瓊海濕熱服役環(huán)境數(shù)據(jù)分析

王曉明

（通標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)服務(wù)（上海）有限公司，上海 201319）

瓊海濕熱服役環(huán)境數(shù)據(jù)分析

王曉明

（通標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)服務(wù)（上海）有限公司，上海 201319）

敘通過(guò)統(tǒng)計(jì)瓊海2007年～2016年太陽(yáng)輻照、溫濕度等環(huán)境數(shù)據(jù)，利用標(biāo)準(zhǔn)偏差及變異系數(shù)，分析了濕熱服役環(huán)境條件近十年的數(shù)據(jù)穩(wěn)定性。結(jié)果顯示，太陽(yáng)輻照季節(jié)性特征明顯，夏季變異系數(shù)一般在10%～15%之間，冬季最高可達(dá)40%，影響冬季開(kāi)始的自然暴露試驗(yàn)結(jié)果的重復(fù)性；溫濕度數(shù)據(jù)具有較好的穩(wěn)定性，變異系數(shù)分別在15%及10%內(nèi)，對(duì)自然暴露試驗(yàn)結(jié)果的重復(fù)性影響較小。

濕熱服役環(huán)境；太陽(yáng)輻照；溫度；濕度

前言

工業(yè)產(chǎn)品在使用過(guò)程中必然受到環(huán)境的負(fù)面影響，使產(chǎn)品的特性發(fā)生變化，導(dǎo)致性能下降甚至功能失效，在產(chǎn)品或物品的使用過(guò)程中增加使用風(fēng)險(xiǎn)，造成經(jīng)濟(jì)損失。環(huán)境因素是導(dǎo)致產(chǎn)品氣候老化的主要原因，包括自然環(huán)境、生物、人為等因素[1～3]。長(zhǎng)期研究表明，影響產(chǎn)品戶外氣候老化的主要自然環(huán)境因素是太陽(yáng)光（輻照）、熱（溫度）和水（濕度）[4，5]。自然環(huán)境因素的一個(gè)重要特點(diǎn)是具有不確定性，相同月份在不同年份可能出現(xiàn)很大的差異，這也是長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)環(huán)境數(shù)據(jù)的主要原因之一。從長(zhǎng)期的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中，獲得該地區(qū)產(chǎn)品服役環(huán)境數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，對(duì)描述該地區(qū)服役環(huán)境條件特征具有重要意義，對(duì)產(chǎn)品氣候老化試驗(yàn)結(jié)果差異分析具有重要作用[6-9]。本研究統(tǒng)計(jì)了瓊海地區(qū)2007年～2016年共10年的太陽(yáng)輻照、溫度及濕度數(shù)據(jù)，利用標(biāo)準(zhǔn)偏差及變異系數(shù)，分析了瓊海濕熱服役環(huán)境條件近十年的數(shù)據(jù)穩(wěn)定性。

1 試驗(yàn)部分

1．1 主要設(shè)備和儀器

數(shù)據(jù)采集器，型號(hào)：CR1000，廠家：Campbell；太陽(yáng)總輻射表，型號(hào)：CMP11，廠家：KippZonen；空氣溫濕度傳感器，型號(hào)：HMP155A，廠家：Vaisala。

1．2 數(shù)據(jù)采集

依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)文獻(xiàn)[10，11]，太陽(yáng)總輻射表朝南5°、19°及45°放置，每5 min采集一次數(shù)據(jù)；溫濕度數(shù)據(jù)每5 min采集一次數(shù)據(jù)。

1．3 數(shù)據(jù)分析

本文統(tǒng)計(jì)了2007年～2016年瓊海試驗(yàn)站近十年的太陽(yáng)輻照、溫度及濕度數(shù)據(jù)，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)偏差（SD）及變異系數(shù)（CV）分析數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)期間服役環(huán)境條件的穩(wěn)定性，變異系數(shù)越大，說(shuō)明該處數(shù)據(jù)分布越寬，穩(wěn)定性越差。標(biāo)準(zhǔn)偏差（SD）計(jì)算公式如下：

變異系數(shù)（CV）計(jì)算公式如下：其中x為樣本平均值，xi為第i個(gè)樣本，N為樣本總數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2．1 太陽(yáng)輻照

圖1統(tǒng)計(jì)了不同角度月均太陽(yáng)輻照量和紫外輻照量變化趨勢(shì)。圖中顯示，太陽(yáng)輻照量受季節(jié)變化影響，夏季高，冬季低，最高出現(xiàn)在5月份，最低出現(xiàn)在1月份。冬季各個(gè)角度太陽(yáng)輻照較為接近，而夏季出現(xiàn)較大的偏差，按5°、19°、45°依次降低。這是因?yàn)橄募咎?yáng)直射點(diǎn)處于北半球，地面接收的太陽(yáng)輻照受輻照計(jì)的角度影響較大，5°角太陽(yáng)輻照接近直射，太陽(yáng)輻照量最高。而冬季太陽(yáng)直射點(diǎn)處于南半球，輻照計(jì)擺放角度影響較小，不同角度的太陽(yáng)輻照量較為接近。

圖2統(tǒng)計(jì)了各個(gè)月份太陽(yáng)輻照量的變異系數(shù)。從圖中可以看出，各個(gè)角度太陽(yáng)總輻照量變異系數(shù)相差較小，說(shuō)明不同角度太陽(yáng)總輻照量穩(wěn)定性相當(dāng)。而不同角度太陽(yáng)總輻照的月變異系數(shù)隨季節(jié)的變換呈現(xiàn)先降低再增高的趨勢(shì)，說(shuō)明太陽(yáng)總輻照量在冬季的穩(wěn)定性較差，變異系數(shù)最高可達(dá)在40 %，夏季太陽(yáng)總輻照量的穩(wěn)定性較好，從5月份至10月份，變異系數(shù)基本處在10 ～15 %之間。紫外輻照量變異系數(shù)的變化規(guī)律性較差，但總體水平隨季節(jié)的變換同樣呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢(shì)，各個(gè)角度之間變異系數(shù)相差較大。以上分析結(jié)果表明，在冬季同比開(kāi)展的自然暴露試驗(yàn)時(shí)，由于太陽(yáng)輻照差異較大，試驗(yàn)樣品的光老化速率不一，試驗(yàn)結(jié)果穩(wěn)定性低于在夏季同比開(kāi)展的自然暴露試驗(yàn)結(jié)果。

2．2 溫度

圖1 瓊海地區(qū)不同角度月均太陽(yáng)輻照量變化趨勢(shì)

圖2 瓊海地區(qū)不同角度太陽(yáng)輻照量變異系數(shù)分布

圖3 瓊海地區(qū)月均溫度分布及變異系數(shù)分布

圖3統(tǒng)計(jì)了2007年至2016年10年瓊海濕熱環(huán)境不同月份的空氣溫度及其變異系數(shù)。結(jié)果表明，瓊海濕熱環(huán)境空氣溫度的變化規(guī)律相近，隨季節(jié)的變換呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，而變異系數(shù)則呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢(shì)。其中夏季空氣溫度變異系數(shù)較為接近，且變異系數(shù)保持在5 %以下，冬季差異較大，最低溫度變異系數(shù)達(dá)到25 %，而平均溫度和最高溫度變異系數(shù)基本保持在10%以下。但低溫對(duì)試樣的老化腐蝕作用效果不大，可忽略不計(jì)。綜上所述，瓊海濕熱環(huán)境的總體溫度水平穩(wěn)定性較好，溫度對(duì)同比開(kāi)展的自然暴曬試驗(yàn)結(jié)果影響較小。

2．3 濕度

圖4是瓊海濕熱環(huán)境近10年的月相對(duì)濕度分布。從圖中可以看出，瓊海試驗(yàn)站相對(duì)濕度季節(jié)性變化不大，常年保持在同一水平，平均相對(duì)濕度在85 %左右，平均相對(duì)濕度與最高相對(duì)濕度的變異系數(shù)一般在5 %以下。最低相對(duì)濕度變異系數(shù)較大，但對(duì)試樣的老化腐蝕作用較小，可忽略不計(jì)?？傮w而言，瓊海濕熱環(huán)境中的濕度穩(wěn)定性較好，對(duì)濕熱自然暴曬試驗(yàn)結(jié)果的影響較小。

3 結(jié)論

1）海南瓊海地區(qū)太陽(yáng)輻照具有明顯的季節(jié)性特征，冬季穩(wěn)定性較差，變異系數(shù)最高可達(dá)40 %，對(duì)自然暴露試驗(yàn)結(jié)果的重復(fù)性影響較大；而夏季穩(wěn)定性較好，一般在10 %～15 %之間，對(duì)自然暴露試驗(yàn)結(jié)果的重復(fù)性影響較小。

2）海南瓊海地區(qū)溫度和濕度變化具有較好的穩(wěn)定性，月平均、月最高溫度變異系數(shù)在10 %以內(nèi)，而月平均、月最高濕度在5 %以內(nèi)，說(shuō)明溫濕度對(duì)自然暴露試驗(yàn)結(jié)果的重復(fù)性影響較小，也間接體現(xiàn)海南瓊海常年高溫高濕的環(huán)境特點(diǎn)。

圖4 瓊海地區(qū)月均相對(duì)濕度分布及變異系數(shù)分布

[1]陸啟凱, 揭敢新, 王俊等. 汽車氣候老化試驗(yàn)技術(shù)[M]. 廣州：華南理工大學(xué)出版社, 2010.

[2]馬堅(jiān), 揭敢新, 劉強(qiáng)等. 汽車氣候老化應(yīng)用技術(shù)[M]. 廣州：華南理工大學(xué)出版社, 2013.

[3]張曉東,王俊,江魯?shù)? 汽車外飾件光老化試驗(yàn)方法主要參數(shù)的設(shè)計(jì)思路[J]. 汽車工藝與材料,2012,08:48-50.

[4]楊安志,王文濤,趙福全. 汽車氣候老化主要環(huán)境影響因素分析[J].環(huán)境技術(shù),2011,06:39-42.

[5]揭敢新,郭燕芬,陶友季等. 濕熱、干熱自然老化中水分對(duì)聚碳酸酯老化行為的影響[J]. 塑料,2014,01:71-74+48.

[6] Pickett, Gardner. Reproducibility of Florida weathering data[J]. Polymer Degradation and Stability, 2005, 90(3): 418-430.

[7] Pickett, Gardner, Gibson. Global weathering of aromatic engineering thermoplastics[J]. Polymer Degradation and Stability, 2005, 90(3): 405-417.

[8] Jonathan W. Martin. Repeatability and Reproducibility of Field Exposure Results[J]. Service Life Prediction, 2001, 805: 2-22.

[9] W. J. Burroughs. Weather Cycles: Real or Imaginary?[J].Service Life Prediction of Organic Coatings, 1999, 722: 34-44.

[10] 奚旦立, 孫裕生, 劉秀英. 環(huán)境監(jiān)測(cè). 第三版[M]. 北京：高等教育出版社, 2004.

[11] QC/T 728-2005, 汽車整車大氣暴露試驗(yàn)方法[S].

Damp-heat Service Environmental Condition Analysis of Qionghai

WANG Xiao-ming
(SGS of Shanghai Co., Ltd. Shanghai 201319)

With statistical data of solar radiation, temperature and humidity in Qionghai in 2007～2016,the stability of data in the past ten years was analyzed by standard deviation and coefficient of variation. The results showed that, solar radiaion has obvious seasonal characteristics. In summer, the variation coefficient of solar radiaion was generally between 10 %～15 %, upping to 40 % in winter. The test repeatability of natural exposure which started in winter was affected. Temperature and humidity data was stable, the coefficient of variation was less than 15 % and 10 % , and had less impact on the test repeatability of natural exposure.

damp-heat service environment; solar radiation; temperature; humidity

X830

A

1004-7204(2017)04-0059-03

王曉明,男，（1976.5-），中級(jí)工程師，長(zhǎng)期從事材料老化研究與服務(wù)工作。