確[2]。并且，將環(huán)境溫濕度控制在有機吸濕材料的安全范圍之內也可保障多數其他類型材料的安全，僅酸性紙、磁性材料等特殊材質仍需特別對待。就我國而言，建筑遺產中的木構占比較大，室內陳設也多以木質家具、字畫、各類織物等有機吸濕材料為主，所以針對此類材料的溫濕度控制研究，對我國建筑遺產及博物館、美術館等相關機構均有一定的借鑒價值和指導意義。

一、國際相關標準研究發(fā)展概述

遺產保護視角下，室內溫濕度環(huán)境控制研究大致經歷了4個發(fā)展階段。最初階段（1900年代-1950年代），始于暖通空調系統(tǒng)在博物館、美術館、建筑遺產等相關建筑中的普及，經驗主義在此期間大行其道;1960年代—1970年代，相關研究逐漸增多但仍受限于當時的技術及理論壁壘，處于保守時期;進入1980年代后，新型技術的應用打破了當時的保守局面，迎來了多樣化的控制時期;2000年之后，受低碳思潮的影響，“綠色博物館”引領下的室內溫濕度環(huán)境的低能耗控制逐漸興起，新的控制可行性成為研究焦點。

（一）暖通空調系統(tǒng)在遺產保護中的普及

1908年，美國波士頓美術博物館開創(chuàng)性的安裝了集采暖、凈化、除濕功能于一身的暖通空調系統(tǒng)，通過兩年的使用經驗得出畫作及藝術品的安全相對濕度范圍為55%～60%RH。這一推薦范圍在當時盛行一時，也變相地促成此類暖通空調系統(tǒng)在美國國家檔案館、國家圖書館等其他相關建筑中的應用[3]。

1939年二戰(zhàn)前夕，英國倫敦國家美術館的藏品被迫轉移至馬諾德的一個鹽礦之內并藏匿長達5年之久，期間由于條件所限只能使用簡單的采暖手段調節(jié)相對濕度以改善常年高濕的礦洞環(huán)境（環(huán)境控制目標：58%RH，17.2℃），然而這一舉措不但很好的保存了藏品，還阻斷了原有的開裂、剝落現象的惡化[4]。戰(zhàn)后，這一事件促使大量博物館、美術館安裝暖通空調系統(tǒng)。1950年之后，教堂等大量的建筑遺產也開始安裝采暖設備[5]。自此，遺產保護相關建筑中采用溫濕度控制成為一種主流趨勢，而相關研究也隨之展開。

（二）保守控制階段

1960年普萊迪斯（H.J.Plenderleith）對歐洲和美國部分地區(qū)的博物館濕環(huán)境控制展開調研，結果顯示：所推薦的安全相對濕度跨度從40%RH到70%RH，并在50%～60%R日區(qū)間高度重疊[6]。此后，國際博物館協(xié)會（International Council Of Museum，ICOM）在1974年也給出了相似的推薦范圍，即：50%～58%RH。但這些所謂的安全相對濕度范圍均未給出嚴謹的科學論證[7]，且溫度控制仍以人體舒適為出發(fā)點。

直到1978年，加里·湯姆森（Garry Thomson）發(fā)表的《博物館環(huán)境》（The Museum Environment）結束了業(yè)內的“混沌時代”[8]，其通過科學的論證給出了55%±4/5%RH[9]。此后，1986年出版的《博物館環(huán)境》第二版中將博物館的安全溫濕度范圍設定為：19℃±1℃（冬）～24℃±1℃（夏），（50%～55%）±5%RH;而建筑遺產（如：教堂、宮殿等）可放寬至30%～60%RH（溫度僅需保持相對濕度變化穩(wěn)定即可）[10]。然而，加里·湯姆森同時也指出該范圍仍具備可拓展性，但“安全與危險”之間的臨界值尚難以確定;基于當前暖通空調設備對環(huán)境的調節(jié)能力可將安全溫濕度環(huán)境暫定于此。

（三）多樣化控制階段

進入1980年代，有限元分析[11]、等滲透率圖[12]、保存指數以及時間加權保存指數[13]等多種新型技術用于探索有機材料溫濕度環(huán)境的安全范圍。較具代表性的研究機構有美國史密森博物館保護學會（SmithsonianMuseum Conservation Institute），其在1994年提出的安全相對濕度波動范圍為50%～65%RH[14];但一經發(fā)表遭到各方垢病[15]。經一系列完善后，2004年最新的推薦安全范圍為：45%±8%RH（21±2℃）;警戒線為：30%RH（下限）、60%RH（上限）、13℃（下限僅針對丙烯畫）[16]。該導則在超過640座建筑遺產中使用，從5年間的應用效果來看，每年可降低約17%的能耗且未發(fā)現保存問題[17]。

1999年意大利標準化組織（LEnte nazionaleitaliano di unificazione，UNI）推出了《重要歷史性藝術品一保存環(huán)境條件一檢測與分析標準UNI 10829：1999》。標準主要用于歷史性藝術品保存環(huán)境的檢測與分析，為了提供最優(yōu)的保存環(huán)境，對33類材料及常見組合構件進行實驗，分別得到其安全的存放環(huán)境。標準中可以見到詳細的藝術品分類及相應的存放環(huán)境，但其所提出的控制策略較為嚴苛，如：對于畫作的日安全溫濕度波動分別為1.5℃和6%RH[18]。

同年，Stefan Michalski受美國采暖、制冷與空調工程師學會（American Society of HeatingRefrigerating and Airconditioning Engineers，ASH RAE）邀請編寫《ASHRAE Handbook》中博物館、美術館、檔案館的室內溫濕度環(huán)境控制標準。該標準基于“已被驗證的波動或極值”的風險評估且有詳細的分級控制[19]，當前最新版本為《ASHRAE Handbook2015》。由于編者同為加拿大保護學會（CanadianConservation Institute，CCI）的首席專家，因此以上兩個機構所推薦的控制策略基本相同[20]。

2010年歐盟標準委員會（Comite Europeen deNormalisation，CEN）頒布了《有機吸可濕性材料文化遺產的溫濕度環(huán)境限定標準EN 15757：2010》[21]。標準在“適應性”的基礎上對歷史氣候數據進行優(yōu)化，因此可進一步降低設備投入和運行成本;為了配合其使用，還推出了EN15758：2010[22]和EN 15759：2011[23以指導環(huán)境監(jiān)測、采暖策略及設備選擇。

（四）低碳節(jié)能控制潮流

進入21世紀，受低碳節(jié)能風潮的刺激，關于是否拓寬現有安全溫濕度控制范圍的爭論變得愈演愈烈[24]。2008年，國際歷史和藝術作品保護協(xié)會（The InternationalInstitute for Conservation of Historic and ArtisticWorks，IIC）召開的關于氣候變化與博物館藏品的會議中③，確立了在遺產保護相關建筑中，環(huán)境控制需要變革的基調[25]。2010年，IIC和美國保護學會（AmericanInstitute for Conservation，AIC）召開的會議中④⑤，各方代表基本一致認可了16℃～25℃和40%～60%RH這一范圍對于多數文化遺產的安全性，但這一范圍的可擴展性仍難以確定[26][27]。此后的導則或標準也多圍繞這一共識，如：藝術博物館館長協(xié)會（Association ofArt Museum Directors，AAMD）和Bizoi集團（BizotGroup）針對臨時租借展館所提出的導則[28]。

2012年，由英國國家檔案館（The NationalArchives，TNA）發(fā)起的《文化遺產環(huán)境條件管理規(guī)范PBS 198：2012》中，在認可ASHRAE Handbook及EN15757：2010等標準的基礎上對能源效益提出了建議。所給出的推薦溫度節(jié)能控制范圍為：冬春7℃～13℃，夏秋14℃～22.5℃;濕度則為：冬春30%～45%RH，夏秋45%～65%RH[29]。

二、建筑遺產適用標準解讀

綜上，目前文物保護相關建筑中的溫濕度環(huán)境控制可分為兩大類，即：基于20℃和50%R日的控制（20℃±，50%RH±）和基于歷史氣候數據的控制。前者適用于已采用暖通空調系統(tǒng)的博物館、美術館、建筑遺產、臨時展館或運輸途中。對于尚未采用暖通空調系統(tǒng)或僅采用簡單控制的建筑遺產而言，多數構件、裝飾、陳設因長期存放于室內（類似于ASHRAE中的“永久館藏”設定），對于室外大氣候背景下的室內溫濕度季節(jié)性波動和短期波動已形成一定的適應性。此種情況下，基于歷史氣候數據的控制更加溫和，且同時具有更好的節(jié)能潛力。而此類標準除ASHRAEHandbook 2015（以下簡稱“ASH RAE”）外，還有EN15757：2010（以下簡稱“EN 15757”）。

（一）ASHRAE Handbook 2015

ASHRAE標準中基于歷史氣候數據的溫濕度控制的原理源自所謂的“已被驗證的波動或極值”[30]，即當物品在過去的存放過程中如果沒有遭受明顯的損壞，它所經歷過的最大溫濕度波動或極值。而當其再次經歷小于該波動或極值的環(huán)境時，遭受破壞的可能性就很低。因此，可以在歷史均值的基礎上對峰谷波動進行優(yōu)化以得到相對安全的溫濕度波動范圍。

ASHRAE按控制嚴格程度由高到低共分為5個等級，即：AA、A、B、C、D級，各級適用范圍及說明詳見表1。其中，季節(jié)性安全波動范圍是在溫濕度基準設定或歷史氣候均值的基礎上進行計算。對于短期安全波動范圍的計算，通?；谌站挡▌?但為了更好的考慮季節(jié)性波動并削弱短暫峰谷波動對均值的影響，推薦在中心移動平均值的基礎上進行計算[31]。AA、A及B級均對溫濕度提出了明確的波動幅度，屬于精確控制，但僅B級適用于建筑遺產;而C、D級控制只能排出高危狀況，選用時應慎重。

（二）EN15757：2010

與ASHRAE（B）級控制相比，EN15757對“已被驗證的波動或極值”的運用有進一步提升，若一年間被觀測物品未出現可見損壞，則可默認接受該水平的季節(jié)性波動，而僅對短期波動進行優(yōu)化（見表2），之后再配合其他風險限值進行評估。

短期安全波動范圍的獲取需借助監(jiān)測溫濕度數據的30日中心移動平均值。以案例中的相對濕度為例，實測數據每15分鐘記錄一次，30日中心移動平均值（RH_CMA30D）可根據當前數據點及其前后15天數據（共2881個數據點）計算得到，即：式中，RHc代表當前數據點;之后可求一年間所有數據點與其30日移動平均值之差，對差值由小到大排序后計算百分位數P₇（負值）和P₉₃（正值）;進而確定最終的安全波動范圍R_RH。

三、基于案例的比較研究

意大利威尼斯市的總督府（Palazzo Ducale）是著名的藝術博物館和建筑遺產，其建筑歷史可追溯至9世紀，室內的畫作、木質雕刻具有一定的保護價值（圖1）。雖然目前并未發(fā)現快速的老化或破壞跡象，但由于畫幅大、雕刻多，難以對細節(jié)一一觀察記錄，加之室內并未采用暖通空調系統(tǒng)調節(jié)溫濕度，因此仍可能存在一定的風險。此種情況下，分別采用EN15757和ASHRAE（B）級標準對室內溫濕度環(huán)境進行評估，評估結果一方面可作為后續(xù)是否采取改進措施的論據之一，另一方面可對兩標準做橫向對比。

為獲取歷史氣候數據，于2010-02-23至2011-03-23對總督府的大會議室“Sala del Maggior Consiglio”展開溫濕度監(jiān)測。圖2（a）為水平方向上三個測點的位置;垂直方向上，儀器穿過天花板懸掛于距地面2.5米（L）、7.5米（M）和10.5米（H）處，見圖2（b）。

監(jiān)測每15分鐘記錄一次，儀器參數見表3;監(jiān)測期間室內天花雕刻及畫作未見明顯的損壞跡象。對9個測點的初步篩選發(fā)現點2（L）在冬季由于可接收到來自室外的陽光直射而具有最為強烈的溫濕度波動，因此被選為后續(xù)的研究對象。

分析中，監(jiān)測數據的30日中心移動均值代表季節(jié)性波動，而ASHRAE（B）級標準的季節(jié)性安全波動范圍的計算基于監(jiān)測數據均值。另一方面，兩標準中的短期安全波動范圍用于評價實測數據，且范圍的計算均基于監(jiān)測數據的30日中心移動均值。

表4為安全溫濕度波動范圍的計算結果，可見根據EN 15757計算所得溫度日安全波動過于嚴苛（-1.95℃，+2℃）。因此，建議采用與表2中相對濕度最小波動限值（±10%RH）類似的方法對溫度進行預判。由于是針對建筑遺產，推薦參考 ASHRAE（B）級中的士5C作為溫度的最小波動限值。此外，采用ASHRAE（C）級中的上、下限值來避免霉菌的滋生和干燥破壞[32]。

圖3、4為分別采用表4中的安全溫濕度范圍對點2（L）所做分析，其中紅色區(qū)域超過極值屬于危險區(qū)域，而黃色區(qū)域雖超過季節(jié)性波動但未超過極值，可認為是警戒區(qū)域。對溫度而言，一年中絕大多數時間均可滿足±5℃這一日波動，僅夏季需短暫避免超過30℃或更為保守的28℃，因此其所攜帶的風險較低。對于相對濕度，分析圖及合格率均指出主要的安全隱患來自于日相對濕度波動，圖中可見冬季出現大量不安全日波動且實測數據可高達100%RH，而H波動合格率也僅為66.9%（ASHRAE B）和76.8%（EN15757）。相比之下，相對濕度的季節(jié)性波動較為安全，合格率高達98.03%。

ASHRAE（B）及EN15757的日總合格率分別為66.2%和 76.8%，存在一定安全隱患，且主要表現在夏季高溫和冬季高濕。結合當前的保存現狀，筆者認為兩標準均客觀的揭示出保存環(huán)境的潛在風險。

四、國外標準研究的啟示

1.國外建筑遺產的室內溫濕度環(huán)境研究由來已久，從控制標準到環(huán)境監(jiān)測再到材料檢測技術均已形成較為成熟的體系。而我國建筑遺產保護的相關研究中，針對溫濕度環(huán)境的研究極少，保存現狀未知。筆者認為在我國建筑遺產管理過程中，應加強對溫濕度環(huán)境的關注，借鑒國外的環(huán)境控制策略及監(jiān)測與檢測技術，盡早推出針對我國建筑遺產的室內溫濕度環(huán)境控制標準。

2.根據已有相關標準，對于已經使用暖通空調系統(tǒng)的建筑遺產室內溫濕度控制，如沒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。此類控制基于試驗并經大量案例校驗，可將風險控制在較低水平。

3.有機吸濕類材料對溫濕度環(huán)境的“適應性”特性，使其保存環(huán)境的歷史氣候均值即便較大偏離20℃，50%RH（如文中相對濕度均值為63.9%RH），也未必表現出明顯的損壞跡象。此時如果貿然采用20℃±，50%RH±的控制策略，一方面偏離歷史氣候較大的環(huán)境控制會帶來較高的能耗，另一方面較大幅度的環(huán)境突變反而可能會對文化遺產造成破壞。相比之下，基于歷史氣候數據的溫濕度控制僅對峰谷波動進行優(yōu)化，不僅可降低能耗，且風險性低。鑒于我國建筑遺產中有機吸濕類材料的占比較大，對于尚未使用暖通空調設備的建筑遺產，推薦首先采用基于歷史氣候數據的溫濕度控制標準對現狀進行評估，再在此基礎上確定保護策略。

[本研究受國家社會科學基金重大項目“我國城市近現代工業(yè)遺產保護體系研究”（編號：12&ZD230）、國家自然科學塞金面上項目“塑造創(chuàng)意城市：天津濱海新區(qū)工業(yè)遺產群保護與再生的綜合研究”（編號：51178293）、國家自然科學基金面上項目“東亞近代英國租界與居留地的規(guī)劃與建設比較研究”（編號：51878438）、天津自然科學基金“天津文化遺產智能導游信息數據庫建設及其應用”（18JCYBJC22400）資助。]

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（責任編輯：張雙敏）

①張家浩 通訊作者

②“適應性”指有機濕性材料會因外界溫濕度變化產生內部結構的變化（膨脹或收縮）以適應環(huán)境的變化，如果內部應力未突破閾值（沒有大幅度的波動或短時間內較大的波動），則物品不會產生明顯的機械破壞[1]。

③2008年9月17日由IIC舉辦的“Climate Change and Museum Collections”國際會議。

④2010年5月13日由IIC聯合AIC舉辦的“The Plus/Minus Dilemma：A Way Forward in Environmental Guidelines"國際會議。

⑤2010年4月12日由AIC舉辦的“Rethinkingthe Museum Climate”國際會議。