案例背景

國立文化遺產機構東京文化遺產研究所主要負責文化遺產的調查研究、保存及修復等。從2005年開始，為了提升對文化遺產的溫濕度環境的把握與環境管理開始使用流體分析。流體分析在設計、維持更節能的保存環境上，正在成為重要的研究手段之一。

(相關資料圖)

位于東京上野公園的東京文化遺產研究所是對日本及海外美術整體進行研究的組織，1930年作為帝國美術院的附屬美術研究所，1952年成為東京文化遺產研究所，除了以往的美術部之外，還成立了處理無形文化遺產的藝能部，以及與現在的保存修復科學中心相連的保存科學部。

保存修復科學中心主要研究領域有：文物所處的保存環境研究、文物材質和結構的分析科學、研究對文物的生物影響及其防止對策的生物科學、以及修復材料和傳統技術的研究、近代文化遺產專業。

東京文化遺產研究所保存修復科學中心主任研究員犬冢將英主要從事保存環境和分析科學的研究。造成文物劣化的原因有很多，其中關于物理化學性原因，可以舉出例如溫度、濕度、紫外線、紅外線等光、以及大氣污染、建筑材料中產生的化學物質等，生物性的原因則是霉菌和害蟲等。此外，溫度和濕度與其他劣化因素有密切關系，因此它們成為重要的管理項目。為了進一步調查該溫濕度環境，東京文化遺產研究所利用流體分析工具進行深入研究。

重新審視的文化遺產保存環境

文化遺產根據紙、金屬等不同的材料構成，要求有適當的溫度和相對濕度的保存條件，不僅在展示柜中需要這樣，在保存其數倍數量的收藏庫中也是一樣的。保存條件的創造通常使用空調設備，犬冢先生表示：在泡沫經濟崩潰前，有許多博物館已經建成，而現今設備的老化正在加劇。另外，地震以后，對保管的節能要求也越來越高。犬冢先生說：“從這一點來看，現在是重新審視文化遺產保存研究的時期”。

因為原本是建筑物，所以即使發現了故障也不能簡單地重建。如果不進行充分的討論就改造的話，可能會給文化遺產帶來傷害或造成無法挽回的損失。因此他們通過研究，采用流體分析進行數值仿真，僅是數值仿真，并不會對文化遺產產生任何傷害，也不會花費實驗相關經費。以事前低成本的驗證、避免故障為目的，判斷導入流體解析軟件是十分合適的。

展示箱內的風扇仿真嘗試

犬冢先生負責的案件之一就是三重縣綜合博物館的大型展柜。三重縣綜合博物館于2014年4月開館。博物館內具有外尺寸寬13米，深2米，高6米以上的2層樓水平的墻壁展示柜，是為了展示大型繪畫和屏風等，在國內來說也屬于大規模展示柜。

在設計這個展示柜的時候，主要擔心的是由燈具發熱引起的高溫和箱內溫濕度的梯度。在展示縱向長的文物遺產時，如果上下溫濕度條件發生變化，文物的伸縮就會產生差異，造成損傷。為了避免這種情況，該館研究了希望通過風扇使展示箱內的空氣進行強制循環，但據說當時在展示柜內進行空氣強制循環本身很少見，也沒有仔細調查強制循環會帶來什么結果。

風扇設置在機箱上部，展示機箱內的空氣通過狹縫吸入，通過背面的通風管輸送到下部，從機箱底面的出風口通過有調濕劑的空間后再輸送到機箱內，設計方案如圖1所示。

圖1 展示箱的結構示意圖

箱內風速設定在0.3m/s以下，另外，作為熱源的LED橫向排列226個，其在上部配置4列，在下部配置1列。上方LED布置的空間和展示空間用熱玻璃隔開。另一方面，調濕劑由硅膠等構成，在模擬中，調濕劑表面的相對濕度假定為一定的60%。在這些條件下，對風扇強制循環的存在和不存在的情況進行了穩態分析。

圖2 從正面展示的溫度示意圖

（左圖表示無強制循環，右圖表示有強制循環的情況）

仿真結果表明，在有循環的情況下，溫度梯度被抑制，同時成為與外部接近的溫度，在沒有循環的情況下，梯度比外部稍高（圖2）。關于相對濕度，無論在哪一個條件下都沒有梯度差，由于有強制循環的溫度下降，所以可以確認相對濕度為適當的值（圖3）。

圖3 從正面展示的濕度示意圖

（左圖表示無強制循環，右圖表示有強制循環的情況）

最后，實際在展示箱內的36處測定了溫濕度（圖4）。在圖表中的3月26日15:10～27日21:00期間，LED照明點亮，不進行強制循環。3月31日17:15-4月2日8:55期間，LED照明點亮并強制循環。其他時間不進行LED的點亮及送風。

圖4 溫度和相對濕度曲線圖

根據實測的結果，也確認了導入的效果。雖然模擬在比較高的溫度下得出了計算結果，但相對濕度與實測值也展示了良好的一致性。

分析研究擁有文化遺產的寺廟的環境

各地的寺社擁有文化遺產也很多，但是這些文化遺產的保存環境也是一個難題。幾年前進行調查的沿岸寺廟，雖然擁有指定文化遺產的繪馬，但是濕度很高，有時會達到90%以上。

這座寺廟的正殿周圍有繪馬堂。平時這個空間是封閉的，而且連空調的電源都很難確保，因此在STREAM?上進行了有效通風以降低濕度的狀況研究。

圖5 寺廟內部示意圖

橙色墻壁附近是繪馬堂，被黃綠色和紫色墻壁包圍的部分是正殿。(1)是風的入口，(2)是出口。另外在(2)的上部開了縫隙，y軸方向北，x軸方向東，北邊和東邊是山坡。

對繪馬堂周邊的風向、風速進行調查后，提出了在進風處和出風處打開通風口的提案(圖5)。外部風速從西向東為0.5m/s。考慮設置(1)的入口，(2)的出口，還有(3)的狹縫狀的縫隙，改變打開和關閉的條件，模擬比較了繪馬堂內部的氣流情況(圖6)，據說通過這個可以確認(3)和(2)的上部的通風口打開等的效果。

圖6 寺內解析結果的一個例子，打開入口、出口和(3)窗戶的情況

還有一個例子，在設計東京都內的收藏庫時，研究了如何配置空調和架子才能使空氣整體流通并保持通氣性。據說這是作為決定版面設計的參考。實際完成時，還測量了各個點的風速，確保萬無一失。

根據目的區分使用分析工具

犬冢等人還使用了清水建設開發的熱、換氣網絡計算程序“NETS”。這是配置墻壁和零件等，計算伴隨外部氣候變化的內部溫濕度的工具。用于計算室內的平均溫濕度，調查全年氣候變化引起的室內變化等。其優點是可以在短的計算時間內調查季節變動，但另一方面，很難調查室內的空間分布。

為了預測其室內分布，研究了包括商用CFD軟件，在引進的時候采用了STREAM?。STREAM?具有豐富的案例庫，同時具有強大的技術支持團隊。據說今后還想做更精密的濕度計算。“對于文化遺產來說，濕度比溫度更重要，因為調濕材料的模型化很難，所以三重縣綜合博物館委托Cradle進行計算。將來如果能再現調濕劑的吸放濕功能就好了”犬冢先生說。不僅是調濕劑，紙、土、木、石等也具有調濕的性質。犬冢說，如果能準確預測佛像等吸放濕的程度，應用的場合就會更加廣泛。

半室外也是很大的課題

今后想做的事情之一，是模擬半室外條件下的文化遺產所處的環境。現在涉及的有福岡縣裝飾古墳的事例。福岡縣和熊本縣有很多古墳。這些古墳所處的狀況有室外、地下、保護設施內等。為了保存這些文化遺產，將通過模擬實驗研究古墓內部和保護設施內部的環境。

另外，在震災中受損的文化遺產的保管也是重要課題。2011年3月東日本大地震后，日本政府開展了對受災地區文化遺產的救助活動。弄得滿身是泥的東西該放在哪里保管成了問題。文化遺產有緊急避難到廢棄的校舍等地的，有現在還在原地的，也有轉移到環境整潔的地方的。在這樣的保管場所，也有因緊急情況而采用雙層墻壁等措施的事例，但如果能進行模擬實驗，研究保管場所也會變得更加容易。

據說，現在全世界都在重新研究空調控制和文化遺產保存環境。空調的性能雖然得到了壓倒性的改善，但是越用越費水電費。但如果采用簡易的方法，不知道會對文化遺產產生怎樣的影響，在進行這樣的研究時，分析工具將發揮巨大的作用。

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