檔案館環(huán)境監(jiān)測與控制系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計及應(yīng)用效果

羅明書

摘? 要：本文結(jié)合檔案館館藏及保存環(huán)境的需求特點(diǎn)，提出可行的環(huán)境監(jiān)測及控制系統(tǒng)架構(gòu)并在北京科技大學(xué)檔案館安裝帶凈化功能的新風(fēng)換氣環(huán)境控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)由智能控制器控制，依據(jù)空氣質(zhì)量監(jiān)測信號自動運(yùn)行。通過對溫濕度、顆粒物、TVOCs等環(huán)境參數(shù)的監(jiān)測，驗證該方案的可行性。

關(guān)鍵詞：檔案館;環(huán)境監(jiān)測;控制系統(tǒng);架構(gòu)設(shè)計;新風(fēng)換氣

Abstract： This paper combined with the characteristics of Archives collection and preservation environment， proposed a feasible framework of environmental monitoring and control system. According to this idea， the fresh air environment control system with purification function was installed in the Archives of Beijing university of science and technology. The system was controlled by an intelligent controller and run automatically according to the air quality monitoring signal. Through the monitoring of temperature and humidity， particulate matter， TVOCS and other environmental parameters， the feasibility of the scheme was verified.

Keywords： Archives; Environmental monitoring; Control system; Architecture design; Fresh air exchange

各種載體檔案均需要保存在適當(dāng)?shù)臏囟群拖鄬穸确秶鷥?nèi)。[1][2]減少空氣中的各種污染成分，如二氧化碳、顆粒物、總揮發(fā)性有機(jī)物等對各種檔案材料的損害，[3]應(yīng)保持檔案庫房內(nèi)的空氣潔凈度。[4]

《檔案館建筑設(shè)計規(guī)范》（JGJ 25-2010）中對檔案館的建筑設(shè)計、防火設(shè)計、檔案防護(hù)、建筑設(shè)備等方面的設(shè)計方法做了嚴(yán)格的規(guī)定。但是，檔案館所處的氣候環(huán)境總是在不斷變化，必須實時掌握環(huán)境質(zhì)量變化規(guī)律，以做好檔案文獻(xiàn)的預(yù)防性保護(hù)。[5]

1 檔案館環(huán)境監(jiān)測需求及措施

由于技術(shù)能力的限制，目前監(jiān)測儀器還無法對所有的環(huán)境因素進(jìn)行監(jiān)測，可以實現(xiàn)連續(xù)監(jiān)測的指標(biāo)有溫濕度、光照、二氧化碳、顆粒物、總揮發(fā)性有機(jī)物（TVOCs）等。

溫度傳感器主要有熱電偶和熱電阻兩種形式。熱電偶一般用于0℃以上的中高溫測量，熱電阻中的鉑熱電阻的測溫范圍一般為-200～800℃。北方地區(qū)的檔案館可能出現(xiàn)0℃以下的情況，因而鉑熱電阻比較適用。鉑熱電阻的測量精度對檔案館環(huán)境控制影響不是很大，精度等級為B（誤差≥0.3℃）的鉑熱電阻一般可以滿足要求。

工程上常用的濕度測量方法有干濕球溫度傳感器法和基于各種濕敏元件的傳感器法。鑒于保存檔案的環(huán)境不宜有液態(tài)水出現(xiàn)，推薦優(yōu)先使用濕敏元件傳感器。

照度傳感器以光電效應(yīng)為基礎(chǔ)，將光信號轉(zhuǎn)換成電信號。選擇照度傳感器的關(guān)鍵是根據(jù)保存檔案環(huán)境的光線情況選擇合適的量程。如果有陽光直射到保存環(huán)境，需選擇量程在10000lux以上的傳感器。如果只有人工照明，量程在2000lux以下即可。

二氧化碳傳感器的工作原理主要有非色散紅外（NDIR）和電化學(xué)兩種，可將響應(yīng)時間作為選型的主要依據(jù)。NDIR原理的二氧化碳傳感器不需要預(yù)熱，響應(yīng)時間一般在一兩分鐘內(nèi)。電化學(xué)原理的二氧化碳傳感器需要有2～5分鐘的預(yù)熱時間，優(yōu)點(diǎn)是比較便宜。

目前市場上主流的TVOCs傳感器按原理可分為半導(dǎo)體原理和光離子氣體傳感器（PID）原理。半導(dǎo)體原理TVOCs傳感器的價格便宜、響應(yīng)快、穩(wěn)定性好、壽命長，但是靈敏度較低。PID原理TVOCs傳感器靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng)、動態(tài)范圍大、精度高，更適用于檔案館這類TVOCs濃度不高的環(huán)境場合。

2 檔案館環(huán)境監(jiān)測及控制系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

2.1 環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)

檔案館的環(huán)境監(jiān)測可參考物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)架構(gòu)，組成適合檔案館的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。

對環(huán)境連續(xù)采樣的各種傳感器經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后，經(jīng)過有線或無線網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)上傳。RS-485串行總線通訊協(xié)議有線傳輸技術(shù)具有抑制共模干擾的能力，傳輸距離為幾十米到上千米，在允許布線的條件下可優(yōu)先考慮。如有無法提供24小時連續(xù)供電情況，或者地點(diǎn)位置分散，可采用電池式自動記錄儀對檔案保存地點(diǎn)的溫濕度、光照、空氣質(zhì)量等進(jìn)行監(jiān)測。可選擇的近距無線通信技術(shù)有LoRa、Zigbee、WIFI、NB-IOT、藍(lán)牙等。需要人工采樣檢測的參數(shù)可依靠手工錄入至數(shù)據(jù)管理平臺。最終形成的檔案館環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)完整架構(gòu)如圖 1所示。

2.2 環(huán)境控制系統(tǒng)

檔案館新風(fēng)換氣系統(tǒng)可控制檔案館環(huán)境的溫濕度，并通過氣體交換稀釋館內(nèi)有害氣體的濃度。如果館藏環(huán)境內(nèi)的污染物濃度較高，可以在館內(nèi)另外部署相應(yīng)的凈化機(jī)來輔助控制。應(yīng)注意的是，凈化機(jī)往往只對一種或幾種污染物有效，如顆粒物凈化機(jī)、TVOCs凈化機(jī)、微生物凈化機(jī)等，需要有針對的選用。

3 應(yīng)用探討

北京科技大學(xué)檔案館成立于1997年，館舍總面積619㎡，庫房面積436㎡，庫房全部安裝7～8層密集架，密集架總?cè)莘e610m?且使用率超過80%。根據(jù)館藏利用較多、人員出入頻繁，庫房空氣成分和溫濕度波動劇烈等情況，采用了具有凈化功能的新風(fēng)換氣方案。

根據(jù)氣流組織，將檔案館館舍分成辦公區(qū)、服務(wù)大廳、庫房1、庫房2四個分區(qū)。其中辦公區(qū)采用壁掛式新風(fēng)凈化機(jī)，新風(fēng)直接送入室內(nèi)，其余分區(qū)的新風(fēng)凈化設(shè)備安裝在庫房吊頂內(nèi)，通過送排風(fēng)管路進(jìn)入庫房內(nèi)。按照《檔案館建筑設(shè)計規(guī)范》（JGJ 25-2010）、《信息與文獻(xiàn)圖書館和檔案館的文獻(xiàn)保存要求》（GB/T 27703-2011）、《室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 18883-2002），每個分區(qū)的設(shè)計新風(fēng)量為 3次/小時。控制系統(tǒng)為智能控制器，設(shè)備依據(jù)空氣質(zhì)量監(jiān)測信號自動運(yùn)行。

為驗證系統(tǒng)實施效果，針對上述分區(qū)的室內(nèi)空氣環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行了現(xiàn)場檢測，采樣季節(jié)為6月份。每個分區(qū)內(nèi)安排多個采樣點(diǎn)，在不同的時刻進(jìn)行重復(fù)采樣，內(nèi)容包括溫度、濕度、顆粒物和TVOCs。溫濕度采用美國TSI 9545風(fēng)速溫濕度計測量，顆粒物采用美國TSI AeroTrak 8220測量，TVOCs采用安捷倫氣相色譜儀7820測量，以甲苯定量。

檢測結(jié)果如圖 2、圖3、圖4、圖5所示。其中溫度最高在26℃左右，濕度最高不超過60%，符合標(biāo)準(zhǔn)GB/T27703和GB/T18883中的要求。各房間PM2.5的濃度均值在0.02～0.04 mg/m?之間，最高值不超過標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的0.075 mg/m?。TVOCs的濃度均值在0.2～0.4 mg/m?之間，最高值不超過標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的0.6 mg/m?。其中兩個庫房的TVOCs濃度比辦公區(qū)和大廳略高，說明庫房中存在TVOCs散發(fā)源。若想進(jìn)一步降低濃度，可考慮加大新風(fēng)量或者采用效率更高的凈化設(shè)備。所有參數(shù)都在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的安全范圍內(nèi)波動，不會危害檔案及人員的安全和健康。

參考文獻(xiàn)：

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[5]時曉東.檔案的防火、防霉與空氣凈化[J].檔案學(xué)通訊，2005（04）：62-63.

（作者單位：四川大學(xué)檔案館? 來稿日期：2020-05-26）