文物保存环境基础课件.pptx

1、文物保存环境基础演讲人2025-11-114空气污染3光辐射2湿度1温度目录01PART ONE温度温度01031.平衡状态2.物质的微观模型3.温度的定义020405064.环境温度对文物的影响5.温标6.温度的测量温度7.环境温度的控制与调节8.文物保存的环境温度标准温度1.平衡状态热力学系统01平衡状态02环境对系统的影响u1.绝热系统2.封闭系统3.孤立系统热力学系统系统的组成成分单元系统 一种化学成分组成多元系统 多种化学成分组成各部分的宏观性质单相系统 均匀系统复相系统 非均匀系统选择用于研究的u1.孤立系统2.单元系统3.单相系统热力学系统定义u在没有外界影响的条件下，热力学系统

2、各个部分的宏观性质在长时间里不发生任何变化的状态平衡状态平衡状态意义测温学的基础热学的基础状态特点一动态平衡二 热动平衡三理想概念温度2.物质的微观模型热运动01热现象02相互作用力03热运动组成物质的微观粒子时刻在作无规则运动定义u所有和热运动有关的现象热现象扩散现象u一切物体都在不停地运动u扩散速率，即无规则运动的剧烈程度，与温度的高低有关。举例温度3.温度的定义1.热力学第零定律2.温度的定义1.热力学第零定律定义如果系统A和系统B都同时与第三个系统C处于热平衡，则它们之间也必定处于热平衡重要性给出了温度的定义和测量方法又称热平衡定律 结论1.处在同一热平衡状态的所有热力学系统都具有一个

3、共同的宏观特征，2.这一特征是由这些互为热平衡系统状态所决定的一个数值相等的状态函数，3.这个状态函数被定义为温度。4.互为热平衡的系统都有相同的温度宏观定义基础 热力学第零定律温度是决定一个系统是否与其它系统处于热平衡的宏观标志微观定义 温度是大量分子热运动的集体表现03 温度是系统内部分子无规则热运动强弱程度的标志02分子热运动基础01温度4.环境温度对文物的影响01031.物理过程速率的改变2.化学反应速率的改变3.热胀冷缩020405064.冰冻风化/冻胀作用5.可溶盐的溶解与结晶6.“锡疫”现象温度4.环境温度对文物的影响9.温度导致湿度的改变8.温度对生物活动的影响7.玻璃化及黏流

4、温度温度升高有机质文物表面脱水速率上升 加重由于不均匀干燥造成的变形或开裂损害加固剂、溶剂挥发速率加快 加固剂反迁2.化学反应速率的改变01.温度变化对反应速率的影响，主要表现在对速率常数k的影响02.对一般的化学反应，在反应物c相同情况下，T每升高10，V增加到原来的2-4倍。线膨胀系数/线胀系数评价物体热胀冷缩能力的一个重要参数。定义 压强不变的情况下，固态物质长度的相对改变量，与温度改变量T之比。=L/（L*T）室外大体量文物u土遗址u大型石质文物影响较大温度变化，内部受到应力u不同矿物的体积膨胀系数各异u由两种及以上材质组成的文物，各材质的热膨胀系数不同u温度变化，使土体或岩石里外受热

5、不均原理结果u在内部应力的作用下出现表面开裂、剥落等病害3.热胀冷缩4.冰冻风化/冻胀作用机理0102石质本体孔隙及裂隙中，常有液态水，温度降到零度以下，结冰，体积增大9%体积的增大对石质的孔隙及裂隙产生极大的压力多孔材质文物【有孔隙间充水】u土遗址u石质文物u古建筑u金属文物的锈蚀层影响较大4.冰冻风化/冻胀作用结果压力迫使石质的裂隙加宽、加深01融化凝固反复，多孔材质文物最终崩裂成碎块025.可溶盐的溶解与结晶机理文物表面，因为温度的变化，导致可溶盐进行反复的溶解与结晶结晶伴有体积膨胀，膨胀在文物表面的多孔框架间产生压力，溶解时压力消失与溶液的表面蒸气压有关，造成可溶盐溶解与结晶对文物产生

6、损害最重要的原因还是环境湿度的波动影响较大多孔材质文物结果结晶与溶解的膨胀，将文物表面的原有结构挤压松散甚至破碎，造成文物表面的酥粉6.“锡疫”现象“锡疫”金属的同素异晶转变【同一种元素，不同晶体类型】金属锡在低温状态下的同素异晶转变原理金属状温度大于13.2，锡最稳定的状态是白锡（锡）粉末状温度小于13.2，最稳定的状态是灰锡（锡） 不是一瞬间小于13.2时就转变，白锡会以亚稳态形式存在，但T继续，晶体形状转变V， T<13.2，未发生转变的白锡，接触到发生“锡疫”的锡时，就会生成稳定态的灰锡，引发或加速锡的同素异晶转变预防u金属铋和锑6.“锡疫”现象树脂材料热塑性树脂 特点不同温度下

7、三种物理状态状态转变玻璃化及黏流温度是选择聚合物保护文物时的一个重要指标。这是因为：一方面如果聚合物的Tg和Tf过低（接近室温），在室温较高的情况下，聚合物易出现变软的趋势，从而造成材料的冷变形（主要对于粘接剂）或者将灰尘黏附到涂层的表面。另一方面如果聚合物的Tf和Tg太高，在温度比较低的情况下，材料就会出现过硬、过脆的现象，从而导致受力时聚合物出现开裂或者无法适应文物的内部运动。热固性树脂 特点7.玻璃化及黏流温度在文物保护中使用树脂材料应根据文物保存的环境及文物自身的刚性选择具有合适的Tf及Tg的保护材料一些文物材料自身也会受到类似玻璃化及黏流温度的影响7.玻璃化及黏流温度8.温度对生物活

8、动的影响昆虫微生物嗜冷、兼性嗜冷、嗜温、嗜热、超嗜热类型【生长最适宜温度】酶的活性细胞质膜的流动性影响物质溶解度温度影响的具体表现 低温能够抑制微生物的生长 常采用5左右的低温保存就可以有效抑制文物表面大多数微生物的生长，防止其对文物的侵蚀作用温度5.温标3152.列氏温标引言4.理想气体温标和热力学温标43.摄氏温标21.华氏温标 定义 对温度的分度方法所做的规定 分类 经验温标 理想气体温标 热力学温标温标1.华氏温标固定点1.零度：冰、水、氯化钠和氯化铵的混合物的熔点2.32F：冰的熔点3.212F：水的沸点与摄氏温度的转化tF=32+1.8*t单位F2.列氏温标01021.0度：水的冰

9、点2.列式80度：水的沸点固定点R单位03t=1.25*tR与摄氏温度的转化3.摄氏温标固定点 1.零度：水的冰点2.100：水的沸点单位 理想气体温标T最低温度为零点固定点0102开尔文/开/K单位T=t+T0=t+273.15与摄氏度的关系03温度6.温度的测量理论基础A分类B1.玻璃液体温度计C2.双金属温度计D3.热电阻温度计E4.热电偶温度计F6.温度的测量u5.红外线测温仪温度理论基础热力学第零定律 接触法 特点 文物保存环境监控 常用 非接触法 原理 特点 适用温度测量仪表的使用方式1.玻璃液体温度计玻璃管内液体的热胀冷缩原理1.测温泡要全部浸入被测介质中，除被测介质外不要碰触其

10、他任何物质2.测量环境空气温度时，将其悬挂于空气环境中，不可让测温泡接触到除空气以外的其他物质3.测温泡进入被测介质后要稍等一会，待示数稳定后再读数4.读数时测温泡要继续停留在被测介质中，读数者的视线与标尺垂直，并与液柱面处于同一水平5.读数时不可用手接触标尺或将温度计取出测温介质，更不允许用手握住测温泡读数使用注意事项结构简单、使用方便、成本低廉优点1.测量范围较小【对于文物保护已足够】2.玻璃热滞现象3.无法实现自记4.易碎5.温度指示值修正缺点/不足2.双金属温度计原理利用两种线膨胀系数不同的材料，受热产生的膨胀差量进行温度测量测温范围：-80-600注意事项1温度计的双金属片应全部浸入

11、被测介质中；2温度计双金属片浸入被测介质后要稍等一会，待示数稳定再读数3读数时温度计的双金属片要继续留在被测介质中优点1、能够实时测量空气温度2、能够与其它传动机构联动从而实现自动连续记录温度随时间的变化缺点1测量准确度较差（0.5-5）2响应速率较玻璃液体温度计慢3感温元件及传动机构经长时间使用后容易产生误差，需经常对温度计进行校验并加以修正1.原理2. 导体或半导体的电阻值随温度变化3.热敏电阻温度计的优点4. 1、灵敏度非常高2、工作温度范围广3、体积小，结构简单，根据需要可制成各种形状4、对温度变化的响应时间短、功率小，适用于远距离的测量与控制5、价格低廉、化学稳定性好3.热电阻温度计

12、热电效应/塞贝尔效应u两端温差与电势差有关原理优点u1结构简单、制作方便、价格便宜2对温度的测量、控制，温度信号的放大、变换等都很方便3范围宽、性能稳定、复现性好4温度计探头体积小、响应时间短4.热电偶温度计缺点u1测量准确度难以超过0.22必须有参考端，而且温度要保持恒定3高温或长期使用时，因受被测介质影响或气氛腐蚀作用（如氧化）而易发生劣化4.热电偶温度计5.红外线测温仪温度在绝对零度以上的物体，都会向外辐射出红外线，且物体内分子和原子运动愈剧烈，辐射的能量愈大，反之愈小普朗克定律：温度、波长和能量存在一定关系原理能测物体表面温度是当前文物保存科学中使用最多的一种非接触测温仪器优点测量精度

13、不高缺点温度7.环境温度的控制与调节01采取原则02室内温度波动的主要原因是：室外环境温度的变化031.空气温度的变化规律042.房屋屋顶的隔热053.房屋外墙的隔热064.房屋门窗的隔热温度7.环境温度的控制与调节5.室内温度的调节采取原则控制为主、调控结合室内温度波动的主要原因是：室外环境温度的变化1室外空气通过建筑物门窗的通风作用进入室内2室外热辐射通过建筑四壁及顶部的传导作用以及通过门窗的透射进入室内改变室内的空气温度，影响室内热平衡1.空气温度的变化规律1周期性变化和非周期性变化室外环境对室内温度产生影响2室外温度变化的一般规律u1传导【室内热量或冷量】2对流【室外空气】3辐射【外界

14、太阳】3室内温度的变化规律1.空气温度的变化规律u一般与室外温度变化规律相似，但变化幅度较小，变化程度上有所削弱1.屋顶的形式u1.平屋顶【隔热效果较差，但也较经济，可通过对屋顶结构的改变改善平屋顶的隔热效果】2.坡屋顶【坡度，角度，反射掉一部分热量】3.其他形式的屋顶2.房屋屋顶的隔热2.屋顶的结构【隔热结构】1.实体材料隔热屋顶 在屋顶上铺设一层隔热材料，即保温层，以提高隔热效果【评价材料：热导率，需要热导率小的】生活中，性价比最高的隔热材料：干燥的空气对材料的选择要求：多孔的轻质材料【空气多】、吸水率低【空气干燥】常见的的屋顶保温材料：松散保温材料、板状保温材料【泡沫塑料板：文物储存空间

15、较推荐的屋顶隔热材料】2.空气/通风间层隔热屋顶 空气间层隔热屋顶：在屋顶的面层和基层之间设有一定的空间，空间里充满了空气，利用空气的隔热能力阻止或延续外部热量向室内的传导。通风间层隔热屋顶就是这部分空气流动起来，不断使被加热的空气排出隔热间层通风间层就是在屋顶设置架空通风层，使其上层表面遮挡阳光辐射，同时利用风压和热压作用把间层中的热空气不断带走，使通过屋面板传入室内的热量大为减少，从而达到隔热降温的目的。通风间隔热层屋顶保温效果要明显优于实体材料隔热屋顶 3.房屋外墙的隔热各面墙影响顺序：西墙>东墙>南墙>北墙 隔热方法：1.实体材料隔热【四壁均铺设隔热墙材料而不区分重点

16、】 2.通风间层隔热 【往往只设置在建筑物的东西两墙】 外墙保温方法 1.外墙外保温【保温效果好，能保护主墙体、防止雨水对墙体的浸湿，达到隔潮的作用】2.外墙夹心保温3.外墙内保温库房u门窗尽可能少，无需自然采光，有些甚至不设窗。选择有良好隔热、密封能力且不透光的门窗。4.房屋门窗的隔热博物馆窗户 基本要求：小而少，且可封闭。窗户在密闭情况下的隔热能力阻止热辐射门 基本要求：可隔热，可密闭隔热原理：在门上加装一些设施或者在空间内/外进行一些格局的调整，才能减缓外界环境对内部环境的影响。隔热具体方式 原理：热传导 优点：构造简单、制作方便、空气阻力小缺点：占地面积较大、换热能力小，存在泄露的可能

17、，从而易于对文物产生水患 为了增大传热面积，提高换热效果，常在光管加热器的金属管上安装导热性能良好的金属薄片，使薄片和光管紧密接触，从而增大了传热面积，提高加热效率1.光管式加热器【管道式暖气】2.电加热器原理：将电能转化为热能 优点：热量稳定、效率高、结构紧凑，避免泄露的可能缺点：一般仅能制热，而无法产生制冷效果工作方式：通过裸露于空气中的电热丝或管状电热元件将电能转化成热能来加热空气，为了保证电加热器的加热效果，安全以及寿命，往往需要用快速流动的空气带走热量，降低电热元件表面的温度，常采用的方式就是在电热元件的后方加入一个风机。3.空调系统5.室内温度的调节u结合了光管式加热器和电加热器于

18、一体的空气调节设备温度8.文物保存的环境温度标准库房：8-10（最低不可低于5，避免产生冰冻风化的危险）注：必须在低温库房与展厅的连接通道处设置过渡间，因为低温库房保存的文物如果直接运送到展厅展陈，极易造成空气中水汽在文物表面的凝结。A博物馆：同时考虑人的舒适度。一些珍贵藏品须顾及人的舒适度，大多数情况下使用温度调控手段控制展厅温度，用展厅温度带动陈列柜温度，以实现文物的安全陈列，综合考虑文物保存与人的舒适度两方面因素，博物馆展室的气温应调控在18-25之间B02PART ONE湿度湿度2.湿度的表示方法及相关状态参数024.环境湿度的调控与缓冲041.湿度对文物的影响013.湿度的测量035

19、.文物保存的环境湿度标准05湿度1.湿度对文物的影响1.有机材质的湿涨干缩012.可溶盐溶解与结晶023.纤维素的酸性水解034.有机质文物的脆化045.金属文物的腐蚀056.高湿度引起的颜料变色及染料褪色06湿度1.湿度对文物的影响17.淋溶玻璃制品及釉质28.高湿度引起的生物损害1.有机材质的湿涨干缩易受到湿度变化引起湿涨干缩现象的文物 纸张、木质、漆器、纺织品、皮革等种类。水分种类 1.自由水2.结合水（变化会明显导致这类材料性质的改变）过程（原理） 1.干燥过程中，先失去体系内的自由水2.当细胞腔中不含有或极少含有自由水时，结合水含量减少3.表现在宏观上就是材质开始出现收缩、翘曲甚至爆

20、裂以及机械强度大幅度降低的状况4.外界湿度，结合水含量增大，又出现膨胀、变形等状况失水或者吸水，考虑细胞腔内压力与外界水蒸气压力木质湿涨干缩之所以有纵向、横向的不同及径向与弦向的差异，主要与组成木质这种材料的细胞种类、细胞壁构造和化学成分特性有关破坏类型 以木质文物为例 1.湿度对文物的影响2.可溶盐溶解与结晶3.纤维素的酸性水解1.湿度对文物的影响1.湿度对文物的影响4.有机质文物的脆化1.湿度对文物的影响5.金属文物的腐蚀1.湿度对文物的影响6.高湿度引起的颜料变色及染料褪色1.湿度对文物的影响7.淋溶玻璃制品及釉质1.湿度对文物的影响8.高湿度引起的生物损害03PART ONE光辐射光辐射一 04PART ONE空气污染空气污染感谢聆听