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            文物保護|劉家真:保護古籍的關鍵環境因素與控制
            2023-04-28

            文物保護是一個大課題,也是需要越來越多的人參與和投入的課題。近些年,在文博機構、高等院校、科研院所的共同努力下,文物保護技術持續進步,促進了保護利用水平的提升。一批從事文物保護技術的企業,服務于文物保護領域,也逐漸成為推動文物保護工作的重要社會力量。隨著工作的深入,圖書館、博物館、檔案館等館藏單位越發需要先進科學技術的指導,以開展更為精準、更為系統有效的文物保護工作。與此同時,新技術、新理念的出現讓文物保護工作面臨一些新問題、新形勢。無水恒濕儲藏柜
            文物保存需要怎樣的環境?如何達到文物保存環境的穩定與節能?文物保存與保護的現狀與前景是怎樣的?針對這些問題,藏書報、博物館頭條、天津森羅科技股份有限公司聯合舉辦了“文物儲存環境穩定與節能的探索”線上直播活動,并邀請到了幾位主講嘉賓進行主題分享。

            □劉家真   武漢大學
            有很多因素會影響到藏品的長期保存,這與藏品材質相關也與保管環境相關,這里僅僅討論古籍的長期保存與環境的控制問題,火災、水災、盜竊等不在本次討論之列。無水恒濕儲藏柜
            對于紙質藏品的長期保存而言,蟲霉的危害與藏品材質的變質是主要因素,生物危害中的蟲害是可以通過阻斷昆蟲進入藏品所在處進行規避的,但霉菌是無處不在的,無法讓藏品庫或展柜內沒有霉菌孢子的存在,只要控制環境的相對濕度就可以控制霉菌的滋生。圖1列出了對藏品材質可能有影響的環境因素。

            圖1 影響藏品長期保存的外部因素

            隨著國家對古籍保護的重視,庫房條件均有改善,大多都有空調設施,今天光照、氣溫與塵?;究煽?。目前對古籍長期保存影響最大的環境因素主要是庫內污染物與相對濕度。

            對紙張有害的污染物
            與風險控制 
            1.影響紙質藏品長期保存的環境因素
            歐盟的memori項目花費了近20年的時間,針對藏品中最常見的50多種材料進行了環境影響因素的科學檢測,給出了影響這些材料保存的主要環境因素,這里僅摘錄影響紙張保存的環境因素,以便說明在古籍保護中要特別考慮的環境因子。無水恒濕儲藏柜
            表1 對紙張長期保存影響較大的環境因子

            (該表摘錄于歐盟的memori項目)

            由表1可見,高濕度、相對濕度的波動、光與空氣污染物都是有害古籍長期保存的主要環境因素,但隨紙張種類的不同,紙內成分也有區別,所以不同的紙張對環境因素的敏感度也不完全相同。
            必須指出的是,這里的手工碎布紙并不能完全代表中國古籍的紙張,因為中國古籍紙張的用紙材料種類多,用碎布或抹布為原料的手工紙還真不多,但手工碎布紙是手工紙中較好的紙,它是不含木質素的。
            中國古代手工紙是否絕對不含木質素,我們很難知道了。但今天大量用于古籍修復的傳統手工紙,是否含有木質素,少有人去檢測。紙內木質素與紙張酸化是有關的,若不對傳統手工紙的木質素含量進行檢測,就用它修補古籍,會給古籍的長期保存帶來隱患。因為,在以上4類紙中,只有含木質素的紙,也就是表1中含木質素的紙與新聞紙(也含有木質素)含有非常敏感的環境因素,在同等環境下,其他紙張更安全,但它首先受到傷害。無水恒濕儲藏柜
            2.環境因素的優先控制選項
            預防性保護的原則是避免藏品損壞,若能避免所有有害的環境因素當然是最佳選擇,但在條件有限的情況下,要優先防止對藏品材質危害最大的環境因子,以利于首先降低最高風險
            表 2 按對紙張損壞風險大小的順序列出了環境因素,以便我們在預防性保護時,可按優先順序考慮保護措施,以避免最大的危害風險。
            表2不同紙種對環境的敏感性
            (該表摘錄于歐盟的memori項目)

            由表2可見,近現代紙質文獻要采取措施優先避免環境中的光與氧化性污染物,然后再考慮對相對濕度與其他污染物的控制。無水恒濕儲藏柜
            古籍用紙沒有非常敏感的環境因素,在所有的環境因素中要優先控制污染物與相對濕度和光照,應該注意的是,環境溫度并不是最主要危害因子。
            對于我國當前的古籍保管環境而言,除了展廳外,光照的問題大部分均已經得到控制。所以下面以保管環境內的污染物控制與相對濕度調控進行討論。
            3.對紙張有害的污染物與風險控制
            紙類的材料會慢慢吸收污染物。當達到一定累積量時,就會出現量變到質變,紙張就會變質。累積量是污染物的濃度乘以紙張被暴露時間。濃度低但暴露時間長,與濃度高、暴露時間短的效果一致。無水恒濕儲藏柜
            污染物累積量=污染物濃度ⅹ暴露時間
            盡管以上兩個表都說明,氧化性污染物、有機污染物是對紙張的長期保存有害的,關鍵問題是主要污染物具體是指哪些,它們來自哪里,只有發現了這些問題才能找到消除這類污染物的對策。
            3.1威脅古籍長期保存的空氣污染物
            歐盟memori項目通過大量檢測發現,有以下類別的污染物對紙張的危害特別大。
            (1)有機酸

            已經證明有機酸是危害紙張的重要污染物,在藏展環境中,主要是乙酸 (CH3COOH) 和甲酸 (HCOOH)。在古籍保存單位,它主要來自于所有種類的木材以及木質復合材料,這也是當前圖書館古籍裝具使用最多的材料。無水恒濕儲藏柜
            甲酸與乙酸都屬于低揮發性的酸,而且濃度越低揮發越慢,由此可被紙質藏品在長期保存中充分吸收。
            歐盟memori項目用實驗證明,1000 年前的木材中仍然含有乙酸,盡管濃度已顯著降低,但仍可造成損害。
            有人會說,中國古代一直就用木質柜架,為什么不少古籍保存如新?該問題與很多因素有關,如所使用的木材類型與處理,柜子是否經常通風等。這都需要國內古籍保護工作者去研究,發現其本質的問題。
            古籍庫內有機酸的第二個來源就是:清漆、乳膠漆,防蛀和防腐化學品。聚醋酸乙烯酯和一些聚氨酯等粘合劑以及某些硅酮密封劑都會釋放有機酸。人造板材中不少含有粘合劑與密封劑等,所以那些膠合板、指接板等人造板材制造的柜架與其他裝具是含有有機酸最多的,但也是我國圖書館使用量最大的、最普遍的保護古籍的工具。無水恒濕儲藏柜
            (2)氧化氮

            氧化氮主要是二氧化氮(NO2)與一氧化氮(NO)。它們不僅會損壞紙張,還會使顏料褪色。
            這些污染物在戶外較多,特別是一氧化氮。二氧化氮在收藏單位的庫內有可能發現,主要一些塑料會釋放,塑料在古籍庫內可能不多見。但某些縮微膠片庫內會有,好在古籍是與其他藏品分開保存的,所以基本可以排除。
            (3)二氧化硫

            二氧化硫(SO2)主要會引起紙張變質,也會造成顏料的褪色。
            二氧化硫通常在室外產生,但也有一些室內源的例子,例如,含有蛋白質纖維的物品,例如羊毛、 蠶絲等物品,或含有黃鐵礦的礦物標本。無水恒濕儲藏柜
            (4)臭氧

            臭氧(O3)可造成紙張變質與顏料褪色,它主要來自室外,但也有室內的來源,例如復印機/打印機和空氣凈化器等,古籍保存的環境是必須遠離這些物品的。
            所以古籍裝具的用材選擇相當重要,表3列出了可能排放污染物的材料。
            表3 可能排放污染物的材料

            由表3可見,對保存紙質文物來說,最不安全的裝具材料是木制品,除原木外還包括我們大量使用的硬紙板、中密度纖維板、膠合板、各類刨花板,這類材料的裝具釋放出有機酸將長期累積在裝具內,被古籍的紙張充分吸收,其為害可想而知。無水恒濕儲藏柜
            3.2古籍裝具與展柜等材料必須檢測
            今天面臨著越來越多的材料可能成為古籍的裝具與展柜用材,我們必須對這些材料進行檢測,只能使用對古籍安全的材料接觸古籍與處在古籍存展環境中。其實,這個問題早已被我國文物部門關注,多年前就開始大規模地對接觸文物的材料進行檢測,該檢測法的科學名稱是Oddy 測試法。
            (1)展存材料安全性檢測

            Oddy 測試技術非常簡單,利用鉛、銀、銅三種金屬制成的試片與被檢測材料共處在一個密閉容器內,依據三種不同金屬試片的腐蝕狀況就可以判斷該材料可能釋放的污染物。然后,給出以下判斷:材料會釋放出那些污染物,是否適合某種材質的藏品使用,并給出使用該材料的三個級別的建議:適合永久使用,不適合使用,適合最長六個月的臨時使用。無水恒濕儲藏柜
            Oddy 測試法的基本原理是,可腐蝕這三類金屬片的污染物不同,如表4.
            表4Oddy 測試片與被測污染物

            該測試法自 1973 年由大英博物館開發至今,已經成為全球館藏機構廣泛用于珍貴藏品保存與展示所用材料適用性的檢測與篩選法。

            2016年,我國文物保護裝備檢驗檢測聯合實驗室“上海博物館文物保護科技中心”成立,利用Oddy 測試法對藏展材料進行檢測。由于同一品牌的材料每批次質量都可能不一樣,所以采用某種材料之前,都要進行檢測,現今已經積累了一定的數據,為我國藏展材料安全性判斷奠定了基礎。無水恒濕儲藏柜
            (2)展存環境污染物檢測

            展存環境污染物檢測的方法很多,也早就在文物部門使用。這里介紹一種與Oddy 測試法類似的便捷檢測法,其科學名稱是空氣環境腐蝕等級測試評估法(CCCs)。
            與Oddy 測試法相同的是也是用金屬試片檢測,但只采用銅試片和銀試片,這些試片的科學名稱是“空氣環境腐蝕分級測試片(CCC)”。將它們掛在庫內或展柜內一段時間,再依據兩種金屬試片的被腐蝕程度來判斷庫內可能存在的污染物。無水恒濕儲藏柜
            我認為,以上兩項檢測工作都是值得我國古籍藏展單位重視與借鑒的。
            我國古籍破損問題嚴重,修復工作量極大,可以說修不勝修,這難道都是利用帶來的損壞嗎?我們對古籍庫、古籍展柜的污染狀況掌握了嗎?我們購買古籍裝具時,考慮過其用材的安全性了嗎?若不盡快開展這類預防性保護工作,這些珍貴的傳世古籍與其他珍貴的紙質文獻史料終究在保存中消亡。
            空調環境內的相對濕度調控
            1.空調環境內的相對濕度調控
            恒溫恒濕設備是保護古籍的最基礎的環境調控設備,因此近十年來,在古籍書庫內使用空調十分普遍,這得感謝國家對古籍保護工作的重視,才可能采購空調與用得起空調。但近些年來,本人不斷收到相關求援,都是空調庫內發生的問題。出現最多的是空調庫內古籍霉了,內墻壁霉爛了,夏天天花板有水珠等。這顯然與庫內相對濕度過高有關。無水恒濕儲藏柜
            辦公室用的舒適性空調不得用于書庫已經成為共識,但未必使用了適合藏品保存需求的工藝性空調就可以保障庫內溫濕度穩定,特別是相對濕度的調控,例如恒溫恒濕空調(即精密空調)等。通過資料的查詢以及實地考察,發現當前古籍庫內使用空調設備出現以下問題,其關鍵都是直指相對濕度控制不夠與運行費用過高。
            1.1難以將相對濕度穩定在指定范圍內
            有以下因素造成即便使用了恒溫恒濕空調,也難以恒溫恒濕,特別是無法穩定相對濕度。究其原因如下。無水恒濕儲藏柜
            ①古籍書庫圍護結構的隔熱性差

            所謂的隔熱性是指物體阻隔熱傳播的能力,而圍護結構是指書庫的墻壁地面、天花板,這些地方的隔熱性差。
            問題的原因是,我國絕大多數古籍書庫建筑都是按照普通的建筑技術進?設計和施?,僅可能滿?最基本的保溫節能和密封,只有在空調系統的配合下才能夠實現溫濕度控制。但一旦庫房斷電,空調設備不運行,庫房內的熱量和冷量流失嚴重,很短時間內就會出現溫度改變和相對濕度失控。也許正是這個原因,有些安裝有精密空調的書庫多次出現了古籍生霉現象,而且發生在夏天與秋天,并非一定是梅雨季節。因為,大多數古籍書庫是難以做到全年24小時持續不間斷開機的。
            圍護結構隔熱性差帶來的第二個問題是,在圍護結構上出現的結露現象,即出現水滴。這類問題在北方的圖書館發生的幾率更多,嚴寒的冬天空調環境的溫度在16℃~22℃(GB/T 30227-2013圖書館古籍書庫基本要求),戶外溫度為零度以下,溫差特別大。若書庫外墻直接接觸戶外,墻壁隔熱性不好,書庫內墻壁就可能出現水珠,此處很容易沾上灰塵,逐漸變黑,從而霉菌發生。這些霉菌自然會使庫內含菌濃度升高,提高了庫內古籍在冬天發霉的風險度。無水恒濕儲藏柜
            要解決這個問題就要升級改造書庫圍護結構的隔熱性能,使其對庫內熱量流失達到零容忍。在當前,古籍保存單位是無法做到這點的,除經費以外,涉及到更多與管理相關的問題。
            ②古籍書庫的氣密性差
            ?密性是決定建筑能效的核?要素之?。所謂保證建筑物的?密性,是在需要供暖和制冷的時期,即無?然通風時,避免室外空?通過縫隙和漏點“?控”地滲?室內。
            ?前古籍書庫?乎?法做到密封,庫外潮濕空?會通過新風系統、墻體及庫房門等建筑物滲透?庫房內部,造成庫房內絕對濕度提升,在溫度的作?下出現相對濕度改變。無水恒濕儲藏柜
            1.2在空調庫內解決相對濕度調控的措施
            除保持360天ⅹ24小時持續開機,并在庫內多布設調濕設備(如去濕與增濕設備),多點布控濕度計,不斷發現問題解決問題外,還可以通過安裝對溫濕度控制更精準的空調設備并保持持續開機,以解決溫濕度調控的問題。
            例如,某博物館展廳曾經采用兩管制空調系統對展廳內溫濕度進行調控,但展廳內相對濕度長期波動,文物受到損壞。為了確保展廳內溫濕度達標,只能依靠大功率、大風量、溫濕度控制更精密的空調系統來滿足需求。于是他們更換了四管制全空氣雙風機系統送風,溫度精度控制在±2℃,相對濕度精度控制在±5%,經過多年的實際運行,空調系統確實滿足了溫濕度調控的要求。但隨之而來的問題是,因其控制精度過高,空調運行成本較高,維護管理要求更高。無水恒濕儲藏柜
            由上可見,要讓空調設備精準地調控庫內溫濕度,除購買設備的高投入外,在使用過程中造成了能耗居高不下,高昂的運行費用與維護費用成為制約使用這類空調系統的瓶頸。
            有資料報導,在我國的能源消費主體中,建筑能耗占了很大的比例,據統計,已占我國能源總消費的 27.6%,而中央空調能耗又占了其中的 40%~60%。為了珍貴的藏品延年益壽,空調系統要求365 天 24 小時連續運行,故圖書館、博物館與檔案館是能源消耗的大戶??梢?,古籍藏展單位如何選擇更佳的節能減排措施來保護古籍,不僅是古籍收藏單位的大事,也直接影響到國家的節能減排戰略與資金投入。
            保護古籍的節能減排措施
            1.保護古籍的節能減排措施
            隨著科學技術的發展以及對損壞古籍的環境因素的認識,我國已經開發了一些利于保護古籍的節能設備,這里僅舉兩個類型的案例。
            1.1氣密恒濕設備
            通過表2可見,如果我們無法控制古籍保存環境的相對濕度與光照,保存設施制作材料又排放有害古籍的污染物,我們就無法達到長期保護古籍的目的,就會使古籍保護工作永遠處在修復-損壞-再修復的惡性循環中。由此,修復似乎就成為保護古籍的最重要工作。
            前面已經討論了材料污染物的管控方法,古籍書庫對光的調控基本達標。剩下的關鍵問題就是環境相對濕度的控制。由上已知,目前古籍書庫使用空調設備存在各種問題,若長期下去環境相對濕度得不到有效控制,就會失去我們利用空調設備保護古籍的初衷,反而有害于古籍的長期保存。
            大量科學證據表明,在40%~65%的相對濕度范圍內,在相對濕度恒定的狀況下,除特別敏感的材料外,大多數有機材料不會在該相對濕度范圍內發生損壞。當業界認識到該問題后,氣密恒濕設備應運而生。無水恒濕儲藏柜
            氣密恒濕設備的關鍵在于恒濕,以實現藏品更好的保存,它要求密閉空間內相對濕度波動小于3%,相對濕度調控準確度為±3%。氣密是指裝置盛裝氣體時的密封性,即裝置是否漏氣,裝置不漏氣,則氣密性良好,裝置漏氣,則氣密性不好,氣密性是保障設備內相對濕度恒定的關鍵與基礎。
            氣密恒濕設備的恒濕技術主要有兩大類,一類使用調濕材料來調濕,另一類是通過恒濕機來調濕。

            (1)調濕材料

            調濕材料具有雙向吸濕性,密封環境內相對濕度低于設定要求,它就放出水分;密封環境內相對濕度高于設定要求,它就吸收水分。由此來達到保持密封環境相對濕度的恒定。它是不需要用電的,且無污染物釋放,所以是節能、安全的恒濕設備。這種設備的最大好處,除了節能外,還可以避免因為停電帶來的相對濕度波動。
            由于它是耗材,需要更換,更換頻率越高,使用費用越高。氣密性越好的恒濕設備,耗材的壽命越長,使用費用越低。例如,天津森羅科技股份有限公司的這類恒濕柜,由于氣密性很好,調濕包的壽命可達3~5年。無水恒濕儲藏柜
            若再給這類設備配上凈化空氣的吸附劑,還能達到既恒濕又凈化的保藏環境。例如,天津森羅科技股份有限公司的高氣密儲藏柜,就配套有恒濕、凈化調控模塊,可實現柜內相對濕度、氣體質量等綜合調控。
            這類節能設備多為存儲柜,特別適于古籍數量不太多的古籍收藏單位選用。
            (2)恒濕機

            用恒濕機對氣密性恒濕設備調濕是需要用電的,它會依據密封設備內的相對濕度與用戶設定的相對濕度進行比對,若密封設備內的相對濕度偏離設定值,設備就會自動啟動以調節相對濕度,實現密封設備內的相對濕度自動控制,其節能程度直接與設備的密封程度相關。設備的密封性越好,其內外氣體交換少,其啟動頻率越低,就越節能,運行費用也就越少。所以衡量這類氣密恒濕設備的節能程度是用換氣率來判斷,例如山東省的蒲松齡紀念館恒濕展柜就用恒濕機進行相對濕度調控,由于柜子氣密性好,儲藏柜50天換氣一次,斷電20天內仍可保持相對濕度不變。常壓低氧氣調殺蟲系統
            恒濕機要比調濕材料的相對濕度調控空間大得多,對于書庫、大的展廳特別實用。若再配上空氣凈化裝置就可以相當成功的控制相對濕度與污染物對長期保存古籍的威脅。
            例如,上海圖書館用來保存書畫的存儲庫,為了避免畫中顏料因為環境因素發生變色、褪色,就采用恒濕機、空氣凈化設施與低氧氣調設備,建造了氣密恒濕潔凈低氧展示庫房,全面地阻斷了導致書畫損壞的環境因子。常壓低氧氣調殺蟲系統
            這套設備僅恒濕機與低氧氣調設備需要用電,但由于其圍護結構的密封性能好,設備啟停周期較長,恒濕機與低氧設備停機2周,庫內的所有環境指標均未發生改變,所以就不用考慮斷電后溫濕度的波動。在上海圖書館的精密空調運轉下,還保持了庫內溫度的恒定,這就跨越了大多數恒溫恒濕庫房斷電就出現溫濕度波動或不可控的難題。
            1.2安全節能的滅蟲措施
            紙質藏品的生蟲問題實在太常見,滅蟲的問題成為保護古籍的治理措施之一?;瘜W滅蟲法的有害性已經成為共識,目前被認可的非化學滅蟲法主要有低氧氣調滅蟲與低溫冷凍滅蟲。常壓低氧氣調殺蟲系統
            這兩種滅蟲方法中,低氧氣調滅蟲更安全且更節能。它可以不用任何電源,用密封袋與除氧劑就可以達到滅蟲目的。
            此外,大型的柔性帳篷與剛性的滅蟲柜,在滅蟲設備內達到低氧狀況,就不再需要用電了。至于殺蟲效果,在0.2%的氧氣濃度下,沒有殺不死的蟲子,生命力再強的蟲子也抵不住長期缺氧。延展滅蟲時間,不會增加更多費用與能源消耗。常壓低氧氣調殺蟲系統
            低溫冷凍滅蟲是需要電力的,關鍵是滅蟲過程中如果停電,藏品就有可能受到損壞,昆蟲也會增加更好的抗凍能力,再次啟動冷凍柜,就需要更低的溫度或更長的滅蟲時間才可能致死昆蟲。同樣,若滅蟲不成功,再次冷凍昆蟲,也需要更低的溫度或延長冷凍時間。這些更需要能源與資金的高投入,且增加了藏品損壞的風險。
            由上可見,科學技術使我們明確了保護古籍的關鍵環境因素,以及如何選擇更合理、更經濟與更節能的保護方法。相信今后會有更多的這類技術涌現,但需要科技工作者在基礎理論研究上做更多努力,也需要深入到實際工作中發現問題,并與業界攜手更有針對性地共同研究文化遺產保護與節能環保等問題??傊?,一個成功的跨學科及產學研結合的團隊,才可能為我國文化遺產的傳世保存保駕護航。
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