博物馆库房环境控制系统设计探讨与实践

李 凯 （南京金宸建筑设计有限公司，江苏 南京 210036）

0 前言

我国文物古籍保护事业起步和发展明显晚于发达国家，在文物保护领域没有良好科学的保护经验积累和沉淀，但是，随着近几年我国文博事业的发展，博物馆建筑和建筑内环境的设计和控制越来越受到广大专业人员的重视。博物馆库房作为文物保存的重要场所，对环境有着复杂而严格的要求，库房内环境不合理会造成文物的腐蚀、衰变等不可逆损失，因此如何设计并控制博物馆库房环境成了博物馆建筑设计的重要内容之一。

1 现状分析

目前，大多博物馆库房采用中央空调及简单的恒温恒湿空调机组，来满足库房内存放文物时所需最基本温湿度的要求。该系统仅能实现大环境区域温度的单一调节，湿度往往达不到目标要求，且忽略或未认知到文物保护的差异化和更完善化，无形中影响了因文物种类区别所对待文物保护的完整性和寿命。

2 温湿度环境的差异化分析

库房内环境温湿度的变化对文物保存状态有着直接的影响，更为重要的是，不同种类的文物对于空气温湿度的要求存在明显的差异。

《博物馆建筑设计规范》（JGJ66-2015）中对种类不同文物存放环境的明确规定：设置空气调节设备的藏品库房，冬季温度不应低于10℃，夏季温度不应高于26℃，相对湿度应保持基本稳定，并根据藏品材质类别确定参数，推荐值参照表1。

博物馆藏品保存环境温度、相对湿度标准 表1

3 工程案例

3.1 工程概况

南京某博物馆是一座综合性历史艺术类博物馆，1978年该博物馆正式挂牌，它不仅以丰富的文物、文献资料及研究成果为基础，展示该地区在中国各个历史发展阶段的发展的轨迹，还担负着该地区的地下遗址和古墓葬的考古发掘调查，文物的保护、藏品的征集与保管等功能。该博物馆环境参数具体见表2。

3.2 博物馆库房环境控制系统要求

根据规范要求，针对文物存放库区所存放文物种类的不同，及各种类文物对环境温湿度不同的环境保存要求的差异性，对文物存放库房区采用高精度控制的温湿度控制系统，提供给文物存放库房区科学的、合理的、优质的环境温湿度。

环境参数表 表2

3.3 恒温恒湿空调控制系统的优异性分析

与传统恒温恒湿空调相比，博物馆库房专用恒温恒湿空调，为博物馆文物库房量身定制，具有以下优异性。

3.3.1 多重技术保障系统的温湿度精准和稳定（图1、图2）

图1 相对湿度随时间变化曲线对比图（目标湿度50%）

图2 温度随时间变化曲线对比图（目标温度20℃）

①温湿度独立控制技术精准控湿控温。

传统恒温恒湿空调采用一套制冷系统，当需要升温除湿的时候，需要用制冷系统来除湿，同时通过电加热来升温，用高品位的电能来加热，不节能；当需要降温除湿的时候，根据热负荷与湿负荷的比例，采用热湿比线送风，此时往往只能保证温度或者湿度中的一个，难以同时控制温湿度。

温湿度独立控制技术，可以在需要升温除湿的时候，只运行用于除湿的制冷系统，经蒸发器除湿后的送风又经过冷凝器来升温，相当于利用此系统本身设备的发热量来升温，不足的热量再用电加热来补充，节能环保；在需要降温除湿的时候，一套制冷系统用来降温，另一套制冷系统用来除湿，可同时精准控制温湿度，使温湿度恒定保持在所需范围内。

②数码除湿降温技术使湿度和温度更加精确稳定。

传统恒温恒湿空调采用开停双位控制，湿度或温度达到上限值时开机，达到下限值时停机，这样温湿度波动较大。

本系统采用数码涡旋压缩机，实行时间数码控制。在除湿时，根据湿负荷的大小及时进行能量调节，使除湿能力的输出与湿度偏离值相匹配，确保湿度恒定保持在设定范围内，此技术可使湿度波动量比传统恒温恒湿空调减少35%以上；在降温时，根据热负荷的大小及时进行能量调节，使降温能力的输出与温度偏离值相匹配，确保温度恒定保持在设定范围内，此技术可使温度波动量比传统恒温恒湿空调减少25%以上。

③风机变频控制技术使除湿能力更强。

传统恒温恒湿空调采用定速风机，风量不能随负荷变化而变化，当设备环境温度较高时，表冷器温度可能达不到露点温度以下，无法进行除湿。此时制冷量主要用于显热，会降低温度，为保持温度的恒定需开电加热来补偿，因此耗能巨大且除湿效果差。

采用变频风机技术，可通过调节风量来控制表冷器的温度，使该温度始终处于露点温度以下，即使在低湿度的环境中依然有很强的除湿能力。此时制冷量主要用于潜热，对温度影响较小，电加热只需微微补偿即可，既节能又增强了除湿能力。

④电加热PID调节技术使温度更精准。

传统恒温恒湿空调的电加热采用开停双位控制，制热量不能调节，温度波动较大，温度的变化又会带来湿度较大的波动。且电加热管表面温度非常高，有火灾隐患，安全性低。

加热器采用PID调节，随负荷大小精确调节制热量的大小，当温度偏差小时，制热量可以精确地一点点微调节，当温度偏差大时，制热量可以快速响应，快速调节，使温度尽快回到目标温度，从而保证温度恒定波动小，温度的恒定为湿度的恒定奠定了基础，避免了湿度随温度的变化而变化。为了更加安全，本系统采用PTC半导体加热器，当温度升高到一定程度时电阻急剧增大，避免加热器表面温度过高，使加热器表面始终处于大多数可燃物的着火点温度以下。结合温控保护器的使用，大大提高了加热器的安全性。

3.3.2 多重技术保障系统的节能和安全

①纯水超声波加湿技术更节能、更安全。

传统恒温恒湿空调一般采用电极或者电热式加湿，需要将水加热至沸腾状态，耗电量巨大，且运行中温度高、电流大容易有安全隐患，且电极式加湿需要用水来导电，不能采用纯水，水中的矿物离子会随风系统进入库房内部，落在文物表面，容易污染文物，水桶中经常结垢，结垢后影响加湿效率，甚至丧失加湿能力，水桶需要经常拆卸清洗，维护非常不便。

纯水超声波加湿技术，水在常温下直接雾化，不产生高温，且耗电量很小，连传统恒温恒湿空调电极或者电热式加湿功率的1/10都不到，运行中电流较小，可采用低电压供电，非常安全。采用干净的纯水，无矿物离子，永不生垢，也不会对文物造成污染，水箱维护保养周期长，管理方便。

②多重安全保护技术使库房文物更安全。

电压保护、电流保护、相序保护、高压压力保护、低压压力保护、漏水检测、冷凝器高温保护、蒸发器结冰保护、排气高温保护、缺水保护、溢水保护、湿度过高保护、湿度过低保护等，全面保障恒温恒湿空调的正常运行。

③高效过滤净化技术。

高效过滤净化装置，大体量的活性炭可对文物散发的各种有害气体进行吸附净化，此过程是纯物理净化，不会产生其他有害物质，也不产生反应热，非常安全有效，配合无纺布进行过滤，不会有炭灰吹出，可以使文物库房保持干净清新的空气，改善人员工作环境。

3.3.3 物联网远程实时监控技术使运行管理变得简单高效

无线传感装置可以把库房内的温湿度数据实时发送到远程数据中心，并自动记录、自动保存，并有一定的数据分析功能，可通过计算机实时查看文物库房内的温湿度，也可调出历史数据进行查询、分析，可直接生成各种温湿度曲线，界面更加友好、更加直观，温湿度数据一目了然。

4 结束语

博物馆库房环境无线监测及物联网式恒温恒湿控制系统作为博物馆设计的重要组成部分，在室内空气的温湿度、洁净度、速度及噪声控制方面，都有着比传统恒温恒湿空调更强的针对性和技术优势，能较好的保障文物保存质量并延长文物保存时间。