CN110230375B - 一种自助防火灭火功能的节能建筑面板 - Google Patents

一种自助防火灭火功能的节能建筑面板 Download PDF

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Abstract

本发明属于消防技术领域，并公开了一种自助防火灭火功能的节能建筑面板。该建筑面板从外到内依次包括热电发电层、支撑层、中空层和蓄电池层；热电发电层中包括多个将周围环境中的热能转换为电能的热电转换模块，热发电层中还设置有摄像模块、温度检测模块和声波发射模块，声波发射模块用于发射低频声波降低空气中的氧气浓度，以此达到灭火的功效；支撑层将中空层与热电发电层隔离；蓄电池层用于给声波发射模块、摄像模块供电与家用电器供电；中空层中设置有控制模块、图像处理模块、数据处理模块和报警器，通过各个层之间的协作实现蓄电池层的充电和防火灭火。通过本发明，实现防火灭火的自动及时进行，提高安全性，节能环保。

Description

一种自助防火灭火功能的节能建筑面板
技术领域
本发明属于消防技术领域，更具体地，涉及一种自助防火灭火功能的节能建筑面板。
背景技术
近年来，随着社会经济的飞速发展，设备繁多、人口密度大的高层建筑越来越多，在这些高层建筑发生火灾时，现有的高压水枪无法达到位置较高的楼层，导致消防人员无法及时进行灭火救援，严重威胁生命及财产安全，传统灭火器无法满足现有消防所面临的各种灭火场景且会对环境造成二次污染。
声波灭火技术，能够实现安全高效无污染的消防作业，灭火的同时不会对着火物品造成二次破坏，最大程度的保护了火灾现场及其周围物品的安全，声播灭火装置可以实现全天24小时的火灾预警，并实现自动灭火。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种自助防火灭火功能的节能建筑面板，其通过对其整体结构和关键组件的巧妙设计，尤其是对热电发电层和声波发射模块的设计，使得建筑面板既能利用环境热能装换为电能，也能实现自动的进行火情预警和扑灭，进而达到节能和防火灭火一体化。
为实现上述目的，按照本发明，提供了一种自助防火灭火功能的节能建筑面板，该建筑面板从外到内依次包括热电发电层、支撑层、中空层和蓄电池层；
所述热电发电层中包括多个热电转换模块，该热电转换模块用于将周围环境中的热能转换为电能，并将其电能传输给所述蓄电池层，以此实现所述蓄电池层的充电，所述热电发电层中还设置有摄像模块、温度检测模块和声波发射模块，所述摄像模块用于对所述建筑面板周围环境进行拍摄，所述温度检测模块用于检测所述建筑面板周围环境的温度，所述声波发射模块用于发射低频声波降低空气中的氧气浓度，以此达到灭火的功效；
所述支撑层包覆在所述中空层的表面，该支撑层一方面将所述中空层与所述热电发电层隔离，另一方面作为支撑框架维持所述建筑面板的形态；所述蓄电池层用于给所述声波发射模块和摄像模块供电，另外，该蓄电池层上还设置有引线，所述蓄电池层通过该引线与家用电器连接并为其供电；
所述中空层中设置有控制模块、图像处理模块、数据处理模块和报警器，所述温度检测模块与所述数据处理模块连接，所述摄像模块与所述图像处理模块连接，所述图像处理模块、数据处理模块、报警器、蓄电池层以及热电转换模块均与所述控制模块连接；
所述建筑面板的节能按照下列方式进行：所述温度检测模块检测周围环境的温度后，将检测的温度值传递给所述数据处理模块，该数据处理模块将检测的温度值与预设充电温度相比较，并将比较结果传递给所述控制模块，当检测的温度值大于预设充电温度时，所述控制模块控制所述热电转换模块开始工作，同时，控制所述蓄电池层与所述热电转换模块之间的第二开关闭合，使得所述蓄电池层与所述热电转换模块连接，以此实现所述蓄电池层的充电；
所述建筑面板的防火按照下列方式进行：所述温度检测模块检测周围环境的温度后，将检测结果传递给所述数据处理模块，当检测的结果大于预测供电温度或者利用检测的结果计算获得的温度上升速率大于预设速率时，所述控制模块控制所述蓄电池层与所述引线之间的第一开关断开，使得所述蓄电池层停止给家用电器供电，同时所述控制模块控制所述报警器发出警报，以此进行防火；
所述建筑面板的灭火按照下列方式进行：当所述摄像模块对周围环境进行拍摄，并将拍摄的图像传递给所述图像处理模块，当拍摄的图像中有火焰时，所述控制模块控制所述蓄电池层与所述引线之间的第一开关断开，使得所述蓄电池层停止给家用电器供电，同时，所述控制模块还控制所述声波发射模块发射声波，降低空气中的氧气浓度，以此进行灭火。
进一步优选地，所述建筑面板还包括竹纤维装饰层，该竹纤维装饰层设置在所述热电发电层表面，用于装饰所述建筑面板。
进一步优选地，所述竹纤维装饰层的厚度小于0.03mm，保证声波发射模块发射的声波可即刻穿透竹纤维覆盖层。
进一步优选地，所述声波发射模块发射的低频声波的频率在10Hz～50Hz之间，振幅为3mm～5mm，该声波发射模块包括波形发生器、功率放大器和扬声器，所述波形发生器用于产生低频声波模拟电信号，功率放大器与所述波形发生器连接，用于接受来自所述波形发生器产生的低频模拟电信号，在不改变其声波频率的情况下对其进行功率放大，所述扬声器与所述功率放大器连接，用于将功率放大后的低频声波模拟电信号转化为声波并进行播放。
进一步优选地，对于长度为l的房间进行灭火，所述声波发射模块的声波能流密度E0优选按照下列公式计算后设定：
E0＝kabl(T2-T1)
其中，k为常数，a为通风孔洞面积，b为空气流动速度，l为房间的长度，T2为着火时室内的温度，T1为室外的温度。
进一步优选地，所述声波发射模块的声波频率优选按照下列公式计算后设定：
Figure BDA0002057992940000031
其中，P为介质密度，f为声波的频率，A为振幅，u为波速。
进一步优选地，建筑物内房间的长度为l,声波发射模块的发射孔的半径为R，每平米声波发射模块的个数为n，该n优选按照下列公式进行计算：
Figure BDA0002057992940000041
其中，k1为常数。
进一步优选地，所述建筑面板贴附在建筑结构的外表面时，通过采用聚酯纤维织物和砂浆的混合层实现所述建筑面板与建筑结构之间的连接，所述聚酯纤维织物和砂浆的混合层由聚酯纤维织物掺杂在砂浆中制作而成。
进一步优选地，所述热电转换模块优选包括多个材料为碲化铅及其合金的热电转化元件，可耐1000℃的高温。
进一步优选地，所述支撑层的材料优选为氮化硅陶瓷，用于防火抗高温，且强度和韧性高。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
1、本发明提供的节能建筑面板结构简单，充分利用环境的热量转换为电能，以此进行供电，环保节能，另外，该节能面板采用控制模块、声波发射模块和警报器共同协作，可实现对火情的及时预警和及时扑灭，能在火情发生的第一时间作出反馈，大大提高安全性；
2、本发明中采用声波发射模块发射低频声波震动降低空气中氧气的浓度，以此将氧气与火隔离达到灭火的功效，与现有的灭火方式相比，减轻了普通灭火器中有毒化学物质带来的影响；
3、本发明中声波发生器的能量，频率和数量根据实际房间的大小，室内温度的温度等条件进行设定，结果精准，即避免的过度的浪费，也能最大的保证灭火的功效，不影响灭火效果。
附图说明
图1是按照本发明的优选实施例所构建的建筑面板的侧面剖视图；
图2是按照本发明的优选实施例所构建的建筑面板的正面剖视图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
1-建筑结构，2-聚酯纤维织物和砂浆混合层，3-蓄电池层，4-中空层，5-支撑层，6-热电发电层，7-竹纤维装饰层，8-摄像模块，9-声波发射模块，10-温度检测模块，11-引线，12-第一开关，13-第二开关，14-控制模块，15-螺栓，16-报警器，17-图像处理模块，18-数据处理模块。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
图1是按照本发明的优选实施例所构建的建筑面板的侧面剖视图，如图1所示，建筑面板总共有3个部分：第1部分是建筑结构层1，第2部分是聚酯纤维织物和砂浆混合层2，第3部分是面板层；面板层包括蓄电池层3，中空层4，支撑层5，热电发电层6和竹纤维装饰层7。
聚酯纤维织物掺在砂浆中，构成聚酯纤维织物和砂浆混合层2,在该层的4个角用螺栓15将其固定在建筑结构层1上,聚酯纤维织物和砂浆混合层2起着粘结面板层和建筑结构层1的作用。
蓄电池层3为声波发射模块9、摄像模块8和家用电器提供电能,中空层4内部有第二开关13，控制模块14，报警器16，图像处理模块17，数据处理模块18,引线11一端与家用电器相连，另一端与蓄电池层3相连。
热电发电层6由电热转换元件组成，它可以将周围环境的热能转换成为电能，储存在蓄电池层3中,电热转换元件采用碲化铅及其合金，可以耐1000度的高温。
摄像模块8安装在热电发电层6预先设置的孔洞之中；声波发射模块9和温度检测模块10安装在热电发电层6和支撑层5中预先设置的孔洞之中，声波发射器9发射的是低频声波，频率在10～50Hz之间，振幅为3～5mm。低频声波可以通过声波的震动降低空气中氧气的浓度，从而达到灭火效果。
竹纤维装饰层7通过乳胶漆粘结在热电发电层6上；竹纤维装饰层7的厚度小于0.03mm，从而可以保证声波发射模块启动时，发射的声波可以即刻打破竹纤维覆盖层。
温度检测模块10可以监测周围环境的温度。当该温度检测模块10监测到的温度高于温度阈值T0(30℃)时，将该信息通过数据处理模块18传递给控制模块14，控制模块14控制电热转换元件开始工作，并且打开第二开关13，从而为蓄电池层3充电；低于温度阈值T1(30℃)时，则控制模块14控制电热转换元件停止工作，并且断开第二开关13，不再为蓄电池层3充电。
图2是按照本发明的优选实施例所构建的热电发电层的正面剖视图，如图2所示，热电发电层呈多层的结构，在热电发电层的左右两端上设置有多个摄像头，摄像模块的数量根据实际需要设定，声波发射模块9呈多列均匀分别在热电发电层的每层中，温度测量模块在热电发电层的中部，主要用于测量热电发电层中间部位的温度，也可根据实际需要设定温度测量模块的位置。
当出现以下情况(1)和(2)时，控制模块14控制报警器16发出警报，并断开第一开关12，即蓄电池层3停止给家用电器供电。
(1)当温度检测模块10测得的温度大于80℃时；
(2)数据处理模块18记录并分析温度检测模块10测量到的温度数据，当计算得到温度上升速率大于100℃/分钟。
若出现以下的情况(1)，控制模块14控制声波发射模块9发射声波，并断开第一开关12，即蓄电池层3停止给家用电器供电。
(1)摄像模块8对周围的物体进行拍照，然后将所拍照片传送给图像处理模块17；图像处理模块17利用图像算法识别图中物体的轮廓，判断为火焰。
声波的频率和密度的计算公式在下面进行详细说明。
声波发射模块的设计
(1)声波发射模块的组成部件
声波发射模块9由波形发生器、功率放大器和扬声器组成。用波形发生器产生声波模拟电信号；功率放大器接收到波形发生器产生的低频声波模拟电信号后，在不改变声波频率的前提下进行功率放大；扬声器将放大后的低频声波模拟信号转化为声波进行播放，这里采用压电扬声器，即利用压电材料的逆压电效应而工作的扬声器。
声波发射模块9发射的是低频声波，频率在10～50Hz之间，振幅为3～5mm。低频声波可以通过声波的震动降低空气中氧气的浓度，从而达到灭火效果。
(2)发射声波频率的计算
灭火需要的声波能流密度的计算公式为：
E0＝kabl(T2-T1)
式中，k为常数，取值为30；a为通风孔洞面积；b为空气流动速度；l为房间的长度；T2为着火时室内的温度；T1为室外的温度。
根据能流密度计算得出所需声波的频率f：
Figure BDA0002057992940000071
其中，P为介质密度，f为声波的频率，A为振幅，u为波速。
建筑物内房间的长度为l,发射孔的半径为R，每平米声波发射模块的个数为n；当该消防装置位于房间的中部时，n的计算公式为：
Figure BDA0002057992940000081
式中，k1为常数，取值为7。
(3)下面给出一个算例
假设a为3m2，b为8mm/s，T2为100℃，T1为20℃，空气的密度为1.29kg/m3，声波的振幅为5mm；建筑物内房间的长度为l＝4m,发射孔的半径为R＝0.12m。
灭火需要的声波能流密度为：
E0＝kabl(T2-T1)＝30×3×0.008×4×(100-20)＝345.6W·m-2
所需要发射声波的频率f：
Figure BDA0002057992940000082
每平方米需要的声波发生器的个数为：
Figure BDA0002057992940000083
即在这个算例中，需要19个声波发生器，发射声波的频率为40Hz，可以保证房间内每个墙面设置的节能建筑面板的灭火控制面积达到整个房间。使用时，房间的四周都需要安装该节能建筑面板，另外，需要在每个墙壁的两侧均安装该节能建筑面板。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种自助防火灭火功能的节能建筑面板，其特征在于，该建筑面板从外到内依次包括热电发电层(6)、支撑层(5)、中空层(4)和蓄电池层(3)；
所述热电发电层(6)中包括多个热电转换模块，该热电转换模块用于将周围环境中的热能转换为电能，并将其电能传输给所述蓄电池层(3)，以此实现所述蓄电池层的充电，所述热电发电层中还设置有摄像模块(8)、温度检测模块(10)和声波发射模块(9)，所述摄像模块(8)用于对所述建筑面板周围环境进行拍摄，所述温度检测模块(10)用于检测所述建筑面板周围环境的温度，所述声波发射模块(9)用于发射低频声波降低空气中的氧气浓度，以此达到灭火的功效；
所述支撑层(5)包覆在所述中空层的表面，该支撑层一方面将所述中空层与所述热电发电层隔离，另一方面作为支撑框架维持所述建筑面板的形态；所述蓄电池层(3)用于给所述声波发射模块(9)和摄像模块(8)供电，另外，该蓄电池层上还设置有引线(11)，所述蓄电池层通过该引线与家用电器连接并为其供电；
所述中空层(4)中设置有控制模块(14)、图像处理模块(17)、数据处理模块(18)和报警器(16)，所述温度检测模块(10)与所述数据处理模块(18)连接，所述摄像模块(8)与所述图像处理模块(17)连接，所述图像处理模块(17)、数据处理模块(18)、报警器(16)、蓄电池层(3)以及热电转换模块均与所述控制模块(14)连接；
所述建筑面板的节能按照下列方式进行：所述温度检测模块(10)检测周围环境的温度后，将检测的温度值传递给所述数据处理模块(18)，该数据处理模块将检测的温度值与预设充电温度相比较，并将比较结果传递给所述控制模块(14)，当检测的温度值大于预设充电温度时，所述控
制模块(14)控制所述热电转换模块开始工作，同时，控制所述蓄电池层(3)与所述热电转换模块之间的第二开关闭合，使得所述蓄电池层与所述热电转换模块连接，以此实现所述蓄电池层(3)的充电；
所述建筑面板的防火按照下列方式进行：所述温度检测模块(10)检测周围环境的温度后，将检测结果传递给所述数据处理模块(18)，当检测的结果大于预测供电温度或者利用检测的结果计算获得的温度上升速率大于预设速率时，所述控制模块(14)控制所述蓄电池层与所述引线(11)之间的第一开关断开，使得所述蓄电池层停止给家用电器供电，同时所述控制模块控制所述报警器发出警报，以此进行防火；
所述建筑面板的灭火按照下列方式进行：当所述摄像模块(8)对周围环境进行拍摄，并将拍摄的图像传递给所述图像处理模块(17)，当拍摄的图像中有火焰时，所述控制模块(14)控制所述蓄电池层与所述引线之间的第一开关(12)断开，使得所述蓄电池层停止给家用电器供电，同时，所述控制模块还控制所述声波发射模块发射声波，降低空气中的氧气浓度，以此进行灭火。
2.如权利要求1所述的一种自助防火灭火功能的节能建筑面板，其特征在于，所述建筑面板还包括竹纤维装饰层(7)，该竹纤维装饰层设置在所述热电发电层表面，用于装饰所述建筑面板。
3.如权利要求2所述的一种自助防火灭火功能的节能建筑面板，其特征在于，所述竹纤维装饰层(7)的厚度小于0.03mm，保证声波发射模块发射的声波可即刻穿透竹纤维覆盖层。
4.如权利要求1-3任一项所述的一种自助防火灭火功能的节能建筑面板，其特征在于，所述声波发射模块(9)发射的低频声波的频率在10Hz～50Hz之间，振幅为3mm～5mm，该声波发射模块包括波形发生器、功率放大器和扬声器，所述波形发生器用于产生低频声波模拟电信号，功率放大器与所述波形发生器连接，用于接受来自所述波形发生器产生的低频模拟电信号，在不改变其声波频率的情况下对其进行功率放大，所述扬声器与所述功率放大器连接，用于将功率放大后的低频声波模拟电信号转化为声波并进行播放。
5.如权利要求1所述的一种自助防火灭火功能的节能建筑面板，其特征在于，对于长度为l的房间进行灭火，所述声波发射模块(9)的声波能流密度E0按照下列公式计算后设定：
E0＝kabl(T2-T1)
其中，k为常数，a为通风孔洞面积，b为空气流动速度，l为房间的长度，T2为着火时室内的温度，T1为室外的温度。
6.如权利要求1所述的一种自助防火灭火功能的节能建筑面板，其特征在于，所述声波发射模块(9)的声波频率按照下列公式计算后设定：
Figure FDA0002407846710000031
其中，P为介质密度，f为声波的频率，A为振幅，u为波速。
7.如权利要求1所述的一种自助防火灭火功能的节能建筑面板，其特征在于，建筑物内房间的长度为l,声波发射模块的发射孔的半径为R，每平米声波发射模块的个数为n，该n按照下列公式进行计算：
Figure FDA0002407846710000032
其中，k1为常数。
8.如权利要求1所述的一种自助防火灭火功能的节能建筑面板，其特征在于，所述建筑面板贴附在建筑结构的外表面时，通过采用聚酯纤维织物和砂浆的混合层(2)实现所述建筑面板与建筑结构之间的连接，所述聚酯纤维织物和砂浆的混合层由聚酯纤维织物掺杂在砂浆中制作而成。
9.如权利要求1所述的一种自助防火灭火功能的节能建筑面板，其特征在于，所述热电转换模块包括多个材料为碲化铅及其合金的热电转化元件，可耐1000℃的高温。
10.如权利要求1所述的一种自助防火灭火功能的节能建筑面板，其特征在于，所述支撑层(5)的材料为氮化硅陶瓷。
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