李 凱 (南京金宸建筑設(shè)計(jì)有限公司,江蘇 南京 210036)
我國文物古籍保護(hù)事業(yè)起步和發(fā)展明顯晚于發(fā)達(dá)國家,在文物保護(hù)領(lǐng)域沒有良好科學(xué)的保護(hù)經(jīng)驗(yàn)積累和沉淀,但是,隨著近幾年我國文博事業(yè)的發(fā)展,博物館建筑和建筑內(nèi)環(huán)境的設(shè)計(jì)和控制越來越受到廣大專業(yè)人員的重視。博物館庫房作為文物保存的重要場所,對環(huán)境有著復(fù)雜而嚴(yán)格的要求,庫房內(nèi)環(huán)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(shè)計(jì)并控制博物館庫房環(huán)境成了博物館建筑設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容之一。
目前,大多博物館庫房采用中央空調(diào)及簡單的恒溫恒濕空調(diào)機(jī)組,來滿足庫房內(nèi)存放文物時(shí)所需最基本溫濕度的要求。該系統(tǒng)僅能實(shí)現(xiàn)大環(huán)境區(qū)域溫度的單一調(diào)節(jié),濕度往往達(dá)不到目標(biāo)要求,且忽略或未認(rèn)知到文物保護(hù)的差異化和更完善化,無形中影響了因文物種類區(qū)別所對待文物保護(hù)的完整性和壽命。
庫房內(nèi)環(huán)境溫濕度的變化對文物保存狀態(tài)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(shè)計(jì)規(guī)范》(JGJ66-2015)中對種類不同文物存放環(huán)境的明確規(guī)定:設(shè)置空氣調(diào)節(jié)設(shè)備的藏品庫房,冬季溫度不應(yīng)低于10℃,夏季溫度不應(yīng)高于26℃,相對濕度應(yīng)保持基本穩(wěn)定,并根據(jù)藏品材質(zhì)類別確定參數(shù),推薦值參照表1。
博物館藏品保存環(huán)境溫度、相對濕度標(biāo)準(zhǔn) 表1
南京某博物館是一座綜合性歷史藝術(shù)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(xiàn)資料及研究成果為基礎(chǔ),展示該地區(qū)在中國各個(gè)歷史發(fā)展階段的發(fā)展的軌跡,還擔(dān)負(fù)著該地區(qū)的地下遺址和古墓葬的考古發(fā)掘調(diào)查,文物的保護(hù)、藏品的征集與保管等功能。該博物館環(huán)境參數(shù)具體見表2。
根據(jù)規(guī)范要求,針對文物存放庫區(qū)所存放文物種類的不同,及各種類文物對環(huán)境溫濕度不同的環(huán)境保存要求的差異性,對文物存放庫房區(qū)采用高精度控制的溫濕度控制系統(tǒng),提供給文物存放庫房區(qū)科學(xué)的、合理的、優(yōu)質(zhì)的環(huán)境溫濕度。
環(huán)境參數(shù)表 表2
與傳統(tǒng)恒溫恒濕空調(diào)相比,博物館庫房專用恒溫恒濕空調(diào),為博物館文物庫房量身定制,具有以下優(yōu)異性。
3.3.1 多重技術(shù)保障系統(tǒng)的溫濕度精準(zhǔn)和穩(wěn)定(圖1、圖2)
圖1 相對濕度隨時(shí)間變化曲線對比圖(目標(biāo)濕度50%)
圖2 溫度隨時(shí)間變化曲線對比圖(目標(biāo)溫度20℃)
①溫濕度獨(dú)立控制技術(shù)精準(zhǔn)控濕控溫。
傳統(tǒng)恒溫恒濕空調(diào)采用一套制冷系統(tǒng),當(dāng)需要升溫除濕的時(shí)候,需要用制冷系統(tǒng)來除濕,同時(shí)通過電加熱來升溫,用高品位的電能來加熱,不節(jié)能;當(dāng)需要降溫除濕的時(shí)候,根據(jù)熱負(fù)荷與濕負(fù)荷的比例,采用熱濕比線送風(fēng),此時(shí)往往只能保證溫度或者濕度中的一個(gè),難以同時(shí)控制溫濕度。
溫濕度獨(dú)立控制技術(shù),可以在需要升溫除濕的時(shí)候,只運(yùn)行用于除濕的制冷系統(tǒng),經(jīng)蒸發(fā)器除濕后的送風(fēng)又經(jīng)過冷凝器來升溫,相當(dāng)于利用此系統(tǒng)本身設(shè)備的發(fā)熱量來升溫,不足的熱量再用電加熱來補(bǔ)充,節(jié)能環(huán)保;在需要降溫除濕的時(shí)候,一套制冷系統(tǒng)用來降溫,另一套制冷系統(tǒng)用來除濕,可同時(shí)精準(zhǔn)控制溫濕度,使溫濕度恒定保持在所需范圍內(nèi)。
②數(shù)碼除濕降溫技術(shù)使?jié)穸群蜏囟雀泳_穩(wěn)定。
傳統(tǒng)恒溫恒濕空調(diào)采用開停雙位控制,濕度或溫度達(dá)到上限值時(shí)開機(jī),達(dá)到下限值時(shí)停機(jī),這樣溫濕度波動(dòng)較大。
本系統(tǒng)采用數(shù)碼渦旋壓縮機(jī),實(shí)行時(shí)間數(shù)碼控制。在除濕時(shí),根據(jù)濕負(fù)荷的大小及時(shí)進(jìn)行能量調(diào)節(jié),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(shè)定范圍內(nèi),此技術(shù)可使?jié)穸炔▌?dòng)量比傳統(tǒng)恒溫恒濕空調(diào)減少35%以上;在降溫時(shí),根據(jù)熱負(fù)荷的大小及時(shí)進(jìn)行能量調(diào)節(jié),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(shè)定范圍內(nèi),此技術(shù)可使溫度波動(dòng)量比傳統(tǒng)恒溫恒濕空調(diào)減少25%以上。
③風(fēng)機(jī)變頻控制技術(shù)使除濕能力更強(qiáng)。
傳統(tǒng)恒溫恒濕空調(diào)采用定速風(fēng)機(jī),風(fēng)量不能隨負(fù)荷變化而變化,當(dāng)設(shè)備環(huán)境溫度較高時(shí),表冷器溫度可能達(dá)不到露點(diǎn)溫度以下,無法進(jìn)行除濕。此時(shí)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(bǔ)償,因此耗能巨大且除濕效果差。
采用變頻風(fēng)機(jī)技術(shù),可通過調(diào)節(jié)風(fēng)量來控制表冷器的溫度,使該溫度始終處于露點(diǎn)溫度以下,即使在低濕度的環(huán)境中依然有很強(qiáng)的除濕能力。此時(shí)制冷量主要用于潛熱,對溫度影響較小,電加熱只需微微補(bǔ)償即可,既節(jié)能又增強(qiáng)了除濕能力。
④電加熱PID調(diào)節(jié)技術(shù)使溫度更精準(zhǔn)。
傳統(tǒng)恒溫恒濕空調(diào)的電加熱采用開停雙位控制,制熱量不能調(diào)節(jié),溫度波動(dòng)較大,溫度的變化又會帶來濕度較大的波動(dòng)。且電加熱管表面溫度非常高,有火災(zāi)隱患,安全性低。
加熱器采用PID調(diào)節(jié),隨負(fù)荷大小精確調(diào)節(jié)制熱量的大小,當(dāng)溫度偏差小時(shí),制熱量可以精確地一點(diǎn)點(diǎn)微調(diào)節(jié),當(dāng)溫度偏差大時(shí),制熱量可以快速響應(yīng),快速調(diào)節(jié),使溫度盡快回到目標(biāo)溫度,從而保證溫度恒定波動(dòng)小,溫度的恒定為濕度的恒定奠定了基礎(chǔ),避免了濕度隨溫度的變化而變化。為了更加安全,本系統(tǒng)采用PTC半導(dǎo)體加熱器,當(dāng)溫度升高到一定程度時(shí)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(shù)可燃物的著火點(diǎn)溫度以下。結(jié)合溫控保護(hù)器的使用,大大提高了加熱器的安全性。
3.3.2 多重技術(shù)保障系統(tǒng)的節(jié)能和安全
①純水超聲波加濕技術(shù)更節(jié)能、更安全。
傳統(tǒng)恒溫恒濕空調(diào)一般采用電極或者電熱式加濕,需要將水加熱至沸騰狀態(tài),耗電量巨大,且運(yùn)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(dǎo)電,不能采用純水,水中的礦物離子會隨風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)入庫房內(nèi)部,落在文物表面,容易污染文物,水桶中經(jīng)常結(jié)垢,結(jié)垢后影響加濕效率,甚至喪失加濕能力,水桶需要經(jīng)常拆卸清洗,維護(hù)非常不便。
純水超聲波加濕技術(shù),水在常溫下直接霧化,不產(chǎn)生高溫,且耗電量很小,連傳統(tǒng)恒溫恒濕空調(diào)電極或者電熱式加濕功率的1/10都不到,運(yùn)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(hù)保養(yǎng)周期長,管理方便。
②多重安全保護(hù)技術(shù)使庫房文物更安全。
電壓保護(hù)、電流保護(hù)、相序保護(hù)、高壓壓力保護(hù)、低壓壓力保護(hù)、漏水檢測、冷凝器高溫保護(hù)、蒸發(fā)器結(jié)冰保護(hù)、排氣高溫保護(hù)、缺水保護(hù)、溢水保護(hù)、濕度過高保護(hù)、濕度過低保護(hù)等,全面保障恒溫恒濕空調(diào)的正常運(yùn)行。
③高效過濾凈化技術(shù)。
高效過濾凈化裝置,大體量的活性炭可對文物散發(fā)的各種有害氣體進(jìn)行吸附凈化,此過程是純物理凈化,不會產(chǎn)生其他有害物質(zhì),也不產(chǎn)生反應(yīng)熱,非常安全有效,配合無紡布進(jìn)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(huán)境。
3.3.3 物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控技術(shù)使運(yùn)行管理變得簡單高效
無線傳感裝置可以把庫房內(nèi)的溫濕度數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送到遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)中心,并自動(dòng)記錄、自動(dòng)保存,并有一定的數(shù)據(jù)分析功能,可通過計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)查看文物庫房內(nèi)的溫濕度,也可調(diào)出歷史數(shù)據(jù)進(jìn)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(shù)據(jù)一目了然。
博物館庫房環(huán)境無線監(jiān)測及物聯(lián)網(wǎng)式恒溫恒濕控制系統(tǒng)作為博物館設(shè)計(jì)的重要組成部分,在室內(nèi)空氣的溫濕度、潔凈度、速度及噪聲控制方面,都有著比傳統(tǒng)恒溫恒濕空調(diào)更強(qiáng)的針對性和技術(shù)優(yōu)勢,能較好的保障文物保存質(zhì)量并延長文物保存時(shí)間。