控制性能标准范文（精选9篇）
控制性能标准 第1篇
互联电网运行中,需要控制性能评价标准来评价和规范各控制区域的行为,使其既能满足系统的可靠性要求,又能公平地分享电网互联所带来的益处[1,2]。
目前,国内外所采用 的标准,如:北美的CPS1和CPS2标准(简称北美CPS标准)和中国的CPS1和CPS2标准(简称国内CPS标准),均是以衡量区域控制偏差 (area control error,ACE)[1]与频率偏 差 Δf(以下简称频差)相关性为原理而设计,可以称之为第二代标准。该类标准与早先采用的第一代标准———A1和A2标准(简称A标准)[3]相比具有诸多优点,在互联电网运行控制性能评价中发挥了良好的作用。
中国电网20世纪80年代中期开始采用A标准。2001年,借鉴北美CPS标准,华东和福建电网推行了新的评价标准及相关考核办法。随后,华中电网和南方电网公司也相继推出自己的评价标准及相关考核办法[4,5,6]。中国第二代标准尽管与北美标准指标个数相同,但由于指标构造形式存在差异,故其内涵与北美标准存在差异。因此,两套标准的构架不尽相同。
北美CPS标准的出发点是频率长期质量指标, 其实现方式是利用年滚动平均方式构造指标,由此可实现电网较为经济地运行是其亮点。而中国电网制定CPS标准过程中,更多关注的是频率安全,特别是对于特高压交流线路投运初期或超高压直流线路投运后(如华东电网)和区域电网改为背靠背与主网连接后(如东北或西北电网),电网较之前更为脆弱,此点更为重要,也更为运行人员所关注。
另一方面,文献[7]的分析表明,采用国内CPS标准可能会出现自动发电控制(AGC)过度调节且劳而无功、由于没有固定调节目标而造成AGC控制无所适从、追踪频差频繁变动会造成调度人员过度紧张等问题,这些不仅不利于节能减排,也不符合评价标准先进性的要求。
本文提出了一种互联电网运行控制性能评价标准构架,以解决目前中国各区域电网公司实施的标准中可能出现的频繁调节和过度调节问题。在所提出标准构架下,包含3个标准:频率安全标准、无意交换电量标准和频率质量标准,分别对应分钟、小时和月及以上3个时间尺度的控制性能评价。分析表明,在新构架下所设计的标准,既可引导控制区域快速做出调节,为系统保证电网秒级时间尺度的频率质量奠定基础、维护运行频率安全,又能容忍控制区域在一定的时间尺度内“将功补过”,从而达到节能减排的目的。
1频率偏差的限制
制定评价标准的目的是利用其来引导和约束控制区域的控制行为,使之有利于整个系统的功率供需平衡,从而保证电网安全、优质和经济运行。
频率是电网中功率供需平衡的指标,可以作为控制性能评价的一个依据;而电网运行频差与整个电网的ACE,即该电网所包含各控制区域的ACE之和呈正比例关系。这意味着,若要维持系统功率的供需平衡,就应将频差控制在零附近;而若要控制系统频率,就应该从控制各控制区域的ACE入手。
因此,以频率控制目标为出发点,制定出相应的控制性能评价标准,是顺理成章的思路。
某电网运行频差(频率实际值与计划值的差)历史数据在时间轴上的顺序分布如图1所示。
频率是一个随时间不断变化的随机量,它反映了电网中有功功率的供需平衡。
限制作为随机变量的频率波动,可以有多种方式。从保证系统安全稳定运行的角度看,期望每时每刻的频差均为零,即希望在每时每刻都将频率限制在某一固定值,但这样不仅技术上不可行,运行上也不经济,从用户角度看更不必要。运行中,考虑到用户用电质量需求、负荷波动情况和现有设备的调节能力等多种因素,不同电网会制定相应的频率质量标准。例如:中国一般要求频差绝对值小于某一限定值(如0.2 Hz)的累计时间占总时间的比率大于某一百分数(如99.99%)。这种将频率合格率限制得不低于某一设定值的做法可以保证长时间的频率质量,但对短时间没有约束,可能会对系统安全不利。北美要求频差在某一时间段T(如1min)的均值在一个较长时间段内(如一年)的均方根小于指定值,该做法的本质是将频差的方差限制在某一范围内,由于考虑了较长时间段的均方根值,故可以保证长时间的频率质量;同时,可以通过改变指标中变量取均值时段长短的方式,对短时段频率波动加以限制,在一定程度上也可保证频率在短时段的质量。
依据概率论理论,若频差时间序列随机分布且不存在自相关,则其在T时间段(如1min)的均值在一个较长时间段内(如一年)的均方根与1/槡T成反比。这意味着在这种情况下,选择任何一个时段长度都是等效的,故只需要关于一个时段长度的标准即可将频 率控制在 指定的质 量水平。例如:若 ε1=槡2ε2,则限制1min的频差均值在一年内的均方根小于ε1,等效于限制2min的频差均值在一年内的均方根小于ε2。文献[8]的研究也证明了这一点, 其研究表明,若频差时 间序列不 存在自相 关,则CPS2标准冗余(CPS1标准针对ACE的1min均值设计,而CPS2针对15 min均值设计),即只需要CPS1一个标准就能达到约束控制区域控制行为的目的。
CPS标准的研制者指出[9],由于目前各控制区域的工程实践和采用的AGC控制逻辑造成系统运行频差序列存在较强的自相关性,所以,仅靠一个标准无法实现对运行控制性能进行全时段的评价。文献[10]对中国某区域电网运行频率进行了概率统计分析,表明频差时间序列也存在较强的自相关性,因此,中国也同样存在上述问题。
所以,从频率角度出发制定标准,首先要解决的是在哪些时段长度上进行限制,才能有效保证频率在全时间尺度上满足要求的问题。换句话说,就是设置几个标准的问题。
北美电力 可靠性委 员会 (North American Electric Reliability Council,NERC)在1990年成立特别工 作组,历经7年研究推 出了CPS标准, 1998年才开始正式实施。在这8年多的研究中,研究组征求 多方意见,权衡利弊,最终采用 了限制10min和一年 (或一个月)两点的方 案[9],即频率1min的均值在10min的均方根小于给定值(CPS2标准,前提是各控制区域ACE的10min均方根序列间没有互相关性)和在一年的均方根小于给定值 (CPS1标准)两点限制。实践证明这种选择达到了标准设计的初衷。但由于该标准未对短时段频差予以限制,故在执行中出现了一些问题,如“22:00频率偏差现象”[11]。
在中国,由于电网自动化水平较低,故频率安全为主要矛盾,对短时段频差予以限制的需求更为强烈,尤其是对于特高压线路投运初期而追求稳定运行(如华东电网)和背靠背与主网连接的孤立区域电网(如东北或西北电网),该问题更为突出。因此,沿用北美CPS标准采用10min和一年这样两点限制的方式显然已不能满足要求。
2频差评价时间尺度的设置
分析图1中的频差波动曲线,考察频率波动的幅度可发现,其绝大部分频率分布在频差限额内,而分布在限外的极少。
运行中,被关注的主要有两点:一是频差保持在限定值内的累计时间,对应的是频率波动的统计数据,所反映的是频率质量,而衡量的依据是相关标准,如电力企业运行规程对频率质量的相关规定;二是频差大于限定值的程度,所反映的是系统的安全性,例如频差绝对值越大,说明发电与负荷之间的功率差越大,系统就越不安全,衡量也是依据相关标准,如关于频率质量的国家标准。显而易见,第一点所关注的是频率在一个较长时间段内的表现,通常为一个月、一个季度或一年;而第二点所关注的是频率在短时间尺度,秒或分钟级时间尺度内的表现。
作为频率调节的主要手段,AGC调节准确与否至关重要。某区域AGC的执行偏差可能会表现为该区域无意交换电量的显著增加,其关系到区域间在发电计划执行方面的相互影响,涉及经济利益,因此,它也是运行调度人员关注的一个物理量。研究表明[1],限制时段ACE均值与限制时段频率均值是等效的 (前提是各 控制区域 间的ACE没有相关 性)。
保证短时段内频率质量,并不是追求每时每刻将频差控制在零左右,而是只要频差绝对值不超出所要求的范围即可;由于实际运行中无意交换电量的结算单位时间为1h,因此可考虑设置约束时段为1h的标准,这样,不仅可实现对无意交换电量的约束,也能藉此保证小时级时段频率满足运行要求。
注意,要求系统运行频率不超出所要求的范围, 并不意味着控制区域每时每刻要将自身ACE限制在指定区间。若某区域在某时段由于某些原因调节成本过高,则可由其他区域进行低成本的补充控制; 反过来,必要时该区域也可以对其他区域进行补充控制。这样不仅双方受益,也会使得总的系统控制成本降低,可充分发挥互联电网中控制区域间的优势互补、相互支援的功能。评价标准应该具有引导这种行为的功能。
综上,本文提出的标准体系包含3个标准:频率质量标准、频率安全指标和无意交换电量标准。频率质量标准评价的着眼点是约束控制区域的长期控制行为,其落脚点是电网运行频率在指定时间段内应满足的合格率指标,涉及的是年、季度或月等长时间尺度;频率安全标准的着眼点是电网运行频率的安全,其落脚点是考察在频差超出限定值时刻各控制区域的表现,约束的是控制区域在秒或分钟级等时间尺度的短期控制行为;无意交换电量标准的着眼点是限制控制区域间的无意交换电量,从而减小控制区域间发电计划的相互干扰,其落脚点是小时级时段被评价控制区域ACE的均值,约束的是控制区域的中期控制行为,可保证小时级时段频差符合要求。
3各标准的指标设计思想
所谓指标设计思想是指采用何种手段或方式达到上述标准的频率限制要求。
对于无意交换电量标准和频率质量标准的实现方式,北美的经验值得借鉴。即通过限制1h时段内ACE均值的方式,来实现对1h数量级时间尺度运行频差的控制质量要求;利用限制频差1min均值在一个月或一年的滚动平均的方式,来实现对一个月或一年时间尺度频差的控制质量要求。
保持短时段的频率安全与质量,理论上可采取在每时每刻都将频率限制在某一限值内的做法,但第2节中已分析了此法并不可行,因此,在标准的设计中需要寻找有效且实用的方式来实现对短时段频率安全与质量的保证。北美也已意识到评价短时段频率安全与质量的必要性,并正着手寻找能够限制短时段频率偏差的相关标准,但目前尚未见成果报道。
在实际运行中,安全是首要目标,故频率是否被控制在限内是运行调度人员最为关注的。频率运行在限内,安全不是主要关注点,控制区域可容许有较大的ACE以进行区域间的互通有无;而若频率超出限值,则安全成为运行的主要矛盾,控制区域被容许的ACE限额应该被减少,以便运行频率尽快被 恢复至限内。因此,对于短时段评价可采用频率越限时评价、频率正常时不进行评价的方式,这样,可引导被评价主体的行为,减少甚至避免频率越限的情况发生。其做法是利用当电网运行频率超出规定值时,依据被评价主体ACE的数值和其ACE限定值之间的偏差值来评价其表现。由于该偏差在频率越限时段内的积分或均值,可反映控制区域的控制行为对电网运行频差越限所负有的责任,或促使频差恢复至限内所做的贡献,故可依据该积分或均值的数量作为评价的依据。注意到,之所以用代数量而非绝对值,是考虑应引导控制区域适时调节、“将功补过”,以充分发挥互联电网的优势。
关于上述标准的指标具体如何构造,限于篇幅, 将拟另文论述。
4新标准的特点
前述可见,频率安全标准针对当下的频率安全而设置,关注的是秒至分钟级时间尺度的频率越限问题,用于引导被评价对象通过控制行为,调节自身ACE始终在一个合理水平,防止当频率越限时被惩罚,为频率一次调节奠定良好的基础,达到提高系统短时频率安全的目的;无意交换电量标准针对非计划交换电量设置,关注于小时时间尺度的频率波动, 主要用于规范被评价对象较为严格地执行联络线交换计划(针对中国联络线裕度较小的问题);而频率质量标准针对中国电网对长时段(如年)频率合格目标设置,关注于所评价时间尺度内频率的合格率,主要用于规范被评价对象长期行为,着眼频差长期统计指标,目的是节能减排。
与北美和中国现有CPS标准所具有的两点约束构架相比,本文所提出标准的构架具有如下特点。
1)频率安全标准针对短时段设置,无意交换电量标准针对中时段,而频率质量标准针对长时间尺度,3个标准相互配合,可保证运行频率在全时间尺度满足频率合格要求,符合中国国情。
2)针对设备现有调节水平,短时段约束根据频差限值确定ACE限定值,采用积分或均值方式构造指标,有利于控制区域审时度势,从容施行控制指令;中时段利用ACE均值构造评价指标,可同时达到保证中时段频差质量和无意交换电量的目的;长时段采用年滚动平均方式构造指标,可最大限度减少无谓调节,实现节能减排。短、中、长时段指标采用不同约束要求、相互配合,既可达到提高频率质量的目标,又可解决调度员进行控制时“疲于奔命”且劳而无功、调节效果不佳的问题;与此同时,还可引导控制区域审时度势、“将功补过”,充分发挥互联电网相互支援、优势互补的功效。
3)频率安全标准可实现分钟级频差指标符合要求,从而保证系统频率安全;无意交换电量标准既可保证小时级频率质量,又能约束无意交换电量符合要求,从而保证控制区域间发电计划执行的互不干扰;频率质量标准既可实现月或年尺度频率质量,又能利用年滚动平均引导控制区域适时、适度地调节从而实现经济运行。3个标准配合,既顾及系统安全,又考虑频率质量,还以最为经济和节能减排的方式达到上述目标,可真正实现电力系统的“安全、优质、经济”运行。
5结语
在对现有标准深入分析的基础上,本文提出了适合于中国电网运行现状的互联电网运行控制性能评价标准新构架,即所设计的新标准由频率质量标准、频率安全标准和无意交换电量标准等系列标准构成。3个标准相互配合,可保证运行频率在全时间尺度满足频率合格要求,符合中国国情;既可达到提高频率质量的目标,又可解决调度员进行控制时 “疲于奔命”且劳而无功、调节效果不佳的问题;与此同时,还可引导控制区域审时度势、“将功补过”,充分发挥互联电网相互支援、优势互补的功效。
塑钢窗技术性能标准 第2篇
1.塑钢门窗保温节能性能
塑钢门窗为多腔式结构，具有良好的隔热性能，其传热性能甚小，仅为钢材的l／357，铝材1／250，可见塑料门窗隔热、保温效果显著，尤其对具有暖气空调设备的现代建筑物更加适用。有关部门对此进行调查比较，即：使用塑钢门窗比使用木门窗的房间冬季室内温度可高4—5度；北方地区使用双层玻璃效果更佳。据建研院物理所测试，单玻钢，铝窗的传热系数为64W/M2K；单玻塑钢窗的传热系数是47W/M2K左右；普通双层玻璃的钢，铝窗的传热系数是3。7W/M2K左右；而双玻塑料钢窗传热系数约为2。5W/M2K。门窗占建筑外围护结构面积的30%，其散热量占49%，由此可知，塑钢窗有很好的节能效益.2.塑钢门窗物理性能
塑钢门窗的物理性能主要是指：PVC塑钢门窗的空气渗透性(气密性)、雨水渗透性(水密性)、抗风性能及保温和隔音性能。由于塑钢门窗型材具有独特的多腔室结构，并经熔接工艺而成门窗，在塑钢门窗安装时所有的缝隙均装有门窗密封胶条和毛条，因此具有良好的物理性能。3.塑钢门窗耐腐蚀性：
塑钢门窗因其独特的配方而具有良好的耐腐蚀性能，其次塑钢窗耐腐蚀性取决于五金件的使用，正常环境下五金件为金属制品，而具有腐蚀性的环境下的行业，如食品、医药、卫生、化工及沿海地区、阴雨潮湿地区，选用防腐蚀的五金件(工程塑料)，其是使用寿命是塑钢门窗的10倍。4.塑钢门窗耐候性：
塑钢门窗采用特殊配方，原料中添加紫外线吸收剂、及耐低温冲击剂，从而提高了塑钢门窗耐候性。长期使用于温度气候的环境中，在一30度～70度之间，烈日、暴雨、干燥、潮湿之变化中，无变色、变质、老化、脆化等现象。塑钢窗在西欧已有三十年之实例，其材质完好如初。5.塑钢门窗防火性：
塑钢门窗不自燃、不助燃、离火自熄、安全可靠，符合防火要求，这一性能更扩大了塑钢门窗的使用范围。6.塑钢门窗绝缘性能
塑钢门窗使用异型材优良的电绝缘体，不导电，安全系数高。7.塑钢门窗气密性：
塑钢门窗质细密平滑，质量内外一致，无须进行表面特出处理、易加工、经切割、熔接加工后，门窗成品的长、宽及对角线均能在正负2MM以内，加工精度，角强度可达3000N以上。8.塑钢门窗的隔声性能
主要在于占面积80%左右的玻璃的隔声效果，市面上有些隔声塑钢门窗产品根据声波的共振透射原理和藕合作，采用不同的玻璃组合结构，比如中空玻璃塑钢窗,普通双层玻璃，增强门窗隔音效果。在门窗结构方面，采用优质胶条、塑料封口配件的使用，使得塑钢门窗密封性能效果显著。9.塑钢门窗外观好
能和国内的装饰效果要求相适应，而且人体接触感觉比金属的舒适。由于塑钢门窗有以上的一些突出优点，在我国正在得到大量应用，成为建筑领域的新潮流。
控制性能标准 第3篇
为实现资源的优化配置,发展大容量、远距离输电,中国特高压互联电网初步形成[1,2,3,4]。在特高压电网建设初期,特高压联络线功率波动控制非常重要, 其功率偏差过大会影响特高压互联电网的安全稳定运行,安全成为 特高压互 联电网运 行的主要 矛盾[5,6,7,8]。为了抑制特高压联络线功率大幅波动,文献[9]提出了用T标准来控制特高压联络线功率波动,并采用T标准对控制区控制特高压联络线功率的性能进行评价。T标准对特高压联络线功率波动的控制起到了较好的作用。但是,T标准在减小特高压联络线功率偏差的同时,在某些情况下会加大互联电网系统的频率偏差,单独采用T标准进行考核与评价时,系统频率质量较差。
为了保证特高压互联电网系统频率质量的同时,还要控制特高压联络线功率偏差,文献[9]提出了各控制区一部分采用控制性能标准( CPS)[10,11,12,13,14,15,16,17], 一部分采用T标准,这其实是CPS与T标准的并联实施方式。而对这种方式分析与仿真[18,19]结果表明: 采用CPS与T标准的并联实施方式并不能完全解决问题,在某些情况下控制区之间会出现功率调节方向的矛盾,降低控制效率,甚至威胁电网安全。 因此,有必要对其进行分析与研究。
本文结合CPS与T标准两者的优点,根据特高压互联电网的不同运行状态和电网所面临的主要矛盾,提出了CPS与T标准的串联实施方式,实时切换控制性能评价标准来解决特高压互联电网当前所面临的主要矛盾,并设计了4种控制方式来兼顾特高压联络线功率偏差和系统频率偏差。
1T标准及其实施所存在的问题
1.1T标准
如图1所示,区域i与区域r为特高压联络线互联的两个区域电网,定义特高压联络线功率由区域i输送到区域r为正,ΔPT为特高压联络线功率偏差。
设Ki为区域i的静态频率响应系数; Kr为区域r的静态频率响应系数; KΣ为特高压互联电网总的静态频率响应系数,KΣ= Ki+ Kr;分别为区域i与区域r的区域控制偏差。则特高压联络线功率偏差为:
T1标准[9]要求区域i在任一时间段内满足:
式中: avg( ·) 表示取平均;在1 min的平均值; ΔPT-1-min为 ΔPT在1 min的平均值; Lp为特高压联络线功率的控制精度。
计算区域i的T1指标的一致性因子为:
区域i的T1指标的计算公式为:
将式( 1) 进行分解可得:
对式( 5) 进行推导可知: ΔPT由特高压互联的两个区域电网共同决定,当特高压联络线功率偏差ΔPT= 0; 当时,ΔPT> 0; 反之,则 ΔPT< 0。
为了便于分析,本文采用水箱模型来剖析T1标准的机理。图2中,圆柱体水箱分别代表区域电网i和区域电网r,水箱之间由水管连通,水流的方向表示特高压联络线功率偏差的正负( 设区域i到区域r为正) ,水面的高度表示EACE/ K的大小,在图2所示的情况下,ΔPT> 0,区域i与区域r都采用T标准时,为了使 ΔPT以最快的速度恢复到零,追求区域控制偏差与 ΔPT反号,两区域都将进行区域控制偏差的调节,其调节方向如图2所示,在图2所示的调节方式下,代表区域i与区域r的两个水箱的水面高度能以最快的速度相等。所以,T1标准的本质就是: 区域i与区域r调节自身的区域控制偏差,使迅速相等,从而使 ΔPT= 0。
T2标准[9]与CPS2标准[10]相同,要求区域i在10 min内的区域控制偏差平均值的绝对值控制在规定的范围L10之内。L10的取值和CPS2标准中的取值一样。
1.2T标准单独实施所存在的问题
按照第1. 1节提到的T1标准的要求,在图1所示的两区域互联电网中,对下面4种情况下采用T标准时区域i的调节进行分析。
第1种情况: 当区域i出现功率波动使得区域i的区域控制偏差小于零,区域r的区域控制偏差等于零时,特高压联络线功率偏差 ΔPT将小于零。根据T1标准的要求,区域i会增加机组出力,使得特高压联络线功率偏差 ΔPT得到恢复,同时,这也有利于特高压互联电网系统频率的恢复。
第2种情况: 当区域i出现功率波动使得区域i的区域控制偏差大于零,区域r的区域控制偏差等于零时,这种情况与第1种情况类似。
第3种情况: 当区域r出现功率波动使得区域r的区域控制偏差小于零,区域i的区域控制偏差等于零时,特高压联络线功率偏差 ΔPT将大于零。这时,若为了迅速恢复特高压联络线功率偏差 ΔPT,追求区域控制偏差与 ΔPT反号,区域i将会减少出力将本区域的区域控制偏差向区域r的区域控制偏差的方向调节,当时,特高压联络线功率偏差 ΔPT将会等于零。但是,当区域i的区域控制偏差调节速度与容量大于区域r时,特高压互联电网的系统频率偏差将会进一步加大,这不利于特高压互联电网系统频率的恢复。
第4种情况: 当区域r出现功率波动使得区域r的区域控制偏差大于零,区域i的区域控制偏差等于零时,这种情况与第3种情况类似。
对上述4种情况的分析可知,在第3种与第4种情况下,T标准在快速恢复特高压联络线功率偏差的同时,在某些情况下会加大互联电网系统的频率偏差,这正是T标准单独实施所存在问题。
1.3CPS与T标准并联实施所存在的问题
针对上述T标准单独实施所存在的问题,为了兼顾特高压联络线功率偏差与系统频率偏差,文献[9]提出电网的各控制区一部分采用CPS,一部分采用T标准,这其实是以并联的方式使用两套标准。所谓CPS与T标准的并联实施方式是指: 特高压电网运行中,在同一时段内,既有采用CPS的控制区,也有采用T标准的控制区。但本文分析表明,CPS与T标准的并联实施方式并不能解决这个问题,达不到预期的效果。
图3所示特高压两区域互联电网中,区域i的子控制区a采用CPS,子控制区b采用T标准,区域r采用T标准。这种标准的实施方式在不同的控制区同时采用了CPS和T标准进行考核与评价,是CPS与T标准并联实施的一种情况,下面对这种并联实施方式进行分析。
当特高压电网运行时,会出现下面的情况。图3中,当区域r出现负荷增大使得区域i的区域控制偏差等于零,特高压联络线功率越限,且互联电网系统频率降低时,在T标准下,区域r会增加机组出力来减小特高压联络线功率偏差。若子控制区b为了快速恢复特高压联络线功率偏差,追求自身区域控制偏差与 ΔPT反号,则会减少出力使区域i与区域r的区域控制偏差的符号相同。而子控制区a采用CPS,为了快速恢复系统频率偏差,追求自身区域控制偏差与 Δf反号,则会增加机组出力。 这时区域i的子控制区a与子控制区b的功率调节方向相矛盾,将会导致特高压联络线功率偏差长时间不能恢复,不利于系统频率的恢复。
经过上述分析可知,在CPS与T标准并联实施方式下,CPS与T标准下的控制区之间的功率调节方向可能相矛盾,这不仅不利于特高压联络线功率越限与系统频率偏差的快速恢复,甚至有可能威胁电网安全。因此,并联实施方式达不到预期的效果。
综上所述,现有的联络线功率控制性能评价标准的实施方式都不太适用于特高压互联电网。
本文结合现有实施方式各自的优点,提出了CPS与T标准的串联实施方式。
2CPS与T标准串联实施方式
所谓CPS与T标准串联实施方式是指: 在同一时段内,所有控制区只采用CPS与T标准其中之一来进行评价,根据特高压电网所面临的主要矛盾不同,实时切换CPS与T标准。
2.1串联实施方式的设计思想
CPS以系统频率偏差为控制目标,鼓励各控制区为恢复系统频率提供支援,重点保证互联电网系统频率的安全与优质。
T标准以特高压联络线功率偏差为控制目标, 鼓励各控制区为恢复特高压联络线功率偏差提供支援,重点保证特高压联络线功率偏差的快速恢复。
所以,CPS与T标准的控制目标不一样,CPS关注系统频率偏差,而T标准关注特高压联络线功率偏差,并联实施时控制区之间出现功率调节方向的矛盾在所难免。
特高压电网运行中,解决不同主要矛盾所采用的控制性能评价标准应该不同。所以,本文提出CPS与T标准的串联实施方式,根据电网各状态的主要矛盾来选择控制性能评价标准,并采用相应的控制方式兼顾特高压联络线功率偏差与系统频率偏差。
在采用CPS与T标准串联实施方式时,当所有区域采用CPS时,各控制区的频率响应系数按照CPS下的原则来进行设定。当所有区域切换到T标准时,各控制区的频率响应系数按照T标准下的原则来进行设定。
2.2串联实施方式下的4种控制方式
为了兼顾特高压联络线功率偏差与系统频率偏差这两项功能,在串联实施方式下,本文采用下面4种控制方式来实现。
1) CPS控制方式: 即所有控制区都采用CPS,追求区域控制偏差与频差反号,快速恢复系统频率偏差。
2) T控制方式: 即所有控制区都采用T标准,追求区域控制偏差与联络线功率偏差反号。
3) 联络线主控方式: 所谓联络线主控方式,即所有控制区都采用T标准,以特高压联络线功率偏差为主要控制目标,但恢复特高压联络线功率偏差的同时不会加大系统频率偏差。
图1中,当区域i出现功率波动使得特高压联络线功率越限时,区域r的区域控制偏差等于零。 此时,在联络线主控方式下,区域i全力调节,即所有可调机组都参与调节,而区域r为了快速恢复特高压联络线功率偏差可适当调节,即一半可调机组参与调节,在区域i与区域r的共同调节下快速恢复特高压联络线功率偏差。由于区域i与区域r的功率调节容量不一样,系统频率偏差不会进一步加大。所以,在联络线主控方式下,对特高压联络线功率偏差造成责任大的控制区应该全力调节,而责任小的或者没有责任的控制区应该适当调节。
4) 频率主控方式: 所谓频率主控方式,即所有控制区都采用CPS,以系统频率偏差为主要控制目标,但恢复系统频率偏差的同时不会加大特高压联络线功率偏差。
图1中,当区域i出现功率波动使得系统频率偏差越限时,区域r的区域控制偏差等于零。此时, 在频率主控方式下,区域i应该全力调节,即所有可调机组都参与调节,而区域r为了快速恢复系统频率可适当调节,即一半可调机组参与调节,在区域i与区域r的共同调节下快速恢复系统频率偏差。由于区域i与区域r的功率调节容量不一样,特高压联络线功率偏差不会进一步加大。所以,在频率主控方式下,对频率偏差造成责任大的控制区应该全力调节,而责任小或者没有责任的控制区应该适当调节。
2.3串联实施方式的具体方法
在CPS与T标准的串联实施方式下,依据抓主要矛盾的思想,在特高压电网的4种典型运行状态下,实时切换控制性能评价标准与控制方式,兼顾特高压联络线功率偏差与系统频率偏差。
1) 特高压联络线功率没有越限状态( 称为A状态) : 此状态下,系统频率质量为主要矛盾。采用的控制方式为CPS控制方式。
2) 特高压联络线功率越限、频率正常状态 ( 称为B状态) : 此状态下,特高压联络线功率越限为主要矛盾,采用的控制方式为T控制方式。
3) 特高压联络线功率越限、频率预警状态 ( 称为C状态) : 此状态下,特高压联络线功率越限为主要矛盾。由于当系统频率处于预警状态时,若采用T控制方式,频率有可能进入紧急状态,所以本文采用联络线主控方式。
4) 特高压联络线功率越限、频率紧急状态 ( 称为D状态) 。此状态下,系统频率偏差为主要矛盾。 因为联络线功率已经越限,若此时仍采用CPS控制方式,联络线功率越限有可能进一步加大,所以本文采用频率主控方式。
在CPS与T标准串联实施方式下,根据上述特高压电网的4种运行状态,当系统所处运行状态发生变化时,需要进行控制方式的切换。若切换控制方式时不需要进行标准的切换,此时按原来的标准对所有的控制区进行评价; 若切换控制方式时需要进行标准的切换时,从切换时刻开始放弃该时段原有标准的考核,从下一时段开始采用切换后控制方式所对应的标准进行考核。
例如,当特高压互联电网从运行A状态进入运行D状态时,控制方式从CPS控制方式切换到频率主控方式,此时两种控制方式都采用CPS进行评价,不需要进行标准的切换。当特高压电网从运行A状态进入运行B状态时,控制方式从CPS控制方式切换到T控制方式,控制性能评价标准从CPS切换至T标准,从切换时刻开始自动放弃CPS的考核,从下一时段开始采用T标准进行考核。
综上所述,在串联实施方式下,当系统频率偏差为主要矛盾时,特高压电网采用CPS进行评价。当特高压联络线功率越限为主要矛盾时,特高压电网采用T标准进行评价。在特高压联络线功率越限、 频率预警或紧急状态,需要兼顾系统频率偏差与特高压联络线功率偏差,本文分别采用联络线主控方式和频率主控方式来达到这个目的。
根据上述的4种特高压互联电网的运行状态, 实时切换控制性能评价标准与控制方式。下面将这4种特高压电网运行状态所采用的控制性能评价标准和控制方式总结于表1中。其中,ΔPT表示特高压联络线功率没有越限; ΔT和 ΔPT表示特高压联络线功率越限; Δf表示系统频率处于正常状态;表示系统频率处于预警表示系统频率处于紧急状态。
3MATLAB仿真及仿真结果分析
3.1串联实施方式与并联实施方式的仿真
串联实施方式: 图4中,在t < 1 200 s时段内,特高压电网处于联络线功率没有越限状态,采用CPS对区域i与区域r进行评价。在t = 1 200 s时, 区域i出现一个大的正方向的负荷波动,而区域r出现一个大的负方向的负荷波动,使得特高压电网进入联 络线功率 越限、频率正常 状态 ( | Δf| < 0. 09 Hz) 。此时区域i与区域r都从CPS切换到T标准。在t = 1 437 s时,特高压联络线功率偏差恢复至允许范围内,区域i与区域r又切换回CPS。采用串联实施方式时,整个过程的特高压联络线功率偏差变化曲线如图4中蓝色曲线所示。
并联实施方式: 在上述相同的负荷波动情况下, 特高压电网采用CPS与T标准的并联实施方式时, 在t = 1 750 s时,特高压联络线功率偏差才恢复至允许范围内。采用并联实施方式时,整个过程的特高压联络线功率偏差变化曲线如图4中红色曲线所示。
从上述分析可知,并联实施方式下特高压联络线功率偏差的恢复时间比串联实施方式下慢了313 s。这是因为并联实施方式下控制区之间会出现功率调节方向的矛盾,达不到T标准所预期的效果。而串联实施方式下不会出现功率调节方向的矛盾,特高压联络线功率偏差能快速恢复。
3.2联络线功率越限、频率预警状态仿真
采用CPS与T标准的串联实施方式时,当系统处于联络线功率越限、频率预警状态时,本文采用联络线主控方式来兼顾特高压联络线功率偏差与系统频率偏差,为了体现出该状态下联络线主控方式的优点,将其与T控制方式进行对比仿真。
图3中,当区域i在10 s时出现一个正方向的阶跃负荷波动,使特高压电网进入联络线功率越限、 频率预警状态( 0. 09 Hz≤| Δf| < 0. 19 Hz) 。
在这一状态下,两区域均采用T控制方式时, 区域r为快速恢复特高压联络线功率偏差而提供支援,当区域r的调节速度与容量大于区域i时,系统频率偏差变化曲线和特高压联络线功率偏差变化曲线分别如图5和图6中蓝线所示。
当两区域均采用联络线主控方式时,区域i与区域r都进行特高压联络线功率偏差的恢复调节。 区域i全力调节,而区域r采用适当容量进行调节 ( 比如,可让二分之一的可调机组参与调节) ,并时刻关注系统频率变化,确保系统频率偏差不再进一步加大至紧急状态。两区域均采用联络线主控方式时,系统频率偏差变化曲线和特高压联络线功率偏差变化曲线分别如图5和图6中红线所示。
从图6可以看出,特高压联络线功率偏差的恢复时间在T控制方式下比在联络线主控方式下要短。但是从图5可以看出,在采用T控制方式时, t = 41 s时系统频 率进入紧 急状态 ( | Δf | ≥ 0. 19 Hz) ,在t = 64 s时最大频率偏差达到| Δf | = 0. 24 Hz。造成这种结果的原因是: 在T控制方式下, 区域r为了快速恢复特高压联络线功率偏差而减发功率,而且其调节速度与容量大于区域i,导致系统频率进一步下降。
两区域均采用联络线主控方式时,虽然特高压联络线功率偏差的恢复时间变长了,但是由图5可以看出,系统频率偏差没有进一步加大( 0 < | Δf | ≤ 0. 14 Hz) 。这种控制方式的好处在于解决特高压联络线功率越限的同时,不再加大系统频率偏差使其进入紧急状态。
因此,在联络线功率越限、频率预警状态下,T控制方式不可取,联络线主控方式更合适。
3.3联络线功率越限、频率紧急状态仿真
采用CPS与T标准的串联实施方式时,当系统处于联络线功率越限、频率紧急状态时,本文采用频率主控方式来兼顾特高压联络线功率偏差与系统频率偏差,为了体现出该状态下频率主控方式的优点, 将其与CPS控制方式进行对比仿真。
图3中,当区域i在10 s时出现一个正方向的阶跃负荷波动,使特高压电网进入联络线功率越限、 频率紧急状态( | Δf| ≥0. 19 Hz) 。
在这一状态下,两区域采用CPS控制方式时, 区域i与区域r都进行调节来快速恢复系统频率偏差,当区域r的调节速度与容量大于区域i时,互联电网的系统频率偏差变化曲线和特高压联络线功率偏差变化曲线分别如图7和图8中蓝线所示。
两区域均采用频率主控方式时,区域i与区域r都进行调节来恢复系统频率偏差,区域i全力调节, 而区域r采用适当容量进行调节( 比如,可让二分之一的可调机组参与调节) ,并时刻关注特高压联络线功率波动,使其越限不再进一步加大。两区域采用频率主控方式时,系统频率偏差变化曲线和特高压联络线功率偏差变化曲线分别如图7和图8中红线所示。
从图7可以看出,系统频率偏差的恢复时间在CPS控制方式下比在频率主控方式下要短。但是从图8可以看出,采用频率主控方式时,特高压联络线功率偏差| ΔPT|max< 0. 35。而采用CPS控制方式时,t = 40 s时特高压联络线功率偏差进一步加大到| ΔPT|max< 0. 4。造成这种结果的原因是: 在CPS控制方式下,区域r为了快速恢复系统频率偏差而增发功率,而且其调节速度与容量大于区域i,导致特高压联络线功率越限进一步加大。
因此,在联络线功率越限、频率紧急状态下, CPS控制方式不可取,频率主控方式更合适。
4结语
在分析T标准实施所存在的问题上,本文提出了CPS与T标准的串联实施方式。根据特高压电网的不同运行状态和当前电网所面临的主要矛盾, 实时切换控制性能评价标准来解决主要矛盾,并采用相应的控制方式来兼顾特高压联络线功率偏差与系统频率偏差。
材料性能试验相关标准及测试方法 第4篇
1.拉伸实验
[1] 标准
金属拉伸试件按国标GB/T6397-1986《金属拉伸试验试样》[1] 标准ASTM D3039-76用于测定高模量纤维增强聚合物复合材料面内拉伸性能；ASTM D638用于测定试件的拉伸强度和拉伸模量[2]； 2.压缩试验
[1] 标准
压缩试件按国标GB/T7314-1987《金属压缩实验试样》[1] ASTM D3410-75(剪切荷载法测定带无支撑标准截面的聚合体母体复合材料压缩特性的试验方法)[3]。3.弯曲试验
[1] 标准
ASTM D7624用于测定聚合物基复合材料的弯曲刚度与强度性能[2]。
4.剪切试验
[1] 标准
ASTM D5379适用大部分的纤维增强型复合材料[2]。
5.层间断裂
[1] 标准
ASTM D5528和JIS K7086，仅适用于单向分层测试。其他的还未有相关标准[2]。6.冲击试验
[1] 标准
金属材料按照GB/T229-1994加工成V形缺口或U形缺口[1] 目前复合材料在冲击后的损伤性能表征主要是损伤阻抗(Damage Resistance)和损伤容限(Damage To tolerance)。
目前关于损伤阻抗和损伤容限的测试标准有ASTM D6264-98(04)和ASTM D7136 /D7136M-05标准。D6264-98用来测量纤维增强复合材料对集中准静态压痕力的损伤阻抗；D7136用来测量材料对落锤冲击试件的损伤阻抗[2]。7.疲劳试验
[1] 疲劳极限测试标准
单点试验按照航标HB5152-1980规定；升降试验法按照国标GB/T3075-1982和GB/T4337-1984[1]。
参考文献
控制性能标准 第5篇
Xilinx客户针对这种处理器设计所要求的两个实际应用案例可说明MicroBlaze在硬件加速方面的作用。本文以Spartan器件为重点,比较FPGA解决方案和标准控制器内核,展现我们能够达到的性价比。这一方法同样适用于Virtex FPGA。
案例1:实施位反转算法
在第一个应用示例中,假定MicroBlaze处理器的运行速度仅为50MHz。采用Spartan-3或Spartan-6器件可轻松实现这一速度。诸如本地存储器总线(指令和数据,LMB)以及处理器本机总线(PLB)等所有内部总线的运行速度均达到50MHz。为简单起见,假定没有连接外部DDR存储器。
现在假设客户想要在这个CPU上实施位反转算法。MicroBlaze自身没有通过硬件直接提供这个功能。再假定每秒需要完成2万次位反转操作。
要解决这个问题,大多数客户首先会采用纯软件方案,因为这样可轻松地实现想要的功能。而且如果性能足够高,无需进行任何修改。
为此,让我们先从简单的软件算法出发,实施简短精悍的解决方案。结果确实简单、精巧而且容易理解,不过效率很低。
这段程序运行相当顺利,不过就算在专门针对速度优化的MicroBlaze(使用五级流水线)上运行处理一个32位字的算法,也用了220个周期。要执行2万次位反转操作,在速度为50MHz的MicroBlaze上约需88ms。
客户试图采用略有不同的方法来优化算法,但仍作为纯软件解决方案来实施。
要进一步提升性能,就要采用纯硬件解决方案,通过一种新的方式来让硬件加速器充分发挥性能。
为了加速这种基础操作,只需要在Micro Blaze快速单工链路(FSL)上连接一个非常简单的内核。标准FSL实施方案使用FSL总线(包括同步或异步FIFO)将数据从MicroBlaze内核传输到FSL硬件加速器IP核。带FIFO的FSL总线与FIFO可对上述两者间的数据存取进行去耦。
如果采用带FIFO的标准FSL总线,则一般情况下执行时间为4个周期:一个周期用来将MicroBlaze上的数据通过FSL写入FIFO;一个周期用来将数据从FIFO传输到FSL IP;一个周期用来把结果从FSL IP传送回FSL总线的FIFO中;最后一个周期则负责从FSL总线读出结果并传输至MicroBlaze。
Micro Blaze到FSL总线的连接以及FSL总线到FSL IP的连接可在EDK的图形视图中轻松创建。
这样代码要长得多,效率也有大幅度提升,但时间还是太长了,执行2万次操作现在仍然大概需要52ms。
随后客户在互联网上进行了一些调查,找到一种更好的算法,把代码改编为:
这个代码看起来效率高,短小精悍。而且它不需要会造成流水线中断的分支。它在这个核心系统上运行只需29个周期。
不过这个算法需要在1、2、4、8和16位之间进行移位操作。我们在MicroBlaze的属性窗口中激活桶式移位器。不管移位操作的长度如何,采用桶式移位器可允许我们在一个周期内完成移位指令。这样可以让纯软件算法在MicroBlaze上运行得稍快一些。
激活MicroBlaze硬件上的桶式移位器可将处理算法所需时间缩短到22个周期。与第一个版本的软件算法相比,此算法得到了显著改善。目前采用此算法,执行所有2万次操作只需8.8ms,效率提升了10倍,不过仍未达到客户要求。
不过效率还有提升的空间。算法中的时延非常关键,应尽可能地缩短。但在我们的实施方案中,采用两根FSL总线仍需要四个时钟周期。不过我们可以通过将MicroBlaze与硬件加速器之间的现有连接方式改为直接连接,便可将时延减半,缩短至两个时钟周期。这样一个周期用于将数据写入FSL硬件加速器IP,而另一个周期则负责读回结果。
在采用直接连接方式时,需注意几个问题。首先,协处理器IP应存储输入,并以寄存方式提供结果。请注意在执行此操作时没有使用带FIFO的FSL总线。
此外,以不同时钟速率运行Micro Blaze和FSL硬件加速器IP容易发生问题。为避免发生冲突,设计人员最好将Micro Blaze和FSL硬件加速器IP的运行速率设为一致。
不过,如何在不使用FSL总线的情况下将Micro Blaze和FSL硬件加速器IP直接连接起来呢?这很简单,只需将MicroBlaze和硬件加速器的数据线连接起来即可。如果需要,可再添加握手信号。
例如,使用位反转IP,只需一个写入信号即可。IP会一直很快运行,足以对MicroBlaze的任何请求做出及时响应。
IP本身非常简单。以下是摘录VHDL代码中的一段:
如果在两者之间没有使用FSL总线的情况下添加这个IP,您必须对项目的MHS文件进行如下修改:
现在效率显著提高。硬核仅在两个周期内可完成位反转操作:一个周期用于把数据写入IP,另一个周期则负责读回结果。处理2万个位反转操作现在只需0.8ms。
与最初采用的算法相比,效率提升了110倍。与效率最高的最新软件算法相比,此算法仍使系统性能提升了11倍。
当然,本例只有在您的CPU不提供位反转寻址功能的情况下才有效。大多数DSP都有此功能,但大多数微控制器都不具备这个功能。具备增加这个功能的特性可大幅度提升这种算法的处理速度。
虽然修改不大,但收效十分明显。我们甚至将代码压缩到两个字大小。当然,现在硬件要求增加一些芯片。不过以此为代价获得比任何标准微控制器更高的速度,是值得的。
案例2:高速浮点性能
现在我们给出另一个MicroBlaze算法加速示例。一个客户声称他的浮点处理在MicroBlaze系统上运行非常慢。他使用的算法可采用简单的环路同时得出几个结果。
所有数值均是单精度浮点值。我们首先想到的是最基础的一个问题:浮点单元(FPU)激活了吗?检查项目设置后,我们发现FPU仍然处于未启用状态。这就是为什么永远无法计算出这几个数的原因。FPU可在MicroBlaze属性设置中加以激活。
FPU支持共有两种。我们也选择扩展FPU(Extended FPU)来支持求平方根运算。现在,在50MHz的Micro Blaze上需要1,108,685个周期才能完成512个值的全部循环。查看生成的汇编程序代码后,可以了解到创建平方根是仍然在使用数学库(Math-lib)功能。其在数学功能中的定义为:
double sqrt(double);
不过客户使用平方根函数仅为处理浮点数值。因此,MicroBlaze FPU定义了一个新的函数来取代原来的函数,解决这个问题:
float sqrtf(float);
把表达式f_sqrt+=sqrt(farr[i])变为f_sqrt+=sqrtf(farr[i]),就会调用MicroBlaze内部的FPU内部平方根功能。现在执行代码只需要35,336个周期。特别是与第一个根本没有使用FPU的方案相比,我们再次通过小小的调整就实现了31倍的提升。在相同的执行时间内,可能需要大约1.5GHz的CPU才能给出上述这些结果。
不过客户仍不满意,客户要求更高的速度。在这种情况下,把算法从浮点运算变为固点运算并不适合。因此,我们开发了一款新型专用硬件加速器(新型FSL IP)来加快对循环的处理。
新的FSL IP使用CORE Generator模块浮点_v4_0来为4x ADD、2x MUL、1x GREATER、1x LESS和1x SQRT等操作创建9个示例。所有这些示例都可以实体化,并对相同的输入数据进行完全并行处理(图2)。
FSL IP中实例的创建带有部分时延,但吞吐率仅为1。这要求为加速器内部的控制器硬件准备更多的芯片,不过这样可以在每个时钟周期内向协处理器提供新数据。
在取回结果前,只有在处理循环末端才需要增加周期。
我们采用直连方式把MicroBlaze连接到FSP IP时不需要FIFO。传输的所有数据都将缓存在IP内,并随即加以处理。
从FSL IP返回到MicroBlaze的连接是使用FSL总线创建的。由于我们必须发回一些结果,因而这更加容易实现,而且可以更加简单地在IP内完成。部分CoreGen模块有一些已被添加到执行时间中的时延,并被getfsl()调用完全覆盖。MicroBlaze只需要等到所有结果都存入FSL总线FIFO。不过,只要数据率是1,即可完全实现所要求的吞吐率。
FSL总线的额外延迟仅会占用为数不多的一些周期。使用FSL硬件加速器的C代码如下:
算法的最终实施仅需大约4,630个周期,而且依然是全浮点实施。
硬件需要本来应该用于实施硬件加速器的更多芯片才能并行计算出所有结果。不过与扩展FPU实施方案相比,我们最终提升了大约7.6倍。否则,如果使用标准处理器来替换这个50MHz的处理器,可能需要大约380MHz的CPU才能胜任(假设硬件自带有浮点平方根函数)。
更为显著的是与使用PFU的最初方案,而非平方根函数的对比效果:总体提升了大约239倍。这种效果可能需要12GHz左右的浮点处理器才能实现。
如上述例子所示,有时候小小的调整就会显著影响算法的处理效果。实施这些调整,可以让您的50MHz MicroBlaze系统与高性能DSP相媲美。
首先,找出执行时间过长的核心算法,然后对其加速通过简单调整软件,使用硬件,或使用硬件加速器进行更为复杂的调整。如此一来,您的处理器系统会强于标准控制器。
摘要：有许多算法可以转化为纯硬件来加速处理器,诸如平均标准偏差算法、给定时间内创建最小值或最大值、滤波器以及FFT等。不过,诸如位反转等一些不常见的算法可采用合适的硬件加速器也能移植到硬件上。本文以赛灵思的MicroBlaze为例,探讨了在FPGA上采用此种硬件加速方法,使系统性能可超过标准处理器、控制器甚至DSP。
关键词：硬件加速,MicroBlaze,FPGA,处理器,FPU
参考文献
[1]Embedded system tools reference guide[R/OL].(2009-9-16).http://www.xilinx.com/support/documentation/sw_manuals/xilinx11/est_rm.pdf
[2]Xilinx EDK Overview[R/OL].http://www.xilinx.com/support/documentation/sw_manuals/xilinx11/platform_studio/platform_studio_start.htm
[3]ISE design suite11:installation,licensing and release Notes[R/OL].(2009-12-2).http://www.xilinx.com/support/documentation/sw_manuals/xilinx11/irn.pdf
[4]Hill T.Xilinx DSP Design Platforms:simplify the adoption of FPGAs for DSP[R/OL].(2009-12-8).http://www.xilinx.com/support/documentation/white_papers/wp357.pdf
鞋类卫生安全性能标准的研究 第6篇
鞋类是人们日常生活必需品。随着科学技术和人民生活水平的不断提高, 人们对鞋不仅要求美观、舒适, 而且更为关注穿着的卫生、安全、健康和环境问题。我国现有鞋类产品标准都只规定了耐用方面的性能指标, 对涉及舒适、环保和有害物质的指标没有作出相应的规定。我国是鞋类生产和出口大国, 发达国家常以技术性贸易壁垒来限制我国鞋类的出口。如不加快研究鞋类的环保性、安全性和健康性, 紧跟国际绿色潮流, 不仅会使我国鞋类的出口受到重创, 而且也挡不住国外不良产品的进入。为了适应鞋类技术发展要求, 保障穿着的健康和安全, 并与国际接轨, 进一步扩大我国鞋类产品的出口, 同时也为我国消费者构筑一道绿色保护屏障, 我们对鞋类卫生安全性能进行了研究并对我国各种鞋类的安全卫生性能作了全面的测试和分析, 为制定我国鞋类安全卫生的标准提供依据。
2 实验部分
2.1 测试对象
国产各种鞋类。本文将鞋类产品分为二类:
A类: 婴幼儿鞋, 年龄在36个月及以下的供婴幼儿穿用的鞋。
B类: 除婴幼儿鞋以外的其他鞋。
2.2 pH值
皮革按QB/T 27242005《皮革化学试验 pH的测定》规定测试, 人造革、合成革和纺织材料按GB/T 75732002《纺织品 水萃取液pH值的测定》规定测试。
2.3 游离甲醛
皮革按GB/T 19941-2005 《皮革和毛皮 化学试验 甲醛含量的测定》规定测试, 人造革、合成革和纺织材料按GB/T 2912.1-1998《纺织品 甲醛的测定 第1部分:游离水解的甲醛 (水萃取法) 》规定测试。
2.4 可分解有害芳香胺染料
皮革按GB/T 19942-2005《皮革和毛皮 化学试验 禁用偶氮染料测定方法》规定测试, 人造革、合成革和纺织材料按GB/T 17592-2006《纺织品 禁用偶氮染料的测定》规定测试, 检出限为30mg/kg。
2.5 可萃取的重金属铅 (Pb) 、砷 (As) 、镉 (Cd)
可萃取的重金属铅 (Pb) 、镉 (Cd) 的试验按GB/T 17593.1-2006《纺织品 重金属的测定 第1部分:原子吸收分光光度法》规定测试;重金属砷 (As) 按GB/T 17593.4-2006《纺织品 重金属的测定 第4部分:砷、汞 原子荧光分光光度法》规定测试。
2.6 五氯苯酚 (pcp)
皮革按IUC-25《皮革中五氯苯酚含量的测定》 规定执行测试, 人造革、合成革和纺织材料按GB/T 18414.1-2006《纺织品 含氯苯酚的测定 第1部分:气相色谱-质谱法》或GB/T 18414.2-2006《纺织品 含氯苯酚的测定 第2部分:气相色谱法》规定测试。
2.7 六价铬Cr (Ⅵ)
皮革的六价铬Cr (Ⅵ) 平均残留浓度按IUC-18《皮革中六价铬含量的测定》规定测试。
2.8 鞋里和内底摩擦色牢度
鞋里和内底摩擦色牢度按ISO 17700-2004《鞋类 帮面、衬里和鞋内垫试验方法 摩擦色牢度》规定测试。采用方法A用人工汗液摩擦50次后用灰色样卡评定粘色级数。
3 结果与讨论
3.1 pH值
人类皮肤表层带微酸性, 能抑制多种病菌的繁殖。一般情况下人体皮肤的pH值在5.5～7.0之间不等, 具有保护皮肤不受细菌侵害的作用。pH值属于中性 (即pH=7) 或微酸性 (pH略低于7) 的材料均无损皮肤, 人的皮肤长期和pH值偏高或偏低的纺织品、皮革或其他材料接触则容易损伤皮肤, 亦会引发皮肤过敏。
我们收集了大、中、小型企业的鞋类产品进行pH值检验, 又分别用成品鞋和制作该鞋相同部位相同批次的材料进行pH试验。共测试了27种鞋类和制鞋材料的43个pH值, 最高值为9.0, 最低值为3.4。其中测试的儿童鞋类及制鞋材料的pH值16个, pH范围在4.4～7.8。由此可见, 儿童鞋的pH范围明显低于成人鞋, 表明制鞋行业对儿童鞋的pH更为重视, 对保护儿童的皮肤安全更为关注。
GB 18401-2003《国家纺织产品基本安全技术要求》中婴幼儿用品的pH值为4.0～7.5, 直接接触皮肤的产品的pH值为4.0～7.5, 非直接接触皮肤的产品的pH值为4.0～9.0。QB/T 1873-2004《鞋面用皮革》、QB/T 2680-2004《鞋里用皮革》规定pH值为3.5～6.0。
由于鞋类产品采用的材料品种繁多, 包括皮革, 合成革、人造革及各类纺织材料, 通过试验也发现在pH值检测中影响检验数据准确性的因素较多。希望通过对pH值的检测使生产企业在鞋材的选购中充分考虑pH值对人体可能带来的影响。
3.2 游离甲醛
许多制革厂在各种染整加工 (树脂整理、固色处理、涂料印花等) 中, 为了提高染色牢度和防皱性而使用了甲醛。在鞋类穿着和贮存过程中, 在温度和湿度的作用下, 会不同程度地释放出甲醛, 污染环境, 影响健康。过量的甲醛会使眼睛和呼吸道粘膜受到严重刺激, 也可以导致皮炎, 并可能致癌。因此发达国家都对鞋类中的甲醛含量严格控制。
我们收集了大、中、小型企业的鞋类产品对产品中的游离甲醛含量进行了检验, 又分别用成品鞋和制做该鞋相同部位相同批次的材料进行游离甲醛含量检验, 根据检验数据进行统计, 结果见表1。
福建省鞋服质检中心 (晋江) 近3年来对不同规模企业 (主要是中小型企业) 的鞋面用皮革及其产品 (主要为运动鞋) 进行了随机抽样试验。对56个试样进行了游离甲醛含量检验, 检验结果统计见表2。
美国对进口的鞋类甲醛含量标准是小于75mg/kg。按此标准表1检验数据中大约有10%不能达标, 福建省鞋服质检中心 (晋江) 的检验数据的合格率仅60%左右, 进入美国市场将受到限制。
2002/231/EC标准规定, 鞋的织物中所含的不水解或部分水解甲醛的量不得超过75mg/kg, 皮革部件中不得超过150mg/kg。按此标准, 鞋用皮革的合格率为96%, 非皮革的合格率只有91%。
GB 18401-2003《国家纺织产品基本安全技术规范》规定, 纺织产品甲醛含量:婴儿用品20mg/kg;直接接触皮肤的产品75mg/kg;非直接接触皮肤的产品300mg/kg。
GB 20400-2006《皮革和毛皮 有害物质限量》标准规定皮革产品游离甲醛含量:婴儿用品20mg/kg;直接接触皮肤的产品75mg/kg;非直接接触皮肤的产品300mg/kg。
HJ 305-2006《环境标志产品技术要求 鞋类》标准规定:鞋类产品使用的纺织品中可提取的甲醛含量应小于75 mg/kg, 鞋中可提取的甲醛含量应小于150 mg/kg
3.3 可分解有害芳香胺
偶氮是一种合成染料, 广泛使用在纺织品、皮革上。偶氮染料染色的材料在特殊条件下能分解产生出23种对人体有致癌作用的芳香胺。随着人们的环保和健康意识不断加强, 偶氮分解物的危害愈来愈引起人们的重视, 许多国家对此都有严格的限制。
我们对部分鞋类产品可分解有害芳香胺进行了检验, 检验结果除兰色鞋面布、黑色牛皮其余均小于30 mg/kg。
美国对可分解有害芳香胺的限量值为30 mg/kg。欧盟技术法规2002/61/EC、2002/231/EC规定可分解有害芳香胺的限量值为30mg/kg。
GB 20400-2006《皮革和毛皮 有害物质限量》标准规定皮革和毛皮产品可分解有害芳香胺30mg/kg。
GB 18401-2003《国家纺织产品基本安全技术规范》和HJ 305-2006《环境标志产品技术要求 鞋类》标准规定可分解芳香胺的偶氮染料禁用, 检出限为20mg/kg。
我们对部分鞋类产品可分解有害芳香胺进行了检验, 检验的18个样品中, 有16个样品的可分解有害芳香胺检验结果30mg/kg, 占总数的88.9%。福建省鞋服质检中心 (晋江) 近3年来对不同规模企业 (主要是中小型企业) 的鞋面用皮革及其产品 (主要为运动鞋) 进行了随机抽样试验。对56个试样进行了可分解有害芳香胺检验, 检验结果54个样品可分解有害芳香胺30 mg/kg, 占总数的96.4%。
结果表明, 大多数鞋类产品的可分解有害芳香胺染料检测结果合格, 但也有约10%检测超标。
3.4 可萃取的重金属铅 (Pb) 、镉 (Cd) 、砷 (As)
重金属是部分染料的组成元素。某些染料处理后残余的重金属离子, 超过一定的浓度后, 对人体会产生不良的影响。许多国家对此都有严格的限制。其控制的指标见表3。
我们对国产32个鞋类产品做了重金属离子的检测, 结果汇总见表4。
我们又分别用成品鞋和制做该鞋相同部位相同批次的材料进行铅、镉、砷含量检验, 铅含量均达到鞋类卫生安全性能技术规范要求, 按镉的检出限:810-4 mg/L, 砷的检出限:110-4mg/L, 镉、砷均未检出。
3.5 五氯苯酚
五氯苯酚是一种重要的防腐剂, 对生物具有相当的毒性, 它能使生物畸形并产生致癌作用。残留在鞋类中的五氯苯酚, 会通过皮肤进入人体内积累, 从而对人类造成潜在的健康威胁和生态环境的污染。因此一些国家及国际组织对纺织品和皮革中防腐剂 (防霉剂) 的残留规定了严格限量。
美国和欧洲对皮革制品中五氯苯酚的限量为5mg/kg;要达到绿色环保标准的要求更为严格, 其含量只能低于0.5mg/kg。
2002/231/EC规定五氯苯酚限量:织物中为0.05 mg/kg , 皮革为5 mg/kg ;德国化学品法案规定五氯苯酚限量为5 mg/kg。
GB/T 18885-2002标准规定五氯苯酚限量:婴儿用品0.05mg/kg;直接接触皮肤用品0.5mg/kg;不直接接触皮肤用品0.5mg/kg。HJ/T 305-2006规定:鞋中禁止使用五氯苯酚 (检出限值0.05mg/kg) 。
我们对部分鞋类产品的五氯苯酚含量进行了检验, 检验数据汇总见表5。
我们还分别用成品鞋和制做该鞋相同部位相同批次的材料进行五氯苯酚检验, 五氯苯酚检出限0.02mg/kg, 未检出。
3.6 六价铬Cr (Ⅵ) 含量
铬鞣以其优越的性能长期以来一直被广泛应用于制革工业, 随着人们对健康和环保的意识不断增强, 皮革中三价铬、六价铬的问题越来越引起人们的关注。铬离子具有相当的毒性。六价铬离子比三价铬离子的毒性高100倍。六价铬Cr (Ⅵ) 会对人体造成危害, 是强烈的致癌和致突变因子, 它易被人体吸收。皮肤接触可能导致过敏, 更可能造成遗传性基因缺陷, 吸入可能致癌。六价铬对人类造成潜在的健康威胁和生态环境的污染。因此一些发达国家对六价铬含量做出明确的规定和严格限量, 最高限量一般在5 mg/kg以下, 而欧洲标准中对手套中六价铬的最高限量规定为2mg/kg。德国食品和日用消费品法规规定六价铬限量为3 mg/kg。美国对皮革中六价铬的检测最低限量为10mg/kg。欧盟技术法规2002/231/EC规定成品中残余的六价铬不得超过10 mg/kg。HJ/T 305-2006规定鞋中六价铬的含量应小于10mg/kg。
据有关资料介绍, 对具有代表性的106家企业的162个皮革样品进行检验, 结果是, 样品中六价铬小于3 mg/kg的样品为116个, 占总量的71.6%;在3～10 mg/kg之间的为26个, 占总量的16.0%;大于10mg/kg的为20个, 占总量的12.4%。这一结果基本上反映出我国皮革产品的实际情况, 表明皮革的六价铬问题已相当严重, 已直接影响我国皮革产品的正常出口。皮革行业已经发生了由于六价铬超标而被外商索赔几十万元的事件。鉴于此种情况, 中国皮革协会在推出真皮标志生态皮革中, 将皮革中的六价铬作为与生态密切相关的4个必须检测的项目之一, 限量暂定为<5mg/kg。
我们对部分鞋类产品的六价铬含量进行了检验, 共检测了22个样品, 若按10 mg/kg的标准, 不合格4个, 占18.2%;按5 mg/kg的标准, 不合格7个, 占31.6%。可见六价铬含量是我国鞋类产品质量存在的较大问题, 将会影响我国鞋类在国际市场的信誉, 制约我国鞋类产品的出口。
3.7 耐色牢度
人们行走或运动时脚部会出汗, 人体的汗液或水有可能将鞋内部材料上的染料或其他有害物质剥落或分离出来, 从而对人体健康造成损害。相关标准对色牢度控制的指标值见表6。
我们对部分鞋类产品做了摩擦色牢度试验, 摩擦色牢度, (沾色) 一般在4～5级。
4 结论
根据上述检测数据, 参考现行的国内外标准并综合考虑到我国制鞋工艺的特点, 将鞋类卫生安全性能的技术要求确定如下:
4.1 pH值
pH值指标定为:皮革3.5～7.0, 合成革、人造革、纺织材料pH值定为4.0～9.0。希望通过对pH值的检测使生产企业在鞋材的选购中充分考虑pH值对人体可能带来的影响。
4.2 游离甲醛
考虑到36个月以下的婴幼儿耐受力较差, 将A类即婴幼儿鞋的游离甲醛含量指标定为皮革150mg/kg, 合成革、人造革、纺织材料75 mg/kg。同时考虑到人们在穿鞋时一般都穿着袜子, 属于非直接接触皮肤的产品, 故将B类的游离甲醛含量指标定为:300mg/kg。
4.3 可分解有害芳香胺
鞋类可分解有害芳香胺染料禁用, 检出限为30mg/kg。
4.4 可萃取的重金属铅 (Pb) 、镉 (Cd) 、砷 (As)
将重金属含量指标定为:铅 (Pb) 1.0 mg/kg、镉 (Cd) 0.1 mg/kg、砷 (As) 1.0 mg/kg。
4.5 五氯苯酚
五氯苯酚限量定为:皮革5mg/kg, 合成革、人造革及纺织材料0.5mg/kg。
4.6 六价铬Cr (Ⅵ)
六价铬Cr (Ⅵ) 限量定为10mg/kg。
4.7 鞋里和内底摩擦色牢度
鞋类扭转性能测试方法标准的研究 第7篇
鞋类扭转性能的好坏,与穿着舒适性和运动保护安全性息息相关。穿着舒适性是目前制鞋行业转型升级的主要内容,是适应个性化消费的需要。但针对鞋类扭转性能的检验方法、测试标准、试验设备及结果判断的研究非常少,目前国内外还没有相关国家标准、行业标准和实验仪器。
目前业内人士一般只是将成鞋或鞋底拿在手中,进行扭转,凭经验,判断扭转力的大小,再根据扭力大小,判断鞋类的扭转性能和柔韧度。由于用力大、小因人而异,很难得到准确统一的正确判断。
GB / T 20991 - 2007《个体防护装备鞋的测试方法》标准中提及,在制定安全鞋外底耐折性的检测方法时,参考了相关羽毛球鞋企业标准,而羽毛球鞋企业标准只是根据运动员使用情况,规定需要检测羽毛球鞋柔软度,即检验其鞋底上下弯折性能,而没有规定对其扭转功能的检测方法。因此,GB/T 20991 - 2007《个体防护装备鞋的测试方法》标准也只涉及鞋外底的抗上下弯折的性能检测,没有涉及针对其扭转功能的检测方法。
目前,国内制鞋行业通常采用的鞋类扭转性能试验方法有2 种,分别简称为A法和B法。
本文对A法和B法的定义、原理、测试结果、操作步骤、适用范围,进行对比与分析,并采用这2 种方法,对不同种类成鞋、鞋底样品进行了测试试验,为制鞋相关企业提供参考。
1 测试方法
1. 1 定义
根据人体脚部生理现象,脚部向内和向外可旋转15°,如果成鞋前掌固定,成鞋所能形成的纵向扭转角度是极小的,否则会使脚部受到伤害。因此可以通过对成鞋扭转力矩的测定,评价其扭转性能。
1. 1. 1 A法
扭转性能: 用固定块( 见图1) 固定试样鞋头部位和后跟部位,将鞋后跟沿鞋底弯折线AC( 总长前1 /3,见图2) ,提起一定角度( 25°) 后,以一定速度绕纵向轴转动,测定向内、向外转动到设定角度所需要的最大扭力矩( 见图3) 。
扭转力矩: 简称扭矩。扭矩在物理学中就是力矩的大小,等于力和力臂的乘积。本研究中具体为旋转力( 后跟提起一定角度后,向内、外旋转一定角度后产生的力) 与旋扭距离( AC线与EF线之间的距离,见图2)的乘积,单位为牛顿·米( N·m) 。
1. 1. 2 B法
扭转性能: 用固定块( 见图1) 固定试样前掌部位,试样的弯折线AC( 总长前1 /3,见图2) 与鞋头固定平台边缘重合,另一端加力,使它绕自己的纵轴进行旋转,测定向内、向外转动到设定角度所需的最大扭力矩( 见图4) 。
图4 中,鞋头所在托盘平面与水平面夹角A的大小,为鞋在自然状态下的前跷角度,即托盘平面与水平面的夹角与鞋前跷角度保持一致,目的是保证试验过程中前掌固定。
扭转力矩: 简称扭矩。具体为旋转力( 鞋在自然状态下,后跟向内、向外旋转一定角度后产生的力) 与旋扭距离( AC线与EF线之间的距离,见图2) 的乘积,单位为牛顿·米( N·m) 。
1. 1. 3 A法、B法的比较
从A法和B法的定义看,相同的是,都需要固定试样的一端,另一端绕自己的纵轴转动,即扭转,2 种方法的旋扭距离是一致的。
不同的是A法产生的旋转力是由于后跟提起一定角度后,并向内、向外旋转一定角度而施加的力,这个力的方向是不断变化的,是2 种力的合力;B法产生的旋转力是由于后跟在自然状态下向内、外旋转一定角度而施加的力,这个力的方向也是不断变化的,但却是单一的旋转力。
1. 2 原理
1. 2. 1 A法
将鞋头固定在硬基座上,鞋后跟沿鞋底弯折线提起一定角度,以一定速度绕纵向轴作相对转动,测定向内、向外转动到设定角度所需的最大扭转力矩,用以表示试样的扭转性能。
1. 2. 2 B法
将鞋底或成品鞋后跟固定在试验架上,鞋头固定在扭转托盘上,以一定速度使托盘带动鞋底或成品鞋绕纵轴做相对转动,测定向内、向外转动到设定角度所需的最大扭转力矩,用以表示试样的扭转性能及评估鞋底或成品鞋柔软度。
1. 2. 3 A法、B法的比较
A法与B法的共同点,是将试样的前掌部位和后跟同时固定,且固定位置相同,并进行转动,实际上就是使试样中间部分( AC线与EF线之间,见图2) 产生扭矩。
A法、B法的转动方式都是使试样绕纵轴向内转、外转,转动角度均分别设定为( 10. 0 ± 0. 5 ) °、( 30. 0 ±0. 5) °。
1. 3 测试结果
A法将试样提起一定角度后进行扭转,当试样被提起一定角度,已经对试样施加了向上的力,再扭转,实际上试样是同时受到向上弯曲和纵向扭转的2 个方向的力,测试的结果不仅是扭转力,而且还有向上的力,并非真正的扭转力。
所以,B法在水平位置进行扭转试验所得到的测试结果,更符合定义要求。
1. 4 操作步骤
A法要求在试验时,后跟要提起25°,扭转时前掌固定,后跟扭转。同时,在试验时,要借助前后固定块固定试样。由于不同的鞋码尺寸不同,要使用不同的固定块,增加测试操作的复杂性和检测成本。
B法是通过固定螺栓,直接将固定块固定在试验架子上,可进行高低调整,并可根据试样长度,调节试验架前后距离,不需要垫块。
至于具体扭转角度,可由生产企业和采购商双方商定,以实现测试所要达到目的,即通过测试试样底部中间占总长度1 /3 部位( AC线与EF线之间,见图2) 的扭转性能,考核和评估鞋的扭转性能或柔软度。
1. 5 适用范围
B法适用范围比A法广,不但可以用于成品鞋测试,还可用于鞋底。
2 测试试验
2. 1 试验用鞋
(1)硫化鞋
硫化鞋1 号- 硫化鞋5 号,为同1种款式、同1 种帮面材料、同1 种鞋底材质( 主要材质为RB,即硫化橡胶底) ,且鞋底AC线部位( 见图2) 的厚度一致,但不同鞋码的鞋,它们的鞋码分别为37 码、38 码、39 码、40 码、41码。样品例图,见图5。
( 2) 运动鞋
运动鞋1 号、运动鞋2 号,为同1种鞋码、同1 种帮面材料,但不同鞋底材质的鞋。1 号鞋底主要材质为EVA,2 号鞋底主要材质为EVA和RB,即EVA与橡胶贴片组合底。样品例图,见图6。
( 3) 布鞋
布鞋1 号、布鞋2 号,为同1 种鞋码、同1 种鞋底材质( 主要材质为RB,即硫化橡胶底) ,但不同帮面材料的鞋。1 号帮面材料为不贴内衬的帆布,2 号帮面材料为含有内衬的帆布。样品例图,见图7。
( 4) 大底
大底1 号- 大底3 号,为同1 种款式、同1 种材质( 主要材质为EVA和RB,即EVA与橡胶贴片组合底) 、同1 种鞋码,但鞋底AC线部位( 见图2) 的厚度不同的鞋底。鞋底厚度分别为2. 0、2. 5、4. 0mm。样品例图,见图8。
2. 2 结果和讨论
样鞋为同双鞋的左右脚,左右脚数据的平均值作为单双测试结果。每种鞋、大底样品分别测试3 双( 编号1#~ 3#) ,再取3 双测试结果的平均值。分别采用内转与外转2 种方式进行测定。
A法检测结果,见表1、表2; B法检测结果,见表3、表4。
从表1 - 表4 可以看出,A法和B法的测试数据不尽相同,但差距不大。由于A法和B法所使用的仪器不同,所以其结果无法等效。但从2 种方法的数据可以得出以下结论:
N·m
N·m
N·m
N·m
( 1) 对同1 种类( 款式) 的鞋进行测试,2 种方法的测试结果的重复性都非常好,2 种方法在一定程度上均可以科学的考核鞋类的扭转性能。
( 2) 对相同样品进行测试,以相同扭转角度和方向进行测试,A法的测试结果要大于B法的测试结果。这是因为A法体现的扭矩还包含了样品本身弯折的力矩,B法后跟没有翘起,消除了鞋本身弯折力对结果产生的影响。因此,B法更能真实地体现鞋本身的扭转性能。
( 3) 采用同1 种测试方法( A法或B法) ,向内( 外) 转10° 的结果都小于向内( 外) 转30° 的结果,可以得出2种方法的测试结果与转动角度成正比。
( 4) 从硫化鞋样品的检测结果可以得出,任何测试方法、转动角度、转动方向,检测结果都与鞋码的大小成正比,这是因为随着鞋码的增大,扭转的距离,即AC线与EF线的距离( 见图2) 也变大,所以结果也增大。
( 5) 从运动鞋样品的检测结果可以得出,鞋底材料硬度较大的2 号运动鞋( 鞋底材质为EVA和RB) 测试结果,比1 号运动鞋( 鞋底材质为EVA) 的更大,即鞋底硬度越大,扭转力矩越大。
( 6) 从布鞋样品的检测结果可以得出,2 号布鞋( 帮面材料为含有内衬的帆布) 的测试结果,比1 号布鞋的更大,即帮面材料越饱满,扭转力矩越大。
( 7) 从大底样品检测结果可以得出,3 号大底( AC线部位厚度4. 0mm)> 2 号大底( AC线部位厚度2. 5mm)> 1 号大底( AC线部位厚度2. 0mm) ,即弯折线( AC线) 部位( 见图2) 的厚度越大,扭转力矩越大。
3 结束语
鞋类的扭转性能和柔软度关系到鞋类舒适性,是广大消费者和制鞋企业普遍关心的新焦点。
通过以上研究和讨论,认为在一定程度上,A法和B法都可以科学的考核鞋类的扭转性能,B法标准的定义及测试步骤更加准确完整,且仪器设备参数合理,操作简便;用A法和B法考核鞋类扭转性能时,检测结果与鞋的款式、鞋码、帮面材料、鞋底材质都有关系。
参考文献
门窗保温性能检测体系及其标准建立 第8篇
门窗保温性能是人们关注的重点, 尤其是在我国北方地区更是与人们冬天采暖、建筑室内温度调节以及建筑整体节能息息相关。然而, 与之相对的是现阶段门窗保温性能检测以及相关的标准体系建设还存在一定的不足, 进而使得其很难在实际施工过程中进行大范围推广。在这样的背景下, 国内外学者纷纷开展相关研究并取得了一定的结论, 具体表征为如下几个方面:第一, 针对国内外的相关经验进行研究与介绍。此部分研究往往是针对我国与国外的相关检测技术、模式、方法与要求等几个部分内容进行对比, 进而找到我国相关体制的不足以及可行的优化方向;第二, 针对我国具体的检测工艺与过程进行研究。在此部分研究过程中重点对其施工体系内部的质量控制, 施工检测阶段的方法建立以及相关方法有效性等两个方面进行探究, 并从我国实际以及建筑施工工程实践的角度上提出可行的测量指标与检测体系, 为后续体系的不断完善、检测有效性的不断提高贡献自己的力量。第三, 对相关的检测指标与标准进行评价。在具体的研究过程中则主要分为三个层次:首先, 针对我国现阶段的标准体系进行介绍;其次, 对标准化中的不遵从之处进行总结, 同时分析此方面问题产生的根本原因;最后, 在现阶段执行标准的基础上提出一种套基于检测技术的相关标准, 并通过研究认证了检测手段与方法对于具体标准的相关关系, 对于基于上述特征的标准化建立提供辅助。从上述的三个方面研究热点中不难看出, 门窗保温性能检测体系已经成为了现阶段人们广泛关注的热点, 而从研究实证方面也发现其现阶段研究的不足, 这为相关研究奠定了必要的理论基础与指导性方向。
2 门窗保温检测体系建设现状
从门窗保温检测体系现状构建中, 其主要以我国质量监督检验检疫总局及国家标准化管理委员会出台的《建筑外门窗保温性能分级及检测方法》 (GB/T 8484-2008) (下文简称《检测标准》) 为核心。上述检测体系在2008年根据现阶段的施工技术与检测条件进行了大范围的变更, 在变更后的检测现状出现了较大的改变, 与原执行标准 (GB/T16729) 相比具体可以总结为“范围更广”、“用词更专业”、“规范更标准”、“方法更科学”以及“结果更规范”等几个方面, 具体的建设现状及其特征表现如下:
2.1 门窗涵盖范围更广泛
优化后的质量检测范围不仅在需要检测的范围规定中进行了更为严格的设置, 要求包括国内生产与安装的门窗需要进行批量抽样检测之外, 还规定了进口门窗需要在海关进行实际的质量复查, 才能够进入到我国市场流通, 此种手段极大的保护了我国消费者的权益。而另一方面, 范围的拓宽还表现在对于检测项目的增加, 不仅规范了具体的检测方法与检测指标, 还对于基于检测指标的评价模式进行了一定的阐述。但是, 遗憾的是此种综合评价机制仅仅作为一种指导意见, 并没有纳入到强制检测的范围, 对于后续的横向评价造成了一定的负面影响。
2.2 标准引用及指标规范更标准
在制定相关标准的过程中, 对于规范的应用是其法律效力的根本来源, 在现阶段的操作体系中不仅对于相关标准与执行方法进行了严格的规范, 还引入了部分行业外的检测标准来进行共建, 其中包括了《标准铜—铜镍热电偶检定规程》 (JJG115-1999) 、《建筑外门窗气密性、水密、抗风压性能分级及检测方法》 (GB/T7106-2008) 等更是有效的拓宽了规范引用的范围, 对于具体指标的设定以及体系建立依据进行了丰富与完善。
2.3 检测指标用词更专业
质量检测虽然仅仅作为行业标准而使用, 不具备法律效力, 但是其在具体用词方面也需要不断的进行完善, 已提供更为准确的标准与体系意图。从现状中我们发现, 在具体的检测体系执行过程中部分用词得到了规范, 包括了抗结露因子、热流系数等专业词汇应用及其含义的规范可以使得相关检测结果与实际应用效果之间产生直接的联系。另一方面增加了包括玻璃门、钢化门的新名词, 拓宽了相关质量标准要求的门窗范围。此外, 删除了部分指标词汇也对后续的检测结果评价的简单化贡献了力量。
2.4 方法更科学
方法体系建立与具体的实施方式是门窗保温性能检测体系建立的关键, 同时也是其有效性的根本保障, 从现状入手, 其主要从如下几个方面进行了重点规范:第一, 对检测装置的构成作出了规定。检测装置主要由热箱、冷箱、试件框、控湿系统和环境空间5部分组成, 检测装置的构成;第二, 增加了抗结露因子检测原理, 并对检测装置、试件安装、检测程序及抗结露因子CRF值的计算作出了规定;第三, 根据与建筑门窗能效标识相协调的原则, 对检测装置的冷、热箱空气温度的设定范围进行了修改。传热系数检测热箱空气温度的设定范围为19~21℃;冷箱空气温度的设定范围为-19~21℃。
2.5 检测结果表达更规范
门窗保温性能检测结果以系统检测报告为主要形式, 规范性的结果表达体系不仅能够使得业内人员对于门窗保温性能的相关参数一目了然, 并做到对于全部指标的可查询, 可对比特性;更能够使得包括门窗应用的“外行人”也能够通过检测报告得到相应的结论, 并自主的对比不同门窗在保温性能方面的优劣。此外, 相关报告结果的遵从性与规范性还能够使得数据查询与对比更具有高效特性, 使得其在具体的高效查询过程中变得有据可依。同时, 现阶段的门窗保温性能检测报告体系也存在一定的问题, 其没有严格的引入综合评价指标体系, 这使得各个指标呈现出明显的离散状态, 对于综合评价门窗的性能特征具有一定的不良影响。
3 门窗保温性能检测标准执行与优化
根据上述的门窗保温性能检测体系与具体的方法, 《检测标准》中确定了一系列指标体系, 并以此作为门窗保温性能合规的唯一判断, 其根据不同的门窗部位大致可以分为如下几个方面:
第一, 隔风板:从材料层面上热阻的应用不应该小于1.0m2·K/W的标准, 此外, 在实际的施工过程中, 整体的密封性利用半球发射率为具体表征, 其相关的数值指标应该在0.85-1的范围内, 当其小于上述数值的情况下, 则会形成明显的温差空气流动。该指标描述了隔风板的透风性能, 一般认为隔风性能越高则内外的温度交换更为缓慢, 进而达到较好的保温效果。
第二, 试件框:试件框应采用不透气、构造均匀的保温材料, 热阻值不小于7.0m2·K/W, 其容重应为20kg/m3左右;安装试件的洞口周边应不吸水、导热系数小于0.25W/ (m2·K) 的材料。
第三, 环境空间:保证热箱外壁内、外表面面积加权平均温差小于1.0K。试验室空气温度波动不应大于0.5K;试验室围护结构应有良好的保温性能和热稳定性。应避免太阳光通过窗户进入室内, 试验室内表面应进行绝热处理。
第四, 冷箱:冷箱应该有产生垂直方向均衡的气流的手段。该气流能充分的提供表面换热系数。气体阻力应能调节。制冷和控制单元温度自动保持在-18.0℃, 允许误差为±0.3℃。
第五, 安装面板:需要具有很高的隔热性, 能隔开高温侧和低温侧, 可将窗和门的试件安装在正确的位置上。安装面板的大小应与加热箱的开口部尺寸相同, 将最低厚度设定为100mm, 或者取试件的最大厚度中的最厚尺寸。用作安装面板心材材料的热传导系数应稳定, 其值应在0.04W/ (m·K) 以下。
此外, 在整体的门窗保温性能检测参数指标中, 固定温度差延续时间是其主要的衡量指标。在上述分指标的基础上, 往往被用来综合评价门窗的综合保温性能。其具体表现为外部冷箱为-20℃恒温的条件下内部热箱由20℃进行自然热量消散, 当温度降到15℃时的持续时间。根据相关的要求此指标应该在1.5h之上。根据相关的标准确定了五级评价体系, 及以普通具有防风板木质门板结构条件下, 该指标在0-1.5h以下为不良, 在1.5~2h的范围内为合格, 在2-3h内为良好, 在3h以上者则可以认定为高保温性能门窗, 在建筑节能范围中的表现更为显著, 也更易于实际建筑构建与施工中推荐使用。
参考文献
[1]罗威, 权燕玲, 刘玮.中英两国门窗保温性能检测标准的比较[J].门窗, 2014, (4) :26-28.
[2]刘月莉, 潘振, 祖雅君, 党蓓.整合·完善·创新——国标《建筑外门窗保温性能分级及检测方法》解读[J].建设科技, 2009, (1) :11-12.
控制性能标准 第9篇
1 结构的抗震设防标准
目前各国的抗震设计理论多采用二级或三级设计思想,即“小震不坏、中震可修、大震不倒”的设防标准,据此制定了各种规范和条例。然而,由于同一烈度区实际地面运动强度和频谱特性随具体场地不同会有较大的变化,以及按同一标准和要求设计的建筑会受施工质量等不确定因素的影响,因而实际抗震能力会有差别,同一烈度区按同一标准设防的建筑在遭遇地震影响后的实际破坏程度有较大的差异。
确定合理的抗震设防标准,必须建立在对一个城市或地区的地震危险性和对不同地震等级影响下造成的直接损失、间接损失、人员伤亡、社会影响以及政治影响的科学分析基础上。结构的抗震设防标准应该与设防地震等级相联系,体现“性能完好,控制破坏,控制损失,保证生命安全”等多级性的特点。可按某一设防地震等级建造的房屋建筑和工程投入与在50年该城市或地区各种不同地震等级作用下的期望损失的最小来确定,用下列公式表示:
其中,W(I)为按某地震等级作为设防地震等级的投入与该市或地区各种不同地震等级作用下的期望损失的和;R(I)为该城市或地区以I地震等级作为设防地震等级的工程投入;P(i)为该城市或地区I地震等级出现的概率;S1(I)为该城市或地区以I地震等级作为设防地震等级时不同地震作用下的直接损失,主要包括工程结构和结构内部的财产损失;S2(I)为该城市或地区以I地震等级作为设防地震等级时不同地震作用下的间接损失,包括停水、停电、火灾、停产、经营中断造成的损失以及修复、改造、加固或重建的费用等;S3(I)为该城市或地区以I地震等级作为设防地震等级时不同地震作用下的人员伤亡、社会影响造成的损失。
2 地震设防依据
按照我国的基本传统,抗震设防的基本依据还是设防烈度即基本烈度,相当于中震,当基准设计周期为50年时,其超越概率为10%。小震和大震即分别为多遇烈度和罕遇烈度是相对于设防烈度而言的,在基准设计周期内的超越概率分别为63.2%和2%。并且设防烈度与多遇烈度相差约1.55度,与罕遇烈度相差约1度。但是,由于烈度尺度的宏观性和多指标的综合性以及数量上的突变,不能科学的反映地震动(地震作用)的大小。显然,这种以地震烈度的区划来表征地震作用,地区间的差异主要通过不同的烈度和场地土分类来反映标准的、同一的、规定的地震力的方法没有考虑地震发生的随机性和地震过程中结构反应的随机性,忽略了标准设计地震力的统计特征,在以基于结构性能设计理论对结构进行抗震设计时,不能满足地震力估计的要求。最新的研究表明,不同超越概率下的地震影响烈度,即所谓的“小震”“中震”“大震”之间的关系并不是I-1.55,I,I+1.0的关系,而是与地区的地质和地震地质背景有关,也会因地区的基本烈度的不同而不同。在基于性能的结构抗震设计理论中,应该采用与场地特征相关的地震地面运动参数作为抗震设防的依据,因为这与大多数国家的相关研究相联系,其应用有利于减少因设防依据差异引起的建筑领域的投资与贸易的争端,有利于国家之间抗震研究成果的相互交流。
3 设防地震等级
基于结构性能设计理论的实质,就是要控制结构在未来可能发生的地震作用下的抗震性能,即保证结构具有预期的安全度,将它的易损度控制在预期的程度。对某一场地的结构物会产生影响的、在此场地附近可能发生的地震包含各种危险性大小不同的地震,其分布是连续的、有一定上下限的,地震动参数与重现期的关系见图1。基于性能的结构抗震设计理论要在整个地震分布范围内控制结构物在地震中的安全性与破坏程度。为了实施对结构安全性能等级进行控制的设计方法,需要在整个连续的地震分布中根据不同的重现周期选择几种有代表意义的地震,通过对这几种等级地震的设防来保证结构物的地震安全性,控制结构的抗震性能。也就是说,通过对它们的设防,就能将结构在地震中的破坏程度控制在一定的范围内。这几种地震的大小就称为设防地震等级。
地震的发生是随机的,地震设防等级是按不同强度的地震重复发生的时间即重现期,或按超越概率来表达的。对于每一设计地震等级,定义重现期和发生概率的目的是对建筑物场地的地震强度作出估计,否则对结构物是没有意义的,即定义地震设防等级还要考虑到场地的地震动特性。
设防地震等级可以采用美国放眼21世纪委员会建议的划分结果(见表1)。我国新修订的《中国地震动参数区划图A1》已经完成,全国按地震地面运动加速度的大小分为若干个区域。该区划图引入了“设计基本地震加速度值”的概念,定义为50年设计基准期超越概率为10%的地震加速度的设计取值。也就是说,我国新的地震区划图的设防地震等级相当于“罕遇地震”等级,而对其他的设防地震等级没有作出规定。
4 地震动特性与设计参数
地震设防等级的确定需要考虑到场地的地震动特性,而地震动特性又是震源特性、传播途径以及场地地基特性综合作用的结果,可以表示为:Ai=f(S,P,G)。其中,Ai,S,P,G分别为设计地震动参数、震源特性、传播特性和场地地基特征。
表2给出了评价场地地震动需要考虑的各种因素,其中,断层的分析有助于评价震源特性和地震波的辐射与传播;液化及滑坡的可能性则对地基稳定性的估计意义很大,全面考虑这些因素能够较为客观地反映地震作用效应。为使结构物抵御各种地震动因素作用下的地震危险性,有时为满足性能目标需做必要的先期处理。
各个场地的地震动都有其特殊性,且往往与结构物的反应特性相互影响,而结构物也是非同一的,因此,地震力的输入非常复杂。在设计时要选取合适的设计参数,这些参数要能较综合地反映地震动的特征和地震等级的大小,而且要与现行的规范相联系,便于应用。通常选用设计地面运动加速度(A)和场地特征周期(Tg)作为设计参数。
5 结语
