CN108872467B - 一种建筑外墙保温板材火灾蔓延特性测试装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种建筑外墙保温板材火灾蔓延特性测试装置及测试方法，该装置通过拉伸或缩短变形体以使模拟建筑单体的外形多样，可快速且便捷地搭建出多样化的建筑墙体结构，并汇聚形成建筑群落；通过定位底座与定位孔的定位配合能快速将模拟建筑单体与底台相固定，拆装方便、快速，同时可对各种尺寸、朝向的模拟建筑单体起到准确且稳定的定位作用，且不至于在较大风速环境下发生移位；而模拟建筑群模块也能根据需要进行自由增减、拼接，以构建出预期规模的测试场景，具有灵活、方便、快捷的特点。该装置可用于各种复杂建筑群落的大尺度火灾蔓延性能测试，可望为此类标准的完善提供依据。

Description

一种建筑外墙保温板材火灾蔓延特性测试装置及测试方法

技术领域

本发明涉及材料、环境、安全的交叉领域，具体地，涉及到一种建筑外墙保温板材火灾蔓延特性测试装置一种建筑外墙保温板材火灾蔓延特性测试装置及测试方法。

背景技术

在近几十年来全球范围节能环保理念的倡导下，高分子聚合物保温板材因其质轻价低等优势，已经广泛应用于城市建筑群中，起着楼宇能量调节、墙体装饰等功能性作用。但这类保温板材所使用的高分子聚合物材料，如硬质聚氨酯泡沫板、模塑聚苯乙烯泡沫板、挤塑聚苯乙烯泡沫板等本身是由大量碳氢元素所构成，如在生产工艺上不作阻燃处理，则是极易发生燃烧的，由此引发的重特大建筑火灾事故正逐年增加。例如2009年北京的中央电视台北配楼大火、2010年上海的静安区高层住宅大火和2017年英国的格兰菲尔塔大楼大火，均是由于建筑中大量使用的高聚物材料发生意外燃烧所致。考虑到目前我国城市人口密度大、建筑群落密布、单体面积广楼层高的现状，其火灾隐患已经不容小觑，这也正是当今全球城市建筑火灾防治的重大问题。专利201320457285.2中曾提到一种外加可调节辐射条件下的保温材料火蔓延特性实验装置，是将保温板材竖直放置，通过外界的辐射加热配合自身引燃来模拟建筑外墙保温材料在火场热辐射环境下的燃烧过程。而当前关于建筑及建筑群墙体火蔓延的研究装置及方法中，更多的是针对简单构造的高聚物保温板材燃烧，其局限性在于：首先场景和可燃物形式较为单一，不能全面体现现代建筑群落复杂多样的分布形式，以及发生火灾之后的火蔓延推演过程，无法用于研究建筑间的各种特殊火蔓延条件与临界判据；其次环境边界条件的控制较为缺乏，例如无法体现复杂城市环境风对于建筑群火蔓延的影响等。因此现有的测试装置或方法已经限制了城市建筑群落火灾研究以及对相关火灾动力学规律的分析。

发明内容

本发明提供了一种建筑外墙保温板材火灾蔓延特性测试装置一种建筑外墙保温板材火灾蔓延特性测试装置及测试方法，其克服了背景技术的所存在的不足。本发明解决其技术问题的所采用的技术方案之一是：

一种建筑外墙保温板材火灾蔓延特性测试装置，其特征在于：它包括：若干个模拟建筑群模块、出风设备和检测仪器；若干个模拟建筑群模块能自由拼接以形成不同的城市建筑群落，出风设备对应该城市建筑群落并对该建筑群落提供环境风，检测仪器用于测量模拟火灾过程中的特征参数以研究各种复杂城市建筑群落形式及城市环境风作用下的大规模火蔓延特性；其中：

每一模拟建筑群模块包括底台、电子天平和若干个可调节的模拟建筑单体，底台放置在电子天平上，底台表面开设有若干个成阵列布置的定位孔；每一模拟建筑单体由多个倒L形且能伸缩的变形体组成，多个变形体之短边首尾依次相连，每一变形体之长边底端设置有定位底座，通过定位底座与定位孔的定位配合以将建筑单体与底台快速固定；且，每一变形体外侧面以及多个变形体围成的顶面均固定有尺寸合适的保温板材。

一较佳实施例之中：变形体之短边和长边均采用伸缩套管结构。

一较佳实施例之中：出风设备包括变频风机、扩风管和出风罩，扩风管一端连接变频风机，扩风管另一端连接出风罩，出风罩对应城市建筑群落场景；出风罩包括罩体、若干个转动装接在罩体内的出风导流板以及用于调节出风导流板之方向的风向调节机构，风向调节机构包括风向调节丝杠和丝杠卡位底座，丝杠卡位底座固定装接在罩体底部且其开设有调节螺孔，风向调节丝杠底端设有外螺纹，该外螺纹与调节螺孔相螺接配合以调节风向调节丝杠之高度，风向调节丝杠设置有与出风导流板个数相同且一一对应的卡槽，卡槽卡入出风导流板边缘，上下调节风向调节丝杠之高度进而调节出风导流板之倾角。

一较佳实施例之中：扩风管包括管体，管体由大矩形体、渐扩梯形体和小矩形体依次连接而成，大矩形体与罩体相连接，小矩形体与变频风机相连接；管体内设置有若干个均匀间隔布置的扩风导流片，扩风导流片为三折形。

一较佳实施例之中：出风设备还包括伸缩蓬，伸缩蓬一端与大矩形体相连接，伸缩蓬另一端与罩体相连接。

一较佳实施例之中：罩体下方设置有能调节高度的出风罩底座，管体下方设置有能调节高度的扩风管底座。

一较佳实施例之中：检测仪器包括风速仪、辐射热流计、热电偶、高清摄像机，风速仪架设在出风设备与城市建筑群落之间以用于标定或测量出风设备的风速，辐射热流计安装在城市建筑群落之近场和远场区域内以记录火蔓延过程中的火焰辐射强度与对相邻建筑的临界引燃强度，热电偶布置在城市建筑群落上方以记录火焰及烟气羽流的温度，高清摄像机设有两个且分别架设在城市建筑群落的上游和下游以记录建筑群落在火蔓延过程中迎风面与背风面的火焰物理图像。

本发明解决其技术问题的所采用的技术方案之二是：一种应用上述任意一项所述的城市建筑群外墙保温板材大规模火灾蔓延特性测试装置的测试方法，其特征在于：它包括：

步骤10，将若干个模拟建筑群模块搭建出待模拟的城市建筑群落试样；

步骤20，将检测仪器调整至适当位置；

步骤30，将出风设备提供的环境风调整并校准至预设状态；

步骤40，开启出风设备和检测仪器以进行测量。

一较佳实施例之中：在步骤10中，先将多个底台进行拼接以形成所需的形状，每一底台下方均放置有电子天平，通过对变形体进行拉伸或缩短以形成所需的模拟建筑单体，再通过粘接的方式将合适尺寸的保温板材粘接在模拟建筑单体的周围和顶面，接着将模拟建筑单体通过定位底座与定位孔的定位配合快速固定在底台的合适位置，以形成建筑群落试样。

本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：

1.通过拉伸或缩短变形体以使模拟建筑单体的外形多样，可快速且便捷地搭建出多样化的建筑墙体结构，并汇聚形成建筑群落；通过定位底座与定位孔的定位配合能快速将模拟建筑单体与底台相固定，拆装方便、快速，同时可对各种尺寸、朝向的模拟建筑单体起到准确且稳定的定位作用，且不至于在较大风速环境下发生移位；而模拟建筑群模块也能根据需要进行自由增减、拼接，以构建出预期规模的测试场景，具有灵活、方便、快捷的特点。该装置可用于各种复杂建筑群落的大尺度火灾蔓延性能测试，可望为此类标准的完善提供依据。

2.变形体之短边和长边均采用伸缩套管结构，使得能同时调节模拟建筑单体的高度、宽度，调节迅速、方便。

3.上下调节风向调节丝杠之高度，以使卡槽上下移动，使得出风导流板在卡槽的带动下相对罩体转动进而调节出风导流板之倾角以改变风向，调节方便。

4.扩风管之管体由大矩形体、渐扩梯形体和小矩形体依次连接而成，以增加变频风机之风力。

5.罩体下方设置有能调节高度的出风罩底座，管体下方设置有能调节高度的扩风管底座，可根据模拟建筑单体的高度调整出风罩和扩风管之高度，保证测量的准确性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1绘示了该装置的整体示意图。

图2绘示了模拟建筑群模块的结构示意图。

图3绘示了模拟建筑单体的立体分解示意图。

具体实施方式

请查阅图1至图3，一种建筑外墙保温板材火灾蔓延特性测试装置的一较佳实施例，所述的一种建筑外墙保温板材火灾蔓延特性测试装置，它包括若干个模拟建筑群模块100、出风设备和检测仪器。

若干个模拟建筑群模块100能自由拼接以形成不同的城市建筑群落。

每一模拟建筑群模块100包括底台200、电子天平202和若干个可调节的模拟建筑单体203，底台200放置在电子天平202上，电子天平202用于记录相应底台200上的所有建筑单体203在火蔓延时的复杂质量变化，底台200表面开设有若干个成密集阵列布置的定位孔201。

每一模拟建筑单体203由多个倒L形且能伸缩的变形体204组成，多个变形体204之短边首尾依次相连，每一变形体204之长边底端设置有定位底座205，通过定位底座205与定位孔201的定位配合以将建筑单体203与底台200快速固定；且，每一变形体204外侧面以及多个变形体204围成的顶面均固定有尺寸合适的保温板材。

本实施例中，变形体204之短边和长边均采用伸缩套管结构。如图3所示，该伸缩套管结构采用三级伸缩式结构，以保证变形体204能模拟多样化的建筑体。或者，也可为四级伸缩式结构，以实际需要为准。变形体204之短边和长边均采用伸缩套管结构，使得能同时调节模拟建筑单体的高度、宽度，调节迅速、方便。

本实施例中，每一模拟建筑单体203由四个倒L形且能伸缩的变形体204组成，使得模拟建筑单体203为长方体。每一模拟建筑单体203也可由三个变形体组成三角体的模拟建筑单体，或者，每一模拟建筑单体203也可由五个、六个变形体组成，可根据实际的建筑特征，进行增减。变形体204采用不锈钢材质，相邻的变形体204采用焊接的方式进行连接。

底台200采用不锈钢板材质，本实施例中，底台200尺寸为长1米、宽1米、厚度为5厘米。相邻底台200相互靠接在一起。

如图1所示，该装置采用四个模拟建筑模块100进行拼接。四个底台200拼接成正方体形,左上方的底台200上未设置模拟建筑单体，左下方的底台200设置有两个模拟建筑单体203，右上方和右下方的底台200均设置有三个模拟建筑单体203。各模拟建筑单体203的朝向、位置可根据实际需要进行布置。四个底台200下方均放置有电子天平202以保证四个底台200的高度一致。

通过拉伸或缩短变形体204以使模拟建筑单体203的外形多样，可快速且便捷地搭建出多样化的建筑墙体结构，并汇聚形成建筑群落；通过定位底座205与定位孔201的定位配合能快速将模拟建筑单体203与底台200相固定，拆装方便、快速，同时可对各种尺寸、朝向的模拟建筑单体203起到准确且稳定的定位作用，且不至于在较大风速环境下发生移位；而模拟建筑群模块100也能根据需要进行自由增减、拼接，以构建出预期规模的测试场景，具有灵活、方便、快捷的特点。该装置可用于各种复杂建筑群落的大尺度火灾蔓延性能测试，可望为此类标准的完善提供依据。

出风设备对应该城市建筑群落并对该建筑群落提供环境风。

本实施例中，出风设备包括变频风机113、扩风管和出风罩。

出风罩对应城市建筑群落场景；出风罩包括罩体101、若干个转动装接在罩体101内的出风导流板102以及用于调节出风导流板102之方向的风向调节机构，风向调节机构包括风向调节丝杠105和丝杠卡位底座106，丝杠卡位底座106固定装接在罩体101底部且其开设有调节螺孔，风向调节丝杠105底端设有外螺纹，该外螺纹与调节螺孔相螺接配合以调节风向调节丝杠105之高度，风向调节丝杠105设置有与出风导流板102个数相同且一一对应的卡槽，卡槽卡入出风导流板102边缘，上下调节风向调节丝杠105之高度进而调节出风导流板102之倾角。上下调节风向调节丝杠105之高度，以使卡槽上下移动，使得出风导流板102在卡槽的带动下相对罩体101转动进而调节出风导流板102之倾角以改变风向，调节方便。

本实施例中，罩体101前后二侧面均开设有与出风导流板102个数相同的轴孔103，每一出风导流板102的前后二侧均设置有转轴104，通过转轴104与轴孔103的转动配合以将出风导流板102与罩体101转动装接在一起。

本实施例中，罩体101下方设置有能调节高度的出风罩底座107。如图1所示，出风罩底座107下方开设有螺孔，另设有高度调节螺栓108，高度调节螺栓108与螺孔相螺接配合以调整出风罩之高度。

扩风管一端连接变频风机113，扩风管另一端连接出风罩。

本实施例中，扩风管包括管体110，管体110由大矩形体、渐扩梯形体和小矩形体依次连接而成，大矩形体与罩体101相连接，小矩形体与变频风机113相连接；管体110内设置有若干个均匀间隔布置的扩风导流片111，扩风导流片111为三折形。扩风管之管体110由大矩形体、渐扩梯形体和小矩形体依次连接而成，以增加变频风机113之风力。

本实施例中，扩风导流片111采用焊接的方式固定在管体110内。

本实施例中，管体110下方设置有能调节高度的扩风管底座112。

本实施例中，出风设备还包括伸缩蓬109，伸缩蓬109一端与大矩形体相连接，伸缩蓬109另一端与罩体101相连接。该伸缩蓬109呈矩形状，其最大拉伸长度可达0.5米。伸缩蓬109将扩风管与出风罩在受力上做了较大程度的分离，因此非常便于出风罩进行高度、朝向上的微调，不会导致每次微小的调整都牵连到整个出风设备。

变频风机113可以实现0-10m/s间的任意出风风速调节。

检测仪器用于测量模拟火灾过程中的特征参数以研究各种复杂城市建筑群落形式及城市环境风作用下的大规模火蔓延特性。

本实施例中，检测仪器包括风速仪114、辐射热流计116、热电偶115、高清摄像机，风速仪114架设在出风设备与城市建筑群落之间以用于标定或测量出风设备的风速，风速仪114个数设为三个且并排间隔布置；辐射热流计116安装在城市建筑群落之近场和远场区域内以记录火蔓延过程中的火焰辐射强度与对相邻建筑的临界引燃强度，辐射热流计116个数设为五个且并排间隔布置；热电偶115布置在城市建筑群落上方以记录火焰及烟气羽流的温度，热电偶115个数设为10且两排布置，每排设有五个；高清摄像机设有两个且分别为上游高清摄像机117和下游高清摄像机118，上游高清摄像机117和下游高清摄像机118分别架设在城市建筑群落的上游和下游以分别记录建筑群落在火蔓延过程中迎风面与背风面的火焰物理图像。

该装置还包括电热丝点火器211，电热丝点火器211功率可自由调节，可实现多种引燃模式，如单火点、多火点引燃、阴燃、明火引燃等。

一种应用该装置的测试方法，它包括：

步骤10，将若干个模拟建筑群模块搭建出待模拟的城市建筑群落试样；本实施例中，在步骤10中，先将多个底台200进行拼接以形成所需的形状，每一底台200下方均放置有电子天平202，通过对变形体204进行拉伸或缩短以形成所需的模拟建筑单体203，再通过粘接的方式将合适尺寸的保温板材粘接在模拟建筑单体203的周围和顶面，接着将模拟建筑单体203通过定位底座205与定位孔201的定位配合快速固定在底台200的合适位置，以形成建筑群落试样。

如图3所示，保温板材采用5片，且分别为保温板材206、保温板材207、保温板材208、保温板材209、保温板材210，其中保温板材206、保温板材207、保温板材208、保温板材209分别粘接在模拟建筑单体203之前侧、左侧、右侧和后侧，保温板材210粘接在模拟建筑单体203之顶面。

步骤20，将检测仪器调整至适当位置；

如：将风速仪114架设在出风设备与城市建筑群落之间，辐射热流计116安装在城市建筑群落之近场和远场区域内，热电偶115布置在城市建筑群落上方，上游高清摄像机117和下游高清摄像机118分别架设在城市建筑群落的上游和下游；

步骤30，将出风设备提供的环境风调整并校准至预设状态；如：调节扩风管底座112之高度、出风罩底座107之高度、出风导流板102之倾角以及变频风机113之风速等。

步骤40，开启出风设备和检测仪器以进行测量。变频风机113、各检测仪器以及电子天平202等均接入数据采集卡进行实时采集。

以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。

Claims (8)

1.一种建筑外墙保温板材火灾蔓延特性测试装置，其特征在于：它包括：若干个模拟建筑群模块、出风设备和检测仪器；若干个模拟建筑群模块能自由拼接以形成不同的城市建筑群落，出风设备对应该城市建筑群落并对该建筑群落提供环境风，检测仪器用于测量模拟火灾过程中的特征参数以研究各种复杂城市建筑群落形式及城市环境风作用下的大规模火蔓延特性；其中：

每一模拟建筑群模块包括底台、电子天平和若干个可调节的模拟建筑单体，底台放置在电子天平上，底台表面开设有若干个成阵列布置的定位孔；每一模拟建筑单体由多个倒L形且能伸缩的变形体组成，多个变形体之短边首尾依次相连，每一变形体之长边底端设置有定位底座，通过定位底座与定位孔的定位配合以将建筑单体与底台快速固定；且，每一变形体外侧面以及多个变形体围成的顶面均固定有尺寸合适的保温板材；

出风设备包括变频风机、扩风管和出风罩，扩风管一端连接变频风机，扩风管另一端连接出风罩，出风罩对应城市建筑群落场景；出风罩包括罩体、若干个转动装接在罩体内的出风导流板以及用于调节出风导流板之方向的风向调节机构，风向调节机构包括风向调节丝杠和丝杠卡位底座，丝杠卡位底座固定装接在罩体底部且其开设有调节螺孔，风向调节丝杠底端设有外螺纹，该外螺纹与调节螺孔相螺接配合以调节风向调节丝杠之高度，风向调节丝杠设置有与出风导流板个数相同且一一对应的卡槽，卡槽卡入出风导流板边缘，上下调节风向调节丝杠之高度进而调节出风导流板之倾角。

2.根据权利要求1所述的一种建筑外墙保温板材火灾蔓延特性测试装置，其特征在于：变形体之短边和长边均采用伸缩套管结构。

3.根据权利要求1所述的一种建筑外墙保温板材火灾蔓延特性测试装置，其特征在于：扩风管包括管体，管体由大矩形体、渐扩梯形体和小矩形体依次连接而成，大矩形体与罩体相连接，小矩形体与变频风机相连接；管体内设置有若干个均匀间隔布置的扩风导流片，扩风导流片为三折形。

4.根据权利要求3所述的一种建筑外墙保温板材火灾蔓延特性测试装置，其特征在于：出风设备还包括伸缩蓬，伸缩蓬一端与大矩形体相连接，伸缩蓬另一端与罩体相连接。

5.根据权利要求3或4所述的一种建筑外墙保温板材火灾蔓延特性测试装置，其特征在于：罩体下方设置有能调节高度的出风罩底座，管体下方设置有能调节高度的扩风管底座。

6.根据权利要求1至4中任意一项所述的一种建筑外墙保温板材火灾蔓延特性测试装置，其特征在于：检测仪器包括风速仪、辐射热流计、热电偶、高清摄像机，风速仪架设在出风设备与城市建筑群落之间以用于标定或测量出风设备的风速，辐射热流计安装在城市建筑群落之近场和远场区域内以记录火蔓延过程中的火焰辐射强度与对相邻建筑的临界引燃强度，热电偶布置在城市建筑群落上方以记录火焰及烟气羽流的温度，高清摄像机设有两个且分别架设在城市建筑群落的上游和下游以记录建筑群落在火蔓延过程中迎风面与背风面的火焰物理图像。

7.一种应用权利要求1至6中任意一项所述的城市建筑群外墙保温板材大规模火灾蔓延特性测试装置的测试方法，其特征在于：它包括：

步骤10，将若干个模拟建筑群模块搭建出待模拟的城市建筑群落试样；

步骤20，将检测仪器调整至适当位置；

步骤30，将出风设备提供的环境风调整并校准至预设状态；

步骤40，开启出风设备和检测仪器以进行测量。

8.一种应用权利要求7中所述的城市建筑群外墙保温板材大规模火灾蔓延特性测试装置的测试方法，其特征在于：在步骤10中，先将多个底台进行拼接以形成所需的形状，每一底台下方均放置有电子天平，通过对变形体进行拉伸或缩短以形成所需的模拟建筑单体，再通过粘接的方式将合适尺寸的保温板材粘接在模拟建筑单体的周围和顶面，接着将模拟建筑单体通过定位底座与定位孔的定位配合快速固定在底台的合适位置，以形成建筑群落试样。

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