图书馆古籍库房自动化恒温恒湿消毒净化系统技术方案
一、项目背景与需求
古籍作为图书馆的核心文化遗产，其保存状态直接关系到文化传承的连续性。古籍材质多为纸张、丝绸、皮革等，对环境温湿度、空气质量具有极高的敏感性：温度过高易导致材质老化、虫蛀滋生，湿度过大易引发霉变、纸张水解，而空气中的颗粒物、有害气体则会加速古籍纤维降解。当前传统库房管理多依赖人工调控，存在温湿度波动大、消毒不彻底、能耗过高、运维效率低等问题，无法满足古籍长期保存的严苛要求。
本项目旨在打造一套自动化、高精度、低损耗的恒温恒湿消毒净化系统，实现以下核心需求：
- 温湿度精准控制：温度稳定在 18±2℃，相对湿度稳定在 50%±5%，波动幅度≤±1℃（温度）、≤±3% RH（湿度）；
- 消毒净化达标：有效去除空气中的细菌、霉菌（杀菌率≥99%），清除颗粒物（PM2.5 去除率≥99.5%）、甲醛、VOC 等有害气体（去除率≥90%）；
- 自动化运维：实时监测环境参数，自动启停设备、调节运行参数，支持远程监控与故障报警；
- 文物安全性：系统运行无二次污染，避免紫外线、化学消毒剂对古籍材质造成损伤；
- 节能高效：采用节能技术与智能调控逻辑，降低运行能耗，延长设备使用寿命。
二、系统总体设计
（一）设计原则
- 文物优先原则：所有技术选型与参数设置均以古籍保护为核心，避免任何可能对文物造成的潜在损害；
- 精准稳定原则：核心设备选用高精度元器件，确保温湿度、消毒净化效果的长期稳定性；
- 自动化与智能化结合：整合传感、控制、通信技术，减少人工干预，提升运维效率；
- 节能环保原则：采用变频、热回收等节能技术，选用环保型耗材与设备，降低碳排放；
- 可扩展性原则：系统预留接口，支持未来增加监测点位、升级设备功能或与图书馆智慧管理平台对接。
（二）系统架构
本系统采用 "感知 - 控制 - 执行 - 管理" 四层架构，实现全流程自动化管控：
- 感知层：部署温湿度传感器、空气质量传感器（PM2.5、甲醛、VOC）、微生物传感器、门窗传感器等，实时采集库房环境数据，采样频率为 1 次 / 分钟，数据传输延迟≤3 秒；
- 控制层：核心为智能控制柜，内置 PLC 控制器与边缘计算模块，接收感知层数据并与预设阈值对比，自动生成调控指令，同时支持手动干预与参数配置；
- 执行层：包括恒温恒湿机组、消毒净化设备、新风换气设备、排风设备等，响应控制层指令，实现环境参数调节与空气质量优化；
- 管理层：由本地监控终端与云端管理平台组成，支持实时数据可视化、历史数据查询（存储周期≥1 年）、故障报警（声光报警 + 短信通知）、设备运维记录管理等功能。
三、核心技术与设备选型
（一）恒温恒湿控制技术
- 控制原理：采用 "制冷除湿 + 加热加湿" 双向调节模式，结合变频控制技术，根据库房环境温湿度与预设阈值的偏差，自动调节设备运行功率，避免温湿度剧烈波动；
- 核心设备：选用古籍专用精密恒温恒湿机组，具体参数如下：
- 制冷量：根据库房面积（按 500㎡为例）选用 15kW，除湿量≥8kg/h；
- 制热量：12kW，加湿量≥6kg/h，加湿方式为超声波加湿（无白雾、无水滴，避免古籍受潮）；
- 控温精度：±0.5℃，控湿精度：±2% RH；
- 风机类型：低噪音离心风机，运行噪音≤55dB（A），避免影响古籍保存环境与管理人员工作；
- 节能配置：配备变频压缩机与 EC 风机，能耗比（COP）≥4.2，相比传统机组节能 30% 以上；
- 气流组织设计：采用上送下回的气流循环方式，库房内设置均匀分布的送风口与回风口，确保室内温湿度均匀度≤±1℃（温度）、≤±3% RH（湿度），无死角区域。
（二）消毒净化技术
- 消毒技术选型：采用 "等离子体消毒 + 紫外线协同消毒" 复合技术，避免化学消毒带来的二次污染，同时确保消毒效果：
- 等离子体消毒：通过高压电离产生等离子体，破坏细菌、霉菌的细胞膜与核酸，杀菌率≥99.9%，无臭氧残留（臭氧浓度≤0.05mg/m³）；
- 紫外线消毒：选用波长 254nm 的深紫外 LED 灯，安装于回风口内侧（避免直接照射古籍），消毒时长可根据微生物浓度自动调节（默认运行 30 分钟 / 次，微生物浓度超标时延长至 60 分钟）；
- 净化技术配置：采用 "初效过滤 + 中效过滤 + 高效过滤 + 活性炭吸附" 四级净化流程：
- 初效过滤器：过滤精度 G4，去除大颗粒粉尘（≥5μm），过滤效率≥80%；
- 中效过滤器：过滤精度 F8，去除细小粉尘（≥1μm），过滤效率≥95%；
- 高效过滤器：过滤精度 H13，去除 PM2.5 及微小颗粒物（≥0.3μm），过滤效率≥99.97%；
- 活性炭吸附层：选用改性活性炭，吸附甲醛、VOC 等有害气体，吸附容量≥800mg/g，使用寿命≥12 个月；
- 核心设备：一体化消毒净化机组，与恒温恒湿机组联动运行，风量匹配库房通风需求（按 500㎡库房计算，风量≥5000m³/h），运行噪音≤50dB（A）。
（三）自动化控制与监测技术
- 传感器配置：
- 温湿度传感器：选用高精度数字式传感器，测量范围：温度 - 10℃~60℃，湿度 0% RH~100% RH，精度：温度 ±0.2℃，湿度 ±1% RH，每 50㎡部署 1 个，库房内均匀分布；
- 空气质量传感器：集成 PM2.5、甲醛、VOC 检测功能，PM2.5 测量范围 0~1000μg/m³，精度 ±5μg/m³；甲醛测量范围 0~1mg/m³，精度 ±0.01mg/m³；
- 微生物传感器：采用激光散射法，实时监测空气中细菌、霉菌浓度，测量范围 0~1000CFU/m³，报警阈值可自定义（默认≥50CFU/m³）；
- 门窗传感器：安装于库房门窗处，监测门窗开关状态，异常开启时触发报警，避免外界环境干扰；
- 智能控制柜：内置西门子 S7-1200PLC 控制器，支持 Modbus、TCP/IP 等通信协议，可与各类传感器、执行设备无缝对接；配备 7 英寸触控屏，支持本地参数设置、设备启停控制、数据查看等功能；
- 云端管理平台：基于 B/S 架构，支持电脑端、手机 APP 远程访问，功能包括：
- 实时监控：显示库房温湿度、空气质量、设备运行状态等数据，以图表形式直观呈现；
- 历史数据：查询任意时间段的环境数据与设备运行记录，支持导出 Excel 格式；
- 报警管理：设置多级报警阈值，设备故障、环境参数超标时触发声光报警与短信通知，可自定义通知人员；
- 运维管理：记录设备维护、耗材更换等信息，设置维护提醒（如过滤器更换提醒、设备校准提醒）。
（四）新风换气技术
为保证库房空气新鲜度，同时避免外界污染物进入，配置全热交换新风系统：
- 核心设备：选用高效全热交换器，风量≥1000m³/h，热回收效率≥75%，降低能耗；
- 过滤配置：新风入口设置初效 + 中效 + 高效三级过滤，确保进入库房的新风符合古籍保存要求；
- 联动控制：新风系统与恒温恒湿、消毒净化系统联动，根据库房 CO₂浓度（默认阈值≥1000ppm）自动启停，或按预设时间（如每天凌晨 2:00-4:00）定时运行。
四、系统安装与调试
（一）安装要求
- 设备安装：恒温恒湿机组、消毒净化机组、新风交换器安装于库房附属机房（距离库房≤10 米），避免设备运行噪音影响库房；管道安装采用保温降噪材料，防止冷凝水产生与噪音传播；
- 传感器安装：传感器安装高度距地面 1.5 米，远离门窗、送风口、回风口等气流扰动区域，避免阳光直射与振动；
- 布线要求：所有线缆采用屏蔽线，穿管保护，避免电磁干扰；电源线与信号线分开布线，间距≥30cm；
- 机房环境：机房温度保持在 5℃~35℃，湿度≤80% RH，通风良好，配备排水设施，确保设备正常运行。
（二）调试流程
- 设备单机调试：逐一启动恒温恒湿机组、消毒净化设备、新风系统等，检查设备运行状态、参数显示是否正常，测试设备启停响应速度与运行噪音；
- 系统联动调试：设置温湿度、空气质量等预设阈值，模拟库房环境变化（如人为增加湿度、释放污染物），测试系统是否能自动触发设备调控，验证调控精度与响应时间；
- 数据校准：使用标准仪器对所有传感器进行校准，确保数据测量准确性；
- 试运行：系统连续试运行 72 小时，记录库房环境参数变化、设备运行状态、能耗数据等，排查并解决运行过程中的问题；
- 验收交付：试运行合格后，向图书馆提交调试报告、设备说明书、操作手册等资料，对管理人员进行系统操作与维护培训。
五、运维与保养方案
（一）日常运维
- 每日巡检：通过本地监控终端或云端平台查看系统运行状态、环境参数，检查设备是否存在报警信息；
- 每周检查：清洁传感器探头、送风口、回风口滤网，检查管道连接是否严密，有无漏气、漏水现象；
- 每月维护：检查设备运行噪音、振动是否正常，查看过滤器污染情况，记录设备运行参数。
（二）定期保养
- 每 3 个月：更换初效过滤器，清洁中效过滤器；校准温湿度传感器、空气质量传感器；
- 每 6 个月：更换中效过滤器，清洁恒温恒湿机组、消毒净化机组内部换热器；检查变频压缩机、风机运行状态；
- 每年：更换高效过滤器、活性炭吸附层；对 PLC 控制器、智能控制柜进行全面检测与软件升级；对系统进行整体校准，确保运行精度；
- 耗材管理：建立耗材台账，提前储备过滤器、活性炭等易损耗材，确保及时更换。
（三）故障处理
- 建立故障应急预案，针对常见故障（如温湿度调控失效、设备报警、传感器故障等）制定排查流程；
- 提供 7×24 小时技术支持，接到故障通知后，1 小时内响应，远程指导排查；远程无法解决的，24 小时内派人现场维修；
- 设备质保期为 2 年，质保期内免费维修或更换故障零部件；质保期后提供终身维护服务，收取合理的零部件成本费与服务费。
六、安全与节能保障
（一）安全保障
- 电气安全：系统设备符合国家电气安全标准，配备漏电保护、过载保护、短路保护等装置，避免电气事故；
- 文物安全：消毒净化过程无二次污染，紫外线灯不直接照射古籍，加湿采用超声波技术，避免古籍受潮或化学损伤；
- 数据安全：云端管理平台采用加密传输技术，数据存储于本地服务器与云端双重备份，防止数据丢失或泄露；
- 防火防爆：机房配备灭火器，设备与线缆选用阻燃材料，避免火灾隐患。
六 、结语
本自动化恒温恒湿消毒净化系统通过精准的环境调控、高效的消毒净化、智能的运维管理，为图书馆古籍库房打造稳定、安全、洁净的保存环境，有效延缓古籍材质老化，降低虫蛀、霉变风险，保障古籍文化遗产的长期传承。系统兼顾文物保护与节能环保需求，操作便捷、运维高效，可显著提升图书馆古籍管理的科学化、智能化水平，为古籍保护工作提供可靠的技术支撑。