环境试验标准化发展及现状分析

许雪冬　刘鑫

摘 要：近年，环境试验方法从单一环境因素试验向多种环境因素耦合的综合试验发展，凝露、冰雹等新型试验方法国家标准正在研制。重点研制了风力、太阳能等新能源设备的环境技术要求相关标准。本文基于研究国内外环境试验标准技术的发展历程，分析现行国际及国家环境试验标准体系，结合各产业发展现状，提出我国环境试验标准的发展方向。

关键词：环境试验，标准，发展，多种环境因素耦合，新能源

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

0 引 言

各产业的装备、产品都处在一定的环境之中，在一定的环境下使用、运输和贮存。随着经济、技术的发展，产品的使用领域变得更加广泛，产品往往要经受从热带到寒带，从平原到高原，从深海到太空等各个自然环境的影响，同时要经受振动、冲击、跌落、恒加速度等各种诱发环境的影响。为保证产品在贮存与运输中免遭损坏，在使用中安全可靠，必须使产品具有一定的环境适应能力。环境试验就是用人工的方法创造各种各样的环境条件，模拟客观环境的影响，考核产品的环境适应性能，以保证产品能够经受得住使用、运输与贮存中各种环境力的作用，从而达到保证产品在使用中能够满意地工作的要求。

1 环境试验介绍

环境试验是环境技术的一个重要组成部分，它是要考核各种环境条件对产品的作用和影响。环境技术包括环境条件、产品在各种环境条件下的失效模式与失效机理、环境试验、环境防护及环境控制等内容。环境技术是研究环境对产品性能的影响，分析失效机理，为产品的可靠性设计和质量保证提供环境条件数据，提出相应的环境试验方法，评定产品对环境的适应能力以及针对产品所处环境的特殊需要研究相应的环境防护技术和环境控制技术等。

环境试验是将产品暴露在自然的或人工的环境条件下经受其作用，以评价产品在实际使用、运输和贮存环境条件下的性能，并分析研究环境因素的影响程度及其作用机理。环境试验有自然暴露试验和人工模拟试验两种。

1.1 自然暴露试验

自然暴露试验是将试验样品放到某些典型的自然环境条件下，一般分露天、棚下和室内三种状态进行暴露，自然暴露试验的时间较长，在整个暴露过程中需要对试验样品进行定期测试，以分析研究试验样品性能参数受环境影响变化的规律。自然暴露试验所需费用较大，所消耗的时间也较长，试验的重复性和规律性也较差，但是试验中所发现的问题能比较真实地反映实际使用状态，因此是人工模拟试验的基础。

1.2 人工模拟试验

现在各产业的装备、产品生产周期短、更新换代快、产品的使用领域十分宽广，需要在较短的时间内了解产品的环境适应性能。为了更加主动地进行试验而不受天然气候环境和地区的影响，人们在科研和生产中广泛采用人工模拟环境试验。即在实验室里利用试验仪器设备创造一个单因素或多因素综合作用于产品上的局部环境条件，以考核在使用、运输和贮存中，主要环境因素作用下试验样品的适应性能。人工模拟试验的试验条件既能模拟实际环境中的主要因素，又能在时间上起一定的加速作用，适当加大试验强度，以缩短试验时间较快取得所需数据。加速的程度以不改变各种环境作用机理为原则。GB/T 2423系列标准中的各项试验方法，就是标准化了的人工模拟试验，它们在国际上是通用的。

采用标准化了的人工模拟试验方法，一方面可以按照使用目的比较真实地模拟实际环境的影响，使试验具有模拟性；也可使不同实验室里所做的试验能够相互进行比较以避免试验程序和试验设备上的差异给试验结果带来影响，使试验具有再现性；對于在同一个实验室里不同时间所做的试验能够前后比较，使试验具有重复性。国内及国际上几十年的实践经验证明，这些环境试验方法可以模拟实际的使用环境，可以重现这些环境的影响。因此当我们需要进行环境试验时，应尽量采用GB/ T2423系列标准中相应的试验方法，用统一的尺度来衡量产品的环境适应性，以便在较大的范围内比较试验结果，交流试验数据，评定产品质量。

人工环境试验可以分为模拟单一环境因素对试验样品影响的单项试验、模拟两个或两个以上的环境因素同时作用于试验样品的综合试验以及模拟两个或两个以上的环境因素依次（或交替）作用于试验样品的组合试验。单项试验所用设备比较简单、试验费用较低、对试验过程中产品所发生的故障较容易分析，但对实际环境的模拟性较差。采用综合试验或组合试验可以更真实地模拟实际环境对产品的影响，尽管综合试验和组合试验的方法和设备比较复杂，试验费用比较高，但是在一定情况下，为了更正确地评定产品的环境适应性能还是有必要采用综合试验和组合试验。

2 国际环境试验标准化的发展

2.1 IEC/TC 104的发展

在20世纪40年代，国际电工委员会（IEC）认识到环境问题关系到产品的可靠性和使用寿命，在TC12（电信设备技术委员会）会议上，决定成立一个旨在制定气候和机械耐久性试验方法的工作组，并于1954年，颁布了第68号出版物——“电子元件的气候和机械强度耐久性基本试验方法”（第一版），包括湿热、霉菌、盐雾和冲击等试验方法。

随着工作范围和内容的扩大，之前隶属于TC12的工作组已经不适应形势的需要，于1960年单独成立了TC 50“电子元件和设备的环境试验技术委员会”，任务是制定电子元件和设备的环境试验标准研究，并于1961年更名为“环境试验委员会”，以适应其服务于更广泛的电工电子产品。其下设四个分技术委员会，分别为SC 50A“冲击振动试验”、SC50B“气候环境试验”、SC 50C“杂项试验”（1975年成立）和SC 50D“着火危险试验”（19 77年成立）。

1972年，根据工作需要，IEC成立TC 75“环境条件分类技术委员会”，其任务是制定适用于电工电子产品运输、贮存、安装和使用的自然和模拟环境条件分类的国际标准。

1997年，IEC将TC 50和TC 75合并成立IEC/TC104“环境条件、分类和试验方法技术委员会”。

2.2 欧美环境试验标准化的现状

国际上主流的环境技术体系在欧美环境试验的发展过程中，逐渐划分为两个体系，一个是以美国军用环境试验810系列标准为代表的美国标准体系，一个是以IEC为代表的欧洲标准体系。

2.2.1 美国环境试验标准体系

美国的环境试验标准体系较为完善，且数据权威、可比性强。除了采用IEC/ TC 104的环境技术标准体系外，针对不同特殊领域，开展针对性的环境技术标准体系研究。例如美国军用环境试验810系列标准，一直领导着国际军用环境试验的先进潮流，许多新概念和新思想都来自该系列标准，如剪裁理论和技术、环境工程概念和技术等。ASTM美国材料协会标准，针对不同材料受到不同环境的影响导致的腐蚀老化行为，设计并制定了不同的环境试验标准。美国的环境技术标准更新速度较IEC更快，ASTM标准规定每五年更新一次，810系列标准几乎同样每五年更新一次，使其更具代表性、科学性和先进性。

2.2.2 欧洲环境试验标准体系

欧洲环境试验标准体系以IEC为代表，其中国际电工委员会环境条件、分类与试验方法技术委员会（IEC/TC 104）所制定的标准几乎是欧洲主要环境试验标准体系的基础，主要内容包括环境试验（60068）、环境条件（60721）及数据验证几方面的内容。欧洲电工标准化委员会（CENELEC）制定的欧洲标准EN在欧盟各国使用，其环境技术标准直接采用IEC/TC 104标准，称为EN IEC标准体系。其主要成员英国（BS标准）、法国（NF标准）和德国（DIN标准）也在各国的标准体系中直接采用IEC/TC 104标准。

3 我国环境试验标准化的发展

自1956年起，苏联和东欧国家通过经互会组织了气候协调委员会，以协调和统一热带化技术中的研究工作。他们在中国和越南等国家先后进行了许多天然气候的样品暴露试验，同时进行人工气候加速模拟试验，将其结果与天然气候试验相比较，并相应地进行产品的气候防护研究工作。在之后20多年的时间内，我国的技术先辈们进行了大量的研究工作，为国内环境条件、环境试验方法、环境防护与环境控制技术的研究，提供了大量成果，做出了伟大贡献。

1980年，在国家标准总局的领导下，成立了跨部门的全国电工电子产品环境技术标准化技术委员会（SAC/TC 8的前身），有机械部、电子部、航空部、邮电部、铁道部、交通部、石油部、水电部、化工部、农牧渔业部、中国船舶总公司和中国船舶检疫局等十二个部门参加。环境技术标准化技术委员会把我国环境试验方面的专家组织起来，成立了四个工作组，着手制定了在全国范围内统一的环境试验国家标准。经过认真分析研究国际电工委员会（IEC）制定的“环境试验规程”和苏联、日本、英国等工业发达国家的先进标准，并在总结了我国20多年环境试验技术科研和生产实践经验的基础上，协调了各有关部门之间的矛盾，经过了近两年的努力，终于在1981年8月10日以国标发〔1981〕262号文批准了我国第一批在全国范围内统一的电工电子产品基本环境试验规程35项标准。这35项国家标准对产品质量的评定、信息数据的交流及试验设备的制造起到了极好的推动与促进作用。

1981年9月，全国电工电子产品环境条件与环境试验标准化技术委员会（SAC/TC 8）正式获批成立，下设的两个分技术委员会全国电工电子产品环境条件与环境试验标准化技术委员会机械环境试验分技术委员会（SAC/TC 8/SC 1）和全国电工电子产品环境条件与环境试验标准化技术委员会气候环境试验分技术委员会（SAC/TC 8/SC 2）分别于1982年和1984年成立。

随着科学技术的发展，新的环境试验项目继续增加，老的环境试验项目不断更新，使之更加完善。环境试验总的发展动向是力求试验结果与实际环境影响相一致，即希望产品在试验中所发生的故障或失效的类型与频率和实际工作中所发生的故障或失效的类型与频率相一致。目前，全国电工电子产品环境条件与环境试验标准化技术委员会（SAC/TC 8）归口环境试验方法相关国家标准64项，包括试验方法标准及试验方法导则标准。环境试验从单一的试验向多种条件的综合试验发展。与IEC标准体系相比，数量更多，范围更广，除了已有的IEC环境条件和环境试验的标准外，在综合环境试验、产品环境技术要求、特殊环境试验领域，研制具有中国特色的标准体系，为我国产品质量提升提供重要的背景材料。

目前，标委会归口的标准被通信、交通、煤炭、能源、电力、电子、建材、公共安全、国内贸易、机械、城镇建设、计量、体育、司法、粮食、环境保护、建筑工程、黑色冶金、核工业、民用航空、气象、航天、国密、石油天然气、文物保护、劳动和劳动安全、卫生、纺织、水利、水产、轻工、有色金属、化工、城镇建设、汽车、船舶、铁路运输、农业、文化、安全生产、消防救援等几十个行业广泛引用，是应用最广泛的系列基础标准之一。

4 环境试验标准化发展方向

4.1 综合环境试验方法标准的研制

国际电工委员会IEC/TC 104的标准体系有部分综合试验，但是大多为两个条件的组合（如温度与湿度，或者温度与振动），已不能完全满足环境试验的需要。目前我国已出版的自主制定的综合环境试验标准有GB/T 2423.59《试验Z/ABMFh：温度（低温、高温）/低气压/振动（随机）综合》、GB/T 2423.63《环境试验 第2部分：试验方法 试验：温度（低温、高温）/低气压/振动（混合模式）综合》、GB/T 2423.102《试验：温度（低温、高温）/低气压/振动（正弦）综合》等综合试验方法的标准。多种环境条件的综合试验更加符合实际使用环境条件。

随着我国“海洋战略”实施，南方沿海区域的战略意义日益凸显。通信、电器、电力系统等行业很多设备服役时直接暴露在户外海洋大气环境中，其运行环境复杂，高温、高湿、高辐照、高盐雾条件导致的电器产品失效问题日益严重。针对目前环境试验方法加载的环境因素单一，无法准确模拟海洋大气环境中多种环境因素对电器设备腐蚀影响的问题，以湿热海洋大气环境服役的电器设备为研究对象，对湿热海洋大气环境地区环境因素特征进行大量调研，对电器设备服役环境进行分析，研究制定湿热海洋环境多因素综合环境试验方法国家标准《环境试验 第2部分：試验方法 试验：盐雾/温度/湿度/太阳辐射综合》，实现电压、电流、温湿度、盐雾、紫外辐照等多因素协同加载，准确模拟实际环境中设备的服役行为，为设备的设计改进提供指导。

4.2 新型环境试验方法标准的研制

产品在服役过程中受到环境温湿度变化影响，可能产生凝露润湿现象。当凝露发生时，对电子电器产品危害极大，如绝缘设备爬电、闪络，金属部件锈蚀，操作机构卡涩等，目前正在研究制定凝露试验方法。

冰雹主要的危害可以分为两类：机械冲击破坏以及冲击摩擦导致的涂层表面或者内部失效。且无法通过其他类似机械或环境试验方法模拟冰雹实际作用效果，如钢球、水弹、水冲击等。针对我国没有关于冰雹测试的基础方法标准，目前正联合相关单位研究制定冰雹试验方法。

4.3 新能源和可再生能源发电设备环境技术要求系列标准研制

在国家的政策引导和支持下，风力、太阳能等新能源发电设施在我国各地区逐渐加快建设。为了解决新能源和可再生能源发电设备在不同环境条件下的环境适应性，制定了风力发电设备特殊环境条件与技术要求[1]、风力发电设备关键部件耐久性[2]、光伏产品气候环境条件分级及环境技术要求[3]、湿热带分布式光伏户外实证试验[4]等标准项目，为新能源的发展建设提供技术支持，以推动我国可再生能源发电设备产业的健康发展。

5 结 语

“制造强国”“质量强国”等国家战略确定了“产业基础高级化”要求，“产业基础高级化”成为制造领域的国家重大战略需求。质量技术基础是制造业基础的核心构成，是产业基础高级化的重要支撑，环境适应性是产品重要质量特性，是制造业质量技术基础核心方向。环境技术方面的标准化工作还在向前发展，从单一环境因素向多环境因素发展，同时一些新的单一环境因素试验方法如凝露，冰雹等试验方法标准也正在研制。

参考文献

[1]风力发电设备 海上特殊环境条件与技术要求：NB/ T31094-2016[S].

[2]海上用风力发电设备关键部件环境耐久性评价 发电机：NB/T 31134-2018[S].

[3]光伏产品环境条件 气候环境條件分类分级： N B / T42130-2017[S].

[4]湿热带分布式光伏户外实证试验要求 第1部分：光伏组件：GB/T 37663.1-2019[S].

作者简介

许雪冬，通信作者，本科，高级工程师，研究方向为环境试验标准化。

刘鑫，硕士，高级工程师，研究方向为环境条件与环境试验标准化。

（责任编辑：张瑞洋）