Модернизация систем климатизации музейных помещений

c целью повышения качества хранения экспонатов

П. А. Гилепп, главный инженер проекта ООО «АППЭК»;

Е. А. Колмакова, заведующая отделом музейной климатологии Государственного Русского музея, Санкт-Петербург

Внедренные отделом климатологии средства автоматической регистрации температуры и влажности воздуха (логгеры, система радиоконтроля «Hanwell Rlog») позволяют контролировать в едином центре динамическую картину изменения климатических параметров в 8 различных зданиях Русского музея и оценивать эффективность работы систем кондиционирования воздуха.

На рис. 1 представлен построенный по данным системы радиоконтроля график изменения параметров температурно-влажностного режима в одном из зданий Русского музея – домике Петра I, удаленном на расстояние 2,5 км от центрального компьютера отдела климатологии.

Рисунок 1. (подробнее) Непрерывное изменение температуры и относительной влажности воздуха в домике Петра I, удаленном на расстояние 2,5 км от центрального компьютера отдела климатологии, по данным системы радиоконтроля «Hanwell»

Рисунок 2. (подробнее) В зимний период (на графике – с 10.11.2004 по 10.12.2004) изменения относительной влажности внутри отапливаемого помещения практически повторяют изменения температуры наружного воздуха (по данным системы дистанционного контроля)

Известно, что при низких температурах наружного воздуха влажность в отапливаемых помещениях резко падает и достигает порядка 15–20 % (на рис. 2 приведен график изменения относительной влажности воздуха в отапливаемых помещениях музея в период с 10.11.2004 по 10.12.2004). Пониженная влажность может привести к гибели объектов деревянного зодчества, картин, рам и деревянных конструкций здания.

Не случайно в экспозиционных залах музея персонал, используя под-ручные материалы и приспособления, самостоятельно принимал меры для повышения влажности. Естественно, эти средства не могли регулировать влажность, они только защищали экспонаты от необратимых последствий воздействия низкой влажности воздуха.

Климатические условия в Санкт-Петербурге отличаются высокой нестабильностью в течение года (на рис. 3 представлен график изменения влажности наружного воздуха и влажности в экспозиционных залах музея в период с 31.07.2005 по 30.08.2005). В этих условиях поддержание требуемых параметров в помещениях, не находящихся под постоянным контролем персонала, становится невозможным, а в обслуживаемых – недостаточно эффективным из-за невозможности персонала подручными средствами оперативно и точно регулировать изменяющиеся параметры влажности и температуры. Требования к точности поддержания параметров температурно-влажностного режима в помещениях музея оцениваются в среднем как ±2 °С по температуре и ±5 % по влажности за сутки.

Рисунок 3. (подробнее) В летний период (на графике – с 31.07.2005 по 30.08.2005) изменения относительной влажности в экспозиционных залах музея практически повторяют изменения влагосодержания наружного воздуха (г/м3)

Рисунок 4. (подробнее) Изменение температурно-влажностного режима в фонде народного искусства на антресольном этаже в корпусе Бенуа Русского музея по данным системы дистанционного контроля

Корпус Бенуа

В течение последних лет в состав инженерного оборудования музея введено несколько систем кондиционирования воздуха, т. к. существовавшие ранее системы уже не отвечали современным требованиям к обеспечению требуемых параметров воздуха.

В частности, для поддержания температурно-влажностного режима в корпусе Бенуа в 1995 году была спроектирована и введена в эксплуатацию приточно-вытяжная система с увлажнением, полностью укомплектованная оборудованием отечественного производства.

Система предназначена для поддержания температуры и влажности в музейных фондах, где хранятся картины и предметы деревянного зодчества.

Отопление в фондах обеспечивает водяная система отопления, вентиляцию и увлажнение – вновь введенная система, позволяющая в зимнее время и межсезонье управлять температурой и влажностью воздуха.

Для нагрева воздуха, подаваемого в вентиляционные каналы, предусмотрен N-секционный 6-ступенчатый электрический калорифер. Увлажнение воздуха обеспечивается в оросительной камере форсуночным увлажнителем.

Автоматизированная система адиабатического увлажнения обеспечивала требуемые условия длительного хранения экспонатов в установившихся режимах, однако с течением времени оказалось, что при действии возмущений по влажности и температуре динамика системы является неудовлетворительной. Чтобы выдержать требуемые параметры, операторам несколько раз в сутки приходилось корректировать задающие воздействия на исполнительных устройствах.

Корпус Бенуа Государственного Русского музея

Таким образом, оператор оказался включенным в контур регулирования – влияние человеческого фактора на температурно-влажностный режим в обслуживаемых фондах стало существенным, т. к. при резких изменениях погодных условий функционирование системы полностью зависело от внимания, опыта и профессионализма оператора.

Принятые изменения, внесенные в систему в рамках ее модернизации в 2000 году, не затронули технологических основ ее функционирования и были связаны только с модернизацией системы управления.

Без изменения основного технологического оборудования были введены новые устройства автоматики, включая шкафы управления, исполнительные механизмы и первичные датчики, и был разработан новый алгоритм управления с учетом новых контуров управления.

В частности, были полностью замкнуты контуры автоматического управления температурой и влажностью воздуха. Реализовано каскадное управление расходом воздуха, что исключило колебания регулируемых параметров, особенно при низких температурах наружного воздуха (рис. 4). Введены контуры защиты основного оборудования (насоса, электрокалорифера, вентилятора), а также контур защиты от размораживания. Громоздкие, устаревшие три щита управления были заменены двумя современными, компактными и удобными в эксплуатации и обслуживании шкафами. Установлена микропроцессорная система регулирования на базе свободно-программируемого микропроцессорного контроллера серии EY2400 компании «Fr. Sauter AG» (Швейцария) (рис. 6).

Модернизация системы кондиционирования воздуха корпуса Бенуа позволила существенно улучшить свойства управляемости системы:

• точность поддержания влажности достигла 3 %;

• быстродействие системы управления возросло с 30–40 до 15 минут;

• система стала работать полностью в автоматическом режиме без участия оператора.

Михайловский замок

При реставрации Михайловского (Инженерного) замка пространственные ограничения и высокие требования к точности стабилизации влажности потребовали иного (по сравнению с решениями для корпуса Бенуа) подхода к ее регулированию в помещениях фонда декоративно-прикладного искусства, где хранятся предметы мебели XVIII–XX веков, а также фонда советской скульптуры.

Данные фонды были размещены в новых помещениях Михайловского замка, в которых имелась только система водяного отопления и естественная вентиляция.

Перед отделом климатологии была поставлена задача обеспечить непрерывное поддержание требуемого уровня относительной влажности при отсутствии помещений для размещения источников увлажнения и при условии безоператорного обслуживания системы.

Дополнительные требования к управлению температурой воздуха не предъявлялись, т. к. существующая система отопления вполне справлялась с этой задачей.

Михайловский (Инженерный) замок

В результате было принято решение об установке автоматической компактной системы пароувлажнения компании «Armstrong Intl.» (США), использующей настенный электродный атмосферный парогенератор мощностью 13,6 кг/ч со встроенной системой регулирования влажности. Данный парогенератор является конструктивно безопасным и имеет встроенные цепи защиты по току (рис. 5).

Разработанные специально для поддержания влажности в помещениях адаптивные алгоритмы регулирования учитывают динамику процесса, исключают перерегулирование (переувлажнение) и обеспечивают высокий уровень точности стабилизации влажности при действии внешних возмущений.

Рисунок 5. (подробнее) Структурная схема системы вентиляции и увлажнения воздуха в Михайловском замке

Рисунок 6. (подробнее) Структурная схема системы с нововведениями в системе автоматики

Рисунок 7. (подробнее) Изменение температурно-влажностного режима в запасе мебели фонда декоративно-прикладного искусства в Михайловском замке Русского музея по данным системы дистанционного контроля

Следует заметить, что при пароувлажнении повышается температура в помещении, если система управления отоплением не учитывает дополнительную тепловую энергию в паре (рис. 7).

В систему пароувлажнения были введены дополнительные цепи защиты от попадания пара в вентиляционный канал в случае аварийной остановки вентилятора, а также контуры контроля состояния воздушного фильтра и обязательные схемы противопожарной защиты.

Площадь всей системы пароувлажнения составила 0,5 м².

Замкнутый режим увлажнения в Михайловском замке позволил обеспечить требуемое качество управления при затратах электроэнергии на увлажнение 0,8 кВт/кг (удельные затраты электроэнергии на увлажнение в системе кондиционирования воздуха корпуса Бенуа составляют 0,65 кВт/кг).

В интегрированной системе управления ОВК удельные энергозатраты при реализации различных принципов увлажнения воздуха будут сближаться. В то же время преимуществом парового увлажнения остаются бактерицидные свойства пара. Это имеет особое значение при поддержании уровня влажности в экспозиционных залах, в которых находятся посетители.

Тел. (812) 531-14-07