Приборы контроля температуры и относительной влажности воздуха в книгохранилищах

Важнейшим условием обеспечения сохранности библиотечных фондов является поддержание в книгохранилищах нормативных климатических параметров, то есть температуры и относительной влажности воздуха. Единственный способ контроля климата в помещении — запись показателей с помощью приборов, предназначенных для этой цели. Если условия хранения нельзя улучшить, то документально подтвержденные результаты постоянных замеров позволят обосновать необходимость закупки специального оборудования для поддержания требуемых условий хранения документов. Относительная влажность воздуха — это отношение (выраженное в процентах) количества водяного пара в определенном объеме воздуха к максимально возможному количеству насыщенного водяного пара, которое может содержаться в том же объеме воздуха при данной температуре и давлении:

RH = А/Вх100 %,

где

• RH’ — относительная влажность воздуха (RH— (англ) relative humidity.),%;
• А — абсолютная влажность воздуха, то есть масса воды, г, в 1 м3 воздуха;
• В — влагоемкость воздуха при данной температуре, которая определяется по специальным таблицам, г/м3.

Температура в книгохранилищах должна быть в пределах 18±2 °С, влажность — 55±5 %. Если исключить граничные условия, при которых происходит необратимое разрушение бумаги (опасный нижний предел относительной влажности воздуха 25 %) или развитие микроорганизмов (верхний предел 70 %), то считается, что в диапазоне температур 16—22 °С и влажности 25—60 % климатические условия не оказывают отрицательного влияния на долговечность документов. Еще более опасными, чем крайние значения температуры и относительной влажности, являются сезонные колебания этих показателей, когда библиотечные материалы (бумага, кожа, пергамен) подвергаются набуханию и сжатию.

Микроскопические исследования показывают, что волокна натуральных материалов никогда не возвращаются в первоначальное состояние. Эти изменения размеров ускоряют повреждения, такие как деформация и коробление бумаги и переплётов книг, отслаивание красок и растрескивание эмульсии на фотографиях.

NISO (США) разработал стандарт на условия окружающей среды для хранения документов на бумажной основе в архивах и библиотеках, согласно которому считается допустимым изменение в течение одного месяца температуры на 1,8 °С, относительной влажности — на 3 %. За мониторинг должен отвечать конкретный человек. Измерения в каждом помещении хранители должны проводить сразу же, придя на работу, затем в полдень и в 5 ч вечера. Проведенные исследования показали, что сильные колебания этих параметров происходят лишь при сквозном длительном проветривании.

Проветривание — мощный фактор изменения микроклимата, но использовать его надо очень осторожно, принимая во внимание изменяющиеся свойства наружного воздуха. Чем меньше разница во влагосодержании наружного и внутреннего воздуха, тем дольше можно проводить проветривание. В РНБ (ранее Государственная публичная библиотека им. М. Е. Салтыкова Щедрина) наблюдение за климатическими параметрами ведется с 1934 г., когда при Отделе фондов и обслуживания создана группа гигиены книги.

В настоящее время для определения температуры и влажности воздуха используются приборы, в основе работы которых лежат разные принципы действия. Психрометры Психрометры (Психрометр — от греч. psychria холод + metreo мерю) применяются уже более ста лет, в частности в архивах, музеях, библиотеках. В них используется физический принцип психометрии — свойство смоченных водой тел охлаждаться при испарении влаги. Метод основан на зависимости между влажностью воздуха и психрометрической разностью — разностью показаний сухого и увлажненного термометров, находящихся в термодинамическом равновесии с окружающей средой. О возможности использования понижения температуры смоченного термометра как меры влажности воздуха впервые упоминается в середине XVIII в. Существует два основных типа психрометров:

•  с естественной вентиляцией (стационарный)
•  с искусственной вентиляцией (аспирационный).

Стационарный психрометр имеет два одинаковых термометра с делением шкалы 0,2°. Резервуар правого термометра обернут батистом, конец которого опущен в стаканчик с дистиллированной водой, закрытый крышкой с прорезью для батиста. Недостатком этого психрометра является зависимость показаний смоченного термометра от скорости потока воздуха. Наиболее удачная система для перевода показаний психрометра в единицы влажности принадлежит В. И. Арнольду. При расчетах влажности и построении психометрических графиков используются полу- эмпирические формулы:

Е = Е*(ТВ)-Р х AW(TC — Тв) и Н = Ев / Ec-Aw х (Тс-Тв) / Ес

где

• Е — давление пара;
• Ew — давление насыщенного пара по отношению к воде, находящейся во влажном воздухе, при давлении Р и температуре Тс;
• Психрометр в хранилище Aw — психрометрическая постоянная по отношению к воде;
• Ев и Ес — давление насыщенного водяного пара при температуре влажного (Тв) и сухого (Тс) термометров.

Учитывая сложность этих формул, для каждого типа психрометров составляют психрометрическую таблицу, в которой величина относительной влажности воздуха приведена в зависимости от одной из температур или от их разности Тс-Тв. Общие требования к этим таблицам и правила их составления указаны в ГОСТ 8.524-85. Для точной психометрии рекомендуется скорость потока воздуха больше 3 м/с. При скоростях больше 3 м/с Aw уже не зависит от скорости вентиляции. При погрешности температуры ±0,1 °С погрешность измерения влажности составляет ±(1,0—1,5) %. Это предельная точность психрометрического метода.

Психрометр Ассмана Бытовой психрометр имеет два термометра, закрепленных на па¬нели. Один из термометров (так называемый «влажный») обернут в один слой батистом, конец ткани опущен в резервуар с дистиллированной водой. При испарении воды с влажного батиста термометр охлаждается и показывает пониженную температуру. Второй, так называемый сухой термометр, показывает температуру окружающего воздуха. Система находится в равновесии, и скорость испарения влаги с батиста зависит от влажности воздуха, следовательно, от нее зависит и температура, которую покажет увлажненный термометр. Например, если влажность воздуха высокая, испарение влаги с батиста будет происходить медленно, второй термометр покажет температуру, более близкую к показаниям первого термометра, чем в случае с низкой влажностью воздуха, то есть разность показаний температур на термометрах тем больше, чем ниже влажность воздуха. В настоящее время выпускают две модели бытовых психрометров на заводе «Термоприбор» (г. Клин), отличающиеся только температурным диапазоном: ВИТ-1 — от 0 до 25 °С, ВИТ-2 — от 15 до 40 °С (измеряет влажность в диапазоне от 20 до 90 % с точностью 7 %). Перед измерением относительной влажности воздуха необходимо измерить скорость аспирации непосредственно перед психрометром, то есть скорость воздушных вертикальных потоков, омывающих прибор. Скорость аспирации измеряют с помощью анемометра крылатого У5, ГОСТ 6376-74. Измеренная скорость округляется до десятых долей метра в секунду. Диапазон скоростей аспирации указан в приложении к инструкции к прибору (в психрометрических таблицах). При использовании бытовых психрометров целесообразно сопоставить их показания с показаниями точного прибора — аспирационного, электронного, оценив реальную разницу. В отличие от аспирационного, бытовой психрометр не имеет принудительного обдувания и работает в разных режимах естественного испарения влаги с батиста в зависимости от местоположения прибора в хранилище. Это снижает точность его показаний.

Психрометр аспирационный (или Ассмана). Приборы этого типа дают возможность самым дешевым способом правильно измерять относительную влажность воздуха. Диапазон измерений: температуры — от -35 до +35 °С с точностью 0,2 °С; относительной влажности — от 0 до 100 %, с точностью 1 %. Прибор состоит из двух одинаковых ртутных термометров, закреплённых в специальной металлической никелированной оправе. Резервуары термометров помещены в двойные трубки с воздушной прослойкой, что предохраняет термометры от нагревания солнцем. Эти трубки соединены с вентилятором, приводимым во вращение часовым механизмом или электродвигателем, вентилятор обдувает оба термометре с постоянной скоростью около 2 м/сек. Резервуар одного из термометров обернут батистом в один слой, перед работой его смачивают дистиллированной водой. Вращением вентилятора в прибор засасывается воздух, который, обтекая резервуары термометров, проходит по главному воздухопроводу к аспиратору и выбрасывается последним наружу через специальные прорези. Один термометр показывает температуру потока воздуха, а другой — меньшую, из-за испарения воды с поверхности батиста. Влажность воздуха определяется так же, как в случае бытовых психрометров. Долгое время применялся аспирационный психрометр МВ-4М, в настоящее время выпускается однотипный прибор М-34. МВ-4М имеет механический (пружинный) привод вентилятора, а М-34 — электрический. Разработаны также автоматические психрометры для повышенных температур. Например, АТГ-210. Его особенность заключается в том, что смачивание термометра выполняется без фитиля, путем распыления воды, а температура воздуха и воды одинакова. Гигрометры Гигрометры измеряют только относительную влажность воздуха. В них используется свойство материалов менять какой-либо параметр в зависимости от влажности воздуха, например, длину или электрическое сопротивление.

Еще до нашей эры в качестве гигрометра применяли натянутую между столбами веревку, по провисанию которой судили о влажности воздуха. Гигрометры бывают разных типов, например, деформационные и сорбционно-резистивные. В деформационных гигрометрах используется свойство волоса изменять длину в зависимости от влажности воздуха. Это стрелочные Гигрометр приборы. Волосок соединен с рычажком, поворачивающим стрелку прибора. Он, деформируясь при изменении влажности воздуха, изменяет положение стрелки прибора. Преимущество приборов такого типа — дешевизна и работоспособность при температурах ниже О °С. Долгое время в отечественной практике применяли и сейчас еще используют волосные гигрометры М-68 — в круглой металлической оправе (рис. 3), а также менее надежные М-19 — открытого типа. М-68 работает в диапазоне температур 5—40 °С и определяет относительную влажность воздуха в пределах 30—100 %. М-19 используется главным образом в зимнее время при температурах ниже -10 °С, когда психрометры на работают. Диапазон измеряемых температур —• от -20 до + 40 °С; диапазон показателей влажности — от 30 до 100 % с точностью 10 %. Данные приборы являются инерционными, медленно реагируют на резкие колебания влажности воздуха и нуждаются в предварительной настройке по эталону, например, по аспирационному психрометру.

В метеорологических гигрографах М-21А для обеспечения достаточного усилия используют пучок обезжиренных человеческих волос (до 40 волос). Животная пленка, изготавливаемая из прямой кишки животных, служит влаг чувствительным элементом главным образом в аэрологических радиозондах. Ее деформация с помощью специального реостата преображается в электрический сигнал. Простота конструкции, невысокая стоимость и удобство деформационных гигрометров делает их применение желательным во многих случаях. Сложность заготовки традиционных природных, в том числе животных материалов, долгое время ограничивала производство и разработку новых приборов. Решением этой проблемы стало применение синтетических материалов, например, нейлоновой нити и других полимеров. В сорбционно-резистивных гигрометрах используется свойство сорбционных материалов изменять электрическое сопротивление при изменении влажности воздуха. В 1938 г. Данмор (США) описал первую конструкцию электрического гигрометра, заменяющего волосной. Он представлял собой две тонкие луженые спирали из медной проволоки, покрытые разбавленным раствором хлористого лития в воде. При влажности больше 12 % вследствие поглощения влаги из воздуха хлористый литий образует проводящую пленку, электрическое сопротивление которой зависит от влажности и температуры окружающей среды и измеряется между витками двух проволок. В подобных гигрометрах кроме пластинки с хлоридом лития использовались: окись А1, датчики с ионным обменом, свинцово-иодистые пленки, керамика, титанат церия и другие материалы.

Самозаписывающий термогигрограф для мониторинга температуры и влажности на протяжении длительного времени представляет собой комбинацию из двух приборов: биметаллического термографа и волосного гигрографа, смонтированных на общем основании. Приемником температуры служит прогнутая биметаллическая пластинка. При изменении температуры окружающей среды кривизна пластинки биметалла меняется. Деформация пластинки через тягу и рычаг передается стрелке с пером, которая делает запись на специальной ленте, надетой на барабан часового механизма. Термогигрографы Приемником влажности является пучок обезжиренных человеческих волос. Один конец пучка закреплен неподвижно, другой закреплён в устройстве, которое может перемещаться, вызывая перемещение стрелки по ленте. При изменении влажности воздуха длина пучка меняется, и стрелка с пером отражает это изменение. Термогигрометр со щупом (ROTRONIC) Логгер (COMARK)  Логгер со щупом (ROTRONIC) Пределы измерения влажности — 30—-100 %, температуры — от -35 до +45 °С. Точность измерений температуры — ±1 °С, влажности — ±1 %, заводится механизм на неделю. Менять ленты приходится регулярно, что удорожает работу приборов при длительной записи. Приборы требуют калибровки, в частности, при перемещении на другое место. В настоящее время в музеях используют современные модели. В термогигрографах 9009 (рис. 46) и 9010 в качестве барабан¬ного механизма используется кварцевый мотор, модель 9010 рассчита¬на на цикл работы до месяца. Их пределы измерения влажности — 0—100 ±2 %, температуры — от -20 до +43 ±1 °С. Термогигрометр Dickson работает на аккумуляторах, имеет память на 1900 измерений, упаковка бумаги рассчитана на 7-дневный цикл работы. Его пределы измерения влажности — 10—95 %, температуры — от 0 до +50 °С. Цифровые электронные приборы Механические модели постепенно вытесняются цифровыми элек¬тронными приборами, которые подразделяются на две большие группы. Электронные приборы без программного обеспечения.

Термогигрометры — прецизионные измерительные приборы с автономным батарейным питанием, имеющие датчики температуры и относительной влажности. Большинство из них не сохраняет получаемую информацию. Некоторые благодаря микропроцессору сохраняют данные о минимальных и максимальных значениях температуры и влажности, пока их не перенастроят вручную. Показания температуры и влажности высвечиваются на экране мини дисплея. Для контроля климата в хранилищах РНБ используют различные модели термогигрометров фирмы ROTRONIC с диапазоном измерений температуры от -50 до +200 °С, относительной влажности воздуха — от 0 до 100 %. Диапазон зависит от типа вмонтированных датчиков. Точность измерения влажности — ±1,5 %, температуры — ±0,3 °К. Прибор малогабаритный, легкий, переносной. Некоторые модели имеют щуп, что позволяет производить замеры внутри книг и других документов.

Электронные приборы с программным обеспечением—доггеры. Логгеры (DATA-LOGGERS и RADIO-LOGGERS) — устройства небольшого размера, обеспечивающие сбор, обработку, хранение и передачу информации, а также управление комплексом датчиков и аналитических приборов, работающих в автоматическом и непрерывном режиме. Логгеры измеряют заданные программой параметры (температуру и относительную влажность воздуха) с определенной периодичностью . Диапазон измерения температуры — от -50,0 до+199,9 °С; влажности — от 0 до 100 %. Точность измерения влажности — ±1,5 %, температуры — ±0,3 °С. Получение информации может осуществляться периодически или постоянно. В первом случае собранные данные постепенно переносятся из памяти логгера в компьютер. Для передачи информации с DATA-LOGGERS необходимо снять датчик и, подключив логгер с помощью специального провода к компьютеру, считывать полученную информацию в виде таблиц и графиков. Во втором случае датчики являются периферийными устройствами в единой сети и управляются персональными компьютерами либо через модем по телефонным линиям связи (DATA-LOGGERS), либо с помощью радиоволн (RADIO-LOGGERS). Таким образом, не снимая прибора, можно получать на компьютере информацию обо всех измеряемых параметрах. Подобные системы могут включать в себя более 200 датчиков. Система радио контроля параметров климата немецкой фирмы HANWELL снабжена датчиками, измеряющими каждые 15 мин температуру и влажность воздуха, уровень освещенности и долю ультрафиолета, имеется также специальный датчик наружной температуры и влажности. Устойчивая радиосвязь может осуществляться в радиусе 2,5 км.

Программное обеспечение позволяет оперативно, на мониторе компьютера видеть параметры климата во всех помещениях, где установлены датчики, а также просматривать графики непрерывного изменения параметров в любых диапазонах с любой интересующей даты. Программа позволяет вести журнал «тревог», регистрируя случаи, когда параметры климата выходят за допустимые пределы. «Тревога» имеет цветовой и звуковой сигналы. Система позволяет оперативно реагировать на ошибки в проветривании, а также на остановки в работе увлажнителей, систем вентиляции и кондиционирования воздуха. С 2001 г. такая система работает в Государственном Русском музее: хранители могут получать информацию по климату музея в полном объеме и принимать соответствующие меры в случае необходимости. В Российской национальной библиотеке с 2001 г. используют логгеры фирм COMARK (Франция) и ROTRONIC (Швейцария).

В настоящее время применяются более современные модели ROTRONIC, которые предполагается соединить в единую сеть. В заключение — некоторые рекомендации по выбору приборов. В помещениях, где нет ценных фондов, достаточно установить недорогие приборы. Если регулирование климата в здании сводится просто к отоплению зимой, можно использовать психрометр. Но если необхо¬дима установка системы кондиционирования, то целесообразно при¬обретение цифровых приборов для получения точных данных.

Список использованной литературы Влажность. Измерение и регулирование в научных исследованиях и технике : материалы междунар. симпозиума по влагометрии : в 2 т. Т. 2. Вашингтон, 1963. 184 с. Метрологическое обеспечение гигрометрии / подгот. И. А. Соколов ; ВНИИ КИ. М., 1987. 72 с. Митчелл Дж., Смит Д. Акваметрия. М. : Химия, 1980 г. 156 с. Привалов В. Ф. Обеспечение сохранности архивных документов на бумажной основе : метод, пособие / Росархив, ВНИИДАД. М., 2003. 112 с. Психрометр Ассмана. М. : ГИМИЗ, 1948. 16 с. Сохранение библиотечных и архивных материалов (руководство). СПб. : Ев¬ропейский дом, 1998. 257 с. Термогигрограф. Описание и руководство к пользованию. М. : Оборониздат, 1941 г. 17 с.

Т. В. Мешкова, Т. Д. Великова