博物館庫房環境控制系統設計探討與實踐

李 凱 （南京金宸建筑設計有限公司，江蘇 南京 210036）

0 前言

我國文物古籍保護事業起步和發展明顯晚于發達國家，在文物保護領域沒有良好科學的保護經驗積累和沉淀，但是，隨著近幾年我國文博事業的發展，博物館建筑和建筑內環境的設計和控制越來越受到廣大專業人員的重視。博物館庫房作為文物保存的重要場所，對環境有著復雜而嚴格的要求，庫房內環境不合理會造成文物的腐蝕、衰變等不可逆損失，因此如何設計并控制博物館庫房環境成了博物館建筑設計的重要內容之一。

1 現狀分析

目前，大多博物館庫房采用中央空調及簡單的恒溫恒濕空調機組，來滿足庫房內存放文物時所需最基本溫濕度的要求。該系統僅能實現大環境區域溫度的單一調節，濕度往往達不到目標要求，且忽略或未認知到文物保護的差異化和更完善化，無形中影響了因文物種類區別所對待文物保護的完整性和壽命。

2 溫濕度環境的差異化分析

庫房內環境溫濕度的變化對文物保存狀態有著直接的影響，更為重要的是，不同種類的文物對于空氣溫濕度的要求存在明顯的差異。

《博物館建筑設計規范》（JGJ66-2015）中對種類不同文物存放環境的明確規定：設置空氣調節設備的藏品庫房，冬季溫度不應低于10℃，夏季溫度不應高于26℃，相對濕度應保持基本穩定，并根據藏品材質類別確定參數，推薦值參照表1。

博物館藏品保存環境溫度、相對濕度標準 表1

3 工程案例

3.1 工程概況

南京某博物館是一座綜合性歷史藝術類博物館，1978年該博物館正式掛牌，它不僅以豐富的文物、文獻資料及研究成果為基礎，展示該地區在中國各個歷史發展階段的發展的軌跡，還擔負著該地區的地下遺址和古墓葬的考古發掘調查，文物的保護、藏品的征集與保管等功能。該博物館環境參數具體見表2。

3.2 博物館庫房環境控制系統要求

根據規范要求，針對文物存放庫區所存放文物種類的不同，及各種類文物對環境溫濕度不同的環境保存要求的差異性，對文物存放庫房區采用高精度控制的溫濕度控制系統，提供給文物存放庫房區科學的、合理的、優質的環境溫濕度。

環境參數表 表2

3.3 恒溫恒濕空調控制系統的優異性分析

與傳統恒溫恒濕空調相比，博物館庫房專用恒溫恒濕空調，為博物館文物庫房量身定制，具有以下優異性。

3.3.1 多重技術保障系統的溫濕度精準和穩定（圖1、圖2）

圖1 相對濕度隨時間變化曲線對比圖（目標濕度50%）

圖2 溫度隨時間變化曲線對比圖（目標溫度20℃）

①溫濕度獨立控制技術精準控濕控溫。

傳統恒溫恒濕空調采用一套制冷系統，當需要升溫除濕的時候，需要用制冷系統來除濕，同時通過電加熱來升溫，用高品位的電能來加熱，不節能；當需要降溫除濕的時候，根據熱負荷與濕負荷的比例，采用熱濕比線送風，此時往往只能保證溫度或者濕度中的一個，難以同時控制溫濕度。

溫濕度獨立控制技術，可以在需要升溫除濕的時候，只運行用于除濕的制冷系統，經蒸發器除濕后的送風又經過冷凝器來升溫，相當于利用此系統本身設備的發熱量來升溫，不足的熱量再用電加熱來補充，節能環保；在需要降溫除濕的時候，一套制冷系統用來降溫，另一套制冷系統用來除濕，可同時精準控制溫濕度，使溫濕度恒定保持在所需范圍內。

②數碼除濕降溫技術使濕度和溫度更加精確穩定。

傳統恒溫恒濕空調采用開停雙位控制，濕度或溫度達到上限值時開機，達到下限值時停機，這樣溫濕度波動較大。

本系統采用數碼渦旋壓縮機，實行時間數碼控制。在除濕時，根據濕負荷的大小及時進行能量調節，使除濕能力的輸出與濕度偏離值相匹配，確保濕度恒定保持在設定范圍內，此技術可使濕度波動量比傳統恒溫恒濕空調減少35%以上；在降溫時，根據熱負荷的大小及時進行能量調節，使降溫能力的輸出與溫度偏離值相匹配，確保溫度恒定保持在設定范圍內，此技術可使溫度波動量比傳統恒溫恒濕空調減少25%以上。

③風機變頻控制技術使除濕能力更強。

傳統恒溫恒濕空調采用定速風機，風量不能隨負荷變化而變化，當設備環境溫度較高時，表冷器溫度可能達不到露點溫度以下，無法進行除濕。此時制冷量主要用于顯熱，會降低溫度，為保持溫度的恒定需開電加熱來補償，因此耗能巨大且除濕效果差。

采用變頻風機技術，可通過調節風量來控制表冷器的溫度，使該溫度始終處于露點溫度以下，即使在低濕度的環境中依然有很強的除濕能力。此時制冷量主要用于潛熱，對溫度影響較小，電加熱只需微微補償即可，既節能又增強了除濕能力。

④電加熱PID調節技術使溫度更精準。

傳統恒溫恒濕空調的電加熱采用開停雙位控制，制熱量不能調節，溫度波動較大，溫度的變化又會帶來濕度較大的波動。且電加熱管表面溫度非常高，有火災隱患，安全性低。

加熱器采用PID調節，隨負荷大小精確調節制熱量的大小，當溫度偏差小時，制熱量可以精確地一點點微調節，當溫度偏差大時，制熱量可以快速響應，快速調節，使溫度盡快回到目標溫度，從而保證溫度恒定波動小，溫度的恒定為濕度的恒定奠定了基礎，避免了濕度隨溫度的變化而變化。為了更加安全，本系統采用PTC半導體加熱器，當溫度升高到一定程度時電阻急劇增大，避免加熱器表面溫度過高，使加熱器表面始終處于大多數可燃物的著火點溫度以下。結合溫控保護器的使用，大大提高了加熱器的安全性。

3.3.2 多重技術保障系統的節能和安全

①純水超聲波加濕技術更節能、更安全。

傳統恒溫恒濕空調一般采用電極或者電熱式加濕，需要將水加熱至沸騰狀態，耗電量巨大，且運行中溫度高、電流大容易有安全隱患，且電極式加濕需要用水來導電，不能采用純水，水中的礦物離子會隨風系統進入庫房內部，落在文物表面，容易污染文物，水桶中經常結垢，結垢后影響加濕效率，甚至喪失加濕能力，水桶需要經常拆卸清洗，維護非常不便。

純水超聲波加濕技術，水在常溫下直接霧化，不產生高溫，且耗電量很小，連傳統恒溫恒濕空調電極或者電熱式加濕功率的1/10都不到，運行中電流較小，可采用低電壓供電，非常安全。采用干凈的純水，無礦物離子，永不生垢，也不會對文物造成污染，水箱維護保養周期長，管理方便。

②多重安全保護技術使庫房文物更安全。

電壓保護、電流保護、相序保護、高壓壓力保護、低壓壓力保護、漏水檢測、冷凝器高溫保護、蒸發器結冰保護、排氣高溫保護、缺水保護、溢水保護、濕度過高保護、濕度過低保護等，全面保障恒溫恒濕空調的正常運行。

③高效過濾凈化技術。

高效過濾凈化裝置，大體量的活性炭可對文物散發的各種有害氣體進行吸附凈化，此過程是純物理凈化，不會產生其他有害物質，也不產生反應熱，非常安全有效，配合無紡布進行過濾，不會有炭灰吹出，可以使文物庫房保持干凈清新的空氣，改善人員工作環境。

3.3.3 物聯網遠程實時監控技術使運行管理變得簡單高效

無線傳感裝置可以把庫房內的溫濕度數據實時發送到遠程數據中心，并自動記錄、自動保存，并有一定的數據分析功能，可通過計算機實時查看文物庫房內的溫濕度，也可調出歷史數據進行查詢、分析，可直接生成各種溫濕度曲線，界面更加友好、更加直觀，溫濕度數據一目了然。

4 結束語

博物館庫房環境無線監測及物聯網式恒溫恒濕控制系統作為博物館設計的重要組成部分，在室內空氣的溫濕度、潔凈度、速度及噪聲控制方面，都有著比傳統恒溫恒濕空調更強的針對性和技術優勢，能較好的保障文物保存質量并延長文物保存時間。