课题名称:馆藏文物温湿度环境控制关键技术研究
一、课题成果介绍
文物保存环境的温湿控制技术和温湿指标的关系是非常紧密的,温湿指标的确定往往要考虑当时温湿控制技术所能达到的控制水平,同样温湿控制技术的发展也离不开温湿指标的引导作用。在这方面的研究通常集中在展厅的环境控制这一部分,因为目前很多博物馆展厅都存在这样的问题:在满足人类的舒适要求的同时,却不能满足文物对保存环境的要求。怎样解决好“人”与“物”这一对矛盾则成为了博物馆展厅温湿控制的重点.目前展厅环境的控制方式主要有展厅集中控制和展厅与展柜分开控制两种。
1、展厅集中控制
早在19世纪以前,人们就开始对博物馆的温湿度进行了控制。当时由于技术水平的限制,通常部是把大理石作为墙体的主要材料,再在墙体内外壁涂上阻湿材料,利用大理石的蓄热作用以及阻湿材料对湿度的缓冲作用来延缓馆内的温湿度变化,这一时期的人民还只是满足于怎样减缓外界环境对管内的影响。19世纪以来,温湿度控制技术不断得到发展,由以前的“被动控制”发展到“主动控制”,空调机组控制温湿度的方式得到了广泛的应用。但是随之而来的问题也比较多:怎样解决冷表面冷凝;怎样让系统运行稳定;怎样让系统运行的更节能以及怎样同时满足展厅中的“人”和“文物”的要求等。
此外,也有些学者在怎样同时满足人私文物的要求这一方面做过尝试。展厅恒温恒湿系统在满足文物保存环境的同时,能较好的满足人类的基本舒适要求,并且由于其适用性比较强。非常适合古老建筑的改造对展厅的环境集中控制是不可能同时满足两种不同的要求的,只可能在一定的程度上缓和两者之间的矛盾,真正能解决的方法则是将两者分开处理,即展厅与展柜分开控制。
2、展厅与展柜分开控制
展厅与展柜分开控制就是采用两套系统分别对展厅和展柜进行控制:展厅主要以满足参观人员的舒适要求为控制目的:展柜主要用来满足柜中文物保存的要求。展柜的温湿度控制方式主要可分为两种集中式和单体式。
1)集中式
“集中式”温湿度控制方式即采用恒温恒湿系统对空气进行温湿处理使其达到文物保存的要求,然后将达到要求的空气通过风管分别送多个展柜内来维持文物的保存环境。采用该系统的展柜的结构通常非常简单,便于制作.因此在各个博物馆中应用较多。但是该展柜存在两个缺点:内部的温度和湿度受展厅恒温恒湿系统的运行工况的影响非常大,一旦系统出现故障而运行不稳定或停止运行时,展柜内部的温湿度就会因此而发生剧烈的变化,这对文物的保存不利;并且为了同时进行温湿处理。展厅恒温恒湿系统采用的是耦台性较强的冷却除湿技术,该技术由于要先将空气冷却到露点温度以下来除湿,然后再加热使其达到所要求的温度。
2)单体式
将控制湿度和控制温度的系统同时装于单个的展柜中是“单体式”温湿度控制方式的基本形式。采用“单体式”温湿度控制方式的压缩机制冷展柜将温湿度控制系统内藏于展柜下部,该展柜能自动调节柜内温湿度,从而满足了不同文物所要求的恒温恒湿环境。

单体式恒温恒湿展柜特点:
展柜恒温采用小型恒温机与展柜相连,形成一个封闭的微循环系统,采用压缩机技术,利用制冷剂液化放热汽化吸热原理,为温度控制提供冷热源,由恒温机控制系统根据需求自动计算控制循环空气温度,使展柜温度达到动态平衡。
制冷压缩机在蒸汽压缩式制冷系统中,把制冷剂从低压提升为高压,并使制冷剂不断循环流动,从而使系统不断将内部热量排放到高于系统温度的环境中。制冷压缩机是制冷系统的心脏,制冷系统通过压缩机输入电能,从而将热量从低温环境排放到高温环境。制冷压缩机的能效比决定整个制冷系统的能效比。由于环境温度是经常变化的,故压缩机大部分时间是处于部分负荷状态,因此压缩机要具有能量调节。
制冷压缩机的基本性能参数
1、实际输气量(简称输气量)
在一定工况下, 单位时间内由吸气端输送到排气端的气体质量称为在该工况下的压缩机质量输气量。
2、容积效率
压缩机的容积效率是实际输气量与理论输气量之比值,它是用以衡量容积型压缩机的气缸工作容积的有效利用程度。
3、制冷量
制冷压缩机是作为制冷机中一重要组成部分而与系统中其它部件,如热交换器,节流装置等配合工作而获得制冷的效果。因此,它的工作能力有必要直观地用单位时间内所产生的冷量——制冷量来表示,单位为匹它是制冷压缩机的重要性能指标之一。制冷剂在给定制冷工况下的单位质量制冷量;根据标准规定,吸气工质过热所吸收的热量也应包括在压缩机的制冷量内。
4、排热量
排热量是压缩机的制冷量和部分压缩机输入功率的当量热量之和,它是通过系统中的冷凝器排出的。这个参数对于热泵系统中的压缩机来讲是一个十分重要的性能指标;在设计制冷系统的冷凝器时也是必须知道的。
5、指示功率和指示效率
单位时间内实际循环所消耗的指示功就是压缩机的指示功率Pi,单位为kw, Wi——每一气缸或工作容积的实际循环指示功,单位为J。制冷压缩机的指示效率hi是指压缩1kg工质所需的等熵循环理论功与实际循环指示功之比。它是用以评价压缩机气缸或工作容积内部热力过程完成的完善程度。
6、轴功率、轴效率和机械效率
由原动机传到压缩机主轴上的功率称为轴功率Pe,单位为kW,它的一部分,即指示功率Pi直接用于完成压缩机的工作循环,另一部分,即摩擦功率Pm,单位为kW,用于克服压缩机中各运动部件的摩擦阻力和驱动附属的设备,如润滑用液压泵等。
7、 电功率和电效率
输入电动机的功率就是压缩机所消耗的电功率Pel,单位为kW。电效率*是等熵压缩理论功率与电功率之比,它是用以评定利用电动机输入功率的完善程度。
8、性能系数
为了最终衡量制冷压缩机的动力经济性,采用性能系数COP(Cofficient of performance),它是在一定工况下制冷压缩机的制冷量与所消耗功率之比。
恒温机性能及参数:
1 电脑全自动控制:柜内温湿度数据,工作状态及年月日时间动态PLC屏幕显示。 2 能查询柜内温湿度的历史数据。 3 控温控湿,抑制虫霉滋生,防虫蛀,防霉变。 4本恒温恒湿展柜能快速达到所设定范围内的温度和湿度,是本设计的核心部件,属无氟利昂绿色环保产品,噪音低,功效高,等优点。 5 采用双层钢板结构,内涂防磁材料,密封性能好,防磁性能好。 6 操作简单,使用方便,容易维修。
性能指标
1 温控范围:18℃~26℃可按用户要求自行设定),温控精度:±0.5℃; 2 湿控范围:30%~70%(可按用户要求自行设定),湿控精度:±1.5%。 3 额定电压:AC220V±10%/50Hz 4 功率:500~700W
液晶操作面板TD400C

TD 设备是一种高级的人机界面(HMI),使操作员或用户能够与应用程序进行交互。
S7-200/TD 设备是一种小型紧凑型设备,为与 S7-200 CPU 进行界面连接提供了必需的组件。
TD 设备允许进行下列操作:
组态一组层级用户菜单,为与应用程序交互提供了另一种结构。
组态TD 设备,使其显示由S7-200 CPU 中特定位触发的报警或消息。使用TD400C,可以查看、监视和更改您应用程序固有的过程变量。
TD400C 是一个2 行(大字体)或4 行(小字体)的文本显示设备,可以与S7-200 CPU 连接。
TD400C 为背光液晶显示(LCD),分辨率为 192×64
TD400C 既可以通过TD/CPU 电缆从S7-200 CPU 获得供电,也可以由单独电源进行供电。
TD400C按键功能:

 

通电后进入如下界面:

 

启动设备按F1键,停止按F2键,参看及修改参数按F3键。按F3键显示如下:
通信口
Com1:无线通讯接口
Com2:液晶操作面板接口
二、成果应用情况:
目前该设备已经被广泛应用于博物馆行业的环境监控,对博物馆行业文物预防性保护起到了促进作用。该设备自研发以来,为首都博物馆2014年底举办的凤舞九天展览提供了稳定的合适的温湿度环境,为湖南、湖北、安徽等地的竹木漆器的安全提供了保障,是该设备应用的成功典范。
三、课题组成员人员介绍
刘树林:男,1955年出生,籍贯河北武清,大学本科,研究馆员。原首都博物馆文物保护中心主任(2015年9月退休),任东城科学技术委员会委员。兼任中国文物修复委员会副秘书长,中国博物馆学会保管专业委员会副秘书长,北京博物馆学会保管专业委员会常务副主任等职务。刘树林同志1979年12月起在首都博物馆从事文物保管、研究、鉴定和保护工作。1989年—1996年任保管部主任, 1996年6月起任文物保护中心主任。先后承担《馆藏元、明、清瓷器展览》、《北京文物精品展览》、《中国茶文化展览》等国内外展览提纲的编写及文物鉴选工作。参加《古玩鉴定与辨伪》、《官窑名瓷》、《青花名瓷》、《首都博物馆藏瓷选》和《中国美术全集、陶瓷分卷》等书部分章节及词条的撰写工作。主持完成4000余件文物修复和保护工作。多次参加国际、国内学术研讨会,并提交学术论文,发表研究论文近20篇。其中《大都城青花瓷及元青花瓷外销》、《古瓷辨伪》、《北京琉璃窑考辨》、《博物馆藏品温湿度环境控制方法探研》、《文物修复和保护技术标准化的探讨》、《充氮降氧技术在文物害虫防治工作中的应用研究》、《北京孔庙石质文物的现状及保护探研》、《延缓聚乙二醇吸湿和氧化速度的研究试验》、《空调系统造成的室内空气微生物污染与对策》和《文物修复工作探研》等收录于各种学术论文集和学术刊物中。
何海平:男,1976年出生,副研究馆员,北京大学考古文博学院博士后, 2008年北京市科委科技新星计划入选人员。2005年7月进入首都博物馆工作,现任首都博物馆文物保护修复中心总工程师。主要从事过的研究工作有铁质文物脱盐清洗及封护研究、文物保存环境研究、石质文物保护研究、古书画科学分析研究、金银器保护研究等。发表论文30多篇,出版专著《北京孔庙进士题名碑病害及防治技术研究》一书,与他人合著著作有《铁质文物脱盐清洗及封护研究》、《文物养护工作手册》、《河北滦平博物馆金属文物修复报告》、《金石杂项类文物修复》等。
倪炎: 性别:男  出生日期:1985.8.10 政治面貌:群众 现居地:北京 2007年7月毕业于北京联合大学应用文理学院历史系,历史学学士学位。2008年1月进入首都博物馆文物保护修复中心,负责馆内温湿度及空气环境的检测。日常检测本馆馆内展厅及库房的温湿度,并将数据录入系统。按照各类文物的保存环境进行排查,如有不符合条件的及时与相关部门联系,第一时间保证文物保存环境的安全。每个月都对各展厅进行空气质量的环境检测,检测内容包括甲醛、甲苯、二甲苯、VOC、可吸入颗粒物等,确保展厅的环境达到国家的室内环境标准,对参观游客无伤害。2009年参与北京市科委课题《馆藏文物温湿度控制关键技术研究》,课题研发了一套可移动环境检测设备,对博物馆环境监测起到了积极作用。在对馆内环境检测的同时,还参与青铜器及其他金属文物的修复与保护工作,于2011年调入文物保护修复中心青铜杂项组,并出任组长。主要负责馆内金属文物的修复与保护,临时展览上展文物的修复。除修复本馆内文物,还帮助其他博物馆进行修复与保护工作,如洛阳博物馆、河北滦平博物馆、云南个旧市锡都博物馆及赤峰博物馆等,至今修复文物百余件。期间发表关于青铜器修复与保护论文4篇。
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