博物館文物保護(hù)環(huán)境空氣質(zhì)量綜合監(jiān)控系統(tǒng)

北京盛世宏博科技有限公司

現(xiàn)代化博物館空氣質(zhì)量一體化3D可視化管控平臺(tái)

博物館溫濕度在線(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)

博物館光照在線(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)

博物館二氧化碳在線(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)

博物館在線(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)

博物館紫外線(xiàn)在線(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)

博物館無(wú)線(xiàn)溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)

博物館TVOC在線(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)

博物館有線(xiàn)/無(wú)線(xiàn)環(huán)境參數(shù)一體化在線(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)

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前言：

北京盛世宏博科技有限公司根據(jù)博物館溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)用來(lái)監(jiān)控博物館展會(huì)、庫(kù)房的溫濕度，實(shí)時(shí)監(jiān)控溫濕度，具有數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、超限告警、遠(yuǎn)程監(jiān)控的功能。通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)控使文物庫(kù)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(xiàn)，因?yàn)殡S著時(shí)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(huì)導(dǎo)致空氣中水平衡的破壞，細(xì)菌的生長(zhǎng)，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(duì)溫度和濕度有不同的要求。

博物館庫(kù)房溫濕度國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)如下：

金屬材質(zhì)的文物：

、鐵器、金銀器、金屬錢(qián)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(huà)像石、巖畫(huà)、、寶石、古生物化石、巖礦標(biāo)本、彩繪泥塑、壁畫(huà)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(xiàn)、經(jīng)卷、書(shū)法、國(guó)畫(huà)、書(shū)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(lèi)、油畫(huà)：

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

動(dòng)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(dòng)物標(biāo)本、植物標(biāo)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(guó)家調(diào)查統(tǒng)計(jì)：全國(guó)有55.6%館藏文物遭到不同程度的破壞，主要原因是庫(kù)房環(huán)境不達(dá)標(biāo)。而環(huán)境不達(dá)標(biāo)的主要根本因素就是環(huán)境溫濕度的不合理。

溫度對(duì)文物的影響

1、溫度升高會(huì)加快文物的物理變化速度，尤其對(duì)紙質(zhì)、絲綢文物、、書(shū)畫(huà)的影響很大。

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

3、庫(kù)房溫度過(guò)高，給有害物質(zhì)提供了生存環(huán)境。微生物生長(zhǎng)溫度在25~37℃，害蟲(chóng)生長(zhǎng)溫度在22~32℃。在此范圍內(nèi)，每升高10℃，就會(huì)提高害蟲(chóng)繁衍速度。

4、庫(kù)房溫度升高后、會(huì)加速藏品熱脹冷縮速度，尤其是年代久的藏品，損壞會(huì)更大。

5、庫(kù)房溫度過(guò)低，尤其對(duì)紙質(zhì)文物結(jié)構(gòu)、紙張輕度、質(zhì)量都會(huì)產(chǎn)生直接的影響。

濕度對(duì)文物的影響

1、濕度不斷增加，會(huì)增加空氣中的無(wú)機(jī)鹽含量，導(dǎo)致金屬出現(xiàn)銹蝕，青鋼器常見(jiàn)的銅綠就跟濕度高有很大關(guān)系。

2、濕度較大會(huì)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(kù)房濕度較大會(huì)加劇有害氣體與灰塵的損壞程度．特別是紙張纖維會(huì)吸收水分，導(dǎo)致紙張潮濕，出現(xiàn)溶脹問(wèn)題，對(duì)文物的破壞是非常大的。

4、濕度過(guò)大會(huì)促進(jìn)有害生物的繁衍，物體容霉，導(dǎo)致紙張字跡褪色。

5、濕度高低導(dǎo)致木質(zhì)、紙質(zhì)以及絲綢品等藏品的變形或開(kāi)裂。影響文物的本身價(jià)值。

目前，我們專(zhuān)門(mén)研究溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)，主要是針對(duì)博物館文物溫濕度監(jiān)測(cè)

1、研究了文物保存濕度指標(biāo)的確定方法和展柜的溫濕度控制技術(shù)，提出了溫濕度獨(dú)立控制的技術(shù)方案。

2、對(duì)文物保存展柜微環(huán)境控制技術(shù)進(jìn)行了試驗(yàn)研究。

3、設(shè)計(jì)了恒溫恒濕一體機(jī)文物柜，未涉及文物保管和陳列用溫濕度無(wú)線(xiàn)聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。

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

5、采用以太網(wǎng)總線(xiàn)實(shí)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(kù)自動(dòng)更新于一體，實(shí)現(xiàn)溫濕度的測(cè)量監(jiān)視控制以及數(shù)據(jù)的自動(dòng)保存。

6、研究了由上位機(jī)、下位機(jī)和傳感器三大部分組成的檔案資料庫(kù)溫濕度控制系統(tǒng)。與本項(xiàng)目采用國(guó)際通用的無(wú)線(xiàn)數(shù)傳頻段構(gòu)成的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)不同。

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

8、設(shè)計(jì)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(wú)線(xiàn)發(fā)射與接收模塊、機(jī)箱和電源轉(zhuǎn)換插座盒所構(gòu)成。

北京盛世宏博科技有限公司方案實(shí)施

國(guó)外研究發(fā)展?fàn)顩r

國(guó)外博物館溫濕度環(huán)境主要是由空調(diào)控制，從上世紀(jì)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(zhuān)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(gè)緩慢的過(guò)程，要求展柜具有*的氣密性，因此國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的大多數(shù)展柜無(wú)法滿(mǎn)足這種應(yīng)用方式的要求。與此同時(shí)，采用藥劑控濕，很難達(dá)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(diǎn)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(hù)的費(fèi)用較大。其次，也有針對(duì)展柜的電子式恒濕機(jī)的使用和無(wú)線(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備。如：東京國(guó)立博物館2002年開(kāi)始采用無(wú)線(xiàn)感應(yīng)系統(tǒng)，所采用的系統(tǒng)也是無(wú)線(xiàn)搭配有線(xiàn)的系統(tǒng)。英國(guó)維多利亞與愛(ài)伯特博物館2004年開(kāi)始使用無(wú)線(xiàn)感測(cè)系統(tǒng)。但其還處于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的收集和就地控制的狀態(tài)，無(wú)法組成便捷的通訊網(wǎng)絡(luò)，更無(wú)法實(shí)現(xiàn)集中的管理和控制。

以上資料顯示，國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)中未見(jiàn)采用無(wú)線(xiàn)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(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的報(bào)道和具體應(yīng)用。

二、常用溫濕度控制方法和傳統(tǒng)溫濕度檢測(cè)手段的局限性

目前，國(guó)內(nèi)外博物館調(diào)節(jié)控制環(huán)境溫濕度措施包括：裝備集中式空調(diào)系統(tǒng)；局部空間使用恒溫恒濕機(jī)、空調(diào)器、去濕機(jī)、加濕機(jī)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(dá)到文物保存環(huán)境的標(biāo)準(zhǔn)，需用溫濕度測(cè)量?jī)x表測(cè)定。通常使用的溫濕度測(cè)量?jī)x表有：液體膨脹式溫度計(jì)、固體膨脹式溫度計(jì)、毛發(fā)濕度計(jì)、自動(dòng)記錄溫濕度計(jì)、微電子溫濕度記錄器等。溫濕度測(cè)量?jī)x表分布在文物展廳中的每個(gè)展柜中，采集溫濕度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的傳統(tǒng)手段是人工巡檢記錄，然后進(jìn)行匯總，記錄存檔。首都博物館新館開(kāi)館以后，環(huán)境監(jiān)測(cè)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(wú)法巡查記錄。更為重要的是，對(duì)于博物館的“心臟”——文物庫(kù)房，由于嚴(yán)格的人員出入管理制度，使得日常的人工抄表巡檢無(wú)法進(jìn)行，成為溫濕度監(jiān)控的盲區(qū)。一旦空調(diào)出現(xiàn)問(wèn)題，需要經(jīng)過(guò)很長(zhǎng)時(shí)間才能被文物保護(hù)中心察覺(jué)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(xì)的信息，適應(yīng)現(xiàn)代化文物保護(hù)工作的需要。解決這一問(wèn)題的關(guān)鍵首先就是使用何種手段進(jìn)行溫濕度的檢測(cè)、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(duì)的穩(wěn)定環(huán)境中。

三、適應(yīng)博物館現(xiàn)狀的溫濕度檢測(cè)新手段

為了提高首都博物館的文物保護(hù)科技水平，實(shí)現(xiàn)對(duì)文物的有效保護(hù)，急需一種現(xiàn)代化的檢測(cè)手段來(lái)滿(mǎn)足博物館環(huán)境的特殊需求,我們研發(fā)博物館專(zhuān)用的無(wú)線(xiàn)溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)。該無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)監(jiān)控分為：無(wú)線(xiàn)zigbee、無(wú)線(xiàn)射頻和無(wú)線(xiàn)gprs三種監(jiān)控系統(tǒng)，本系統(tǒng)采用無(wú)線(xiàn)通訊方式，通過(guò)放置在各個(gè)陳列柜、展廳及文物庫(kù)中的采集節(jié)點(diǎn)構(gòu)成無(wú)線(xiàn)通訊網(wǎng)絡(luò)，集中監(jiān)控。每個(gè)無(wú)線(xiàn)采集節(jié)點(diǎn)可采集多種空氣環(huán)境信息，監(jiān)控系統(tǒng)可實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示各個(gè)采集點(diǎn)的位置信息及該點(diǎn)的空氣狀態(tài)信息，當(dāng)某個(gè)空氣環(huán)境指標(biāo)超出限制值時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)出報(bào)警信息，可自行啟動(dòng)博物館內(nèi)恒溫恒濕設(shè)備，并對(duì)歷史報(bào)警信息進(jìn)行存儲(chǔ)；人員可瀏覽2-3年內(nèi)由各節(jié)點(diǎn)采集來(lái)的所有空氣狀態(tài)數(shù)據(jù)；亦可通過(guò)人工手動(dòng)控制調(diào)節(jié)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)博物館內(nèi)恒溫恒濕機(jī)電設(shè)備等。該系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：

1、采用無(wú)線(xiàn)通訊方式，無(wú)需繁雜的人工布線(xiàn)，項(xiàng)目實(shí)施簡(jiǎn)單快捷。可用于采集展柜、展廳及庫(kù)房?jī)?nèi)溫濕度信號(hào)。

2、通過(guò)放置在各個(gè)陳列柜、展廳及儲(chǔ)藏庫(kù)中的采集節(jié)點(diǎn)構(gòu)成無(wú)線(xiàn)通訊網(wǎng)絡(luò)，其通訊距離可覆蓋整座建筑物。

3、每個(gè)無(wú)線(xiàn)采集節(jié)點(diǎn)體積小巧，可放置于展柜內(nèi)角落處，隱蔽性好。

4、每個(gè)節(jié)點(diǎn)所采集的空氣環(huán)境信息會(huì)被實(shí)時(shí)記錄在監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中。該監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能包括:

a、動(dòng)態(tài)顯示功能：在監(jiān)控屏幕中可顯示各個(gè)采集點(diǎn)的位置信息及該點(diǎn)的實(shí)時(shí)空氣狀態(tài)信息。

b、報(bào)警功能：當(dāng)某個(gè)空氣環(huán)境指標(biāo)超出限制值時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)出報(bào)警信息，并對(duì)歷史報(bào)警信息進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的存儲(chǔ)，以便日后分析。

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

d、報(bào)表打印功能：可通過(guò)系統(tǒng)自帶的打印機(jī)，將所關(guān)心的數(shù)據(jù)以報(bào)表形式打印出來(lái)。其中包括報(bào)警紀(jì)錄、趨勢(shì)記錄等。

四、傳統(tǒng)濕度控制手段的局限性

當(dāng)濕度的檢測(cè)、記錄及分析手段完善后，對(duì)于現(xiàn)有濕度環(huán)境的改善及控制便成為更加突出的問(wèn)題。現(xiàn)實(shí)中有時(shí)會(huì)遇見(jiàn)這樣的尷尬，當(dāng)無(wú)線(xiàn)濕度檢測(cè)系統(tǒng)探知異常并發(fā)出實(shí)時(shí)報(bào)警后，管理人員束手無(wú)策，莫展。因?yàn)閭鹘y(tǒng)的環(huán)境濕度控制手段是采用空調(diào)，但由于初期設(shè)計(jì)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(duì)于同一展廳，空調(diào)只能統(tǒng)一設(shè)定濕度，因此，差異化的濕度需求無(wú)法得到滿(mǎn)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(shū)畫(huà)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(wú)法滿(mǎn)足的。可見(jiàn)，空調(diào)對(duì)于文物濕度的控制受到諸多因素的局限，無(wú)法達(dá)到理想的狀態(tài)。

五、適應(yīng)博物館無(wú)線(xiàn)濕度控制新手段

為了彌補(bǔ)空調(diào)的局限性，新的手段必須滿(mǎn)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(dú)立的濕度控制；其次，該設(shè)備應(yīng)同時(shí)具備加濕與除濕功能，以滿(mǎn)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(yùn)行；與此同時(shí)，當(dāng)設(shè)備臺(tái)數(shù)較多時(shí)，應(yīng)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(gè)單獨(dú)小環(huán)境內(nèi)，再對(duì)這個(gè)小環(huán)境實(shí)施的控制。通過(guò)在密閉的展柜內(nèi)形成獨(dú)立的、可循環(huán)的氣流組織，控制濕度。采用半導(dǎo)體制冷的原理，將經(jīng)過(guò)充分加濕的空氣進(jìn)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(jī)，能夠通過(guò)調(diào)節(jié)空氣的循環(huán)量來(lái)克服展柜的泄露，各種展柜經(jīng)改造便能實(shí)施控制，因此更能適應(yīng)國(guó)內(nèi)展柜的現(xiàn)狀。電子式恒濕機(jī)內(nèi)置各種智能控制程序，能夠針對(duì)外界各種影響迅速、自動(dòng)的做出調(diào)整，因此其控制效果更、更穩(wěn)定，人為干預(yù)的因素較少。

與空調(diào)相比，小環(huán)境控制顯得更為有效：其特點(diǎn)是：（1）每個(gè)展柜內(nèi)的控制目標(biāo)都可以是不同的，能夠滿(mǎn)足不同種類(lèi)文物對(duì)于濕度的差異化需求；（2）由于在較小的空間內(nèi)實(shí)施控制，精度要大大提高，能夠達(dá)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(jī)的融為一體。

當(dāng)展柜濕度控制設(shè)備分布較分散且數(shù)量較多時(shí)，集中監(jiān)控能極大方便使用者的管理。與此同時(shí)為了展廳內(nèi)有可能不斷變化的展陳布局，靈活的無(wú)線(xiàn)通訊方式能更好的滿(mǎn)足博物館的需求。

博物館恒溫恒濕消毒凈化系統(tǒng)

博物館3D可視化監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)