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博物馆—基于保护的照明设计要点

日期:2013-3-22 17:03:11   点击:


   对于博物馆的藏品保护,最严重的危害来自于盗窃、地震、火灾、洪水等人祸天灾,而博物馆管理者、设计师、参观者更为关心的是由生物攻击、相对湿度、空气污染、光和热带来的破坏,但是已经证明光学辐射与藏品的蜕变有着明晰的关系。

由光辐射引起的展品损害可以划分为两个主要类型——热效应和化学效应。破坏效应的类型与辐射的波长是密切相关的。波长的单位为纳米(nm),1nm=10m。通常绘画 作品表面的面层漆(varnishfilm)厚度为10000nm。通常认为紫外线外辐射(UV)的波长下限为1nm(低于此值称为X射线),但是任何辐射源发出的低于300nm的紫外辐射均不能穿透玻璃。红外辐射(IP)的波长不能上限为10nm(超过此值称为无线电波)。日光的红外辐射值可以达到22000nm

   一、光辐射的热效应

   辐射热效应是指由于获得入射的辐射能量而造成物体表面温度升高,超过环境温度。

辐射热效应使被照射物品的表面温度升高,为化学作用提供动力。同时,随着热环境的改变,材料发生空间上的变形。这类形发生在材料具有不同热延展系数的位置,特别是具有高延展的收缩的循环,以及湿气的不断移动。破坏特别容易发生于吸湿材料(包括所有有机材料,如木材和皮毛)或表面由多层不同材料构成的物品(例如由多层颜料绘制的作品)。

   控制辐射热效应最简单的办法:一是选择在红外波段输出低的光源,二是使用红外滤镜。传统的热吸收玻璃被二色性玻璃滤镜(同二色性光源相反—透过可见光和紫外辐射,反射红外辐射)所替代。同二色性光源比起来,二色性滤镜由于放置在光源前部而承受相对较低的热压,受使用时间的影响更小。

   二、光辐射的化学效应

   光化学作用是使物质分子发生化学变化的过程,变化的激活能量来自于对光子(光量子电磁能的量子,一般认为是零质量、无电荷和不定长寿命的离散性粒子)的吸收。四个因素决定了光化学作用的级别:辐射照度(Irradiance)、辐射时间(Duration of exposure)、入射辐射的光谱能量分布(Spectral power distribution of incident radiation)及接收材料的响应光谱(Action spectrum of receiving material)。

   1.光源的紫外线含量

  光源紫外辐射的含量有两种表示方式:由每流明的UV微瓦数(μW/1m)表示的相对于灯具光通的UV辐射能量;用UV百分比表示的300400nm辐射能量在300~700nm总能量中所占比例。表16-4列出了公布的光源紫外线含量。

16-4                                        公布的光源紫外线含量数据

  

UVμW/1m

UV%

白炽灯和卤钨灯

 

 

1.CIE标准A光源(2850K

2.500W白炽灯(2950K

3.100W卤钨灯+玻璃(3360K

75

75

130

1.7

1.8

3.4

荧光灯

 

 

1.3500K

2.4500K

3.冷白(高输出比)

53

72

125

1.7

1.7

4.0

金属卤化物灯

 

 

1.美标金属卤化物灯400W

2.美标金属卤化物灯250W

3.钪钠金属卤化物灯175W

330

630

800

9.0

16.0

20.0

天空光

 

 

1.天空光+玻璃

2.天空光(5500K

3.全阴天+玻璃

4.全阴天(6500K

275

350

410

540

6.7

8.3

9.5

12.0

2.标准与测量

  IESNA96规定:对于博物馆,建议光源的最大紫外线含量为75μW/1m,该值参考了可以接受的钨丝灯的紫外辐射值。

  CIE2003的技术报告建议:对于博物馆,光源的最大紫外线含量为10μW/1m

  CIE2003建议消除紫外辐射,因此辐射测量可靠性的要求胜于精确性的要求。低于10μW/1m的值很难探测到,因此需要更为实用性的控制限制。穿过了玻璃的辐射,可以认为315nm以下的辐射(UV-CUV-B)已过滤,可以完全依靠对于UV-A波段的测试,该波段的范围是315400NM

紫外线测试仪已发展出了专门用于博物馆的产品,提供微瓦每流明的读数。

   3.人工光的紫外控制

   UV过滤装置适用于所有博物馆中使用的光源:由纯净丙烯酸薄片组成的不同级别的有机滤镜;在荧光灯外圈设置的塑料管;设置于层积玻璃中的塑料隔片。硬质玻璃上的于色性矿物质滤镜,能够承受高温更适用于射灯使用。

  对于卤钨灯来说,抗热玻璃通过其石英镀膜,只能够过滤波长小于320nm的紫外辐射中的小部分。如果决定使用没有UV过滤装置的卤钨灯,推荐使用一层覆盖玻璃,具有以下两个优点:

(1)      阻挡了短波UV辐射(尽管由卤钨灯光源产生的UV辐射非常少,但是能自由通过石英灯体,并且具有很高的潜在破坏力);

(2)      随着内部压力的升高,产生的大量热量是另一个潜在的危险,附加的玻璃对于工作人员和参观者来说是一种安全保证。

三、基于保护的照明策略

造成展品破坏的光学原因是化学效应和热效应。如果红外辐射对应光辐射的热效应,紫外辐射对应光辐射的化学效应,展品保护问题将变得十分简单,只要消除UVIR即可。但是,可见光作为能量形式,同样能够激发热效应和化学效应。

1.基于展品保护的藏品分类

博物馆的收藏可以分为两大主要保护类别:矿物质或无机物材料(石头、金属和玻璃等)。有机物材料——包括植物类有机物(纸张、纸草、木材、自然纺织品、多种颜料和染料)动物有机物(骨、象牙、皮毛,也包括一些颜料和染料)。总体说来,无机物材料对光轻度敏感,有机物材料对光中度敏感或高度敏感。表16-5描述了对于光辐射敏感度的分类。人造材料总体来讲比材料更加难以划分。

16-5                       依照对于可见光敏感度的材料分类

 

   

不感光

  物体完全由一种永久性的对光不敏感的材料组成。例如多数金属、石头、多数玻璃、纯正陶瓷、珐琅和多数矿石

低感光度

  物体由持久性的对光轻微敏感的材料组成。例如油画、壁画、未染色的皮革和木材、角、骨、象牙、漆器和部分塑料

中感光度

  物体由对光中度敏感的易变材料组成。例如服装、水彩画、蜡笔画、织锦、照片和素描、手稿、缩略图或模型、胶画颜料画、壁纸、树胶水彩画、染色的皮革和大多数自然史物品(包括植物标本、皮毛和羽毛)

高感光度

  物品由高感光度材料组成。例如丝绸、具有很高易变性的着色剂、报纸

 

2.控制可见光

1)限制照度水平。表16-6为部分国家和国际组织推荐的照度标准,表16-7为推荐的照度限制值,表16-8为我国现行的展品照度推荐值。

16-6                 部分国家和国际组织推荐的照度标准

展品类型

组织及标准

CIE

ICOM

英国IES

美国IES

日本IJS

不敏感

没有限制,实践中是根据展览要求和辐射热的大小确定

不限制,但一般不超过300

不限制,但实际上要考虑陈列要求与辐射热大小

2006000,具体照度值视材料和颜色而定

3001500(石和金属雕刻、造型与模型为7501500

较敏感

150

150180

150

200(临时展出可用600

150300

特别敏感

50

50(如有可能不要降低)

50

50

75150

一般敏感

2050

漫射,中等照度

2050

751503/11/5

 

16-7                         依材料感光度分类的照度和年曝光量限制值

材料分类

照度限制(1x

曝光量限制〔(1x.h/a

不感光

低感光度

中感光度

高感光度

没有限制

200

50

50

没有限制

600000

150000

15000

摘自CIE的技术报告,见参考文献20

16-8                            展品照度推荐值

展品类别

照度推荐值(1x

对光不敏感:金属、石材、玻璃、陶瓷、珠宝、搪瓷、珐琅等

300(色温≦6500K

对光较敏感:竹器、木器、藤器、漆器、骨器、油画、壁画、角质品、天然皮革、动物标本等

180(色温≦4000K

对光特别敏感:纸质书画、纺织品、印刷品、树胶彩画、染色皮革、植物标本等

50(色温≦2900K

摘自JGJ661991《博物馆建筑设计规范》

   对于最佳艺术鉴赏原则提出的照度要求和最佳展品保护原则提出的照度要求,不能简的应用一条科学法则来平衡。照度水平低于标准值并不意味着对感光材料破坏的停止;照度水平上限的选择取决于能够容忍的最大损坏程度。对感光材料所受照度水平的限制,有助于我们选择最具可行性的光环境以及相应的展示技术要点。

 (2)限制曝光时间。减少展品的曝光时间主要是出于保护的目的。表16-7推荐的照度水平,是假定在博物馆开放时间之外,光被隔绝或控制在非常低的水平。如果假定成立,可以计算出在最大照度水平下的年曝光量。例如,如果保持在2001x的水平,博物馆每周照明60h,可以得到累积的年曝光量,每件物品约600000 1x·h

  在天空光被排除的展示中,如果假定电光源的水平保持恒定,装置一次性安装,累积年曝光量可容易地计算出来。在实践中,需要确定累积辐射值没有超过计算辐射值。保证在开放时段外灯总是关闭的,是非常重要的。即使展示照明关闭,夏季傍晚和早晨进入画廊的自然光也能够明显地增加辐射。需要对非展示时段的照明投以同展示时段照明同等的关注,其超长的时间对于展品保护的影响较大。天空光必须同人工光一样关闭,安保照明照亮交通回路,同时保证展品亮度使保安刚好能够看到它们是否完好。

 (3)限制年曝光量。推荐的年曝光量值列于表16-7中。表16-7的目的是使照明设计师确定,当不可见辐射被消除,并且照度不超过足够提供视觉满意度的水平,照度和参观时间的综合作用不会造成对艺术品的破坏。如果照度值被超过,可以相应地缩减展示时间。

   3.基于展品保护的博物馆照明设计步骤

  照明设计师的任务是利用最低的辐射实现令人满意的视觉环境。可概括为七个步骤:

(1)      选择具有恰当相关色温和出色显色指数的光源;

(2)      对于不可见辐射——紫外线和红外线实施严格限制;

(3)      对于每个光源设置过滤装置;

(4)      保证参观者对于严格限制的展示亮度的适应,特别在高感光度材料附近;

(5)      照度等级的限定刚好保证艺术外观的满意度,同时不超过表16-7的推荐值;

(6)      在必要的位置限制展示时间;

(7)      保证非展示时间的照度为安保所需的最小值。

 CIE2003提供了博物馆照明步骤的控制性纲要。博物馆工作人员能够使用该表作为建立工作步骤的指南,确保职责就位。鼓励所有的博物馆针对该纲要检查其工作,并且评估其是否采取了足够的措施以避免对藏品造成不必要的破坏。

首先,当为一项新的展示设计照明的时候:

(1)      按照度16-5列出的四种类型对所有的展品进行分类。

(2)      为所有光源安装紫外线过滤装置(包括侧窗和天窗),使用UV测试计测试每个光源,确保UV值低于极限值(UV10μW/1m)。

(3)      以确保照度不超过展示目标所属类型展品的规定值为目标,并从视觉上评定其效果,核对照度值。极限照度值是在展品表面任一点的最大照度值。

(4)      对每一件展品检查辐射热效应,特别在使用白炽聚光灯的时候。如果辐射热效应十分显著,可考虑使用二色性反射灯具或IR过滤装置。

(5)      核查用于限制展示照明时间的程序和控制系统,评估年曝光时间。

(6)      测量和记录每件物品或每组物品的照度。计算年辐射值、计划展示时间,进行必要的限制,以确保全部展示和处于危险之中的每个单独展品满足要求。

 其次,在展示时段之中:

(1)       定期使用UV测试计算检查照明装置,在必要的位置替换过滤装置。

(2)      定期检查辐射热效应,在必要的时候降低IR

(3)      定期检查照度,在必要的时候进行调整。

(4)      为了限制展示时间而检查展示过程。



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