ГОСТ Р 53615-2009 Воздействие природных внешних условий на технические изделия. Общая характеристика. Солнечное излучение и температура.

ГОСТ Р 53615-2009

Группа Т51

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ВОЗДЕЙСТВИЕ ПРИРОДНЫХ ВНЕШНИХ УСЛОВИЙ НА ТЕХНИЧЕСКИЕ ИЗДЕЛИЯ. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА. СОЛНЕЧНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ И ТЕМПЕРАТУРА

The influence of environmental conditions appearing in nature on the technical products. Overall performance. Solar radiation and temperature

ОКС 19.040

ОКП 31 0000-52 0000

    60 0000-80 0000

                    94 0000

Дата введения 2011-01-01

Предисловие

Цели  и принципы стандартизации в Российской Федерации установлены Федеральным законом от 27 декабря 2002 г. N 184-ФЗ "О техническом регулировании", а правила применения национальных стандартов Российской Федерации - ГОСТ Р 1.0-2004 "Стандартизация в Российской Федерации. Основные положения"

Сведения  о стандарте

1  ПОДГОТОВЛЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 341 "Внешние воздействия" на основе собственного аутентичного перевода стандарта, указанного в пункте 4

2  ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 341 "Внешние воздействия"

3  УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 15 декабря 2009 г. N 947-ст

4  Настоящий стандарт является модифицированным по отношению к международному стандарту МЭК 60721-2-4:1987* "Классификация внешних условий. Часть 2. Природные внешние условия. Солнечное излучение и температура" (IEC 60721-2-4:1987 "Classification of environmental conditions. Part 2: Environmental conditions appearing in nature. Solar radiation and temperature") с дополнениями, отражающими потребности национальной экономики (выделены курсивом**): уточнением наименования стандарта, области его применения, уточнением терминологии, увязкой показателей, установленных в МЭК 60721-2-4, с показателями, установленными в группе межгосударственных стандартов по статистическим параметрам климатов земного шара, и со стандартами технических требований (ГОСТ 15150) и методов испытаний.

________________

*  Доступ к международным и зарубежным документам, упомянутым здесь и далее по тексту, можно получить, перейдя по ссылке;

**  В бумажном оригинале обозначения и номера стандартов и нормативных документов в разделе "Предисловие" приводятся обычным шрифтом, остальные по тексту документа выделены курсивом. - Примечание изготовителя базы данных.

Наименование  настоящего стандарта изменено относительно наименования указанного международного стандарта для приведения в соответствие с ГОСТ Р 1.5-2004 (подраздел 3.5)

5  ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Информация  об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодно издаваемом информационном указателе "Национальные стандарты", а текст изменений и поправок - в ежемесячно издаваемых информационных указателях "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячно издаваемом информационном указателе "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет

Введение

Настоящий  стандарт входит в комплекс стандартов, определяющих требования к машинам, приборам и другим техническим изделиям в части внешних воздействующих факторов.

Настоящий  стандарт относится к группе стандартов, описывающих природные внешние условия в справочной форме, пригодной для установления конкретных требований к техническим изделиям; эти требования нормированы в других стандартах данного комплекса.

Настоящий  стандарт является модифицированным по отношению к международному стандарту МЭК 60721-2-4:1988* "Классификация внешних воздействующих факторов. Часть 2: Природные внешние условия. Солнечное излучение и температура" с дополнениями, указанными в предисловии.

________________

*  Номер стандарта соответствует оригиналу. - Примечание изготовителя базы данных     

Стандарты  МЭК, устанавливающие условия эксплуатации, транспортирования и хранения изделий, объединены Публикацией МЭК 60721 "Классификация внешних воздействующих факторов", состоящей из трех частей:

60721-1  "Параметры окружающей среды и их жесткости";

60721-2  "Природные внешние воздействующие факторы". Эта часть состоит из нескольких стандартов - глав, обобщающих сведения о действии различных климатических факторов на технические изделия;

60721-3  "Классификация групп параметров окружающей среды и их жесткостей". Эта часть состоит из нескольких стандартов-глав для различных групп изделий (защищенных и не защищенных от воздействия наружного климата стационарных изделий, а также переносных, передвижных наземных и судовых, транспортируемых, хранящихся), устанавливающих климатические классы условий эксплуатации, их привязку к типам климатов по МЭК 60721-2-1 , а также классы по воздействию других видов внешних факторов (например, механическому, биологическому и воздействию агрессивных сред).

_______________

Стандарт МЭК 60721-2-1:2002 "Классификация внешних воздействующих факторов. Часть 2. Природные внешние воздействующие факторы. Температура и влажность" ("Classification of environmental conditions. Part 2: Environmental conditions appearing in nature. Temperature and humidity"); соответствие между типами климатов по МЭК 60721-2-1 и типами климатов и макроклиматов - по ГОСТ 15150, приложение 12.

Стандарты  МЭК серии 60721 (последние издания) устанавливают требования к изделиям в зависимости от условий их эксплуатации, транспортирования и хранения. До разработки стандартов МЭК серии 60721 подобные требования были установлены стандартами испытаний, например серии 60068, в виде параметров испытательных режимов в отрыве от условий эксплуатации.

Однако,  несмотря на принципиально правильный подход к требованиям в части внешних воздействующих факторов, стандарты МЭК в конкретных технических решениях обладают рядом недостатков, что требует их корректировки.

Эти  недостатки являются одной из причин того, что указанные стандарты МЭК пока не использованы соответствующими техническими комитетами МЭК для введения в стандарты МЭК на группы изделий (из серии 60721 не введен практически ни один, стандарты МЭК серии 60068 не введены в стандарты на сильноточные и крупногабаритные изделия).

Таким  образом, в настоящее время невозможно полное использование стандартов МЭК по внешним (в частности, по климатическим) воздействиям в качестве национальных и межгосударственных стандартов стран Содружества Независимых Государств.

Настоящая  часть МЭК 60721 предназначена для использования как основополагающий материал при выборе требуемых жесткостей параметров, относящихся к солнечному излучению, применительно к техническим изделиям.

     1 Область применения*

_________________

*  Наименование пункта 1 в бумажном оригинале выделено курсивом. - Примечание изготовителя базы данных.

Настоящий  стандарт распространяется на машины, приборы и другие технические изделия всех видов (далее - изделия) и устанавливает описание действия солнечного излучения (солнечного излучения как природного явления) на изделия, его характерные средние значения в целях установления требований к изделиям по стойкости к воздействию солнечного излучения при их хранении, транспортировании и эксплуатации ( ГОСТ 15150) и выбору методов соответствующих испытаний изделий ( ГОСТ Р 51370), а также увязку указанных показателей с показателями, установленными в группе стандартов по статистическим параметрам климатов земного шара.

Стандарт  используют дополнительно к соответствующим требованиям, установленным в ГОСТ 15150.

Аутентичный  текст замененных разделов МЭК 60721-2-4:2002 - в приложении В.

     2 Нормативные ссылки

В  настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ  Р 51370-99 Методы испытаний на стойкость к климатическим внешним воздействующим факторам машин, приборов и других технических изделий. Испытание на воздействие солнечного излучения

ГОСТ  15150-69 Машины, приборы и другие технические изделия. Исполнения для различных климатических районов. Категории, условия эксплуатации, хранения и транспортирования в части воздействия климатических факторов внешней среды

ГОСТ  16350-80 Климат СССР. Районирование и статистические параметры климатических факторов для технических целей

ГОСТ  24482-80 Макроклиматические районы земного шара с тропическим климатом. Районирование и статистические параметры климатических факторов для технических целей

ГОСТ  25650-83 Климат Антарктиды. Районирование и статистические параметры климатических факторов для технических целей

ГОСТ  25870-83 Макроклиматические районы земного шара с холодным и умеренным климатом. Районирование и статистические параметры климатических факторов для технических целей

ГОСТ  26883-86 Внешние воздействующие факторы. Термины и определения

Примечание  - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодно издаваемому информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по соответствующим ежемесячно издаваемым информационным указателям, опубликованным в текущем году. Если ссылочный стандарт заменен (изменен), то при пользовании настоящим стандартом следует руководствоваться заменяющим (измененным) стандартом. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.

     3 Термины и определения*

_________________

*  Наименование пункта 3 в бумажном оригинале выделено курсивом. - Примечание изготовителя базы данных.

3.1  В настоящем стандарте применены термины, относящиеся к общим понятиям в области внешних воздействующих факторов: по ГОСТ 15150, ГОСТ 16350, ГОСТ 26883.

3.2  Термины, используемые в настоящем стандарте, в основном определены в 3.1. Дополнительно в настоящем стандарте применены термины:

3.2.1   энергетическая суточная экспозиция: Энергия облучения, получаемая объектом в течение суток.

3.2.2   интегральное солнечное излучение: Излучение, содержащее весь спектр длин волн солнечного излучения.

3.2.3   прямое солнечное излучение: Излучение, действующее на поверхность при непосредственном попадании солнечных лучей.

3.2.4   рассеянное небесное излучение: Излучение, действующее на поверхность от всей небесной сферы и образующееся в результате рассеивания прямого солнечного излучения в атмосфере вследствие наличия в последней различных газов и твердых частиц.

3.2.5   суммарное излучение: Прямое и рассеянное солнечное излучение, поступающее на поверхность.

3.2.6

3.2.7   изогелия: Линия равного суммарного солнечного излучения.

Примечание  - Полученный от солнца поток энергии представляет собой солнечное излучение. Поверхность, на которую падает это излучение, подвергается облучению с той же интенсивностью. В настоящем стандарте для единообразия везде применен термин "солнечное излучение".

     4 Общие положения

Солнечное  излучение воздействует на изделия в первую очередь путем нагрева материалов и окружающей их среды и путем фотохимического старения материала.

Ультрафиолетовая  составляющая солнечного излучения вызывает фотохимическое старение большей части органических материалов. Она отрицательно воздействует на эластичность и пластичность некоторых каучуковых смесей и пластических материалов. Оптические стекла могут потерять прозрачность.

Вследствие  солнечного излучения выцветают краски на картинах, текстильных материалах, бумаге и т.п. Это может быть важно, например, в компонентах цветового кода.

Наиболее  значительным эффектом воздействия солнечного излучения является нагрев материалов. Установление степеней жесткостей солнечного излучения должно относиться к плотности энергии излучения на поверхность или освещенности, выраженной в ваттах на квадратный метр.

Температура  изделия, подвергаемого воздействию солнечного излучения, зависит в первую очередь от температуры окружающего воздуха, энергии солнечного излучения и угла падения излучения на изделие. Другие факторы (например, ветер и теплопередача через места крепления изделия) могут не приниматься во внимание. Кроме того, имеет значение коэффициент поглощения поверхностью излучения с длинами волн, составляющими полный (интегральный) солнечный спектр.

Кажущаяся  температура воздуха может быть определена как температура поверхности, образующаяся в результате воздействия (при установленных условиях) реальной температуры воздуха и дополнительного воздействия плотности потока энергии солнечного излучения .

Приблизительное  значение вычисляется по формуле

.

Коэффициент  - это коэффициент теплоотдачи поверхности, Вт/(м·°С), включающий теплоизлучение в окружающую среду, теплопроводность и конвекцию в результате действия ветра.

Коэффициент  поглощения зависит от цвета поверхности (по отношению к теплопоглощению ), отражения и прозрачности поверхности.

Ниже  приведены типовые значения вышеуказанных коэффициентов для ясного неба:

0,7;

20  Вт/(м·°С);

900  Вт/м.

При этих значениях превышение температуры вследствие солнечного излучения составляет приблизительно 30 °С. Можно видеть, что погрешность 10% в оценке интенсивности солнечного излучения влияет на температуру не более чем на 5 °С. Таким образом, в этой классификации нет необходимости учитывать экстремально точные жесткости солнечного излучения, а неосновными факторами, определяемыми теплоизлучением, можно пренебречь.

Эффект  нагревания вызывается в основном кратковременным излучением высокой интенсивности, то есть солнечным излучением в полуденное время в безоблачные дни. Эти значения приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Типичные пиковые значения интегральной поверхностной плотности потока солнечного излучения (в ваттах на квадратный метр, при безоблачном небе)

Согласно обобщенным экспериментальным данным дополнительное увеличение температуры поверхности вследствие нагрева солнечными лучами может быть принято: для поверхностей, имеющих белый или серебристо-белый цвет - 15 °С, для поверхностей, имеющих иной цвет - 30 °С; при этом оказалось, что для второго случая различие в цвете изделий (например, даже различие между светло-серым и черным цветами) играет несущественную роль. Дополнительное увеличение номинальной температуры изделия в целом будет меньше, чем для поверхности изделия, по нескольким причинам.

Учитывается, что нагрев солнцем оболочки изделия происходит только с одной его стороны, противоположная же сторона оболочки имеет температуру окружающего воздуха. Как правило, между оболочкой и критическими узлами изделий также существует определенный перепад температуры.

В  ГОСТ 15150 явление дополнительного увеличения температуры изделия вследствие нагрева солнечными лучами описывается не путем введения понятия "кажущаяся температура воздуха", а при установлении номинальных значений температуры изделия путем введения поправки на нагрев поверхности изделия солнечным излучением; поправка зависит от вида климатического исполнения изделия, некоторых особенностей конструктивного исполнения изделия (например, от особенностей охлаждения изделия, от цвета его поверхностей, от материала оболочки - металл, пластмасса, дерево), а также от того, вводится ли поправка к рабочему или к предельному рабочему значению температуры.

В  настоящем стандарте также рассмотрен вопрос определения низших возможных значений излучения тепла с поверхности изделия в атмосферу при ясном ночном небе (см. рисунок 1); эти значения можно использовать для определения дополнительного понижения температуры поверхности изделия, находящегося ночью под открытым небом.

Рисунок 1 - Излучение тепла в атмосферу при ясном ночном небе

     5 Физика солнечного излучения

Электромагнитное  излучение, исходящее на землю от солнца, охватывает широкий спектр - от ультрафиолетового до инфракрасного ближнего. Большая часть энергии, достигающей поверхности земли, находится в диапазоне волн от 0,3 до 4 мкм с максимумом в видимом диапазоне вокруг 0,5 мкм. Типичный спектр диапазона представлен на рисунке 2.

(А) - излучение от солнца вне атмосферы, представленное как абсолютно черное тело, при температуре 5726,75 °С (1,60 кВт/м); (В) - солнечное излучение вне атмосферы (1,37 кВт/м