一种遗址博物馆葬坑环境置换通风调控与净化保护系统

摘要

本发明公开了一种遗址博物馆葬坑环境置换通风调控与净化保护系统，该系统由空气处理装置，空气运输管道及置换通风送回风口组成；利用初效、中效两级过滤器对回风进行净化处理；根据文物保存的适宜温湿度需求，利用换热盘管、蒸汽加湿喷头、再热器对空气进行温湿度调控处理；利用离心式变频风机，将处理空气经布置在土隔梁一侧底部的孔板送风口低速送入文物区，然后经布置在葬坑土隔梁上部的回风口流回组合式空调机箱中，在葬坑内局部区域内形成活塞式置换气流，即空气湖，实现葬坑内文物保存局部区域温湿度环境的调控与空气净化，从而解决遗址博物馆文物保存过程中所面临的环境波动与污染所导致的破坏，实现出土遗址文物的长久保存。

说明书

技术领域

本发明属于文物保护与博物馆文物保存局部环境的调控与净化领域，涉及循 环送风的净化处理与温湿度调控，特别涉及一种遗址博物馆葬坑环境置换通风调 控与净化保护系统。

背景技术

我国作为一个历史文明古国，现在已经发现的历史遗址超过40万处，大多 数的遗址文物与遗址所处的自然环境一起代表人类历史活动的遗迹，因此我们在 讨论保护这些遗址文物时，必须考虑到文物并不能脱离其所处的自然环境。在文 物原址进行保护的方法有发掘回填保护、建立博物馆等多种遗址保护模式，其中 遗址博物馆由于能有效地集保护、展示、科普、教育等功能于一体，因而发展较 快，是国际遗址文物保护的未来发展趋势，目前我国已经建立遗址博物馆数百座， 并且随着考古工作的广泛开展及文物保护技术的不断进步，更多的遗址、陵墓文 物将被考古发掘和建馆保护。

在遗址文物所在地建立博物馆虽然能解决日晒、雨淋、冰雪等对文物的危害， 但并不意味着文物就能在馆内得到很好的保存。遗址博物馆内文物的长久妥善保 存还取决于文物周围环境是否适宜。大量针对遗址博物馆环境的调查表明：由于 保存环境问题导致有超过50％的馆藏文物遭受了各种污损。利用空调系统对遗 址博物馆文物保存环境进行净化与调节是改善文物保存的最重要方法。遗址博物 馆的展示厅在建筑结构上大都具有大空间布局特点，在这种大空间建筑中，游客 与文物之间缺少有效的隔离措施，这给利用空调系统对环境进行调节带来了以下 难题：

文物保存与游人舒适性对环境参数的要求不一致，通常人体热舒适性要求的 室内环境为：温度24℃-28℃，相对湿度40％-65％，而文物根据材质不同，所要 求的适宜环境参数各异，对于一个开放式大展厅而言，难以在同一大空间内创造 多个迥异环境同时满足文物与游人的需求；

游客区与文物保存区对于环境调控的时间要求也不同，游客区的调控时间与 博物馆开放时间相同，大部分情况下是从早上9点到下午5点，而文物保存区则 要求一天24小时长期调控。

此外，我国目前环境污染问题比较严重，空气中的污染性气体与灰尘进入文 物保存区以后，会直接对文物造成各种污损，因此对遗址博物馆空气进行净化也 是实现文物妥善保存的重要条件。

针对遗址博物馆文物保存环境调控面临的以上难题和文物与游客对环境调 控的不同需求，采用游客环境与文物保存环境进行分别调控是解决以上问题的重 要思路之一，针对这样一种思路，目前已经申请的专利有：(1)专利《一种坑式 结构遗址文物隔离式保存的局部环境调控系统》(专利申请号：2012100091124) 公开了一种在葬坑顶部布置一种高速送风空气幕，将葬坑局部区域与游客区隔 离，这种方法主要针对比较窄的葬坑文物保存区，该方法能有效地将葬坑与游客 环境进行隔离，但是整个系统暴露在葬坑两侧土梁顶部，会影响游客对文物的观 瞻，并且该系统的主要功能是隔离，对葬坑内文物保存区域环境的调节能力十分 有限；(2)专利《一种空气伞隔离式葬坑局部环境调控系统及调控方法》(专利 申请号：2014100322698)针对宽度较大的葬坑保存区公开了一种隔离调控方法， 该专利所提方法一方面采用特殊送风口在葬坑上部分两侧送风形成的空气伞，将 葬坑区域与文物保存环境与游客环境进行隔离，同时利用毛细管辐射系统对葬坑 内环境温度进行调节，可以很好的实现对葬坑区域进行隔离与环境调控，但是该 系统对葬坑内环境的调节主要依赖于毛细管辐射系统，因此对环境的调控主要限 于温度的控制，并不能实现对湿度的控制。以上两个专利还有一个共同点，就是 要求葬坑形状规则且为方形，对于不规则的葬坑，如兵马俑三号坑这种“凸”字形 葬坑，无法使用，此外这两个专利对空气温度调节都是采用空气源热泵系统，在 冬季温度较低的寒冷地区无法使用。除了以上关于调控方向的专利外，还有专利 《一种馆藏出土遗址文物原位环境补水保护系统及补水方法》(2014100326966) 提出了一种针对出土文物干裂问题进行补水保护的方法，该方法主要针对文物干 裂病害进行治理的方法，而没有提及环境调控。

本发明以兵马俑与汉阳陵这类葬坑类遗址博物馆文物保存局部调控与净化 的需求出发，提出一种在葬坑底部靠近坑底0.3～0.4m高度，布置孔板送风口， 将处理后温湿度适宜的干净空气以不超过0.25m/s送风速度送入坑内，并且从葬 坑的上部布置回风口，进行回风处理，在葬坑局部区域内实现置换通风，从而在 葬坑文物保存区形成空气湖，实现文物保存环境的净化与调控，弥补现有环境调 控方法不足，以解决坑式结构遗址文物出土后保存所需的适宜环境，同时该方法 具有良好的运行经济性，具备大规模推广的前景。

经过对现有技术文献的检索发现，没有利用置换通风在葬坑内形成干净空气 湖对文物进行保护的相关专利报道。

发明内容

本发明的目的是针对具有坑式结构的土遗址文物，尤其是墓葬类遗址博物馆 (如兵马俑博物馆、汉阳陵博物馆)提供一种遗址博物馆葬坑环境置换通风调控 与净化保护系统。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种遗址博物馆葬坑环境置换通风调控与净化保护系统，包括带有回风入 口、新风入口以及送风出口的组合式空调机箱，组合式空调机箱中设置有用于对 回风和新风进行净化的葬坑环境调控净化空气处理装置，葬坑环境调控净化空气 处理装置上设置有用于对送风的温度和湿度进行调节的送风温度调控装置和送 风湿度调节装置，葬坑环境调控净化空气处理装置的送风出口和回风入口与文物 保存展示区之间通过葬坑置换通风末端装置形成循环系统。

所述葬坑环境调控净化空气处理装置包括依次设置于回风入口和送风出口 之间的用于对送风进行初级净化的袋式过滤器、用于对送风进行深层次过滤净化 的纤维过滤器以及用于对空气循环提供动力的轴流风机。

所述送风温度调控装置包括设置于组合式空调机箱内的表面式换热器和用 于对送风温度进行细调的空气再热盘管，表面式换热器通过地源热泵机组与地埋 管换热器相连，表面式换热器的供水管道上安装有用于驱动水分在系统内循环， 实现表面式换热器与地源热泵机组之间的热量传递的地源热泵循环水泵，地埋管 换热器的回水管道上安装有用于驱动水分在地源热泵机组与地埋管换热器之间 循环，实现地源热泵机组与地埋管换热器之间的热量传递的地埋管循环水泵。

所述地埋管换热器为埋藏在土壤中的若干路并联的、用于实现水分与土壤 之间热量传递的U型管。

所述送风湿度调节装置包括安装于组合式空调机箱内的、用于将水蒸汽均 匀喷射到送风空气中的蒸汽分布器，蒸汽分布器通过蒸汽加湿控制器与蒸汽加湿 器相连，蒸汽加湿器安装在设备房内墙上，用于将城市自来水供水汽化成水蒸汽； 蒸汽加湿控制器安装在蒸汽加湿器供水管道上，用于控制蒸汽加湿器的启\停及 运行工况。

所述回风管道内安装有空气湿度传感器和空气温度传感器；空气湿度传感 器的信号输出端连接到蒸汽加湿控制器上，用于根据采集到的回风湿度参数调整 蒸汽加湿器的运行模式；空气温度传感器的信号输出端连接到地源热泵循环水泵 上，用于根据采集到的回风温度参数调整地源热泵机组的运行模式。

所述葬坑置换通风末端装置包括安装于文物保存展区两侧墙上的孔板送风 口和格栅回风口；组合式空调机箱的送风出口通过送风管道与送风静压箱的入口 相连通，送风静压箱的出口通过送风支管与孔板送风口相连通；格栅回风口通过 回风管道与组合式空调机箱的回风入口相连通。

所述孔板送风口设置有若干个，送风静压箱将处理过的空气均匀分配到每 个孔板送风口中，并以不超过0.25m/s速度均匀送入文物保存展区的葬坑内，孔 板送风口安装于距离葬坑底0.3～0.4m的侧壁上，空气在葬坑内形成空气湖后通 过格栅回风口返回组合式空调机箱，完成循环。

所述送风静压箱埋藏在葬坑侧面的土梁内，用于将送风动压转换成静压， 实现不同孔板送风口之间送风的均匀性；格栅回风口埋藏在侧壁土梁顶部。

葬坑回风经过格栅回风口收集后与室外新风按照8:2的比率送入组合式空 调机箱。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明将室外新风与葬坑回风进行混合后，经过初级、中级高效净化处理， 地源热泵系统温度调节、蒸汽加湿系统加湿调节，点加热器再热细调后，经轴流 风机送入送风静压箱中，然后经布置在葬坑底部的孔板送风口低速送入坑内，在 葬坑内形成空气活塞流，一方面将葬坑内原有未经净化的高空气排出，另一方面， 实现对葬坑内局部区域的环境调控，使得葬坑内形成一个由温湿度适宜的干净气 体充满的空气湖，同时，通过布置在回风管道上的温度和相对湿度传感器控制系 统的送风温度和湿度参数，实现系统的长期自动运行，满足遗址文物出土后长久 妥善保存的需求。

通过利用置换通风原理，将处理好的温湿度适宜的洁净空气，直接送入文物 保存局部区域，既可以实现对文物保存环境的净化，又可以根据文物保存对环境 参数的实际需求对文物保存局部环境的调节，将文物保存区域从大空间展示厅中 独立出来，进行单独调控，减少调控区域，可以用较小的运行代价，满足文物保 存环境的长期稳定调控。

附图说明

图1是本发明的总体结构示意图。

其中：1为组合式空调机箱；2为初效袋式过滤器；3为表面式换热器；4 为地源热泵机组；5为地源热泵循环水泵；6为地埋管循环水泵；7为地埋管换 热器；8为中效纤维过滤器；9为蒸汽分布器；10为蒸汽加湿器；11为蒸汽加湿 控制器；12为空气再热盘管；13为轴流风机；14为送风静压箱；15为孔板送风 口；16为格栅回风口；17为空气湿度传感器；18为空气温度传感器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明：

参见图1，本发明主要由葬坑环境调控净化空气处理装置、送风温度调控装 置、送风湿度调节装置和葬坑置换通风末端装置四个部分组成，具体连接方式如 下：包括组合式空气处理机箱1，初效袋式过滤器2、表面式换热器3、地源热 泵机组4、地源热泵循环水泵5、地埋管循环水泵6、地埋管换热器7、中效纤维 过滤器8、蒸汽分布器9、蒸汽加湿器10、蒸汽加湿控制器11、空气再热盘管 12、轴流风机13、送风静压箱14、孔板送风口15、格栅回风口16、空气湿度传 感器17以及空气温度传感器18。其中初效袋式过滤器、表面式换热器、蒸汽分 布器、中效纤维过滤器、空气再热盘管、轴流风机组合在一起，构成葬坑环境调 控净化空气处理装置；表面式换热器、地源热泵机组、地源热泵循环水泵、地埋 管换热器、地埋管循环水泵以及空气温度传感器组合在一起构成送风温度调控装 置；蒸汽分布器、蒸汽加湿器、蒸汽加湿控制器以及空气湿度传感器组合在一起， 构成送风湿度调节装置；送风静压箱、孔板送风口、格栅回风口一起构成葬坑置 换通风末端装置；

初效袋式过滤器2、表面式换热器3、中效纤维过滤器8、蒸汽分布器9、空 气再热盘管12、轴流风机13都集成安装在组合式空调机箱1内；地源热泵机组 4的室内侧换热器与布置在组合式空调机箱1中的表面式换热器3连接，安装在 两者连接管道上的地源热泵循环水泵5与布置在回风管道上的空气温度传感器 18连接；地源热泵机组4的室外侧换热器与地埋管换热器7连接；蒸汽加湿器 10与布置在组合式空调机箱1中的蒸汽分布器9连接，安装在两者连接管道上 的蒸汽加湿控制器11与布置在回风管道上的空气湿度传感器17连接；送风静压 箱14通过送风管道与组合式空调机箱1连接；孔板送风口15通过送风支管与送 风静压箱14连接，格栅回风口16通过回风管道与组合式空调机箱1连接。

组合式空气处理机箱布置在设备房中，与回风管道，新风管道以及送风管道 连接，用于安装空气处理的各种设备。初效袋式过滤器布置在组合式空调机箱中， 用于过滤回风及新风中的大颗粒灰尘、树叶等，实现对空气的初级净化；空气表 面式换热器安装在组合式空调机箱中，为铜管铝翅片换热器，与地源热泵机组连 接，用于对空气进行直接温度调节；地源热泵机组布置在设备房中，与表面式换 热器及地埋管换热器连接，用于对空气处理提供冷/热源；地源热泵循环水泵安 装在空气表面式换热器供水管上，与表面式换热器及地源热泵机组连接，用于驱 动水分在系统内循环，实现表面式换热器与地源热泵机组之间的热量传递；地埋 管循环水泵安装在地埋管换热器回水管道上，与地源热泵机组及地埋管换热器连 接，用于驱动水分在地源热泵机组与地埋管换热器之间循环，实现地源热泵机组 与地埋管换热器之间的热量传递；地埋管换热器埋藏在土壤中，为U型管，与 地源热泵机组连接，用于实现水分与土壤之间的热量传递；中效纤维过滤器安装 在组合式空调机箱中，用于对空气进行深层次的过滤净化；蒸汽分布器安装在组 合式空调机箱中，与蒸汽加湿器连接，用于将水蒸汽均匀喷射到送风空气中；蒸 汽加湿器安装在设备房内墙上，与蒸汽分布器及蒸汽加湿控制器连接，用于将城 市自来水供水汽化成水蒸汽；蒸汽加湿控制器安装在蒸汽加湿器供水管道上，与 空气湿度传感器连接，用于控制蒸汽加湿器的启\停及运行工况；空气再热盘管 安装在组合式空调机箱中，用于对送风温度进行细调；轴流风机安装在组合式空 调机箱中，用于对空气循环提供动力；静压箱埋藏在葬坑侧面的土梁内，通过风 管与组合式空调机箱及孔板送风口连接，用于将送风动压转换成静压，实现不同 送风口之间送风的均匀性；孔板送风口布置在葬坑侧壁上，与送风支管连接，安 装为高度离坑底0.3～0.4m，用于将处理好的干净空气均匀缓慢送入葬坑内；格 栅回风口埋藏在侧壁土梁顶部，与回风风管连接，用于将循环风送回组合式空调 机箱进行循环处理；空气湿度传感器安装在回风管道内，与蒸汽加湿控制器连接， 用于采集回风湿度参数判断空气加湿器的运行模式；空气温度传感器安装在回风 管道内，与地源热泵循环水泵连接，用于采集回风温度参数判断空气源热泵的运 行模式。

葬坑回风经过格栅回风口16收集后与室外新风按照8比2的比率送入组合 式空调机箱1，达到葬坑文物保存所需的温湿度与洁净度条件后送入送风静压箱 14中；送风静压箱14根据孔板送风口的个数，将处理空气均匀分配到孔板送风 口15中，并以不超过0.25m/s速度均匀送入葬坑内，孔板送风口15安装在离坑 底0.3-0.4m的高度的侧壁上，在坑内形成空气湖后，通过格栅回风口16收集返 回组合式空调机箱1；根据空气温度传感器18反馈的葬坑温度信号控制地源热 泵机组4的运行，向表面式换热器3提供冷热源，控制送风温度参数；根据空气 湿度传感器17反馈的葬坑相对湿度信号控制蒸汽加湿器10的运行，向蒸汽分布 器9提供蒸汽，控制送风的湿度参数；

本发明的工作原理：

本发明葬坑回风与室外新风混合后，根据布置在回风管道上的空气相对湿度 传感器与温度传感器所测得的葬坑空气参数与调控目标参数比较，在组合式空调 机箱中经过温度调节，相对湿度调节，初级、中级高效净化，空气再热等过程后 达到文物保存所需的适宜温湿度条件和洁净条件，再经过轴流风机加压后，流经 送风管道、送风静压箱，送入到孔板送风口，为局部环境调控与净化提供适宜的 空气源；

送风温度调控装置，地埋管侧的循环水经过地埋管换热器与土壤进行热交换 以后吸收土壤中的冷量(夏季)或热量(冬季)，再经过循环水泵送入地源热泵 机组中，经过地源热泵中的热交换器以及热泵循环以后，将热量(冷量)进一步 传递到表面式换热器侧，然后经水泵送入表面式换热器中，经过换热过程，传递 给送风空气，为送风温度调节提供冷热源；

送风湿度调节装置，城市自来水经过蒸汽加湿器加热汽化成水蒸汽，然后根 据空气湿度传感器采集的葬坑环境湿度参数与目标湿度参数对比，并通过蒸汽加 湿控制器控制空气阀门开度，将水蒸汽送入蒸汽分布器，混入送风空气中，实现 对送风相对湿度的调节。

葬坑置换通风末端装置，将经过组合式空调机箱处理好的空气，经过布置在 葬坑底部的孔板送风口，以低于0.25m/s的速度，缓慢而均匀的送入坑内，将葬 坑内原有温度未经调节的污染性气体排出，形成活塞效应，并最终实现整个葬坑 区域处于由温湿度适宜的洁净空气所填充的空气湖中，实现文物保存所需的适宜 环境要求。

本发明的工作过程：

系统运行时，室外新风与回风送入组合式空调机箱1，经过初效袋式过滤器 2初步过滤以后，送入表面式换热器3经过热交换以后，初步达到设定的送风温 度后，同时表面式换热器管内水侧通过地源热泵循环水泵5与地源热泵机组4 连接，为系统提供冷热源，地源热泵机组4还通过地埋管循环水泵6与地埋管换 热器7连接，可全年吸取土壤中的冷/热量；经过温度调控处理的空气送入中效 纤维过滤器8中进行进一步净化后送入蒸汽分布器9中进行湿度调节处理，同时， 蒸汽分布器9所喷射蒸汽是由蒸汽加湿器10产生后经过蒸汽加湿控制器11进行 流量控制后输入；经过湿度调节后的空气送入空气再热盘管12中进行温度微调 后，经由轴流风机13送入送风静压箱14中进行分配后送入孔板送风口15中， 然后在葬坑内形成空气湖，并由格栅回风口16收集后送回组合式空调机箱1中。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能 认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员 来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应 当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。