CN101950184A - 一种节能文物柜的交替式湿度控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种节能文物柜的交替式湿度控制方法，湿度调节器(1)在操作人员早上上班时开启，下午下班时关闭，在湿度调节器(1)开启期间由湿度调节器(1)对文物柜(3)实施湿度调控，湿度调节器(1)关闭期间由调湿剂(2)对文物柜(3)实施湿度。同现有技术比较，本发明的优点是：1)采用交替式湿度控制方法，湿度调节器关闭后仍能将文物柜内的湿度调节、控制在设定的范围内；2)利用湿度调节器工作时自动对调湿剂进行再生处理，省去另外进行人工再生处理麻烦；3)调湿剂较现有产品具有更高的调湿速率和更大的湿含量；4)能耗大幅度降低。
Description
技术领域
本发明涉及一种文物保护的方法，特别涉及一种节能文物柜的交替式湿度控制方法。
背景技术
温度、湿度是衡量微环境状况的两项重要参数，在文物保护领域，环境相对湿度变化对文物造成的不良后果远比温度波动大、调控难度也更大。文物的多种老化反应与湿度变化密切相关，过分干燥与过分潮湿均会对文物造成破坏。由于我国潮湿地区年平均相对湿度70％～80％，有时高达95％～100％，北方干燥时期的相对湿度甚至可以达到10％以下，因此，控制环境湿度对文物保存是至关重要的。
目前控制微环境温度的技术已经相当成熟，但控制湿度却相对比较困难，湿度的调节方式可归结为机械调节和非机械调节。调节湿度的机械主要有去湿机、增湿机及恒湿空调等，这种方式的优点是效率高，缺点是但每天24小时连续开机调节湿度不仅能耗大，而且容易造成安全隐患；非机械调节主要指利用调湿材料的吸放湿性能自主、自适应地调节环境湿度，这种方式无需任何机械设备和能源消耗，是一种环境友好的控制调节方法，特别适用于文物展柜、储藏柜等文物保存微环境的湿度调节，优点是非常节能和环保、不怕停电，缺点是调湿剂有湿容量的限制、需要定期人工再生。
非机械调节的调湿材料大致可分为以下几类：特种硅胶、海泡石、无机盐类、有机高分子材料等，各有优缺点。复合调湿材料是将不同类型的调湿材料与其它辅助材料混合反应后制得的，最常见的是高吸水性树脂与无机填料复合制备而成的调湿材料。发明专利CN200910101489.0公布了一种调温调湿材料的制备方法，用于微环境的湿度调节，但其中的聚乙二醇和明胶会使海泡石自身的孔堵塞，而且水分子进入树脂内部后不容易脱附，所以材料的吸放湿性能、特别是放湿性能受到限制，容易出现放湿滞后的现象、湿容量也不够大。本发明在调湿剂的制备过程中，在调湿剂内部形成纳米孔结构，海泡石能直接通过调湿剂本身的孔道进行吸附，而且调湿剂内形成的多孔道结构，吸放湿迅速，能进一步提高调湿速率，本发明的调湿剂较上述专利具有更高的调湿速率和更大的湿含量，这使非机械调节的效果得到有效保证。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种节能文物柜的交替式湿度控制方法，解决恒湿机24小时连续开机调节湿度不仅能耗大，而且容易造成安全隐患及调湿剂有湿容量的限制、需要定期人工再生的难题。
一种节能文物柜的交替式湿度控制方法，其特征在于：湿度调节器1在操作人员早上上班时开启，下午下班时关闭，当湿度调节器1处于工作状态时，由湿度调节器1调湿处理后的气体穿过调湿剂2，气体先与调湿剂接触后再进入文物柜3中，对柜中的湿度进行调节，然后气体被抽回到湿度调节器1内，湿度调节器1再次对气体进行调湿处理，依次往复循环；当柜内湿度达到预定范围内时，湿度调节器自动暂停工作；柜内湿度超出预定范围时，湿度调节器自动启动；在湿度调节器1关闭期间，由调湿剂2自动调节文物柜3中的湿度；文物柜有效体积(m3)与调湿剂质量(kg)之比为1∶0.2～1∶2；湿度调节器选用恒湿空调，或者在高湿地区采用减湿机，在低湿地区采用增湿机；
所述调湿剂采用如下步骤制备：
A)按质量份数取1～20份聚丙烯酰胺，3份丙烯酰胺，3份聚丙烯酸钠，3份乙基纤维素，3份粒度为100目、经过活化处理的海泡石，加入到装有40～80份水的反应釜中，在温度为60～80℃下搅拌反应10分钟；
B)按步骤A)的质量份数取0.06份硝酸铈铵，0.008份聚乙二醇双丙烯酸酯，0.2～0.8份氯化铝，0.2～1.5份氯化钙，分别加入到上述反应釜中，维持温度不变，继续搅拌反应20～40分钟，按步骤A)的质量份数取0.2～2份碳酸氢钠加入到上述反应器中，维持温度不变，继续搅拌反应4小时，得到合成产物；
C)将合成产物烘干，在150℃下加热处理2小时，得到调湿剂，分包装待用。
湿度调节利用湿度调节器、调湿剂分别交替进行，在湿度调节器开启期间，由湿度调节器(1)除湿处理后的气体先经过加热装置(2)加热，利用加热降湿的原理、进一步降低气体湿度，加热后的低湿气体穿过调湿剂
本发明采用交替式湿度调节控制方法，利用湿度调节器、调湿剂交替控制文物柜的湿度：在湿度调节器开启期间，利用湿度调节器调节控制柜内的湿度达到要求，在文物柜的湿度调节器关闭期间，利用调湿材料调节文物柜的湿度在设定的范围内；在调湿剂的制备过程中将有机高分子材料、天然高分子材料、无机多孔物质通过合成，复合成调湿材料，以吸收各类调湿材料的优点、提高合成材料本身的湿容量和调湿性能；并通过合成过程在材料上形成大量纳米尺寸的孔结构，以进一步提高产品的吸放湿性能，本发明的调湿剂较现有产品具有更高的调湿速率和更大的湿含量，使非机械调节的效果得到有效保证。实施样品(湿度调控目标为RH55％±5％)与进口超级调湿剂(湿度调控目标为RH50％)，每1m3的密闭空间使用1kg调湿剂，分别在RH90％的高湿环境下做吸湿性试验，在RH30％的低湿环境中做放湿性试验，测试材料调湿速率，对比结果见表1；105℃下将材料干燥到恒重，在RH90％的条件下测试材料的饱和湿容量，对比结果见表2。
表1实施样品与进口样品吸湿、放湿性能对比
表2湿容量对比(RH90％)
同现有技术比较，本发明的优点是：1)采用交替式湿度控制方法，湿度调节器关闭后仍能将文物柜内的湿度调节、控制在设定的范围内；2)利用湿度调节器工作时自动对调湿剂进行再生处理，省去另外进行人工再生处理麻烦；3)调湿剂较现有产品具有更高的调湿速率和更大的湿含量；4)能耗大幅度降低。
本方法的工作原理说明：
·节能文物柜的交替式湿度控制方法，利用湿度调节器、调湿剂交替控制文物柜的湿度，也就是分别利用机械调节和非机械调节两种完全不同的湿度调节方式调节文物柜的湿度。
·在湿度调节器开启期间，利用湿度调节器调节控制柜内的湿度达到要求，在文物柜的湿度调节器关闭后，利用调湿剂调节文物柜的湿度在设定的范围内；同时，湿度调节器对文物柜进行湿度调节的过程，也是湿度调节器自动对调湿剂进行再生处理的过程，所以不需要对调湿材料另外进行人工再生处理。
·关于利用本发明特定的气体流动路线，使湿度调节器对文物柜进行湿度调节的过程，也就是湿度调节器对调湿剂进行自动再生处理过程：在湿度调节器处于工作状态时，若文物柜内相对湿度高于湿度调节器设定的控制目标范围，湿度调节器自动开启进行械除湿，除湿后的干空气(气体a)先进入调湿剂的位置与调湿剂接触，干空气(气体a)与调湿剂进行湿交换、调湿剂放出水分变得干燥，气体a吸收调湿材料放出水分变为气体b(气体b湿度大于气体a)，气体b进入文物柜与柜内气体进行再次湿交换，气体b带走部分柜内的湿气变为气体c(气体c湿度大于气体b)，湿度大的气体c被湿度调节器抽回重新进行除湿处理，重新变为湿度小的干空气(气体a)，……，如此反复进行，调湿剂反复放出水分变得越来越干燥(调湿剂得到再生处理)，柜内的气体也因为湿气反复带走后，变得干燥、达到目标后暂停工作，湿度超过范围后，湿度调节器又重新开启进行械湿除湿。若文物柜内相对湿度低于湿度调节器设定的控制目标范围，湿度调节器开启进行械湿增湿，增湿后的湿空气(气体a)先进入调湿剂的位置与调湿材料接触，气体a与调湿剂进行湿交换、调湿剂吸收水分使材料的含水率增加，气体a被调湿剂收了部分水分变为气体b(气体b湿度小于气体a)，气体b进入文物柜与柜内气体再次进行湿交换，气体b内部分水分留在了柜内变为气体c(气体c湿度小于气体b)，湿度小的气体c被湿度调节器吸入重新进行加湿，重新变为湿度大的湿空气(气体a)进入调湿剂的位置与调湿材料接触，……，如此反复进行，调湿剂反复吸收水分变得趋于充满水分(调湿剂得到再生处理)，文物柜内的气体也因为湿气反复增加后，使过于干燥的情况不断缓解、达到目标后湿度调节器暂停工作；湿度低于工作范围后，湿度调节器又重新自动开启进行械湿增湿。
·由于湿度调节器的调湿速度要快于调湿剂的吸湿速度，湿度调节器工作期间不会出现调湿剂的调湿取代机械调湿而导致湿度调节器不能启动工作的情况。
·调湿剂的湿度调控目标范围是固定的，如RH55％±5％，因此，非机械调节时的调湿范围也是固定的，要改变非机械调节时的调湿范围需要更换调湿剂。不过，大部分场合的调湿范围都是固定的，如RH50％±5％RH、55％±5％等，所以只要根据不同文物的实际要求选用湿度调控目标范围适宜的调湿剂即可满足实际需求。
附图说明
图1为节能文物柜的调湿气体流动路线设计图
图2为实施样在高、低湿度条件下的静态湿度调节曲线
图3为实施样在不同湿度条件下的静态湿度调节曲线
具体实施方式
实施例1：
一种节能文物柜的交替式湿度控制方法，其特征在于：湿度调节器1在操作人员早上上班时开启，下午下班时关闭，当湿度调节器1处于工作状态时，由湿度调节器1调湿处理后的气体穿过调湿剂2，气体先与调湿剂接触后再进入文物柜3中，对柜中的湿度进行调节，然后气体被抽回到湿度调节器1内，湿度调节器1再次对气体进行调湿处理，依次往复循环；当柜内湿度达到预定范围内时，湿度调节器自动暂停工作；柜内湿度超出预定范围时，湿度调节器自动启动；在湿度调节器1关闭期间，由调湿剂2自动调节文物柜3中的湿度；文物柜有效体积(m3)与调湿剂质量(kg)之比为1∶0.2；湿度调节器选用恒湿空调，或者在高湿地区采用减湿机，在低湿地区采用增湿机；
所述调湿剂采用如下步骤制备：
A)按质量份数取1份聚丙烯酰胺，3份丙烯酰胺，3份聚丙烯酸钠，3份乙基纤维素，3份粒度为100目、经过活化处理的海泡石，加入到装有40份水的反应釜中，在温度为80℃下搅拌反应10分钟；
B)按步骤A)的质量份数取0.06份硝酸铈铵，0.008份聚乙二醇双丙烯酸酯，0.2份氯化铝，1.5份氯化钙，分别加入到上述反应釜中，维持温度不变，继续搅拌反应40分钟，按步骤A)的质量份数取0.2份碳酸氢钠加入到上述反应器中，维持温度不变，继续搅拌反应4小时，得到合成产物；
C)将合成产物烘干，在150℃下加热处理2小时，得到调湿剂，分包装待用。
本实施例样品的湿度控制目标为RH60％±5％，每立方米空间使用0.2kg，在湿度调节器不工作期间，利用调湿剂将柜内相对湿度湿度控制在RH60％±5％以内；实施样品在不同湿度条件下的静态湿度调节曲线，如图3所示。
实施例2：
一种节能文物柜的交替式湿度控制方法，其特征在于：湿度调节器1在操作人员早上上班时开启，下午下班时关闭，当湿度调节器1处于工作状态时，由湿度调节器1调湿处理后的气体穿过调湿剂2，气体先与调湿剂接触后再进入文物柜3中，对柜中的湿度进行调节，然后气体被抽回到湿度调节器1内，湿度调节器1再次对气体进行调湿处理，依次往复循环；当柜内湿度达到预定范围内时，湿度调节器自动暂停工作；柜内湿度超出预定范围时，湿度调节器自动启动；在湿度调节器1关闭期间，由调湿剂2自动调节文物柜3中的湿度；文物柜有效体积(m3)与调湿剂质量(kg)之比为1∶1；湿度调节器选用恒湿空调，或者在高湿地区采用减湿机，在低湿地区采用增湿机；
所述调湿剂采用如下步骤制备：
A)按质量份数取10份聚丙烯酰胺，3份丙烯酰胺，3份聚丙烯酸钠，3份乙基纤维素，3份粒度为100目、经过活化处理的海泡石，加入到装有60份水的反应釜中，在温度为70℃下搅拌反应10分钟；
B)按步骤A)的质量份数取0.06份硝酸铈铵，0.008份聚乙二醇双丙烯酸酯，0.5份氯化铝，0.6份氯化钙，分别加入到上述反应釜中，维持温度不变，继续搅拌反应30分钟，按步骤A)的质量份数取1份碳酸氢钠加入到上述反应器中，维持温度不变，继续搅拌反应4小时，得到合成产物；
C)将合成产物烘干，在150℃下加热处理2小时，得到调湿剂，分包装待用。
本实施例样品的湿度控制目标为RH55％±5％，每立方米空间使用1kg实施样品，在湿度调节器不工作期间，利用调湿剂将柜内相对湿度湿度控制在RH55％±5％以内。实施样品在高、低湿度环境条件下的静态湿度调节曲线，如图2所示。
实施例3：
一种节能文物柜的交替式湿度控制方法，其特征在于：湿度调节器1在操作人员早上上班时开启，下午下班时关闭，当湿度调节器1处于工作状态时，由湿度调节器1调湿处理后的气体穿过调湿剂2，气体先与调湿剂接触后再进入文物柜3中，对柜中的湿度进行调节，然后气体被抽回到湿度调节器1内，湿度调节器1再次对气体进行调湿处理，依次往复循环；当柜内湿度达到预定范围内时，湿度调节器自动暂停工作；柜内湿度超出预定范围时，湿度调节器自动启动；在湿度调节器1关闭期间，由调湿剂2自动调节文物柜3中的湿度；文物柜有效体积(m3)与调湿剂质量(kg)之比为1∶2；湿度调节器选用恒湿空调，或者在高湿地区采用减湿机，在低湿地区采用增湿机；
所述调湿剂采用如下步骤制备：
A)按质量份数取20份聚丙烯酰胺，3份丙烯酰胺，3份聚丙烯酸钠，3份乙基纤维素，3份粒度为100目、经过活化处理的海泡石，加入到装有80份水的反应釜中，在温度为60℃下搅拌反应10分钟；
B)按步骤A)的质量份数取0.06份硝酸铈铵，0.008份聚乙二醇双丙烯酸酯，0.8份氯化铝，0.2份氯化钙，分别加入到上述反应釜中，维持温度不变，继续搅拌反应20分钟，按步骤A)的质量份数取2份碳酸氢钠加入到上述反应器中，维持温度不变，继续搅拌反应4小时，得到合成产物；
C)将合成产物烘干，在150℃下加热处理2小时，得到调湿剂，分包装待用。
本实施例样品的湿度控制目标为RH50％±5％，每立方米空间使用2kg，在湿度调节器不工作期间，利用调湿剂将柜内相对湿度湿度控制在RH50％±5％以内。
Claims (4)
1.一种节能文物柜的交替式湿度控制方法，其特征在于：湿度调节器(1)在操作人员早上上班时开启，下午下班时关闭，当湿度调节器(1)处于工作状态时，由湿度调节器(1)调湿处理后的气体穿过调湿剂(2)，气体先与调湿剂接触后再进入文物柜(3)中，对柜中的湿度进行调节，然后气体被抽回到湿度调节器(1)内，湿度调节器(1)再次对气体进行调湿处理，依次往复循环；当柜内湿度达到预定范围内时，湿度调节器自动暂停工作；柜内湿度超出预定范围时，湿度调节器自动启动；在湿度调节器(1)关闭期间，由调湿剂(2)自动调节文物柜(3)中的湿度。
2.根据权利要求1所述的湿度控制方法，其特征在于：文物柜有效体积(m3)与调湿剂质量(kg)之比为1∶0.2～1∶2。
3.根据权利要求1所述的湿度控制方法，其特征在于：湿度调节器选用恒湿空调，或者在高湿地区采用减湿机，在低湿地区采用增湿机。
4.根据权利要求1所述的湿度控制方法，其特征在于：所述调湿剂采用如下步骤制备：
A)按质量份数取1～20份聚丙烯酰胺，3份丙烯酰胺，3份聚丙烯酸钠，3份乙基纤维素，3份粒度为100目、经过活化处理的海泡石，加入到装有40～80份水的反应釜中，在温度为60～80℃下搅拌反应10分钟；
B)按步骤A)的质量份数取0.06份硝酸铈铵，0.008份聚乙二醇双丙烯酸酯，0.2～0.8份氯化铝，0.2～1.5份氯化钙，分别加入到上述反应釜中，维持温度不变，继续搅拌反应20～40分钟，按步骤A)的质量份数取0.2～2份碳酸氢钠加入到上述反应器中，维持温度不变，继续搅拌反应4小时，得到合成产物；
C)将合成产物烘干，在150℃下加热处理2小时，得到调湿剂，分包装待用。
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