“温湿度 + 空气质量” 双维度博物馆文物环境综合监控系统技术方案

原标题：博物馆空气质量监控系统技术方案

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一、项目背景与目标

（一）背景

博物馆内空气质量直接影响文物保存寿命：挥发性有机化合物（VOC）会加速书画颜料褪色、纸张老化；颗粒物（PM2.5/PM10）易吸附有害气体，磨损文物表面并引发霉变；二氧化硫（SO₂）、二氧化氮（NO₂）等酸性气体在潮湿环境下会腐蚀金属文物、风化石材；二氧化碳（CO₂）浓度过高不仅影响观众体验，还可能间接改变环境湿度平衡。传统监控仅侧重温湿度，缺乏对多维度空气质量指标的实时管控，亟需建立专项监控系统。

（二）核心目标

1. 实时监测 VOC、PM2.5/PM10、SO₂、NO₂、甲醛、CO₂等关键污染物，检测精度符合文物保护与室内空气质量标准；

2. 实现污染物数据实时传输、存储、可视化展示，支持历史数据追溯与趋势分析；

3. 超标自动触发多渠道报警，联动新风系统、空气净化器等设备进行精准净化；

4. 系统低功耗、无二次污染，安装不破坏建筑结构与展陈环境；

5. 支持与现有温湿度监控系统融合，形成 “温湿度 + 空气质量” 综合环境监控平台。

二、设计依据与技术标准

1. 《馆藏文物保存环境空气质量要求》（GB/T 30683-2014）

2. 《室内空气质量标准》（GB/T 18883-2022）

3. 《大气污染物综合排放标准》（GB 16297-1996）

4. 《博物馆建筑设计规范》（JGJ 66-2015）

5. 《气体传感器技术条件》（GB/T 20485-2006）

6. 文物类别专项标准（如书画类：VOC≤0.1mg/m³；金属类：SO₂≤0.01mg/m³）

三、系统总体架构

沿用 “分层分布式” 架构，与温湿度监控系统共享传输层、平台层、应用层，仅新增空气质量感知模块，实现低成本融合：

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graph TD A[感知层（空气质量监测终端）] --> B[传输层（复用原有通信网络）] B --> C[平台层（原有服务器+新增空气质量分析模块）] C --> D[应用层（原有终端+新增空气质量展示功能）]

（一）感知层：空气质量监测终端

核心功能：多维度采集污染物数据，适配博物馆不同场景。

1. 监测终端选型

◦ 核心参数：

▪ VOC：检测范围 0-10mg/m³，精度 ±0.01mg/m³；

▪ PM2.5/PM10：检测范围 0-1000μg/m³，精度 ±5μg/m³；

▪ SO₂/NO₂：检测范围 0-0.5mg/m³，精度 ±0.001mg/m³；

▪ 甲醛：检测范围 0-1mg/m³，精度 ±0.01mg/m³；

▪ CO₂：检测范围 0-5000ppm，精度 ±50ppm；

◦ 类型划分：

▪ 多参数固定监测仪：用于展厅、库房，集成 6 项核心指标，壁挂 / 吸顶安装；

▪ 展柜专用微型监测仪：嵌入式安装，体积≤10cm×8cm×5cm，仅监测 VOC、PM2.5、甲醛，避免干扰文物；

▪ 移动监测终端：用于临时展、文物运输，内置锂电池（续航≥4 个月），支持无线传输。

1. 安装部署原则

◦ 展厅：每 80㎡布置 1 台多参数监测仪，避开新风出风口、观众密集通道，距地面 1.8-2.2m；

◦ 库房：按区域划分，每 100㎡布置 1 台，距文物货架≥50cm，远离活性炭吸附装置；

◦ 展柜内：每个重点文物展柜配置 1 台微型监测仪，探头朝向文物侧，与温湿度传感器间距≥10cm；

◦ 新风机房：在进风口、出风口各布置 1 台，监测新风净化效果。

（二）传输层：复用原有通信网络

核心功能：借助原有以太网 + RS485+LoRa/WiFi 双模传输网络，无需额外布线。

1. 传输优化：新增空气质量数据传输协议适配模块，与温湿度数据分时传输，避免网络拥堵；

2. 数据加密：沿用 AES-128 加密传输，确保污染物数据安全。

（三）平台层：数据处理与联动控制

核心功能：新增空气质量分析模块，与原有温湿度数据融合处理。

1. 数据存储：复用原有 “本地服务器 + 云端备份” 架构，新增空气质量数据存储分区（保留≥5 年）；

2. 数据处理：

◦ 实时解析：过滤异常数据（如传感器受粉尘遮挡导致的误报），与温湿度数据关联分析（如高湿度 + 高 SO₂= 高腐蚀风险）；

◦ 趋势分析：自动生成日 / 周 / 月污染物变化曲线，识别污染来源（如展会期间 CO₂、PM2.5 升高）；

◦ 阈值管理：支持按文物类型自定义污染物阈值（如金属库房 SO₂阈值低于展厅）。

1. 联动控制：

◦ 与新风系统联动：CO₂＞1000ppm 或 PM2.5＞50μg/m³ 时，自动提高新风换气量；

◦ 与空气净化器联动：VOC＞0.1mg/m³ 或甲醛＞0.08mg/m³ 时，启动净化器高速运行；

◦ 与除湿机联动：高湿度 + 高 SO₂/NO₂时，优先降低湿度以减少酸性腐蚀。

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（四）应用层：可视化操作与预警

核心功能：在原有终端基础上新增空气质量展示与管理功能，无需额外增加设备。

1. 监控中心大屏：新增空气质量分区展示模块，采用色彩分级（绿色：达标；黄色：预警；红色：超标），同步显示污染物浓度与温湿度数据；

2. 管理软件（PC 端）：

◦ 新增功能：污染物数据查询、污染趋势分析报表、净化设备联动日志、超标溯源分析；

◦ 数据融合：支持 “温湿度 + 空气质量” 联合报表导出，便于综合环境评估；

1. 移动 APP（手机端）：

◦ 新增空气质量超标推送（短信、APP 弹窗），标注污染类型与影响文物类别；

◦ 支持远程控制净化设备，查看净化效果实时数据。

四、关键技术特点

1. 多参数集成监测：一台设备覆盖核心污染物，减少安装密度与运维成本；

2. 抗干扰设计：传感器采用活性炭过滤预处理技术，避免博物馆内香水、消毒水等临时干扰源影响数据准确性；

3. 低功耗与无二次污染：监测终端功耗≤5W，无噪音、无废气排放，符合博物馆静音环境要求；

4. 无缝融合性：与原有温湿度系统共享架构，无需重构网络与平台，降低改造难度；

5. 智能联动精准性：基于 “污染物类型 + 文物类别” 定制联动逻辑，避免过度净化造成能源浪费。

五、实施计划（与温湿度系统融合部署）

1. 需求调研与适配（1 周）：结合现有系统架构，确定监测终端安装位置与数量，完成协议适配测试；

2. 设备采购与预调试（2-3 周）：采购监测终端，完成与原有网关、服务器的兼容性调试；

3. 现场安装与部署（1-2 周）：安装监测终端，复用原有布线点位，完成设备联网；

4. 系统联调与培训（1 周）：调试数据传输、联动逻辑，对管理人员进行新增功能培训；

5. 试运行与验收（1 周）：优化阈值参数，验证联动效果，完成项目验收。

六、售后与维护方案

1. 质保期：监测终端质保≥3 年，新增软件模块终身免费升级；

2. 运维支持：复用原有 7×24 小时技术热线，空气质量相关故障现场响应时间≤24 小时；

3. 定期校准：每年 1 次免费校准服务，重点校准 VOC、甲醛传感器（易漂移部件）；

4. 耗材更换：提供传感器探头更换服务（寿命≥2 年），更换过程不影响文物展陈。

审核编辑 黄宇