遼寧現(xiàn)代化博物館恒溫恒濕檢測控制系統(tǒng)

　　現(xiàn)代化博物館空氣質(zhì)量一體化3D可視化管控平臺

　　博物館溫濕度在線監(jiān)控系統(tǒng)

　　博物館光照在線監(jiān)控系統(tǒng)

　　博物館二氧化碳在線監(jiān)控系統(tǒng)

　　博物館在線監(jiān)控系統(tǒng)

　　博物館紫外線在線監(jiān)控系統(tǒng)

　　博物館TVOC在線監(jiān)控系統(tǒng)

　　博物館有線/無線環(huán)境參數(shù)一體化在線監(jiān)控系統(tǒng)

　　北京盛世宏博

　　前言：

　　北京盛世宏博根據(jù)博物館溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)用來監(jiān)控博物館展會、庫房的溫濕度，實時監(jiān)控溫濕度，具有數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、超限告警、遠程監(jiān)控的功能。通過遠程監(jiān)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，因為隨著時間的推移，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。

　　高濕度會導致空氣中水平衡的破壞，細菌的生長，物體的腐蝕。溫度和濕度必須合理和穩(wěn)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、畫像石、巖畫、、寶石、古生物化石、巖礦標本、彩繪泥塑、壁畫這些存放溫度在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、書法、國畫、書籍、拓片、郵票等這些存放溫度在20℃，濕度在50~60%RH之間；

　　織品類、油畫：

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

　　動植物材料：

　　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(jù)國家文物局調(diào)查統(tǒng)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、溫度升高會加快文物的物理變化速度，尤其對紙質(zhì)、絲綢文物、、書畫的影響很大。

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

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

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

　　5、庫房溫度過低，尤其對紙質(zhì)文物結(jié)構(gòu)、紙張輕度、質(zhì)量都會產(chǎn)生直接的影響。

　　濕度對文物的影響

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

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

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

　　4、濕度過大會促進有害生物的繁衍，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裂。影響文物的本身價值。

　　目前，我們專門研究溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)，主要是針對博物館文物溫濕度監(jiān)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)進行了試驗研究。

　　3、設(shè)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線聯(lián)網(wǎng)遠程監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)。

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

　　5、采用以太網(wǎng)總線實行分散監(jiān)控，集中管理的方式，集溫濕度數(shù)據(jù)采集、溫濕度控制、數(shù)據(jù)庫自動更新于一體，實現(xiàn)溫濕度的測量監(jiān)視控制以及數(shù)據(jù)的自動保存。

　　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(tǒng)。與本項目采用國際通用的無線數(shù)傳頻段構(gòu)成的無線網(wǎng)絡(luò)不同。

　　7、研究了無線傳輸溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)和室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)控儀，側(cè)重于檢測，不具備網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控功能。

　　8、設(shè)計一種室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)控儀，由傳感器、變送器、多路智能監(jiān)控儀、無線發(fā)射與接收模塊、機箱和電源轉(zhuǎn)換插座盒所構(gòu)成。

　　北京盛世宏博方案實施

　　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(diào)控制，從上世紀80年始關(guān)注展柜內(nèi)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用的調(diào)濕劑使柜內(nèi)濕度恒定。但采用調(diào)濕劑控制濕度，其發(fā)揮作用是一個緩慢的過程，要求展柜具有極高的氣密性，因此國內(nèi)生產(chǎn)的大多數(shù)展柜無法滿足這種應用方式的要求。與此同時，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線監(jiān)測設(shè)備。如：東京國立博物館2002年開始采用無線感應系統(tǒng)，所采用的系統(tǒng)也是無線搭配有線的系統(tǒng)。英國維多利亞與愛伯特博物館2004年開始使用無線感測系統(tǒng)。但其還處于監(jiān)測數(shù)據(jù)的收集和就地控制的狀態(tài)，無法組成便捷的通訊網(wǎng)絡(luò)，更無法實現(xiàn)集中的管理和控制。

　　以上資料顯示，國內(nèi)外文獻中未見采用無線網(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(jiān)控系統(tǒng)的報道和具體應用。

　　二、常用溫濕度控制方法和傳統(tǒng)溫濕度檢測手段的局限性

　　目前，國內(nèi)外博物館調(diào)節(jié)控制環(huán)境溫濕度措施包括：裝備集中式中央空調(diào)系統(tǒng)；局部空間使用恒溫恒濕機、空調(diào)器、去濕機、加濕機和使用調(diào)濕材料等。被調(diào)節(jié)控制的溫濕度環(huán)境是否達到文物保存環(huán)境的標準，需用溫濕度測量儀表測定。通常使用的溫濕度測量儀表有：液體膨脹式溫度計、固體膨脹式溫度計、毛發(fā)濕度計、自動記錄溫濕度計、微電子溫濕度記錄器等。溫濕度測量儀表分布在文物展廳中的每個展柜中，采集溫濕度監(jiān)測數(shù)據(jù)的傳統(tǒng)手段是人工巡檢記錄，然后進行匯總，記錄存檔。首都博物館新館開館以后，環(huán)境監(jiān)測仍然采用傳統(tǒng)的人工巡檢手抄記錄方法。由于展廳數(shù)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(shù)極為有限，而且在夜間也無法巡查記錄。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法進行，成為溫濕度監(jiān)控的盲區(qū)。一旦中央空調(diào)出現(xiàn)問題，需要經(jīng)過很長時間才能被文物保護中心察覺到，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(xiàn)代化文物保護工作的需要。解決這一問題的關(guān)鍵首先就是使用何種手段進行溫濕度的檢測、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(wěn)定環(huán)境中。

　　三、適應博物館現(xiàn)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，實現(xiàn)對文物的有效保護，急需一種現(xiàn)代化的檢測手段來滿足博物館環(huán)境的特殊需求,我們研發(fā)博物館專用的無線溫濕度檢測系統(tǒng)。該無線系統(tǒng)監(jiān)控分為：無線zigbee、無線射頻和無線gprs三種監(jiān)控系統(tǒng)，本系統(tǒng)采用無線通訊方式，通過放置在各個陳列柜、展廳及文物庫中的采集節(jié)點構(gòu)成無線通訊網(wǎng)絡(luò)，集中監(jiān)控。每個無線采集節(jié)點可采集多種空氣環(huán)境信息，中央監(jiān)控系統(tǒng)可實時動態(tài)顯示各個采集點的位置信息及該點的空氣狀態(tài)信息，當某個空氣環(huán)境指標超出限制值時，系統(tǒng)自動發(fā)出報警信息，可自行啟動博物館內(nèi)恒溫恒濕設(shè)備，并對歷史報警信息進行存儲；人員可瀏覽2-3年內(nèi)由各節(jié)點采集來的所有空氣狀態(tài)數(shù)據(jù)；亦可通過人工手動控制調(diào)節(jié)無線網(wǎng)絡(luò)博物館內(nèi)恒溫恒濕機電設(shè)備等。該系統(tǒng)具有如下特點：

　　1、采用無線通訊方式，無需繁雜的人工布線，項目實施簡單快捷。可用于采集展柜、展廳及庫房內(nèi)溫濕度信號。

　　2、通過放置在各個陳列柜、展廳及儲藏庫中的采集節(jié)點構(gòu)成無線通訊網(wǎng)絡(luò)，其通訊距離可覆蓋整座建筑物。

　　3、每個無線采集節(jié)點體積小巧，可放置于展柜內(nèi)角落處，隱蔽性好。

　　4、每個節(jié)點所采集的空氣環(huán)境信息會被實時記錄在中央監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中。該中央監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能包括:

　　a、動態(tài)顯示功能：在監(jiān)控屏幕中可顯示各個采集點的位置信息及該點的實時空氣狀態(tài)信息。

　　b、報警功能：當某個空氣環(huán)境指標超出限制值時，系統(tǒng)自動發(fā)出報警信息，并對歷史報警信息進行長時間的存儲，以便日后分析。

　　c、趨勢記錄功能：可瀏覽2-3年內(nèi)由各節(jié)點采集而來的所有空氣狀態(tài)數(shù)據(jù)，并作出趨勢分析，人員可以此為依據(jù)，對現(xiàn)有的空調(diào)系統(tǒng)做出改進。

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

　　四、傳統(tǒng)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(xiàn)有濕度環(huán)境的改善及控制便成為更加突出的問題。現(xiàn)實中有時會遇見這樣的尷尬，當無線濕度檢測系統(tǒng)探知異常并發(fā)出實時報警后，管理人員束手無策，一籌莫展。因為傳統(tǒng)的環(huán)境濕度控制手段是采用中央空調(diào)，但由于初期設(shè)計缺陷，極易出現(xiàn)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(diào)只能統(tǒng)一設(shè)定濕度，因此，差異化的濕度需求無法得到滿足。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，而書畫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)境控制是無法滿足的。可見，中央空調(diào)對于文物濕度的控制受到諸多因素的局限，無法達到理想的狀態(tài)。

　　五、適應博物館無線濕度控制新手段

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

　　利用陳列柜將文物有效的隔絕在一個單獨小環(huán)境內(nèi)，再對這個小環(huán)境實施的控制。通過在密閉的展柜內(nèi)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)過充分加濕的空氣進行減濕處理，以控制柜體內(nèi)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，能夠通過調(diào)節(jié)空氣的循環(huán)量來克服展柜的泄露，各種展柜經(jīng)改造便能實施控制，因此更能適應國內(nèi)展柜的現(xiàn)狀。電子式恒濕機內(nèi)置各種智能控制程序，能夠針對外界各種影響迅速、自動的做出調(diào)整，因此其控制效果更、更穩(wěn)定，人為干預的因素較少。

　　與中央空調(diào)相比，小環(huán)境控制顯得更為有效：其特點是：（1）每個展柜內(nèi)的控制目標都可以是不同的，能夠滿足不同種類文物對于濕度的差異化需求；（2）由于在較小的空間內(nèi)實施控制，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(shè)備分布較分散且數(shù)量較多時，集中監(jiān)控能極大方便使用者的管理。與此同時為了展廳內(nèi)有可能不斷變化的展陳布局，靈活的無線通訊方式能更好的滿足博物館的需求。

　　博物館3D可視化監(jiān)控系統(tǒng)平臺

　　博物館無線環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)