環境試驗標準化發展及現狀分析

許雪冬　劉鑫

摘 要：近年，環境試驗方法從單一環境因素試驗向多種環境因素耦合的綜合試驗發展，凝露、冰雹等新型試驗方法國家標準正在研制。重點研制了風力、太陽能等新能源設備的環境技術要求相關標準。本文基于研究國內外環境試驗標準技術的發展歷程，分析現行國際及國家環境試驗標準體系，結合各產業發展現狀，提出我國環境試驗標準的發展方向。

關鍵詞：環境試驗，標準，發展，多種環境因素耦合，新能源

DOI編碼：10.3969/j.issn.1002-5944.2024.04.010

0 引 言

各產業的裝備、產品都處在一定的環境之中，在一定的環境下使用、運輸和貯存。隨著經濟、技術的發展，產品的使用領域變得更加廣泛，產品往往要經受從熱帶到寒帶，從平原到高原，從深海到太空等各個自然環境的影響，同時要經受振動、沖擊、跌落、恒加速度等各種誘發環境的影響。為保證產品在貯存與運輸中免遭損壞，在使用中安全可靠，必須使產品具有一定的環境適應能力。環境試驗就是用人工的方法創造各種各樣的環境條件，模擬客觀環境的影響，考核產品的環境適應性能，以保證產品能夠經受得住使用、運輸與貯存中各種環境力的作用，從而達到保證產品在使用中能夠滿意地工作的要求。

1 環境試驗介紹

環境試驗是環境技術的一個重要組成部分，它是要考核各種環境條件對產品的作用和影響。環境技術包括環境條件、產品在各種環境條件下的失效模式與失效機理、環境試驗、環境防護及環境控制等內容。環境技術是研究環境對產品性能的影響，分析失效機理，為產品的可靠性設計和質量保證提供環境條件數據，提出相應的環境試驗方法，評定產品對環境的適應能力以及針對產品所處環境的特殊需要研究相應的環境防護技術和環境控制技術等。

環境試驗是將產品暴露在自然的或人工的環境條件下經受其作用，以評價產品在實際使用、運輸和貯存環境條件下的性能，并分析研究環境因素的影響程度及其作用機理。環境試驗有自然暴露試驗和人工模擬試驗兩種。

1.1 自然暴露試驗

自然暴露試驗是將試驗樣品放到某些典型的自然環境條件下，一般分露天、棚下和室內三種狀態進行暴露，自然暴露試驗的時間較長，在整個暴露過程中需要對試驗樣品進行定期測試，以分析研究試驗樣品性能參數受環境影響變化的規律。自然暴露試驗所需費用較大，所消耗的時間也較長，試驗的重復性和規律性也較差，但是試驗中所發現的問題能比較真實地反映實際使用狀態，因此是人工模擬試驗的基礎。

1.2 人工模擬試驗

現在各產業的裝備、產品生產周期短、更新換代快、產品的使用領域十分寬廣，需要在較短的時間內了解產品的環境適應性能。為了更加主動地進行試驗而不受天然氣候環境和地區的影響，人們在科研和生產中廣泛采用人工模擬環境試驗。即在實驗室里利用試驗儀器設備創造一個單因素或多因素綜合作用于產品上的局部環境條件，以考核在使用、運輸和貯存中，主要環境因素作用下試驗樣品的適應性能。人工模擬試驗的試驗條件既能模擬實際環境中的主要因素，又能在時間上起一定的加速作用，適當加大試驗強度，以縮短試驗時間較快取得所需數據。加速的程度以不改變各種環境作用機理為原則。GB/T 2423系列標準中的各項試驗方法，就是標準化了的人工模擬試驗，它們在國際上是通用的。

采用標準化了的人工模擬試驗方法，一方面可以按照使用目的比較真實地模擬實際環境的影響，使試驗具有模擬性；也可使不同實驗室里所做的試驗能夠相互進行比較以避免試驗程序和試驗設備上的差異給試驗結果帶來影響，使試驗具有再現性；對于在同一個實驗室里不同時間所做的試驗能夠前后比較，使試驗具有重復性。國內及國際上幾十年的實踐經驗證明，這些環境試驗方法可以模擬實際的使用環境，可以重現這些環境的影響。因此當我們需要進行環境試驗時，應盡量采用GB/ T2423系列標準中相應的試驗方法，用統一的尺度來衡量產品的環境適應性，以便在較大的范圍內比較試驗結果，交流試驗數據，評定產品質量。

人工環境試驗可以分為模擬單一環境因素對試驗樣品影響的單項試驗、模擬兩個或兩個以上的環境因素同時作用于試驗樣品的綜合試驗以及模擬兩個或兩個以上的環境因素依次（或交替）作用于試驗樣品的組合試驗。單項試驗所用設備比較簡單、試驗費用較低、對試驗過程中產品所發生的故障較容易分析，但對實際環境的模擬性較差。采用綜合試驗或組合試驗可以更真實地模擬實際環境對產品的影響，盡管綜合試驗和組合試驗的方法和設備比較復雜，試驗費用比較高，但是在一定情況下，為了更正確地評定產品的環境適應性能還是有必要采用綜合試驗和組合試驗。

2 國際環境試驗標準化的發展

2.1 IEC/TC 104的發展

在20世紀40年代，國際電工委員會（IEC）認識到環境問題關系到產品的可靠性和使用壽命，在TC12（電信設備技術委員會）會議上，決定成立一個旨在制定氣候和機械耐久性試驗方法的工作組，并于1954年，頒布了第68號出版物——“電子元件的氣候和機械強度耐久性基本試驗方法”（第一版），包括濕熱、霉菌、鹽霧和沖擊等試驗方法。

隨著工作范圍和內容的擴大，之前隸屬于TC12的工作組已經不適應形勢的需要，于1960年單獨成立了TC 50“電子元件和設備的環境試驗技術委員會”，任務是制定電子元件和設備的環境試驗標準研究，并于1961年更名為“環境試驗委員會”，以適應其服務于更廣泛的電工電子產品。其下設四個分技術委員會，分別為SC 50A“沖擊振動試驗”、SC50B“氣候環境試驗”、SC 50C“雜項試驗”（1975年成立）和SC 50D“著火危險試驗”（19 77年成立）。

1972年，根據工作需要，IEC成立TC 75“環境條件分類技術委員會”，其任務是制定適用于電工電子產品運輸、貯存、安裝和使用的自然和模擬環境條件分類的國際標準。

1997年，IEC將TC 50和TC 75合并成立IEC/TC104“環境條件、分類和試驗方法技術委員會”。

2.2 歐美環境試驗標準化的現狀

國際上主流的環境技術體系在歐美環境試驗的發展過程中，逐漸劃分為兩個體系，一個是以美國軍用環境試驗810系列標準為代表的美國標準體系，一個是以IEC為代表的歐洲標準體系。

2.2.1 美國環境試驗標準體系

美國的環境試驗標準體系較為完善，且數據權威、可比性強。除了采用IEC/ TC 104的環境技術標準體系外，針對不同特殊領域，開展針對性的環境技術標準體系研究。例如美國軍用環境試驗810系列標準，一直領導著國際軍用環境試驗的先進潮流，許多新概念和新思想都來自該系列標準，如剪裁理論和技術、環境工程概念和技術等。ASTM美國材料協會標準，針對不同材料受到不同環境的影響導致的腐蝕老化行為，設計并制定了不同的環境試驗標準。美國的環境技術標準更新速度較IEC更快，ASTM標準規定每五年更新一次，810系列標準幾乎同樣每五年更新一次，使其更具代表性、科學性和先進性。

2.2.2 歐洲環境試驗標準體系

歐洲環境試驗標準體系以IEC為代表，其中國際電工委員會環境條件、分類與試驗方法技術委員會（IEC/TC 104）所制定的標準幾乎是歐洲主要環境試驗標準體系的基礎，主要內容包括環境試驗（60068）、環境條件（60721）及數據驗證幾方面的內容。歐洲電工標準化委員會（CENELEC）制定的歐洲標準EN在歐盟各國使用，其環境技術標準直接采用IEC/TC 104標準，稱為EN IEC標準體系。其主要成員英國（BS標準）、法國（NF標準）和德國（DIN標準）也在各國的標準體系中直接采用IEC/TC 104標準。

3 我國環境試驗標準化的發展

自1956年起，蘇聯和東歐國家通過經互會組織了氣候協調委員會，以協調和統一熱帶化技術中的研究工作。他們在中國和越南等國家先后進行了許多天然氣候的樣品暴露試驗，同時進行人工氣候加速模擬試驗，將其結果與天然氣候試驗相比較，并相應地進行產品的氣候防護研究工作。在之后20多年的時間內，我國的技術先輩們進行了大量的研究工作，為國內環境條件、環境試驗方法、環境防護與環境控制技術的研究，提供了大量成果，做出了偉大貢獻。

1980年，在國家標準總局的領導下，成立了跨部門的全國電工電子產品環境技術標準化技術委員會（SAC/TC 8的前身），有機械部、電子部、航空部、郵電部、鐵道部、交通部、石油部、水電部、化工部、農牧漁業部、中國船舶總公司和中國船舶檢疫局等十二個部門參加。環境技術標準化技術委員會把我國環境試驗方面的專家組織起來，成立了四個工作組，著手制定了在全國范圍內統一的環境試驗國家標準。經過認真分析研究國際電工委員會（IEC）制定的“環境試驗規程”和蘇聯、日本、英國等工業發達國家的先進標準，并在總結了我國20多年環境試驗技術科研和生產實踐經驗的基礎上，協調了各有關部門之間的矛盾，經過了近兩年的努力，終于在1981年8月10日以國標發〔1981〕262號文批準了我國第一批在全國范圍內統一的電工電子產品基本環境試驗規程35項標準。這35項國家標準對產品質量的評定、信息數據的交流及試驗設備的制造起到了極好的推動與促進作用。

1981年9月，全國電工電子產品環境條件與環境試驗標準化技術委員會（SAC/TC 8）正式獲批成立，下設的兩個分技術委員會全國電工電子產品環境條件與環境試驗標準化技術委員會機械環境試驗分技術委員會（SAC/TC 8/SC 1）和全國電工電子產品環境條件與環境試驗標準化技術委員會氣候環境試驗分技術委員會（SAC/TC 8/SC 2）分別于1982年和1984年成立。

隨著科學技術的發展，新的環境試驗項目繼續增加，老的環境試驗項目不斷更新，使之更加完善。環境試驗總的發展動向是力求試驗結果與實際環境影響相一致，即希望產品在試驗中所發生的故障或失效的類型與頻率和實際工作中所發生的故障或失效的類型與頻率相一致。目前，全國電工電子產品環境條件與環境試驗標準化技術委員會（SAC/TC 8）歸口環境試驗方法相關國家標準64項，包括試驗方法標準及試驗方法導則標準。環境試驗從單一的試驗向多種條件的綜合試驗發展。與IEC標準體系相比，數量更多，范圍更廣，除了已有的IEC環境條件和環境試驗的標準外，在綜合環境試驗、產品環境技術要求、特殊環境試驗領域，研制具有中國特色的標準體系，為我國產品質量提升提供重要的背景材料。

目前，標委會歸口的標準被通信、交通、煤炭、能源、電力、電子、建材、公共安全、國內貿易、機械、城鎮建設、計量、體育、司法、糧食、環境保護、建筑工程、黑色冶金、核工業、民用航空、氣象、航天、國密、石油天然氣、文物保護、勞動和勞動安全、衛生、紡織、水利、水產、輕工、有色金屬、化工、城鎮建設、汽車、船舶、鐵路運輸、農業、文化、安全生產、消防救援等幾十個行業廣泛引用，是應用最廣泛的系列基礎標準之一。

4 環境試驗標準化發展方向

4.1 綜合環境試驗方法標準的研制

國際電工委員會IEC/TC 104的標準體系有部分綜合試驗，但是大多為兩個條件的組合（如溫度與濕度，或者溫度與振動），已不能完全滿足環境試驗的需要。目前我國已出版的自主制定的綜合環境試驗標準有GB/T 2423.59《試驗Z/ABMFh：溫度（低溫、高溫）/低氣壓/振動（隨機）綜合》、GB/T 2423.63《環境試驗 第2部分：試驗方法 試驗：溫度（低溫、高溫）/低氣壓/振動（混合模式）綜合》、GB/T 2423.102《試驗：溫度（低溫、高溫）/低氣壓/振動（正弦）綜合》等綜合試驗方法的標準。多種環境條件的綜合試驗更加符合實際使用環境條件。

隨著我國“海洋戰略”實施，南方沿海區域的戰略意義日益凸顯。通信、電器、電力系統等行業很多設備服役時直接暴露在戶外海洋大氣環境中，其運行環境復雜，高溫、高濕、高輻照、高鹽霧條件導致的電器產品失效問題日益嚴重。針對目前環境試驗方法加載的環境因素單一，無法準確模擬海洋大氣環境中多種環境因素對電器設備腐蝕影響的問題，以濕熱海洋大氣環境服役的電器設備為研究對象，對濕熱海洋大氣環境地區環境因素特征進行大量調研，對電器設備服役環境進行分析，研究制定濕熱海洋環境多因素綜合環境試驗方法國家標準《環境試驗 第2部分：試驗方法 試驗：鹽霧/溫度/濕度/太陽輻射綜合》，實現電壓、電流、溫濕度、鹽霧、紫外輻照等多因素協同加載，準確模擬實際環境中設備的服役行為，為設備的設計改進提供指導。

4.2 新型環境試驗方法標準的研制

產品在服役過程中受到環境溫濕度變化影響，可能產生凝露潤濕現象。當凝露發生時，對電子電器產品危害極大，如絕緣設備爬電、閃絡，金屬部件銹蝕，操作機構卡澀等，目前正在研究制定凝露試驗方法。

冰雹主要的危害可以分為兩類：機械沖擊破壞以及沖擊摩擦導致的涂層表面或者內部失效。且無法通過其他類似機械或環境試驗方法模擬冰雹實際作用效果，如鋼球、水彈、水沖擊等。針對我國沒有關于冰雹測試的基礎方法標準，目前正聯合相關單位研究制定冰雹試驗方法。

4.3 新能源和可再生能源發電設備環境技術要求系列標準研制

在國家的政策引導和支持下，風力、太陽能等新能源發電設施在我國各地區逐漸加快建設。為了解決新能源和可再生能源發電設備在不同環境條件下的環境適應性，制定了風力發電設備特殊環境條件與技術要求[1]、風力發電設備關鍵部件耐久性[2]、光伏產品氣候環境條件分級及環境技術要求[3]、濕熱帶分布式光伏戶外實證試驗[4]等標準項目，為新能源的發展建設提供技術支持，以推動我國可再生能源發電設備產業的健康發展。

5 結 語

“制造強國”“質量強國”等國家戰略確定了“產業基礎高級化”要求，“產業基礎高級化”成為制造領域的國家重大戰略需求。質量技術基礎是制造業基礎的核心構成，是產業基礎高級化的重要支撐，環境適應性是產品重要質量特性，是制造業質量技術基礎核心方向。環境技術方面的標準化工作還在向前發展，從單一環境因素向多環境因素發展，同時一些新的單一環境因素試驗方法如凝露，冰雹等試驗方法標準也正在研制。

參考文獻

[1]風力發電設備 海上特殊環境條件與技術要求：NB/ T31094-2016[S].

[2]海上用風力發電設備關鍵部件環境耐久性評價 發電機：NB/T 31134-2018[S].

[3]光伏產品環境條件 氣候環境條件分類分級： N B / T42130-2017[S].

[4]濕熱帶分布式光伏戶外實證試驗要求 第1部分：光伏組件：GB/T 37663.1-2019[S].

作者簡介

許雪冬，通信作者，本科，高級工程師，研究方向為環境試驗標準化。

劉鑫，碩士，高級工程師，研究方向為環境條件與環境試驗標準化。

（責任編輯：張瑞洋）