遼寧現代化博物館恒溫恒濕檢測控制系統

遼寧現代化博物館恒溫恒濕檢測控制系統

　　現代化博物館空氣質(zhì)量一體化3D可視化管控平臺

　　博物館溫濕度在線(xiàn)監控系統

　　博物館光照在線(xiàn)監控系統

　　博物館二氧化碳在線(xiàn)監控系統

　　博物館在線(xiàn)監控系統

　　博物館紫外線(xiàn)在線(xiàn)監控系統

　　博物館TVOC在線(xiàn)監控系統

　　博物館有線(xiàn)/無(wú)線(xiàn)環(huán)境參數一體化在線(xiàn)監控系統

　　北京盛世宏博

　　前言：

　　北京盛世宏博根據博物館溫濕度監控系統用來(lái)監控博物館展會(huì )、庫房的溫濕度，實(shí)時(shí)監控溫濕度，具有數據采集、數據統計、超限告警、遠程監控的功能。通過(guò)遠程監控使文物庫房，確保文物的妥善和安全。

　　博物館里有許多珍貴的文物和文獻，因為隨著(zhù)時(shí)間的推移，這些物品不可避免地受到環(huán)境的威脅，其中之一就是空氣中濕度影響。

　　高濕度會(huì )導致空氣中水平衡的破壞，細菌的生長(cháng)，物體的腐蝕。溫度和濕度必須合理和穩定，以保持文物文件處于狀態(tài)。

　　不同的收藏對溫度和濕度有不同的要求。

　　博物館庫房溫濕度國家標準如下：

　　金屬材質(zhì)的文物：

　　、鐵器、金銀器、金屬錢(qián)幣這些存放溫度在20℃，濕度在0~40%RH之間；

　　錫器、鉛器這些存放溫度在25℃，濕度在0~40%RH之間；

　　琺瑯器、搪這些存放溫度在20℃，濕度在40~50%RH之間；

　　硅酸鹽材質(zhì)的文物：

　　陶器、陶俑、唐三彩、紫砂器、磚瓦、這些存放溫度在20℃，濕度在40~50%RH之間；

　　玻璃器這些存放溫度在20℃，濕度在0~40%RH之間；

　　巖石材質(zhì)的文物：

　　石器、碑刻、石雕、畫(huà)像石、巖畫(huà)、、寶石、古生物化石、巖礦標本、彩繪泥塑、壁畫(huà)這些存放溫度在20℃，濕度在40~50%RH之間；

　　紙質(zhì)材質(zhì)的文物：

　　紙張、文獻、經(jīng)卷、書(shū)法、國畫(huà)、書(shū)籍、拓片、郵票等這些存放溫度在20℃，濕度在50~60%RH之間；

　　織品類(lèi)、油畫(huà)：

　　絲毛棉麻紡織品、織繡、服裝、、油畫(huà)這些存放溫度在20℃，濕度在50~60%RH之間；

　　竹木制品：

　　漆器、木器、木雕、竹器、藤器、家具、版畫(huà)這些存放溫度在20℃，濕度在50~60%RH之間；

　　動(dòng)植物材料：

　　制品、甲骨制品、角制品、貝殼制品這些存放溫度在20℃，濕度在50~60%RH之間；

　　皮革、皮毛這些存放溫度在5℃，濕度在50~60%RH之間；

　　動(dòng)物標本、植物標本這些存放溫度在20℃，濕度在50~60%RH之間；

　　黑白照片及膠片這些存放溫度在15℃，濕度在50~60%RH之間；

　　背景

　　據國家文物局調查統計：全國有55.6%館藏文物遭到不同程度的破壞，主要原因是庫房環(huán)境不達標。而環(huán)境不達標的主要根本因素就是環(huán)境溫濕度的不合理。

　　溫度對文物的影響

　　1、溫度升高會(huì )加快文物的物理變化速度，尤其對紙質(zhì)、絲綢文物、、書(shū)畫(huà)的影響很大。

　　2、溫度升高會(huì )加快化學(xué)反應速率．特別是金屬文物、紙質(zhì)文物的老化會(huì )加劇。

　　3、庫房溫度過(guò)高，給有害物質(zhì)提供了生存環(huán)境。微生物生長(cháng)溫度在25~37℃，害蟲(chóng)生長(cháng)溫度在22~32℃。在此范圍內，每升高10℃，就會(huì )提高害蟲(chóng)繁衍速度。

　　4、庫房溫度升高后、會(huì )加速藏品熱脹冷縮速度，尤其是年代久的藏品，損壞會(huì )更大。

　　5、庫房溫度過(guò)低，尤其對紙質(zhì)文物結構、紙張輕度、質(zhì)量都會(huì )產(chǎn)生直接的影響。

　　濕度對文物的影響

　　1、濕度不斷增加，會(huì )增加空氣中的無(wú)機鹽含量，導致金屬出現銹蝕，青鋼器常見(jiàn)的銅綠就跟濕度高有很大關(guān)系。

　　2、濕度較大會(huì )加快紙質(zhì)文物的紙張纖維素水解，降低紙張的耐久性。

　　3、庫房濕度較大會(huì )加劇有害氣體與灰塵的損壞程度．特別是紙張纖維會(huì )吸收水分，導致紙張潮濕，出現溶脹問(wèn)題，對文物的破壞是非常大的。

　　4、濕度過(guò)大會(huì )促進(jìn)有害生物的繁衍，物體容霉，導致紙張字跡褪色。

　　5、濕度高低導致木質(zhì)、紙質(zhì)以及絲綢品等藏品的變形或開(kāi)裂。影響文物的本身價(jià)值。

　　目前，我們專(zhuān)門(mén)研究溫濕度監控系統，主要是針對博物館文物溫濕度監測

　　1、研究了文物保存濕度指標的確定方法和展柜的溫濕度控制技術(shù)，提出了溫濕度獨立控制的技術(shù)方案。

　　2、對文物保存展柜微環(huán)境控制技術(shù)進(jìn)行了試驗研究。

　　3、設計了恒溫恒濕一體機文物柜，未涉及文物保管和陳列用溫濕度無(wú)線(xiàn)聯(lián)網(wǎng)遠程監控系統的開(kāi)發(fā)。

　　4、研究的環(huán)境溫濕度監測系統，可用于檔案、庫房和文物保存環(huán)境。

　　5、采用以太網(wǎng)總線(xiàn)實(shí)行分散監控，集中管理的方式，集溫濕度數據采集、溫濕度控制、數據庫自動(dòng)更新于一體，實(shí)現溫濕度的測量監視控制以及數據的自動(dòng)保存。

　　6、研究了由上位機、下位機和傳感器三大部分組成的檔案資料庫溫濕度控制系統。與本項目采用國際通用的無(wú)線(xiàn)數傳頻段構成的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )不同。

　　7、研究了無(wú)線(xiàn)傳輸溫濕度監測系統和室內空氣質(zhì)量監控儀，側重于檢測，不具備網(wǎng)絡(luò )監控功能。

　　8、設計一種室內空氣質(zhì)量監控儀，由傳感器、變送器、多路智能監控儀、無(wú)線(xiàn)發(fā)射與接收模塊、機箱和電源轉換插座盒所構成。

　　北京盛世宏博方案實(shí)施

　　國外研究發(fā)展狀況

　　國外博物館溫濕度環(huán)境主要是由中央空調控制，從上世紀80年始關(guān)注展柜內小環(huán)境的濕度控制。由于文物展柜大多制作優(yōu)良，具備良好的密閉性，因此普遍采用文物專(zhuān)用的調濕劑使柜內濕度恒定。但采用調濕劑控制濕度，其發(fā)揮作用是一個(gè)緩慢的過(guò)程，要求展柜具有極高的氣密性，因此國內生產(chǎn)的大多數展柜無(wú)法滿(mǎn)足這種應用方式的要求。與此同時(shí)，采用藥劑控濕，很難達到的控制，其使用壽命及控制效果受到眾多外界因素的影響。其優(yōu)點(diǎn)是初期投資較低，但使用效果隨壽命而衰減，需要定期更換，因此維護的費用較大。其次，也有針對展柜的電子式恒濕機的使用和無(wú)線(xiàn)監測設備。如：東京國立博物館2002年開(kāi)始采用無(wú)線(xiàn)感應系統，所采用的系統也是無(wú)線(xiàn)搭配有線(xiàn)的系統。英國維多利亞與愛(ài)伯特博物館2004年開(kāi)始使用無(wú)線(xiàn)感測系統。但其還處于監測數據的收集和就地控制的狀態(tài)，無(wú)法組成便捷的通訊網(wǎng)絡(luò )，更無(wú)法實(shí)現集中的管理和控制。

　　以上資料顯示，國內外文獻中未見(jiàn)采用無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)研制的博物館文物保管和陳列用溫濕度遠程監控系統的報道和具體應用。

　　二、常用溫濕度控制方法和傳統溫濕度檢測手段的局限性

　　目前，國內外博物館調節控制環(huán)境溫濕度措施包括：裝備集中式中央空調系統；局部空間使用恒溫恒濕機、空調器、去濕機、加濕機和使用調濕材料等。被調節控制的溫濕度環(huán)境是否達到文物保存環(huán)境的標準，需用溫濕度測量?jì)x表測定。通常使用的溫濕度測量?jì)x表有：液體膨脹式溫度計、固體膨脹式溫度計、毛發(fā)濕度計、自動(dòng)記錄溫濕度計、微電子溫濕度記錄器等。溫濕度測量?jì)x表分布在文物展廳中的每個(gè)展柜中，采集溫濕度監測數據的傳統手段是人工巡檢記錄，然后進(jìn)行匯總，記錄存檔。首都博物館新館開(kāi)館以后，環(huán)境監測仍然采用傳統的人工巡檢手抄記錄方法。由于展廳數量多、面積大，工作人員完整巡檢一遍需要走5公里左右。因此，利用人工抄表的方式，每日記錄溫濕度的次數極為有限，而且在夜間也無(wú)法巡查記錄。更為重要的是，對于博物館的“心臟”——文物庫房，由于嚴格的人員出入管理制度，使得日常的人工抄表巡檢無(wú)法進(jìn)行，成為溫濕度監控的盲區。一旦中央空調出現問(wèn)題，需要經(jīng)過(guò)很長(cháng)時(shí)間才能被文物保護中心察覺(jué)到，因此存在極大的隱患。這就要求我們采用更加便捷的方法，獲取更加詳細的信息，適應現代化文物保護工作的需要。解決這一問(wèn)題的關(guān)鍵首先就是使用何種手段進(jìn)行溫濕度的檢測、記錄及分析和控制文物所處的溫濕度環(huán)境，確保文物始終處于一種相對的穩定環(huán)境中。

　　三、適應博物館現狀的溫濕度檢測新手段

　　為了提高首都博物館的文物保護科技水平，實(shí)現對文物的有效保護，急需一種現代化的檢測手段來(lái)滿(mǎn)足博物館環(huán)境的特殊需求,我們研發(fā)博物館專(zhuān)用的無(wú)線(xiàn)溫濕度檢測系統。該無(wú)線(xiàn)系統監控分為：無(wú)線(xiàn)zigbee、無(wú)線(xiàn)射頻和無(wú)線(xiàn)gprs三種監控系統，本系統采用無(wú)線(xiàn)通訊方式，通過(guò)放置在各個(gè)陳列柜、展廳及文物庫中的采集節點(diǎn)構成無(wú)線(xiàn)通訊網(wǎng)絡(luò )，集中監控。每個(gè)無(wú)線(xiàn)采集節點(diǎn)可采集多種空氣環(huán)境信息，中央監控系統可實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示各個(gè)采集點(diǎn)的位置信息及該點(diǎn)的空氣狀態(tài)信息，當某個(gè)空氣環(huán)境指標超出限制值時(shí)，系統自動(dòng)發(fā)出報警信息，可自行啟動(dòng)博物館內恒溫恒濕設備，并對歷史報警信息進(jìn)行存儲；人員可瀏覽2-3年內由各節點(diǎn)采集來(lái)的所有空氣狀態(tài)數據；亦可通過(guò)人工手動(dòng)控制調節無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )博物館內恒溫恒濕機電設備等。該系統具有如下特點(diǎn)：

　　1、采用無(wú)線(xiàn)通訊方式，無(wú)需繁雜的人工布線(xiàn)，項目實(shí)施簡(jiǎn)單快捷?？捎糜诓杉构?、展廳及庫房?jì)葴貪穸刃盘枴?/p>

　　2、通過(guò)放置在各個(gè)陳列柜、展廳及儲藏庫中的采集節點(diǎn)構成無(wú)線(xiàn)通訊網(wǎng)絡(luò )，其通訊距離可覆蓋整座建筑物。

　　3、每個(gè)無(wú)線(xiàn)采集節點(diǎn)體積小巧，可放置于展柜內角落處，隱蔽性好。

　　4、每個(gè)節點(diǎn)所采集的空氣環(huán)境信息會(huì )被實(shí)時(shí)記錄在中央監控系統數據庫中。該中央監控系統的主要功能包括:

　　a、動(dòng)態(tài)顯示功能：在監控屏幕中可顯示各個(gè)采集點(diǎn)的位置信息及該點(diǎn)的實(shí)時(shí)空氣狀態(tài)信息。

　　b、報警功能：當某個(gè)空氣環(huán)境指標超出限制值時(shí)，系統自動(dòng)發(fā)出報警信息，并對歷史報警信息進(jìn)行長(cháng)時(shí)間的存儲，以便日后分析。

　　c、趨勢記錄功能：可瀏覽2-3年內由各節點(diǎn)采集而來(lái)的所有空氣狀態(tài)數據，并作出趨勢分析，人員可以此為依據，對現有的空調系統做出改進(jìn)。

　　d、報表打印功能：可通過(guò)系統自帶的打印機，將所關(guān)心的數據以報表形式打印出來(lái)。其中包括報警紀錄、趨勢記錄等。

　　四、傳統濕度控制手段的局限性

　　當濕度的檢測、記錄及分析手段完善后，對于現有濕度環(huán)境的改善及控制便成為更加突出的問(wèn)題?，F實(shí)中有時(shí)會(huì )遇見(jiàn)這樣的尷尬，當無(wú)線(xiàn)濕度檢測系統探知異常并發(fā)出實(shí)時(shí)報警后，管理人員束手無(wú)策，一籌莫展。因為傳統的環(huán)境濕度控制手段是采用中央空調，但由于初期設計缺陷，極易出現夏季除濕能力不足，冬季加濕效果不夠的狀況。更為重要的是，對于同一展廳，中央空調只能統一設定濕度，因此，差異化的濕度需求無(wú)法得到滿(mǎn)足。例如，在同一展廳中，需要濕度低于40%RH的盡可能干燥的環(huán)境，而書(shū)畫(huà)和紡織品文物則需要將濕度控制在55%RH左右，這些特殊的要求僅靠大環(huán)境控制是無(wú)法滿(mǎn)足的?？梢?jiàn)，中央空調對于文物濕度的控制受到諸多因素的局限，無(wú)法達到理想的狀態(tài)。

　　五、適應博物館無(wú)線(xiàn)濕度控制新手段

　　為了彌補中央空調的局限性，新的手段必須滿(mǎn)足如下要求：首先，設備體積小巧，能安裝于展柜內部，為不同的展柜提供獨立的濕度控制；其次，該設備應同時(shí)具備加濕與除濕功能，以滿(mǎn)足全年各種氣候的變化；另外，該設備必須能夠穩定而且高精度的持續運行；與此同時(shí)，當設備臺數較多時(shí)，應具備集中監控的功能，便于管理。

　　利用陳列柜將文物有效的隔絕在一個(gè)單獨小環(huán)境內，再對這個(gè)小環(huán)境實(shí)施的控制。通過(guò)在密閉的展柜內形成獨立的、可循環(huán)的氣流組織，控制濕度。采用半導體制冷的原理，將經(jīng)過(guò)充分加濕的空氣進(jìn)行減濕處理，以控制柜體內的濕度值，兼具加濕與除濕的功能，低噪音，體積小巧，控制。采用電子式恒濕機，能夠通過(guò)調節空氣的循環(huán)量來(lái)克服展柜的泄露，各種展柜經(jīng)改造便能實(shí)施控制，因此更能適應國內展柜的現狀。電子式恒濕機內置各種智能控制程序，能夠針對外界各種影響迅速、自動(dòng)的做出調整，因此其控制效果更、更穩定，人為干預的因素較少。

　　與中央空調相比，小環(huán)境控制顯得更為有效：其特點(diǎn)是：（1）每個(gè)展柜內的控制目標都可以是不同的，能夠滿(mǎn)足不同種類(lèi)文物對于濕度的差異化需求；（2）由于在較小的空間內實(shí)施控制，精度要大大提高，能夠達到±1.5%；（3）小環(huán)境控制柔性較高，不僅噪音低，而且體積小巧，能與展陳有機的融為一體。

　　當展柜濕度控制設備分布較分散且數量較多時(shí)，集中監控能極大方便使用者的管理。與此同時(shí)為了展廳內有可能不斷變化的展陳布局，靈活的無(wú)線(xiàn)通訊方式能更好的滿(mǎn)足博物館的需求。

　　博物館3D可視化監控系統平臺

　　博物館無(wú)線(xiàn)環(huán)境監控系統