現代化博物館空氣質量一體化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)境參數一體化在線監(jiān)控系統(tǒng)

　　北京盛世宏博科技有限公司

　　前言：

　　北京盛世宏博科技有限公司根據博物館溫濕度監(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，具有數據采集、數據統(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；

　　紙質材質的文物：

　　紙張、文獻、經卷、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

　　據國家文物局調查統(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、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、紙質文物的老化會加劇。

　　3、庫房溫度過高，給有害物質提供了生存環(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，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，尤其對紙質文物結構、紙張輕度、質量都會產生直接的影響。

　　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，導致金屬出現銹蝕，青鋼器常見的銅綠就跟濕度高有很大關系。

　　2、濕度較大會加快紙質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、紙質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，提出了溫濕度獨立控制的技術方案。

　　2、對文物保存展柜微環(huán)境控制技術進行了試驗研究。

　　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線聯(lián)網遠程監(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、采用以太網總線實行分散監(jiān)控，集中管理的方式，集溫濕度數據采集、溫濕度控制、數據庫自動更新于一體，實現溫濕度的測量監(jiān)視控制以及數據的自動保存。

　　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傳頻段構成的無線網絡不同。

　　7、研究了無線傳輸溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)和室內空氣質量監(jiān)控儀，側重于檢測，不具備網絡監(jiān)控功能。

　　8、設計一種室內空氣質量監(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、機箱和電源轉換插座盒所構成。

　　北京盛世宏博科技有限公司方案實施

　　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控制，從上世紀80年始關注展柜內小環(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)揮作用是一個緩慢的過程，要求展柜具有極高的氣密性，因此國內生產的大多數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)測數據的收集和就地控制的狀態(tài)，無法組成便捷的通訊網絡，更無法實現集中的管理和控制。

　　以上資料顯示，國內外文獻中未見采用無線網絡技術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，國內外博物館調節(jié)控制環(huán)境溫濕度措施包括：裝備集中式中央空調系統(tǒng)；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(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)測數據的傳統(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)。一旦中央空調出現問題，需要經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，適應現代化文物保護工作的需要。解決這一問題的關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，實現對文物的有效保護，急需一種現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)點構成無線通訊網絡，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恒溫恒濕設備，并對歷史報警信息進行存儲；人員可瀏覽2-3年內由各節(jié)點采集來的所有空氣狀態(tài)數據；亦可通過人工手動控制調節(jié)無線網絡博物館內恒溫恒濕機電設備等。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)點構成無線通訊網絡，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)數據庫中。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年內由各節(jié)點采集而來的所有空氣狀態(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(tǒng)做出改進。

　　d、報表打印功能：可通過系統(tǒng)自帶的打印機，將所關心的數據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，對于現有濕度環(huán)境的改善及控制便成為更加突出的問題?，F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，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(tǒng)一設定濕度，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?？梢姡醒肟照{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

　　為了彌補中央空調的局限性，新的手段必須滿足如下要求：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，當設備臺數較多時，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，再對這個小環(huán)境實施的控制。通過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，將經過充分加濕的空氣進行減濕處理，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，能夠通過調節(jié)空氣的循環(huán)量來克服展柜的泄露，各種展柜經改造便能實施控制，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、自動的做出調整，因此其控制效果更、更穩(wěn)定，人為干預的因素較少。

　　與中央空調相比，小環(huán)境控制顯得更為有效：其特點是：（1）每個展柜內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。

　　當展柜濕度控制設備分布較分散且數量較多時，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。

　　博物館恒溫恒濕消毒凈化系統(tǒng)

　　盛世宏博博物館一體化空氣質量監(jiān)控平臺