檔案館環境監測與控制系統架構設計及應用效果

羅明書

摘? 要：本文結合檔案館館藏及保存環境的需求特點，提出可行的環境監測及控制系統架構并在北京科技大學檔案館安裝帶凈化功能的新風換氣環境控制系統。該系統由智能控制器控制，依據空氣質量監測信號自動運行。通過對溫濕度、顆粒物、TVOCs等環境參數的監測，驗證該方案的可行性。

關鍵詞：檔案館;環境監測;控制系統;架構設計;新風換氣

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

各種載體檔案均需要保存在適當的溫度和相對濕度范圍內。[1][2]減少空氣中的各種污染成分，如二氧化碳、顆粒物、總揮發性有機物等對各種檔案材料的損害，[3]應保持檔案庫房內的空氣潔凈度。[4]

《檔案館建筑設計規范》（JGJ 25-2010）中對檔案館的建筑設計、防火設計、檔案防護、建筑設備等方面的設計方法做了嚴格的規定。但是，檔案館所處的氣候環境總是在不斷變化，必須實時掌握環境質量變化規律，以做好檔案文獻的預防性保護。[5]

1 檔案館環境監測需求及措施

由于技術能力的限制，目前監測儀器還無法對所有的環境因素進行監測，可以實現連續監測的指標有溫濕度、光照、二氧化碳、顆粒物、總揮發性有機物（TVOCs）等。

溫度傳感器主要有熱電偶和熱電阻兩種形式。熱電偶一般用于0℃以上的中高溫測量，熱電阻中的鉑熱電阻的測溫范圍一般為-200～800℃。北方地區的檔案館可能出現0℃以下的情況，因而鉑熱電阻比較適用。鉑熱電阻的測量精度對檔案館環境控制影響不是很大，精度等級為B（誤差≥0.3℃）的鉑熱電阻一般可以滿足要求。

工程上常用的濕度測量方法有干濕球溫度傳感器法和基于各種濕敏元件的傳感器法。鑒于保存檔案的環境不宜有液態水出現，推薦優先使用濕敏元件傳感器。

照度傳感器以光電效應為基礎，將光信號轉換成電信號。選擇照度傳感器的關鍵是根據保存檔案環境的光線情況選擇合適的量程。如果有陽光直射到保存環境，需選擇量程在10000lux以上的傳感器。如果只有人工照明，量程在2000lux以下即可。

二氧化碳傳感器的工作原理主要有非色散紅外（NDIR）和電化學兩種，可將響應時間作為選型的主要依據。NDIR原理的二氧化碳傳感器不需要預熱，響應時間一般在一兩分鐘內。電化學原理的二氧化碳傳感器需要有2～5分鐘的預熱時間，優點是比較便宜。

目前市場上主流的TVOCs傳感器按原理可分為半導體原理和光離子氣體傳感器（PID）原理。半導體原理TVOCs傳感器的價格便宜、響應快、穩定性好、壽命長，但是靈敏度較低。PID原理TVOCs傳感器靈敏度高、抗干擾能力強、動態范圍大、精度高，更適用于檔案館這類TVOCs濃度不高的環境場合。

2 檔案館環境監測及控制系統架構設計

2.1 環境監測系統

檔案館的環境監測可參考物聯網的技術架構，組成適合檔案館的環境監測系統。

對環境連續采樣的各種傳感器經A/D轉換后，經過有線或無線網絡將數據上傳。RS-485串行總線通訊協議有線傳輸技術具有抑制共模干擾的能力，傳輸距離為幾十米到上千米，在允許布線的條件下可優先考慮。如有無法提供24小時連續供電情況，或者地點位置分散，可采用電池式自動記錄儀對檔案保存地點的溫濕度、光照、空氣質量等進行監測。可選擇的近距無線通信技術有LoRa、Zigbee、WIFI、NB-IOT、藍牙等。需要人工采樣檢測的參數可依靠手工錄入至數據管理平臺。最終形成的檔案館環境監測系統完整架構如圖 1所示。

2.2 環境控制系統

檔案館新風換氣系統可控制檔案館環境的溫濕度，并通過氣體交換稀釋館內有害氣體的濃度。如果館藏環境內的污染物濃度較高，可以在館內另外部署相應的凈化機來輔助控制。應注意的是，凈化機往往只對一種或幾種污染物有效，如顆粒物凈化機、TVOCs凈化機、微生物凈化機等，需要有針對的選用。

3 應用探討

北京科技大學檔案館成立于1997年，館舍總面積619㎡，庫房面積436㎡，庫房全部安裝7～8層密集架，密集架總容積610m?且使用率超過80%。根據館藏利用較多、人員出入頻繁，庫房空氣成分和溫濕度波動劇烈等情況，采用了具有凈化功能的新風換氣方案。

根據氣流組織，將檔案館館舍分成辦公區、服務大廳、庫房1、庫房2四個分區。其中辦公區采用壁掛式新風凈化機，新風直接送入室內，其余分區的新風凈化設備安裝在庫房吊頂內，通過送排風管路進入庫房內。按照《檔案館建筑設計規范》（JGJ 25-2010）、《信息與文獻圖書館和檔案館的文獻保存要求》（GB/T 27703-2011）、《室內空氣質量標準》（GB/T 18883-2002），每個分區的設計新風量為 3次/小時。控制系統為智能控制器，設備依據空氣質量監測信號自動運行。

為驗證系統實施效果，針對上述分區的室內空氣環境質量進行了現場檢測，采樣季節為6月份。每個分區內安排多個采樣點，在不同的時刻進行重復采樣，內容包括溫度、濕度、顆粒物和TVOCs。溫濕度采用美國TSI 9545風速溫濕度計測量，顆粒物采用美國TSI AeroTrak 8220測量，TVOCs采用安捷倫氣相色譜儀7820測量，以甲苯定量。

檢測結果如圖 2、圖3、圖4、圖5所示。其中溫度最高在26℃左右，濕度最高不超過60%，符合標準GB/T27703和GB/T18883中的要求。各房間PM2.5的濃度均值在0.02～0.04 mg/m?之間，最高值不超過標準中規定的0.075 mg/m?。TVOCs的濃度均值在0.2～0.4 mg/m?之間，最高值不超過標準中規定的0.6 mg/m?。其中兩個庫房的TVOCs濃度比辦公區和大廳略高，說明庫房中存在TVOCs散發源。若想進一步降低濃度，可考慮加大新風量或者采用效率更高的凈化設備。所有參數都在標準規定的安全范圍內波動，不會危害檔案及人員的安全和健康。

參考文獻：

[1]黃莉.河南省檔案局新建檔案館消毒系統的建設[J].檔案管理，2016（01）：74-75.

[2]姚家豐，鄧松典.檔案館專用中央空調機組的研制與功能剖析[J].檔案學通訊，2005（01）：67-69.

[3]徐衛紅，王慶偉.新型檔案館中央空調環境下檔案保護體系的研究[J].蘭臺世界，2017（17）：31-35.

[4]趙文山.檔案庫房的空氣凈化[J].中國檔案，2004（10）：44-45.

[5]時曉東.檔案的防火、防霉與空氣凈化[J].檔案學通訊，2005（04）：62-63.

（作者單位：四川大學檔案館? 來稿日期：2020-05-26）