劉虎平 王躍勇 李 秀 高朋杰

(中核第四研究設(shè)計工程有限公司，河北 石家莊 050021)

1 概述

隨著科學(xué)技術(shù)經(jīng)濟貿(mào)易的發(fā)展和自然資源海洋宇宙的開發(fā)利用，各種產(chǎn)品在貯存、運輸和使用過程中遇到的環(huán)境越來越復(fù)雜和嚴(yán)酷[1]。用戶和生產(chǎn)者都關(guān)心產(chǎn)品在各種環(huán)境中的性能、可靠性和安全性，以保證產(chǎn)品能滿意地工作，這就必須進行環(huán)境試驗。由于設(shè)備種類、規(guī)格尺寸、用途等方面變化很大，因此，主要有兩種環(huán)境試驗?zāi)Ｊ剑阂皇歉鶕?jù)生產(chǎn)單位產(chǎn)品種類和需求量身定制環(huán)境試驗車間，優(yōu)點是便捷，缺點是一次性投資成本較大；二是將產(chǎn)品送至專門提供環(huán)境試驗服務(wù)的單位進行試驗，優(yōu)點是環(huán)境試驗項目全，投資費用少，缺點是環(huán)境試驗單位較少，運輸不便，周期長等。

環(huán)境試驗車間通常根據(jù)產(chǎn)品需求(或市場需求)并考慮預(yù)留發(fā)展空間，按照某一規(guī)模量身定制。試驗項目通常有高溫、低溫、溫度沖擊、浸漬、溫度循環(huán)、溫濕度、振動、鹽霧腐蝕、淋浴、太陽輻射、光老化、電磁兼容性等。由于產(chǎn)品用途不同，環(huán)境要求和試驗項目也不盡相同，不同試驗項目所需設(shè)備和配套設(shè)施也差異較大。因此環(huán)境試驗車間工程設(shè)計是一項涉及多專業(yè)的系統(tǒng)工程。本文結(jié)合多年工程設(shè)計經(jīng)驗，以某環(huán)境試驗車間工程設(shè)計為例，對該類工程設(shè)計的要點進行研究和總結(jié)。

2 環(huán)境試驗車間工程設(shè)計

2.1 工程概況

本環(huán)境試驗車間主要用于核設(shè)施實物保護系統(tǒng)設(shè)備的環(huán)境試驗，以及相關(guān)的教學(xué)培訓(xùn)。按照功能分為環(huán)境試驗區(qū)(包括控制觀察區(qū))、培訓(xùn)教室和輔助功能區(qū)。環(huán)境試驗區(qū)主要包括：綜合試驗大廳、沙塵試驗室、鹽霧試驗室、振動試驗室、老化試驗室和半電波暗室；輔助功能區(qū)包括人員盥洗淋浴設(shè)施(衛(wèi)生間、淋浴)、設(shè)備間(去離子水系統(tǒng)、空壓機、配電間)和走廊。根據(jù)試驗特點和要求，既要保證外環(huán)境對試驗可信性的影響足夠小，也要考慮試驗(鹽霧、粉塵、水汽、電磁等)對設(shè)備、工作人員和周圍環(huán)境的影響?？傊?，環(huán)境試驗車間設(shè)計影響因素多，設(shè)計面較廣，是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程。

2.2 工藝布局設(shè)計

車間按功能分為環(huán)境試驗區(qū)、培訓(xùn)教室和輔助功能區(qū)。環(huán)境試驗區(qū)各項功能設(shè)備集中布置，緊鄰車間物流出入口，便于設(shè)備安裝、運輸和測試。振動試驗系統(tǒng)、鹽霧試驗設(shè)備和沙塵試驗設(shè)備設(shè)于單獨房間內(nèi)，減少振動、鹽霧、沙塵等職業(yè)病危害因素的影響。設(shè)備間、配電間位于車間一端，人員盥洗淋浴設(shè)施位于車間另一端，減少與環(huán)境試驗區(qū)的相互影響。車間設(shè)置了參觀走廊，方便參觀，減少了對試驗操作的影響。

2.3 系統(tǒng)/設(shè)備設(shè)計和選型

首先，環(huán)境試驗設(shè)備的選擇要滿足以下幾條基本原則：1)環(huán)境條件的再現(xiàn)性；2)環(huán)境條件的可重復(fù)性；3)環(huán)境條件參數(shù)的可測控性；4)環(huán)境條件的排他性；5)環(huán)境設(shè)備的安全可靠性。這就對設(shè)備的材質(zhì)、控制系統(tǒng)的精準(zhǔn)性等提出了要求。通常情況下，設(shè)備主體通常選用不銹鋼材質(zhì)，窺視部分選擇耐熱/耐腐蝕/耐沖擊鋼化玻璃。

其次，設(shè)備選型還要考慮被試產(chǎn)品(元器件、組件、部件或整機)的外形尺寸，以保證被試產(chǎn)品周圍的氣氛能滿足試驗規(guī)范要求的環(huán)境試驗條件。如溫濕度試驗箱，其工作腔容積通常至少是被試產(chǎn)品外輪廓的3倍～5倍。

最后，也是最重要一點，就是性價比。除有特殊需求，設(shè)備以滿足用戶需要的程度和能力即可，不要盲目增大試驗條件冗余度，避免過度投資。操控便捷性、運行成本和售后服務(wù)也應(yīng)綜合考慮。

半電波暗室通常由專業(yè)廠家負(fù)責(zé)二次設(shè)計，在選擇廠家時，需綜合考慮暗室屏蔽性能、耐用性、可靠性、易維護性等多方面因素。屏蔽門類型，屏蔽板類型和連接方式，屏蔽室屏蔽性能，吸波材料，電源線和信號線濾波器，信導(dǎo)板和波導(dǎo)通風(fēng)窗等是重點關(guān)注對象[2]。

本工程基本參考上述原則，對相關(guān)設(shè)備和系統(tǒng)進行了選型和采購。

2.4 土建設(shè)計

鹽霧試驗、沙塵試驗存在鹽霧揮發(fā)、外逸可能，裝修裝飾既要耐磨，又要滿足耐酸堿腐蝕要求，隔墻和吊頂采用輕鋼龍骨，雙層9 mm厚紙面石膏板；地面采用自流平地基，表面使用2 mm后無溶劑型環(huán)氧自流平涂層；塑鋼門窗。

防水試驗過程中會產(chǎn)生噴濺和水霧，裝修裝飾要考慮既便于觀察又防水防潮，四周墻體和頂板采用輕鋼龍骨，敷設(shè)10 mm鋼化玻璃；地面采用防滑防滲地面，設(shè)聚氨酯防水層，防滑地磚，素水泥將擦縫。

振動試驗會產(chǎn)生較大的振動和噪聲，需采取相應(yīng)的防振措施和消聲隔聲措施。本工程隔振基礎(chǔ)采用C30鋼筋混凝土基礎(chǔ)，頂部與地面平齊，埋深1.2 m。基礎(chǔ)下分層鋪設(shè)粗、中、細碎石作為隔振底層?；A(chǔ)頂部預(yù)留固定螺栓孔，在設(shè)備就位后使用C35混凝土二次澆筑?；A(chǔ)與周邊地面之間設(shè)隔振擠塑板(XPS)?；A(chǔ)做法示意圖見圖1。

為保證半電波暗室及相關(guān)屏蔽結(jié)構(gòu)的長期穩(wěn)定性，地面平整度應(yīng)達到每3延米不超過±3 mm，且誤差不累積；地面承重不小于1 t/m2，表面以下100 mm內(nèi)不應(yīng)有金屬。

2.5 接地系統(tǒng)設(shè)計

接地是保障人身安全和EMC測試設(shè)備可靠工作的重要措施。接地一般有兩個作用，一是安全保護接地，包括防電擊、防雷擊、防靜電等；二是工作接地，包括儀器的直流接地、功率接地、屏蔽接地、低壓配電系統(tǒng)電源接地等。工程設(shè)計中將實驗室建筑物接地(防雷擊、屏蔽)、低壓配電系統(tǒng)接地設(shè)計為一個系統(tǒng)，采用聯(lián)合接地方式，共用接地裝置，利用建筑物構(gòu)造柱內(nèi)鋼筋做防雷引下線，并與一般接地系統(tǒng)的接地極可靠連接，接地電阻不大于1.0 Ω。為保證半電波暗室設(shè)備地線的安全和干凈，采用獨立接地方式，接地電阻不大于1.0 Ω。

獨立接地做法見圖2。

2.6 純水系統(tǒng)設(shè)計

實驗室用純水按水質(zhì)不同分為三級：Ⅰ級水為超純水，Ⅱ級水為分析級，Ⅲ級水為一般純水。Ⅰ級水和Ⅱ級水多用于精密分析儀器用水(如：HPLC,ICP-MS等)，化學(xué)試劑、生化試劑、分析試劑及藥品的配制與稀釋，玻璃器皿的最后一次潤洗等，Ⅲ級水多用于玻璃器皿的日常清洗。

鹽霧試驗配制鹽霧要用到純水，風(fēng)吹沙試驗、溫濕度試驗冷卻水箱需要使用純水，Ⅲ級水即可滿足使用要求。綜合考慮整個工程的用水情況，采用一級反滲透+EDI系統(tǒng)制備純水，出水水質(zhì)電阻率大于1 MΩ·cm，總有機碳含量(TOC)小于50 ppb，產(chǎn)水量1 t/h，采用串聯(lián)循環(huán)供水方式送至用水點。純水管道采用聚偏氟乙烯管(PVDF)，熱紅外焊接。

2.7 壓空系統(tǒng)設(shè)計

鹽霧試驗需要壓縮空氣作為動力，通過噴霧裝置將鹽溶液霧化并充滿整個測試空間。振動試驗也需要壓縮空氣作為動力驅(qū)動空氣氣囊，調(diào)整平臺高度。本工程配置了一套1.7 m3/min壓空系統(tǒng)，額定排氣壓力為P=0.7 MPa，采用無油螺桿是空壓機→緩沖儲氣罐→空氣過濾器→冷凍干燥機→高效除油器→經(jīng)過濾器后送達用氣點。該系統(tǒng)能夠滿足鹽霧試驗和振動試驗對壓縮空氣質(zhì)量和速率的要求[3]。

3 結(jié)語

環(huán)境試驗車間的設(shè)計是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，涉及專業(yè)廣、技術(shù)難度大，本文結(jié)合工程實例，從工藝布局、設(shè)備選型、建筑裝修、通風(fēng)、接地、給水等方面對環(huán)境試驗車間的工程設(shè)計進行研究和總結(jié)，供參考。高標(biāo)準(zhǔn)高質(zhì)量的環(huán)境試驗車間，既需要按照合理規(guī)劃、超前部署、適當(dāng)預(yù)留的原則進行優(yōu)化設(shè)計，同時還需要高標(biāo)準(zhǔn)建造、專業(yè)施工，嚴(yán)格管理、精心維護，才能保證其長期安全可靠地運行。

參考文獻:

[1] 周 捷.環(huán)境試驗順序的選擇[J].環(huán)境技術(shù)，2011(8):12-14.

[2] 符榮梅.3米法半電波暗室(EMC檢測實驗室)的建設(shè)及EMI測試技術(shù)實踐[J].計算機工程與技術(shù)，2001(4):118-120.

[3] GB/T 13277.1—2008,壓縮空氣 第1部分：污染物凈化等級[S].