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档案馆环境监测与控制系统架构设计及应用效果
「本文结合档案馆馆藏及保存环境的需求特点,提出可行的环境监测及控制系统架构并在北京科技大学档案馆安装带净化功能的新风换气环境控制系统。该系统由智能控制器控制,依据空气质量监测信号自动运行。通过对温湿度、颗粒物、TVOCs等环境参数的监测,验证该方案的可行性。(2022-11-30)」
关键词:档案馆;环境监测;控制系统;架构设计;新风换气
  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
  各种载体档案均需要保存在适当的温度和相对湿度范围内。[1][2]减少空气中的各种污染成分,如二氧化碳、颗粒物、总挥发性有机物等对各种档案材料的损害,[3]应保持档案库房内的空气洁净度。[4]
  《档案馆建筑设计规范》(JGJ 25-2010)中对档案馆的建筑设计、防火设计、档案防护、建筑设备等方面的设计方法做了严格的规定。但是,档案馆所处的气候环境总是在不断变化,必须实时掌握环境质量变化规律,以做好档案文献的预防性保护。[5]
  1 档案馆环境监测需求及措施
  由于技术能力的限制,目前监测仪器还无法对所有的环境因素进行监测,可以实现连续监测的指标有温湿度、光照、二氧化碳、颗粒物、总挥发性有机物(TVOCs)等。
  温度传感器主要有热电偶和热电阻两种形式。热电偶一般用于0℃以上的中高温测量,热电阻中的铂热电阻的测温范围一般为-200~800℃。北方地区的档案馆可能出现0℃以下的情况,因而铂热电阻比较适用。铂热电阻的测量精度对档案馆环境控制影响不是很大,精度等级为B(误差≥0.3℃)的铂热电阻一般可以满足要求。
  工程上常用的湿度测量方法有干湿球温度传感器法和基于各种湿敏元件的传感器法。鉴于保存档案的环境不宜有液态水出现,推荐优先使用湿敏元件传感器。
  照度传感器以光电效应为基础,将光信号转换成电信号。选择照度传感器的关键是根据保存档案环境的光線情况选择合适的量程。如果有阳光直射到保存环境,需选择量程在10000lux以上的传感器。如果只有人工照明,量程在2000lux以下即可。
  二氧化碳传感器的工作原理主要有非色散红外(NDIR)和电化学两种,可将响应时间作为选型的主要依据。NDIR原理的二氧化碳传感器不需要预热,响应时间一般在一两分钟内。电化学原理的二氧化碳传感器需要有2~5分钟的预热时间,优点是比较便宜。
  目前市场上主流的TVOCs传感器按原理可分为半导体原理和光离子气体传感器(PID)原理。半导体原理TVOCs传感器的价格便宜、响应快、稳定性好、寿命长,但是灵敏度较低。PID原理TVOCs传感器灵敏度高、抗干扰能力强、动态范围大、精度高,更适用于档案馆这类TVOCs浓度不高的环境场合。
  2 档案馆环境监测及控制系统架构设计
  2.1 环境监测系统
  档案馆的环境监测可参考物联网的技术架构,组成适合档案馆的环境监测系统。
  对环境连续采样的各种传感器经A/D转换后,经过有线或无线网络将数据上传。RS-485串行总线通讯协议有线传输技术具有抑制共模干扰的能力,传输距离为几十米到上千米,在允许布线的条件下可优先考虑。如有无法提供24小时连续供电情况,或者地点位置分散,可采用电池式自动记录仪对档案保存地点的温湿度、光照、空气质量等进行监测。可选择的近距无线通信技术有LoRa、Zigbee、WIFI、NB-IOT、蓝牙等。需要人工采样检测的参数可依靠手工录入至数据管理平台。最终形成的档案馆环境监测系统完整架构如图 1所示。
  2.2 环境控制系统
  档案馆新风换气系统可控制档案馆环境的温湿度,并通过气体交换稀释馆内有害气体的浓度。如果馆藏环境内的污染物浓度较高,可以在馆内另外部署相应的净化机来辅助控制。应注意的是,净化机往往只对一种或几种污染物有效,如颗粒物净化机、TVOCs净化机、微生物净化机等,需要有针对的选用。
  3 应用探讨
  北京科技大学档案馆成立于1997年,馆舍总面积619㎡,库房面积436㎡,库房全部安装7~8层密集架,密集架总容积610m?且使用率超过80%。根据馆藏利用较多、人员出入频繁,库房空气成分和温湿度波动剧烈等情况,采用了具有净化功能的新风换气方案。   根据气流组织,将档案馆馆舍分成办公区、服务大厅、库房1、库房2四个分区。其中办公区采用壁挂式新风净化机,新风直接送入室内,其余分区的新风净化设备安装在库房吊顶内,通过送排风管路进入库房内。按照《档案馆建筑设计规范》(JGJ 25-2010)、《信息与文献图书馆和档案馆的文献保存要求》(GB/T 27703-2011)、《室内空气质量标准》(GB/T 18883-2002),每个分区的设计新风量为 3次/小时。控制系统为智能控制器,设备依据空气质量监测信号自动运行。
  为验证系统实施效果,针对上述分区的室内空气环境质量进行了现场检测,采样季节为6月份。每个分区内安排多个采样点,在不同的时刻进行重复采样,内容包括温度、湿度、颗粒物和TVOCs。温湿度采用美国TSI 9545风速温湿度计测量,颗粒物采用美国TSI AeroTrak 8220测量,TVOCs采用安捷伦气相色谱仪7820测量,以甲苯定量。
  检测结果如图 2、图3、图4、图5所示。其中温度最高在26℃左右,湿度最高不超过60%,符合标准GB/T27703和GB/T18883中的要求。各房间PM2.5的浓度均值在0.02~0.04 mg/m?之间,最高值不超过标准中规定的0.075 mg/m?。TVOCs的浓度均值在0.2~0.4 mg/m?之间,最高值不超过标准中规定的0.6 mg/m?。其中两个库房的TVOCs浓度比办公区和大厅略高,说明库房中存在TVOCs散发源。若想进一步降低浓度,可考虑加大新风量或者采用效率更高的净化设备。所有参数都在标准规定的安全范围内波动,不会危害档案及人员的安全和健康。
  参考文献:
  [1]黄莉.河南省档案局新建档案馆消毒系统的建设[J].档案管理,2016(01):74-75.
  [2]姚家丰,邓松典.档案馆专用中央空调机组的研制与功能剖析[J].档案学通讯,2005(01):67-69.
  [3]徐卫红,王庆伟.新型档案馆中央空调环境下档案保护体系的研究[J].兰台世界,2017(17):31-35.
  [4]赵文山.档案库房的空气净化[J].中国档案,2004(10):44-45.
  [5]时晓东.档案的防火、防霉与空气净化[J].档案学通讯,2005(04):62-63.
  (作者单位:四川大學档案馆  来稿日期:2020-05-26)
(EX巡)
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