故宫博物院地下文物库（二期工程）空调及自控制系统设计

摘要：北京故宫博物院地下文物库是目前世界上面积最大的地下恒温恒湿收藏库。除介绍了二期工程空调系统的设计外，着重介绍了该库的环境控制系统。控制系统采用国内开发的RH微机自动控制系统。

关键词：恒温恒湿 RH微机 自控系统

地点：北京故宫博物院西华门内；

构造：浅埋钢筋混凝土结构；

面积：建筑面积16000m2，其中地下库房空调面积10663m2；

层数：地上出入口一层；地下库房三层共81个库房，单库面积144m2。

本工程室外设计参数采用北京地区设计气象参数。根据收藏文物的不同要求，室内温湿度设计参数见表1。

本工程为故宫地下文物库二期工程，其所处位置及使用要求均与一期工程大致相同，采用整体柜式空调机组集中空调方式满足库房的温湿度环境要求。空调机房及库房全部设在地下，而控制室则在地面。一期工程（该项目设计获建设部一等奖）1990年竣工以来运行状况良好，库内温湿度达到设计要求，特别是湿度控制很好。因此二期工程空调系统设计与一期基本相同。一期工程空调设计详见文献[1]。

二期工程面积约为一期的3倍，共分两个库区，地下三层库房空调系统分设6个系统。空调机房设在地下两个库区交接处，与库房隔离设置，分为上、下两层，共3个机房（1～3#机房），其中1#机房满足首层库房空调要求，2#机房为中层库房服务，3#机房供地下三层库房。根据一期工程使用情况，空气处理设备仍采用日本日立整体柜式水冷机组。每个系统选用3台设备（两用一备）。库房层高2.8m，均不设吊顶，每个系统的送风量按每个单库换气次数不小于4.5h-1考虑，由于库内平时无人停留，新风量控制在10%左右。

各单库送风方式采用上送上回，送风口为铝合金双层百叶风口，回风口为铝合金单层百叶风口。送风干管敷设在走廊吊顶内，回风干管则利用外墙内侧夹壁上部的建筑风道。送风干管在机房内均设消声弯头，设备出风口设软接头，静压箱内衬5mm聚氨酯泡沫吸声材料，机房内不设回风风管，以满足消声隔振要求。

平时正常使用时，新风自地面建筑所设进风竖井经地下通道上部的建筑风道并通过专设的防护密闭通道引入空调机房，以保证战时可切断新风道，保证库房密闭隔绝通风。二期工程新风系统未考虑有害气体吸附，仅安装无纺布粗效过滤装置。由于部分文物收藏条件对湿度控制要求较高，空调机组除可以利用冷冻除湿外，还设有电加热，和要时可采用升温降湿。另外机组亦设加湿器，当冬季湿度偏低时，可自动控制投入。因加湿量不会太大，为保证加湿器寿命，加湿水源采用蒸馏水，贮水箱设在地下顶层空调机房内。

进入每个单库的送、回风支管，在靠库房内侧均设有电机复位的自动防火阀。当某一库房发生火灾时，该库的送、回风支管上的防火阀均可自动关闭，保证失火库房能在全封闭条件下采用卤化物气体灭火，并防止火灾自风管蔓延到其它库房。火扑灭后，可由地面远距离操作设在库房后墙下部的自动排气阀，通过夹壁将库房内有害气体经备用出口及专设防护密闭风道排到地面。该排气系统平时兼作库房换气及火灾初初期走廊排烟使用。库区内部四个楼梯前室均设有排烟系统。设在直下的卤化物气体瓶站亦设有排气口，以满足通风换气要求。

穿越空调机房的所有送、回风总管均设有防火阀（70℃），对于兼作排烟用的排气管道在排风机吸入口亦设有防火阀（280℃）。

战时，外界染毒时，如外电源未被破坏，则库内采用隔绝通风（即切断地面冷源，地下空调机继续运行）；如外电外源被毁，则采用移动式发电机组供电）。

顶层空调系统见图1。

故宫地库一期工程空调自控系统选用了日本江森公司的进口产品，当时日方配套采用的为常规控制柜（文献[1]），该系统目前仍在运行。根据几年来运行情况，二期工程采用微机自动控制及监测。该部分的控测对象为：18台柜式空调机，3台冷却塔，12台冷却水泵，1台离心风机，库房内的电动风阀、电机复位自动防火阀，库房、走廊、空调机房内的温湿度以及供配电部分的监测。控制系统采用北京清华人工环境工程公司的RH型分布式微机控制系统，由中央管理工作站、局部通讯网络、现场控制机、传感器、变送器及电动执行器等组成。

3.1 中央管理工作站

中央管理工作站设在地面中控室，为RH型分布式微机控制系统的管理与调度中心，可实现对全系统的集中监督管理、运行方案指导，并可实现设备的远动控制。中央管理工作站包括大型模拟显示屏、微型计算机及外部设备和相应的中央管理软件。其基本功能为：各系统状态参数的自动巡回检测、显示、运行方案指导、存储工作记录、打印工作报表及事故报警，同时亦可实现运行控制和设定值的调整。为了提高运行监测的可行性，本系统考虑设双机热备用，一旦工作机出现故障，可自动切换，保证系统运行正常。

控制系统网络图见图2。

图2 控制系统网络图

3.2 空调系统

本工程地下空调机房内共有18台柜式空调机，分为6个系统，每个系统配置一套现场控制机，其基本控制功能为：自动检测送风温湿度，新风温湿度；控制风机的运行及状态反馈；防火阀状态显示；根据库房温湿度及设定值等参数，自动控制压缩机及电加热、电加湿等设备的投入运行及状态反馈；单机设备的顺序启停及联锁保护。

每个系统空调柜机控制图见图3。

图3 空调柜机控制图

3.3 冷却系统

本工程冷却系统空调设备包括3台冷却塔，12台冷却水泵，1个冷却水池。在地面水泵房内配置一台现场控制机，其基本控制功能为：自动检测冷却水温度、回水温度，自动控制冷却塔的运行及状态反馈，按空调机压缩机运行要求控制冷却水泵的运行及状态反馈，备用泵的自动投入，冷却水池水位显示和报警。

3.4 库房、走廊送排风系统

库房、走廊监控系统包括每个单库内送回风管上的防火阀、库房侧墙上的排气阀。配置一套现场采集柜，其基本功能为：自动检测防火阀的状态及排气阀的阀位反馈。（注：防火阀及排气阀由消防中心盘负责开启。）

3.5 温湿度检测系统

库房、走廊、空调机房、电梯机房内设备可就地显示数据的壁挂式数字温度传感器及数字湿度传感器。共配置ICU-UW6000现场控制机9台。其功能为：自动检测各库房、走廊、电梯机房及空调机房内的温湿度。

3.6 供配电系统

配置一台现场采集及变送器柜，自动检测供配电系统的电流、电压、频率、功率及主要开关的开关状态。

故宫博物院地下文物库二期工程建成投入运行后与一期工程联成一体将成为目前面积最大的现代化地下文物收藏库。一期工程于1986年初开工，1990年投入使用，几年来系统运行正常，库内环境满足各类文物收藏要求。在此基础上，进行了更大规模的二期工程设计。二期工程于1994年正式开工，预计在1997年上半年竣工。届时，故宫博物院将有数十万件文物可得到妥善收藏保管。

1 金久忻.故宫博物院地下文物库空调设计.暖通空调，1987，17(2).