文物保存湿度指标的确定方法及展柜温湿度控制技术研究(节选)

2016-06-21  作者: 侯华波 来源: 弘博网

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。人们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。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。

1.3.1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,通常都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。这一时期的人们还只是满足于怎样减缓外界环境对馆内的影响。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。

Lafontaine等学者提出在冬天采用恒湿器控制加热装置的方法来控制馆内的温湿度,避免了冷凝现象的产生,但是该控制方法提供的环境很显然不能达到人类的舒适要求,只适用于那些不对人开放的小博物馆或者保藏室。由于湿度调节装置经常发生故障导致馆内湿度非常不稳定,Barrette采用电动湿度调节装置,并增加了喷雾器,通过对冷却盘管喷雾来控制湿空气的露点以达到控制湿度的目的。shirey为佛罗里达州圣·彼得斯堡市的艺术博物馆的空调系统装上备用风机和备用通风管路,解决了该博物馆在空调系统停机时仍然运行的风机将管路中的湿气送入馆内而使馆内的湿度发生波动的问题,同时在冷却除湿的系统中加上热管来回收热量以改善除湿的效果,改造后的博物馆中每年能节省20%以上的费用。

此外,也有些学者在怎样同时满足人和文物的要求这一方面做过尝试。如Biroll等在某图书馆中采用地板辐射+地板送风强迫对流换热的HVAC系统,该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。文献也在某艺术展览馆中采用了辐射供冷(暖)+置换通风的HVAC系统。但是采用一套HVAC系统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。

1.3.2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。本文将重点阐述展柜的温湿控制方面的研究。目前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HVAC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入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HVAC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,HVAC系统采用的是祸合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,这一过程必然会造成能源大量的浪费。针对这两个缺点,相关机构对其进行了改造。芝加哥FieldMuseuln将调湿材料加入湿度控制模块中,利用调湿材料对空气进行“二次调湿”,使送入展柜内部空气的湿度保持在稳定水平,在一定程度上减少了能耗;德国汉堡的某博物馆将温湿独立控制技术应用于展柜的温湿控制系统,如图1一1所示,用“柜中柜”的展柜形式保存一张古地图,即设置双层玻璃,在玻璃夹层中循环流动恒温空气控制温度,柜内采用调湿剂控制相对湿度,从而使该地图保存在相对安全的恒温恒湿的环境中,同时也减少了系统的能耗,但是由于风管和展柜上侧连接,影响了展柜的布局和美观。

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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。目前采用“单体式”温湿度控制方式的展柜主要有两类:压缩机制冷展柜和热电制冷展柜。如国内某公司在吸收国外先进技术的基础上开发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,如图1一2所示。但是由于压缩机运行时的噪声不易消除,不适宜在博物馆展厅中大量安装。图1一3是Padfield设计的一个用来保存当年华盛顿总统的委仟状的热电制冷展柜系统图,展柜充分利用了热电制冷器的无噪声、无摩擦、可靠性高、寿命长和维修方便等优点,将其小型化后,可作为便携式文物保护柜来使用。但是受热电制冷器制冷量小的限制,热电展柜通常只能用于保存体积较小的文物,同时它的耗电量也较大,在一定程度上也限制了它的应用。

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