新型档案馆中央空调环境下档案保护体系的研究

徐卫红 王庆伟

（沈阳市档案局沈阳110004）

新型档案馆中央空调环境下档案保护体系的研究

徐卫红 王庆伟

（沈阳市档案局沈阳110004）

对目前国内省、市档案馆中央空调系统技术和运行进行了调研，对档案库房的档案保护技术指标进行了分析评价，通过对中央空调系统技术和设备的分析和研究，提出了档案馆中央空调环境下档案保护体系的建设。对普通档案库房和新型载体档案库房温湿度控制技术进行了分析研究，对准恒温、恒湿空调的结构进行了研究，对冷媒除湿单元结构进行了技术设计。对档案库房中央空调系统的空气净化单元进行了研究和设计，对档案库房中央空调系统有害微生物消毒进行了分析与设计。提出了档案库房环境监测平台的建立，对空气中悬浮物粒子检测原理方法和有害微生物检测原理方法进行了分析研究。

中央空调档案保护

近几年，大多数省、市档案馆都安装了中央空调系统，尤其发达地区的档案馆，安装了更为先进的中央空调系统。多数档案馆按照《档案馆建设设计规范》和“五位一体”的功能要求进行设计和建设，在封闭式档案库房环境下，影响档案实体技术保护的因素是温度、湿度和空气质量，中央空调环境下档案库房的温度、湿度的精准控制和空气的净化与消毒，是档案馆档案保护体系建设的核心。

一、研究中央空调系统环境下档案保护体系的意义

中央空调系统技术的发展，使其在档案库房管理的档案保护中发挥了更大的作用，围绕温度、湿度的调控和送新风，中央空调系统的功能逐渐成为治理性档案保护手段。为了更好地发挥中央空调在档案库房档案保护中的作用，研究中央空调系统环境下档案库房温度、湿度、空气质量控制和空气消毒，建立档案保护体系，对于预防性档案保护起到积极的作用。

目前档案馆中央空调系统存在的问题：（1）各省市档案馆中央空调项目缺乏档案技术保护专业论证，中央空调系统技术性能达不到档案保护技术要求。（2）由于档案馆各功能区的环境要求存在特殊性，一些档案馆中央空调系统技术指标达不到档案保护技术要求。（3）很多空调系统的温度、湿度控制达不到档案馆档案库房的要求，对各种档案库房特点下的去湿和加湿专业方法的选择和控制缺乏研究。（4）一些档案馆档案库房送新风的净化单元没有档案保护专业的特点，空气质量和抑菌指标达不到档案保护要求。（5）中央空调系统缺乏档案专业的净化和消毒单元，灰尘、有害气体及有害微生物会对库房档案造成破坏。

二、普通档案库房温湿度环境条件控制的技术分析

根据《档案馆建筑设计规范》规定，我们提出了“普通档案库房温湿度环境条件控制技术”和“新型载体档案库房准恒温恒湿空调系统技术”两个档案库房档案保护型空调的概念和模式。

普通纸质档案库房温度要为14—24℃，相对湿度45—60%，因为指标要求的控制范围较大，这样的温、湿度环境对于中央空调的实现相对容易。由于档案保管要求的温度、湿度范围较大，绝对值也是中央空调标准控制的技术范围，因此纸质档案库房中央空调调控的关键是有效的加湿、去湿，使温度、湿度调控变化相对平稳。

普通档案库房空调机组结构图

1.空气温度的控制。空气加热时中央空调系统热源是由换热器热水提供的，由热源阀门控制，将热水通过管路送入空调机组。空气在加热过程中温度升高，含湿量没有变化，相对湿度降低，比焓增加。室内温度传感器T测得温度信号输入温度控制器TC，实测温度与设定温度值进行比较，向调节阀发出相应的控制信号。控制方式有两种，一种是开—关式，另一种是是无极控制。控制加热的方法：（1）通过热水调节阀的调节，控制进入表冷器的热水流量，从而达到调节加热量的效果；（2）通过调节变风量风机的风速，控制风量达到加热量。

中央空调空气制冷的冷源是冷水机组蒸发器产生的冷水，冷水通过管路送入空气处理机组内的表冷器或末端风机盘管，由风机输送的风通过盘管，使空气温度降低。空调机组中空气表冷器空气冷却过程视表冷器表面温度与所处理空气露点温度之间的关系不同而不同，冷水温度高于处理空气的露点温度，冷却过程为干冷却性质，冷水透过表冷器使其表面的温度低于处理空气露点温度，冷却过程即为减湿冷却过程。

2.空气湿度的控制。空气加湿器的工作原理、结构、形式不同按作用效果分，可以分为两类：等温加湿型和等焓加湿型。干蒸汽加湿器、电极加湿器、电阻属于等温加湿型。高压喷雾加湿器、离心式加湿器、超声波加湿器、湿膜加湿器，属于等焓加湿型。一般采用循环水湿膜加湿，循环水湿膜加湿属于等焓加湿，加湿效率高，湿度饱和性高，湿度容易控制，被普遍采用。

中央空调通过两种方法实现，一种是一般制冷模式下除湿，一种是制冷——升温——制冷模式下除湿。一般制冷模式除湿是任何空调器都具有的模式，因为中央空调冷水温度设计为6—8℃，这个温度低于一般潮湿空气的露点，潮湿空气通过中央空调蒸发器（表冷器）后温度会下降，空气湿度处于一种过饱和状态，多余水汽以冷凝水的形式析出，凝结于表冷器的翅片上，也就是“凝露”，等到制冷模式达到一定的平衡状态，空气湿度也就降到了一定的水平。普通档案库房去湿幅值大，湿度在45%—60%，用电器元件加热可以达到要求。除湿单元的结构可以设计为前级表冷器，后级电热元件。

三、新型载体档案库房准恒温恒湿空调系统的技术分析

按照《档案馆建筑设计规范》和实际档案馆档案库房设置要求，缩微胶片和电影胶片及照片底片存放于胶片档案库房，录音录像磁带、计算机磁盘、光盘等磁性载体档案存放于磁性载体档案库房。这些特殊载体档案库房保管档案的温度和湿度条件要求较为严格，并且要求24小时内变化范围幅度相对平稳，温度不大于2%，湿度不大于5%，这样的温湿度条件我们定义为中央空调准恒温恒湿条件。

1.准恒温恒湿空调的结构和焓湿图特征分析。准恒温恒湿空调核心设备在于空调机组的结构，空调机组由回风混合室、粗效过滤器、预加热器、冷水表冷器、热盘管段、送风机段、均流段和中效过滤器组成。露点温度传感器安装于回风混合室，露点温度传感器与DDC现实控制器相连。冷却盘管有两路水管，一个进水管和一路出水管，热盘管也有两路外接盘管，一进一出，冷却盘管和热盘管控制空调的升温和降温。准恒温恒湿空调的湿度控制要求冷却盘管排数多，以便深冷除湿，露点温度控制稳定。

准恒温恒湿空调机组结构图

从相应的焓湿图可知，夏季工况下，固定最小新风量W1与一次回风N混合得到状态点H1，表冷器的热水对空气加热，电极加湿器对空气进行加湿。冬季工况下，固定最小风量W2与一次回风N混合后获得状态点H2，表冷器流经的是冷水机组供给的冷水，表冷器降温去湿至机器露点温度L，然后再经加热段进行加热，达到送风参数，送入房间。

准恒温恒湿空调机组焓湿图

夏季空气处理过程及其湿度控制方式，关键是露点控制，尽管在表冷器后并未设置包括露点温度控制器在内的专门的露点温度控制环节。由于表冷器和冷媒系统的蒸发器无法像冷水表面冷却器那样易于控制，只能通过回风室内的露点传感器进行宏观控制。通过将表冷器的排数增加，加入冷媒除湿的蒸发器，可以将机器露点温度控制在回风除湿的露点。

2.准恒温恒湿空调的技术分析。

（1）准恒温恒湿空调的加热和加湿控制。冬季空调系统处于加热和加湿工作状态，空调系统和自控系统处于加热和加湿状态。换热站工作，换热站热水通过阀门、管道进入库房空调机组的表冷器。库房室内干球温度传感器T和相对湿度传感器M测得的实际值低于系统设计值，传感器将测量值传给空调机组的空调显示控制器DDC，温度、湿度实测值与设计值比较，DDC输出温度、湿度变化信号，加温是通过两种方式实现的：一是DDC输出信号给热水三通控制阀门，通过电流或电压变化的幅值控制热水流量，加热通过表冷器的空气；二是DDC输出变化信号给变频风机，变频风机通过输入电压的变化控制风速，通过流过表冷器风量的多少控制库房空气加热的多少。DDC湿度变化控制信号启动空调机组的加湿器阀门，加湿器进行加湿，加湿传感器不断的测量相对湿度，DDC持续精确控制加湿器，一般使用等温加湿器干蒸汽加湿器、电极加湿器进行加湿。干蒸汽加湿和电极加湿是等温加湿，适合恒温恒湿型空调加湿。

（2）准恒温恒湿空调的降温除湿控制。在恒温恒湿空调夏季中央空调系统库房温度和湿度高于设计值，中央空调系统处于降温和除湿状态。冷水机组开始运行，冷水机组的蒸发器产生6—7℃的冷水（冷水机组的冷水温度是由冷水机组设计值决定）。冷水通过系统阀门进入系统，冷水通过加压泵进入送入各个空调机组单元，从空调机组流出的升温的冷水经过系统回到冷水机组的蒸发器再冷却。降温是控制冷水流量和变频风机风量来实现的，通过控制冷水阀控制冷水流经空调机组的表冷器的流量，通过控制变频风机的变风量调整空气温度的调整。

中央空调深冷除湿是将冷水机组冷水温度设计在5—7℃，空调回风经过表冷器进行深度冷却，冷却的温度低于室内空气露点，在表冷器表面凝结渗出大量的水，通过除湿的空气持续温度降低，除湿效果持续减弱。在表冷器与风机之间设计安装电子加热单元，将持续除湿的低温空气加热，加热了的相对低湿度的空气进入库房，通过与库房空气湿度交换，空气的相对湿度增加。吸收了库房空气的水蒸气的空气通过回风管道被送入空调机组冷却降温和除湿，除湿以后继续加热升温，这样深冷冷却降温除湿——加热升温增湿——深冷冷却降温除湿的过程实现了档案库房的降温除湿。

（3）冷媒除湿单元结构设计。特殊载体档案库房中央空调系统降温除湿的另一种方法是冷媒除湿。冷媒除湿的设备结构是在空调机组外辅助设计安装独立冷媒压缩机制冷加热单元，冷媒压缩机制冷加热单元是一套完整的制冷剂压缩机系统，压缩机运行制冷剂在蒸发器制冷，在冷凝器散热。将冷媒压缩机系统的蒸发器和冷凝器用管路安装于空调机组中，蒸发器安装于原空调机组的表冷器后面，冷凝器安装于原空调机组的风机前面。新安装的冷媒压缩机设备制冷量和散热量相等，冷媒压缩机系统没有带来热量的增加。由于冷媒压缩机蒸发器表面的干球温度设计温度远远低于室内空气露点，空调机组的回风通过冷媒压缩机系统的蒸发器和冷凝器后，经过了一次除湿和加热过程，空气中的含湿量降低，空气得到了除湿。

四、档案库房中央空调送风系统的空气净化设计

经过本次课题在调研和资料收集的基础上，进行了认真的研究，设计出档案馆中央空调系统新风机组的空气净化单元的技术设计，净化单元在新风口和回风之间，设计有初效、中效和高效空气净化层。

1.初效净化层结构。由袋式集尘过滤器构成，位于新风机组的风口，过滤材料有无纺布、玻璃纤维等，边框有冷板喷塑、镀锌板等形式，过滤粒径大于5um，过滤效率60—95%，放置于中效空气过滤器的前端，主要过滤新风中大于5um的颗粒物质。

2.中效净化层结构。中效净化层由电子高压除尘层和低温等离子净化层组成，位于初效净化层和高效净化层之间。电子高压除尘层，运用电流型PWM高频变换技术，可使集尘器在负载灰尘的情况下，能较好集尘和集菌。（1）电子集尘器能吸附小于5um以下灰尘颗粒和有害微生物。其核心部件是一体化圆柱形静电场，核心部件为蜂窝状圆孔通道静电场金属圆管排列成蜂窝状，由负电极的金属板连接。针状电极位于金属圆管的轴心线上。（2）低温等离子净化与杀菌层，由电离区组成，电离区由放电极（电离丝）和电极组成。在放电极上加直流高压电（正电压），放电极表面就产生电晕放电，产生等离子，等离子体中包含大量的高能电子、正负离子、激发态粒子和具有强氧化性的自由基，与有害气体分子发生化学反应，最终生成无害产物。

3.高效净化层结构。高效净化层位于送风净化单元的最末端，由空气净化活性炭层组成。空气净化活性炭的生产过程：将优质果壳放入炭化炉预热，用450℃—500℃高温加热，提供空气助燃，然后进入冷阶段，炭的结构为石墨状六角形微晶。活性炭是一种由含碳材料制成内部孔隙结构发达、比表面积大、吸附能力强的一类微晶质碳素材料，使活性炭拥有了优良的吸附性能。由于分子之间拥有相互吸引的作用力，当一个分子被活性炭内孔捕捉进入到活性炭内孔隙中后，由于分子之间相互吸引的原因，会导致更多的分子不断被吸引，净化处理空气中的有害化学物质苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯、氯乙烯等物质，强力杀灭被吸附的病菌。

五、档案库房中央空调系统有害微生物消毒的分析与设计

中央空调系统环境的消毒的分析研究应该从两方面考虑，一个是选择适合空气媒介微生物消毒的有效消毒机理及方法，另外要考虑选择的消毒机理和方法用怎样的方式和结构具体实施。我们研究设计了档案库房中央空调消毒单元的设计，消毒单元由臭氧、紫外线及光催化光触媒消毒方法构成的组合型消毒单元，由紫外线消毒层和光催化光触媒消毒层两个单元层组成。

1.紫外线光源。用于消毒的紫外线灯在电压为220V、环境相对湿度为60%、温度为20℃时，辐射的253.7nm紫外线强度不得低于70uW/cm2，功率30W直管紫外线灯进行消毒。采用等级品的石英玻璃管，以期得到满意的紫外线辐照强度，紫外线消毒灯配用对紫外线反射系数高的材料制成的反射罩。用活性碳纤维做成金属网层，和紫外线配合使用，将空气中的有害卫生进行拦截与吸附，因为紫外线杀灭霉菌等有害微生物需要足够的照射时间，才能达到完全杀死。

2.电子加热网。电子加热网是由低功率电阻丝做成的金属网，它的工作时间间隔较大，一般设计成25天加热一次，由自控系统设定并操作。电子加热网的功能是定期为活性碳纤维进行加热，使活性炭纤维的空隙张开，释放被吸附的微生物残骸，提高活性碳纤维的吸附效率，提高紫外线灭菌效率。

3.光催化、光触媒：通过紫外线照射和激活纳米二氧化钛金属网，产生游离电子及电子空穴，生成极强的光氧化还原功能，可氧化分解各种有机化合物和部分无机物，破坏细菌与病毒的细胞膜和固化病毒的蛋白，摧毁它们的RNA和DNA，将其杀死并分解成二氧化碳和水。在光催化反应过程中，首先在纳米二氧化钛表面产生电子和电子空穴，电子空穴将附着于二氧化钛表面的水氧化，转变成氢氧自由基；而电子将空气中的氧还原，使其变成超氧化离子。氢氧自由基与超氧化离子将纳米二氧化钛表面的有机化合物氧化分解，有机化合物的中间体的原子团与氧分子产生原子团连锁反应，最后被氧气消耗，被分解为水和二氧化碳。

六、档案库房环境监测平台的建立

为了真实了解档案库房的灰尘和有害微生物的浓度和含量，监督中央空调系统空气净化和空气消毒的效果，有必要对档案库房的环境进行准确的检测。对档案库房环境监测评估标准可以参照国家颁布的“GB50073-2001关于洁净室及洁净区空气中悬浮粒子洁净度等级”等技术标准。

1.空气悬浮物粒子计数器检测原理和方法。空气中的微粒在光的照射下会发生散射，这种现象叫光散射。光散射和微粒大小、光波波长、微粒折射率及微粒对光的吸收特性等因素有关。但是就散射光强度和微粒大小而言，有一个基本规律，就是微粒散射光的强度随微粒的表面积增加而增大。这样只要测定散射光的强度就可推知微粒的大小，就是光散射式粒子计数器的基本原理。粒子计数器测量原理实际上，每个粒子产生的散射光强度很弱，是一个很小的光脉冲，需要通过光电转换器的放大作用，把光脉冲转化为信号幅度较大的电脉冲，然后再经过电子线路的进一步放大和甄别，从而完成对大量电脉冲的计数工作。此时，电脉冲数量对应于微粒的个数，电脉冲的幅度对应于微粒的大小。

光学传感器的探测激光经尘埃粒子散射后被光敏元件接收并产生脉冲信号，该脉冲信号被输出并放大，然后进行数字信号处理，通过与标准粒子信号进行比较，将对比结果用不同的参数表示出来。仪器的测量参数设定、测量结果显示、按键、定时、打印、时间、日期、数据存储等均由内置微机（MCU）控制和实现，仪器可同时显示环境的温湿度并监测报告激光粒子传感器的工作状态。

2.空气中有害微生物检测原理及方法。空气中存在着细菌、真菌、病毒、放线菌等多种微生物粒子，这些微生物粒子是空气污染物的重要组成部分。空气微生物含量多少可以反映所在区域的空气质量，是空气环境污染的一个重要参数评价空气的清洁程度，需要测定空气中的微生物数量和空气污染微生物。

一般认为在5min内100cm3表面上沉降的微生物量，等于10m3空气屮的微生物数量。按此原则，对于空气屮含菌量常用的检查方法是：取麦芽汗（或米曲汁）琼脂平板及肉膏琼脂平板，放在待检环境中，打开皿盖放置5min，再盖上皿盖，将麦芽汁琼脂平板放入30℃温箱，肉膏琼脂平板放人37℃温箱分别培养，24h后观察菌落生长情况并计数。对于过滤无菌空气的检查方法是：先用75%酒精棉球将压缩空气的排气口进行消毒，使无菌空气排空1min，再用上述平板对准排气口1min； 11，盖上皿盖，置温箱中培养。

[1]周祖毅.空调工程设计理论与实践[M].中国建筑工业出版社，2015.

[2]张少军.变风量空调系统及控制技术[M].中国电力出版社，2015.

[3]中国安装协会通风空调分会.通风与空调工程施工技术案例[M].中国建筑工业出版社，2014.

[4]徐卫红，王庆伟.新型载体档案保护适宜条件的研究[C].档案事业科学发展:新环境新理念新技术——2008年档案工作者年会论文集（上册），2008.

10.16565/j.cnki.1006-7744.2017.17.06

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2017-05-24