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0 引言
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预防性保护工作必须以环境监测为基础，温湿度、VOC和光照等环境因素都会对文物产生影响[1]。拉萨市某博物馆保存有藏经和贝叶经等珍贵古籍文物。拉萨市平均海拔为3 650 m，为世界海拔最高的城市之一，属于高原气候，与平原地区有显著的区别，气温偏低，气候干燥，温湿度日较差较大，且日照强，有“日光城”之称。
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该博物馆本身也是文物，不便于加装环境控制设备。目前已经有众多的学者对古建筑环境控制进行了研究。李红寿等研究了封闭对敦煌莫高窟洞窟温湿度的影响[2]，王方对展柜密封性能对北京故宫文物微环境的影响进行了研究[3]，蒋璐蔓等对金沙遗址博物馆保护厅内外颗粒物和VOC进行了观测，发现保护厅建筑对大气污染具有一定程度的隔离作用[4]。戎岩在实验室模拟了壁画墓室环境，结果表明湿度日较差较大的情况下，易产生酥碱等病害[5]。但目前对高原博物馆的环境研究工作较少，有必要对其进行环境监测和分析。
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本研究对拉萨市某博物馆的温湿度、CO2浓度、VOC浓度、光照强度和紫外线强度进行为期10个月的全天候监测，分析反馈的数据信息，结合当地的气候与环境情况，以找出可能造成古籍文物损坏的因素，为制定适合该馆古籍文献保管环境的质量标准和预防性保护措施提供参考。
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1 材料和方法
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1.1 研究区概况
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监测地点设置在拉萨市某博物馆库房，拉萨市气温偏低，年平均气温7.4℃，气候干燥，年平均降水量为200~500 mm，集中在6月至9月。近40年拉萨市年降水量增加明显，年均增幅1~3 mm·a-1，年平均温度升高0.04~0.06℃·a-1[6]，但与平原地区相比，依旧是显著的寒冷干燥。
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该博物馆为土木石结构的藏式建筑，库房内无温湿度控制及通风设备。库房面积为109 m2，收藏有大量古籍文物。古籍文物存放于藏式储藏木柜中，其中大部分采用黄色绸布或囊匣包装。该库房同时是经书整理室，工作时间（早上10点至下午5点）内有3至5名人员在内活动，窗户常开，周末及节假日放假。
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1.2 监测仪器与方法
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在库房柜内放置温湿度、VOC浓度、光照强度和紫外线强度检测仪各一台，在柜外放置温湿度、VOC浓度和CO2浓度检测仪各一台，数据自动上传至后台服务器存储。采集间隔为30 min，柜内温湿度采集时间为2020年9月15日至2021年9月15日，其他数据为2020年11月17日至2021年9月15日。由中国文化遗产研究院设计监测系统和采购配置环境监测设备，由西安元智系统技术有限责任公司提供环境监测设备，设备参数如表1所示。
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1.3 数据清理
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1）清理人为影响数据：采样仪器放置及更换电池时，数据会受人为影响，因此手动去除这些数据，即2020年11月17日、2021年1月10日、2021年4月24日和2021年9月15日的部分数据。该部分数据仅占整体样本数量的0．5%以下。
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2）缺失值的识别和补充：当某个时间点没有采集到数据，则该时间点沿用上一个时间点的数据。该部分数据仅占整体样本数量的0.1%以下。
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2 结果和讨论
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2.1 库房柜内外环境参数的季节变化
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如图1所示，在不同的季节，经书柜内外的温度呈现出相同的变化规律。温度冬夏变化较大，柜外温度年较差为19．5℃，变化范围为5．2~24．7℃，柜内年较差为18℃，变化范围为5~23℃。在2020年9月底温度开始大幅下降，2月份达到最低值，3月初温度开始大幅上升，7月份达到最大值。11月初至5月初温度较低，低于14℃。其中2月6日至2月28日工作人员休假，库房关闭，温度大幅降低，达到采样周期内最低温，柜内外温度曲线几乎贴合。
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阿伦尼乌斯（Arrhenius）经验公式如式1所示，在一定温度范围内，温度每升高10℃，化学反应速率则成倍增加。在数据采集时间内，库房内温度始终低于24℃，有利于文物保存。
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式中：Ti为绝对温度，K；R为摩尔气体常数，J/（mol·K）；Ea为活化能，kJ/mol；ki是温度为Ti时的反应速率常数。
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图1 柜内外温度变化趋势
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Fig.1 Variation of temperature inside and outside the cabinet
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如图2所示，库房湿度冬夏变化较大，柜外湿度年较差为36.9%，变化范围为12.6%至49.5%，柜内年较差为19.4%，变化范围为25.3%至44.7%。在10月中旬时湿度开始低于推荐值。经书柜外湿度呈季节性阶跃变化，11月、12月和1月围绕20%大幅波动，2月大幅上升，3月和4月围绕25%大幅波动，5月上旬大幅上升，5月中旬到7月上旬围绕35%大幅波动，7月到9月上旬湿度持续升高。
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相对湿度造成的损害有3种模式：化学反应、物理形变和生物腐蚀。相对湿度较高的情况下，水分会参与到文物的化学反应中，造成文物腐蚀。短时间内相对湿度的变化会造成文物物理形变，例如扭曲变形、开裂错位和断裂分离等。较高的相对湿度有利于昆虫和微生物的生长和繁殖，会对文物造成损伤。在数据采集时间内，库房内湿度始终低于50%，有利于文物保存。
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图2 柜内外湿度趋势图
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Fig.2 Variation of humidity inside and outside the cabinet
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如图3所示，柜内VOC浓度年较差为486×10-9，变化范围为271×10-9至757×10-9。柜外年较差为191×10-9，变化范围为219×10-9至410×10-9。柜内外VOC浓度变化趋势相仿，2020年11月至2021年6月柜内外VOC浓度围绕一定值小幅波动，库房经书柜内VOC浓度比柜外VOC浓度大50×10-9左右。6月后大幅上升，柜内VOC浓度增加幅度更大。
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图3 柜内外VOC浓度趋势图
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Fig.3 Variation of VOC concentration inside and outside the cabinet
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库房不同位置光照强度从0 lux到369 lux不等。经书都存放在经书柜中，几乎没有光照。如图4所示，库房经书柜内光照强度较低，最高不超过20 lux，紫外线强度极低，最高不超过0.03 μW/cm2，不再作图展示。光是一种能量，对所有的有机物均能产生作用。光有累积性，持续照射下，低照度的情况下依旧会对文物造成伤害，当前库房文物保管环境于光照上依旧有提升空间。
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图4 柜内光照强度和柜外CO2浓度趋
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Fig.4 Variation of light intensity inside the cabinet and CO2 concentration outside the cabinet
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2.2 库房柜内外温湿度的日变化
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温湿度日较差大会造成古籍文物脆化损坏。另外，由于各类材质的物理特性不同，在温湿度日较差大的情况下，还会造成文物各部分之间的断裂和脱节。ASHRAE-2007美国采暖、制冷与空调工程师协会推荐普通文物的保管环境中温湿度日较差目标值为2℃和5%[7]。下文以此为参考，评价库房柜内外温湿度日较差大小。
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由图5所示，采样周期内，温度日较差无明显变化趋势，波动幅度无明显变化。柜内温度日较差明显低于柜外，柜内温度平均日较差为0.73℃，柜外平均日较差为1.60℃。国庆节和春节放假期间，温度日较差明显降低，柜外温度日较差为0.36℃，柜内温度日较差为0.26℃。
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如表2所示，在采样周期内，柜内温度日较差均小于2℃。柜外温度日较差大于2℃的天数较多，占总采样周期的57.43%。经书柜能有效保护古籍文物不受柜外环境温度日波动的干扰。
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图5 柜内外温度日较差
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Fig.5 Diurnal variation of temperature inside and outside the cabinet
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如图6所示，采样周期内，柜内湿度日较差无明显变化规律，柜外整体呈下降趋势。柜内湿度日较差明显低于柜外，库房柜外湿度平均日较差为4.25%，柜内湿度平均日较差为0.83%。国庆节和春节放假期间，湿度日较差明显降低，柜外湿度平均日较差为2.64%，柜内湿度平均日较差为0.33%。
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如表3 所示，柜内仅有5 d湿度日较差大于5%，柜外湿度日较差大于5%的天数较多，占总采样周期的34.98%，甚至有3 d湿度日较差大于10%的极端情况。经书柜能有效保护古籍文物不受柜外环境湿度日波动的干扰。
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将第1天采集的数据作为第一期，第2天的作为第2期，第n天的作为第n期。将库房柜内外温湿度日较差数据拆分为工作日数据和休息日数据，计算温湿度日较差和采样期数的相关性系数，相关性系数ρXY计算方法如式2所示，ρXY介于-1到1，该值绝对值越大，变量X与变量Y之间的相关性越强。
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式中：Cov（X，Y）为变量X与变量Y的协方差；σX，σX为变量X和变量Y的标准差。
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图6 柜内外湿度日较差
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Fig.6 Diurnal variation of humidity inside and outside the cabinet
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如表4所示，柜内温湿度日较差与采样期数无关。柜外温度日较差与采样期数无关，湿度日较差与采样期数呈弱相关关系。
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2.3 库房CO2浓度与经书柜内外温湿度的关系
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对库房CO2浓度与经书柜内外温湿度进行相关性分析和线性回归分析，以确定库房CO2浓度与经书柜内外温湿度之间的关系。
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以柜外CO2浓度日较差为X轴，柜内外温度日较差为Y轴，作图如图7所示，柜外线性回归方程为y=0.003 82x+0.029 1，拟合优度R2为0.85，相关性系数为0.92，柜内线性回归方程为y=0.001 26x+0.186，R2为0.71，相关性系数为0.84，说明柜外CO2浓度日较差与柜内外温度日较差呈显著的正相关关系。库房内除人以外，没有其他CO2释放源，CO2日较差可以指代人数，即影响库房内温度日变化的主要因素是人数，限制库房内人数能有效控制柜内外温度日变化。
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图7 CO2浓度日较差与温度日较差散点图
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Fig.7 Scatter plot of diurnal variation of CO2 concentration and diurnal variation of temperature
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以柜外CO2浓度日较差为X轴，柜内外湿度日较差为Y轴，作图如图8所示，柜外线性回归方程为y=0.004 8x+2.30，R2为0.33，相关性系数为0.57，这说明，人数是柜外湿度日变化的影响因素之一。柜内线性回归方程为y=0.000 61x+0.280，R2为0.35，相关性系数为0.59，减少库房内人数对控制柜内湿度日变化的效果有限。
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图8 CO2浓度日较差与湿度日较差散点图
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Fig.8 Scatter plot of diurnal variation of CO2 concentration and diurnal variation of humidity
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3 讨论
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3.1 封闭对库房柜内外温湿度的影响
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春节期间（2月6日至2月28日）库房封闭，温湿度显著降低。以2月27日至3月2日为例，如表5所示，2月28日和3月2日温湿度上升量比3月1日温湿度上升量小。
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春节期间温湿度日较差显著减小，柜外温度平均日较差为0.36℃，降低了1.44℃，柜内温度平均日较差为0.26℃，降低了0.47℃。柜外湿度平均日较差为2.64%，降低了1.61%，柜内湿度平均日较差为0.33%，降低了0.5%。因此，建议另外选择房间作为经书整理室，与目前的库房隔离，为古籍文献提供一个温湿度较稳定的文物微环境。
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3.2 库房经书柜材质
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经书柜内外在温度、湿度和VOC浓度上有显著的不同，因此取一小块经书柜木材于显微镜下分析，确定其材质。如图9a所示，木材样品呈黄白色、纹理直、结构粗，材质略硬；如图9b所示，木射线同形单列，偶有异形，射线细胞壁厚，导管纹孔式互列；如图9c所示，导管单穿孔，具缘纹孔互列。综上所述，经书柜所用木材为杨柳科杨属。
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木制家具VOC浓度释放速率与温度有关[8]，由图1和图3所示，2020年11月至2021年6月，柜内温度较低，小于15℃，柜内VOC浓度基本不变，这说明在此温度之下，经书柜VOC释放速率等于VOC从柜内排出到柜外的速率。
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图9 经书柜木材样品图和显微图
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Fig.9 Cabinet wood sample and its micrographs
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4 结论
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1）拉萨市该高原博物馆库房内温湿度冬夏变化大，其中柜外温度变化范围为5.2℃至24.7℃，柜内温度变化范围为5℃至23℃。柜外湿度变化范围为12.6%至49.5%，柜内湿度变化范围为25.3%至44.7%。雨季时（7月、8月和9月）湿度适宜，在11月至第2年6月湿度较低，因为该博物馆作为古建筑不便于安装温湿度控制设备，建议将用黄色绸布包裹的经书也放置在囊匣内，并在囊匣内加入调湿剂。
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2）经书柜对古籍文物在温湿度上有显著的保护作用。柜外温度平均日较差为1.60℃，柜内为0.73℃，柜外湿度平均日较差为4.25%，柜内为0.83%。柜外温度日较差大于2℃的天数有174 d，柜内有0 d，湿度日较差大于5%的天数有309 d，柜内有5 d。柜内温湿度日较差不随季节变化而变化。
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3）该博物馆建筑围护结构隔热性能较好，库房内温度日较差不随季节变化而变化。
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4）建筑功能和室内人为活动对温湿度日变化影响较大。库房封闭时，温湿度日较差显著减小，柜外温度平均日较差降低了1.44℃，柜内温度平均日较差降低了0.47℃。柜外湿度平均日较差降低了1.61%，柜内湿度平均日较差降低了0.5%。
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5）库房经书柜材质为杨柳科杨属，柜内VOC容易富集，浓度更高。在2021年6月前柜内VOC浓度比柜外高50×10-9以上。6月后柜内VOC浓度大幅上升，最大时柜内VOC浓度比柜外高443×10-9。建议在现有经书柜内放置活性炭等吸附材料。未来新添置的经书柜和囊匣应在室外通风处充分散发VOC后再放入库房使用。
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6）库房经书柜内光照强度较低，最高不超过20 lux。紫外线指数极低，最高不超过0.03 μW/cm2，有利于经书的保存。
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摘要
高原地区寒冷干燥，昼夜温差大，日照强，为了研究高原博物馆环境参数的变化情况，对拉萨市某博物馆库房经书柜内外进行为期10个月的温湿度、CO2浓度、VOC浓度、光照强度和紫外线强度监测，分析了环境参数的变化规律、特征和影响因素。结果表明：柜内温湿度随柜外温湿度季节性变化而变化，柜内温湿度日变化小，温湿度平均日较差分别为0.73℃和0.83%，柜外为1.6℃和4.25%，经书柜可以有效保护古籍文物不受柜外环境温湿度日波动的干扰；柜内外温湿度日较差与季节无显著的相关关系，该博物馆建筑围护结构隔热性能较好；温度日较差与CO2浓度日较差呈显著的正相关关系，即库房内工作人员越多，温度日较差越大；柜内VOC容易富集，浓度更高，建议放置活性炭等吸附材料；光照和紫外线强度极低，当前经书柜整体有利于保存。
Abstract
The plateau area is characterized by cold and dry conditions, large diurnal temperature variations and strong sunlight. To study the variations in environmental parameters in highland museums, a ten-month monitoring of the temperature, humidity, CO2 concentration, VOC concentration, light intensity, and ultraviolet intensity was conducted both inside and outside a scripture cabinet of a museum in Lhasa. We accomplished this by analyzing the patterns, characteristics and influencing factors of environmental parameter changes accordingly. The results show that the temperature and humidity inside the cabinet changed seasonally with the external conditions but exhibited smaller diurnal fluctuations, with average daily variations of 0.73℃ and 0.83 percentage points, respectively, compared with 1.6℃ and 4.25 percentage points externally. The scripture cabinet could effectively protect the ancient manuscripts from daily fluctuations in external temperature and humidity. There was no significant correlation between the diurnal variations in temperature and humidity and seasons, indicating good thermal insulation properties of the museum’s structural enclosure. There was a significant positive correlation between the diurnal variations in temperature and the CO2 concentration, suggesting that a higher number of staff in the storage area led to a greater temperature variation. The VOC in the cabinet was easy to enrich, featuring a higher concentration, and it is recommended to place adsorbent materials such as activated carbon. The light intensity and ultraviolet intensity were extremely low. The current cabinet was generally beneficial to scripture preservation.
沪公网安备 31010102005301号