博物馆空调设计方案与维护保养
博物馆空调设计方案：
博物馆的功能包括文物保管、文化教育宣传和科学研究。文物是博物馆一切活动的基础，保护文物是博物馆的重点工作。馆藏文物反映着某个历史时期有关社会历史的发展，具有特别重要的历史、艺术和科学价值。一般馆藏文物按照材质大体分为5类：金属类，如青铜器、金银器；硅酸盐类，如陶器、瓷器、玻璃器等；岩石类，如石器、化石、泥塑等；动植物材料类，如纸张、纺织品、皮革等；其他类，如照片及胶片等。它们对环境要求各不相同。
由于文物的特殊价值，且品种众多，如何在修复、保存、展出等环节保护好文物，是博物馆的重要功能，是博物馆的价值所在。博物馆文物保存场所的温度、相对湿度、空气污染物、噪声、微振动、生物损害等方面都需要严格控制，温度和相对湿度的控制是暖通设计的要点及难点所在。
JGJ66-91《博物馆建筑设计规范》对不同种类文物规定冬季温度不应低于10℃，夏季温度不应高于26℃；相对湿度40％～60％。此规范对空调设计而言难度不大，但这是1991年颁布的规范，实践证明已经不能满足现代博物馆的要求。2007年，有关部门编写的《博物馆藏品保存环境试行规范》则对藏品保存场所（主要指展厅、修复室、藏品库）的保存环境提出了严格的要求，博物馆的空调设计面临着挑战。本方案对成都博物馆新馆的空调系统进行简要介绍。
１ 工程概况
笔者设计的成都博物馆新馆（见图１）位于历史文化名城成都市核心区域天府广场的西侧，与省图书馆、省美术馆、省科技馆、锦城艺术宫等建筑共
同围合天府广场，奠定了成都市文化中心区域的空间格局。新馆占地面积10742m2，总建筑面积64945m2，其中地上建筑面积40218m2，地下建筑面积24727m2，建筑最高点为46.88ｍ。建筑主要功能为城市博物馆，功能分区为公共活动区、展陈区、文物库区、综合服务区、社会教育区与公共互动区、业务科研区、行政办公区等，附设学术报告厅及配套设备用房等。四川是我国文物大省，成都博物馆的藏品达到数十万件，其中不乏珍贵文物，已有展馆的面积和自然环境已经不能满足文物收藏和展出的需求，甲方对新馆建筑寄予了极高的期望。
图１ 成都博物馆新馆鸟瞰
2 空调设计参数的确定
在成都博物馆项目设计前，通过考察山西、河南、广东及湖北等地的博物馆的空调运行情况，发现各博物馆对空调的要求区别较大，而且与《博物馆藏品保存环境试行规范》中的要求也不尽相同，如何合理确定成都博物馆新馆的空调设计参数成为了需要最先确定的问题。各博物馆主要区域空调设计参数见表1，2。
从表1，2可以看到，这几家博物馆的文物库的空调系统对温湿度精度进行了控制，因为文物库均为封闭空间，只要设计为恒温恒湿空调系统，其空调精度是容易达到的。
对展厅的空调温湿度要求，各博物馆存在较大差异，这可能与JGJ66--91一直未修编有关。调研中发现，某个博物院全部展厅空调系统均采用四管制全空气双风机系统送风，温度精度控制在±2℃，相对湿度精度控制在±5％，经过多年的实际运行，空调系统能满足展陈的要求，文物得到合理保护，但因其控制精度过高，空调运行成本较高。而某些博物馆展厅采用两管制空调系统，使用中湿度无法有效控制，尤其该馆内漆器数量较多，形式精美，长期处于湿度波动较大的环境内，文物会受到损坏。后来在设备层内设置了恒温恒湿机组，处理过的空气通过风管送到各个展柜，控制展柜内的温湿度，相对湿度控制在50％±5％范围内，满足了文物保护的要求。个别博物馆由于没有恒温恒湿临展厅，给临时接展带来一定难度。比如，有个博物馆当时正在展出意大利乌菲齐博物馆馆藏文物，由于正值高温高湿的季节，为满足藏品的湿度要求，只能在临展馆内临时增设了若干除湿机除湿，以满足展品要求。《博物馆藏品保存环境试行规范》规定对展厅内温度精度控制在±2 ℃，相对湿度精度控制在±5％，实际与文物库的温湿度精度控制要求相当，但因为展厅是开放的空间，是供人参观的场所，做到空间封闭几乎是不可能的，同时参观人员的数量不等，其走动、散热、散湿等均对温湿度的影响很大，在实际运行中很难保证如此高的精度。若必须保证展厅的温湿度精度要求，其代价过大，这也就是目前许多博物馆的展厅空调对温湿度未进行严格控制的原因。基于此，笔者认为，展厅的空调设计参数不能过高，也不能过低，而应与实际需求相适应。在成都博物馆设计中，与该馆的运行管理部门反复协商，分析文物藏品的实际需求，最终确定了空调设计参数，见表3。
3 冷热源及空调系统设计
根据室内设计参数计算空调冷热负荷，结果见表4。调研发现，博物馆文物库空调冷源与其他舒适性空调系统共用的方式存在很大隐患，运行初期还可以满足要求，但随着文物品种和数量的增加，个别博物馆文物库的温湿度就不能满足不同文物的需求，而且闭馆后舒适性空调系统关闭，集中冷源难以低负荷运行，致使文物库空调系统无法运行，文物难以得到保护，该博物馆的文保部门于近期不得不对文物库空调进行改造。
考虑到展厅和文物库房空调运行时间的不同，本项目将文物库区冷源与非文物库区分开设置，使各区域空调运行调节灵活，并达到节能的目的。文物库区空调冷源采用2台风冷冷水机组，单台制冷量为335KW。非文物库区考虑季节变化及参观人数变化的因素，采用两大一小水冷离心冷水机组，其中2台冷量为3516KW／台的离心机组，１台冷量为1758KW的变频离心机组，变频机组冷量为大机组冷量的50％，以保证系统冷量调节范围广，便于空调机组灵活使用，减少电力消耗。若文物库区冷水机组出现故障，非文物库区集中冷水机组可以作为文物库区空调的备用冷源，冷水供回水温度7℃／12℃。空调系统原理图见图2，3。
出于夏季除湿方面的考虑，博物馆的供热时间较长，在热源设计方面优先选择自设锅炉的方案，可以根据末端使用要求进行灵活调节，以保证四季可靠供热，并且节约运行成本。本项目采用2台容量为1400KW 卧式燃气热水锅炉及6台容量为400KW卧式燃气热水锅炉，产出95℃／70℃一次热水满足冬夏季博物馆空调使用。锅炉给水泵采用大泵加小泵的方式，冬季运行大泵，夏季及过渡季运行小泵，同时设置2台板式换热机组将95℃／70℃一次热水换为60℃／50℃二次热水供空调系统使用。热源配置原理图见图4。
展厅空调采取四管制组合式空调机组，冷水供回水温度7 ℃／12 ℃，热水供回水温度60℃／50℃，采用电极式蒸汽加湿方式，以保证±2℃的温度控制和±10％的相对湿度控制，空调风系统原理图见图5。新风与回风混合后经粗效过滤、静电中效过滤、表冷、加热、蒸汽加湿处理后送入展厅，展厅内气流组织为上送风下回风。在博物馆中，热源除冬季供暖外，在夏季对保持室内相对湿度的稳定起到重要作用，所以在热源配置时考虑了备用，即当锅炉热水系统出现故障时，以电加热器作为备用热源。
展厅内需要特别保护的文物放置在恒温恒湿展柜内，而大型木质展品等，因为不能设置展柜而对房间相对湿度有严格要求的，单独设置小房间，采取自带冷热源的恒温恒湿空调系统。文物库区空调系统采用四管制全空气系统，并尽量按文物库区分别设置空调系统，避免各库区之间的温湿度干扰。新风系统对于文物库区是非常必要的，既可以形成房间内正压以减少库区外的空气渗漏，又可保证库区空气的新鲜程度，但若新风不作预处理而直接由恒温空调系统处理，会造成室内温湿度的波动，所以设计时将文物库区空调系统新风集中处理后送入各组空调系统使用，这样既可以减少新风机组的数量，又可有效减少室外气温的波动对文物库的温湿度控制的影响。新风经粗效过滤、静电中效过滤、表冷、加热、电热式蒸汽加湿处理后进入组合式空气处理机组，与回风混合后经粗效过滤、中效过滤、表冷、加热、蒸汽加湿、电加热后送入库房，电加热器的作用是作为备用热源。排风机与回风机相匹配，从各系统的回风管中抽取排风，满足系统新风要求，空调风系统原理图见图6。库房内的气流组织为上送风下回风方式。
其他大空间区域如公共休息厅、多功能厅等设计为两管制全空气系统，新回风混合后经粗、中效过滤，表冷段（加热），湿膜加湿后送入房间，气流组织为上送风下回风方式，空调风系统原理图见图7。
博物馆空调系统的维护与保养：
1 冷却塔
1．1 冷却塔的维护
空调系统通过冷却塔向外界散热，我馆（山东博物馆）的冷却塔位于主体大楼的西南。了解冷却塔的工作原理后我们知道，冷却水回水在塔内同强风接触得以降温，降温的同时冷却水在冷却塔内不断被蒸发，而水中所含的杂质并没有被蒸发走，日复一日，杂质在冷水机组的换热管内不断沉积，造成管径变小，冷却水流量降低，更有甚者，影响到冷水机组的正常运行。所以在平日工作中应每天对冷却水进行加药处理，并排掉硬度大的污水。排污水点应选择在系统的最低点，每天定时记录水的硬度值以便决定排污水量和加药量。夏季空调运行时的冷却水系统温度很高，非常有利于藻类和菌类的生长，生物在系统中生长会腐蚀管路，菌类附在冷凝器的换热管上会形成粘污垢，加大热阻，影响冷水机组的制冷量，因此，还应定期加入杀菌剂。
1．2 冷却塔设备的保养
1) 定期给风扇轴承加注润滑油。
2) 保持皮带有良好的松紧度。
3) 定期清洗散热片和储水槽。
4) 冬季应定期运转冷却塔电机防止雪水进入并做好电机和轴承的防护。
2 锅炉
锅炉作为特殊设备，除了有其自身的维护保养制度外，还
应制定相应的应急预案。
2．1 锅炉的维护保养内容
1) 我馆锅炉系统为有可靠炉外水处理设备的锅炉系统，应每季度保养一次，并将保养情况记入记录表中。
2) 安全保护装置、控制记量仪表应该与锅炉设备一同进行保养。
3) 清除锅炉内部水垢、各部位积灰和烟垢，全面检查设备各部位状况。
4) 清扫水位表、压力表、锅炉进水管口的汽水通路和注水器内的水垢，检查安全阀、压力表的铅封，检修水位表时，同时检查水位表上下旋塞开关把手的方向是否正确。
5) 检查锅炉各受压元件是否有变形、裂纹、腐蚀、起槽缺陷，对检查出的缺陷进行记录，对影响运行的缺陷进行处理。
6) 检查水处理和给水设备，对泄漏的阀、异常水泵进行修理。
2．2 维护保养要求
1) 经维护保养后的锅炉设备内部应保持清洁，锅炉内水垢残存应符合规定。
2) 锅炉本体无裂纹、无严重变形，燃烧及气密状态良好。
3) 安全阀、水位表、压力表等附件作用灵敏可靠。
4) 锅炉本体及管道、阀门无跑、冒、滴、漏状况。
5) 炉排和各机械设备运转无异状、无异音。
2．3 锅炉应急预案内容
1) 成立以设备部经理、锅炉房骨干为成员的应急预案小组。
2) 锅炉房内配备合格的消防器材。
3) 做好日常锅炉的维护保养，确保备用锅炉随时投入使用。
4) 定期对锅炉压力表、安全阀、燃气报警器装置进行检修。
a．定期对锅炉安全装置进行手动试验，确保安全装置灵敏可靠。
b．对司炉工进行故障处理应急培训，确保故障处理程序可靠合法。
c． 保持通讯畅通，确保锅炉房主管故障逐级汇报制度，紧急情况下可越级直接汇报。
5) 应急程序
a．当锅炉出现险情，燃气大量泄漏时，各种电器设备、输电线路出现火险情况时，应先关闭锅炉气阀切断电源。快速向上级领导汇报，发生火灾时同时报警。
b．对外报警时要明确说明锅炉房所在地、火情大小。
c．根据火情具体情况，立即进行初期扑救。
d．应急领导小组立即组织抢险工作，统一部署、实施统一救援工作。
e．保护现场，协助专业部门进行火灾事故调查。
3 制冷机组
冷水机组是把整个制冷系统中的压缩机、冷凝器、蒸发器、节流阀等设备以及电气控制设备组装在一起，提供冷冻水的设备。针对我馆是设有冷却塔的水冷式制冷机组，特制订如下保养制度：
1) 检查主机气密性及对其内溶液取样分析。
2) 检查屏蔽泵及真空泵的电机电气性能是否正常。
3) 检查电源接地、电控箱绝缘性、保护装置和控制装置、液位探头、靶式流量开关、传感器、变频器等是否正常。
4) 机组中的冷凝器、蒸发器，每半年应进行1 次清洁养护，具体方法可以按照维护手册逐步进行，主要目的是清洁管道内部的水垢并把清理后的残液清洗干净。
5) 压缩机每年进行1次检测、保养。检测保养内容包括：检查压缩机的油位、油色。检查压缩机和各项参数是否在正常范围内，压缩机电机绝缘电阻正常，压缩机运行电流正常为额定值，三相基本平衡，并检查压缩机运转时是否有异常的噪声和振动，是否有异常的气味。通过各项检查确定压缩机是否有故障，视具体情况进行维修更换。
6) 利用机组在运行时进行抽真空，停机期间仍然要有专人每周检查机组真空情况，务必保持机组的高真空度。
7) 在停机稀释运行时，将冷剂水全部旁通入吸收器，使整个机组内溶液充分混合稀释，防止结晶和蒸发器传热管冻裂，为防止停机期间冷剂水在冷剂泵内冻结，停机前应使部分溶液进入冷剂泵。
4 板式换热器的保养
板式换热器是由一系列具有波纹形状的金属片叠合在一起的一种高效换热设备，板式换热器的板片之间形成矩形通道，水－水之间、蒸汽－水之间通过板片实现热量交换。板式换热器的保养应重点做到以下三方面的工作：
1) 定期给循环泵加注润滑油，检查并调整泵转轴与电机轴的同心度。
2) 热力系统使用期间应定期检查水的硬度，并将它控制在标准范围内。
3) 热力系统停止使用之后应全面检查和保养所有设备，检查压力表、温度计是否损坏，阀门是否严密，管路是否漏水；还应检查热交换器是否结碱，必要时应进行酸洗。
5 空调水管网的保养
在空调水管网系统中，由于腐蚀物、微生物、重碳酸盐等物质的存在。运行一段时间后会在机组的管道内壁形成污垢和腐蚀。随着污垢的增厚，水流阻力增大，热交换效率逐步下降。因此建议对水质进行净化，其解决方法包括: 一次性注入软水、水中添加适当的缓蚀剂、维持水的PH 值是6.5-8，定期对系统进行投药保养。对于管道形成的污垢结合具体情况选择物理清洗和化学清洗两种方法进行。
1) 物理清洗：包括钢丝刷拉刷、用专用刮刀滚刮、高压水射流清洗等。优点是省去化学清洗所需的药剂费用，避免了化学清洗后废液的处理和排放问题。缺点是清洗操作比较费工，容易引起设备表面损伤。
2) 化学清洗：通过化学药剂的作用，使沉积物溶解、疏松、脱落或剥离的一种方法。优点是沉积物能够被彻底清除，可以进行不停机清洗，清洗操作简单。缺点是易对金属产生腐蚀，产生清洗废液造成二次污染．清洗费用相对较高。
6 空调机组、风机盘管的保养
作为空调系统的末端设备，空调机组、风机盘管等分别对博物馆的公共区域和办公区域进行供冷( 热) ，针对我馆空调末端设备经常出现的一些问题，我们重点进行了以下方面的维护保养工作：
1) 每半年对风机盘管进行1 次清洁养护，每3 周清洗1次空气过滤网，每1 周排除盘管内的空气。
2) 检查风机转动是否灵活，如果转动中有阻滞现象，则应加注润滑油，如有异常的摩擦响声应更换风机的轴承。
3) 对于带动风机的电机，用500V摇表检测线圈绝缘电阻，检测值应不低于0．5 MΩ，否则应作干燥处理或整修更换，检查电容是否变形，若变形则应更换同规格电容，检查各接线头是否牢固，风机调速开关如出现不良应及时修理或是更换。
4) 清洁风机风叶、盘管、积水盘上的污物，同时用盐酸溶液清洗盘管内壁的污垢，然后拧紧所有的紧固件，清洁风机盘管的外壳。
博物馆空调系统的良好运行，为广大人民群众提供了舒适、宜人的参观环境，为文化事业的发展、繁荣提供了基本保障，作为设备管理人员，一定要更加重视设备日常维护保养，尽可能的让系统在经济节能高效的状态下运行。
本文素材来源于互联网，作者分别是：肖武，宋媛媛。暖通南社整理编辑于2019年1月2日。