CN212410485U

CN212410485U - 可变耦合结构的墙体保温板材火灾燃烧特性测试装置

Info

Publication number: CN212410485U
Application number: CN202021029304.8U
Authority: CN
Inventors: 李旺; 马鑫; 王经纬; 万露露; 何灿; 李浩瀚; 刘天昊; 葛鑫坤; 夏雲飞
Original assignee: Anhui Jianzhu University
Current assignee: Anhui Jianzhu University
Priority date: 2020-06-08
Filing date: 2020-06-08
Publication date: 2021-01-26
Anticipated expiration: 2030-06-08

Abstract

本实用新型公开了一种可变耦合结构的墙体保温板材火灾燃烧特性测试装置，包括有两支撑架，支撑架上分别安装有可旋转的墙体支撑板和幕墙支撑板，墙体支撑板的内侧面上固定安装有保温板材，保温板材上分布有呈陈列结构的热电偶，支撑架的底端放置在耐火石膏板上，耐火石膏板放置在高精度电子天平上，两支撑架之间的正上方架设有皮托管和集气罩，皮托管通过软管连接至位于装置一侧的差压变送器，集气罩通过管道连接至烟气分析仪，装置的另一侧安装有朝向装置的高清DV，保温板材的引火点处安装有电子点火器。本实用新型可实现墙体与幕墙结构的变化，从而可以研究墙体与幕墙构成的组合构型下保温材料受热变形、熔融流淌、以及后期火蔓延等过程的影响。

Description

可变耦合结构的墙体保温板材火灾燃烧特性测试装置

技术领域：

本实用新型涉及外部真实环境风作用下典型建筑保温板材受热火蔓延行为以及建筑外立面结构设计的技术领域，主要涉及一种可变耦合结构的墙体保温板材火灾燃烧特性测试装置。

背景技术：

目前建筑领域采用的有机保温材料主要有模塑聚苯乙烯泡沫塑料(EPS)、挤塑聚苯乙烯泡沫材料(XPS)、聚氨酯(PU)和酚醛泡沫(PF)等。它们都是泡沫形态的有机材料，在很多方面都拥有极为优秀的性能，如质量轻、隔热性好、隔声性能优，具有一定的弹性、低吸水性、耐低温性，易加工等。这些材料技术成熟、施工方便、性价比高，是保温节能建筑设计和建筑施工单位常用的隔热体系。但是这类材料有个致命的缺点，那就是防火性能。众所周知，有机材料都非常易燃。在楼房遭遇火灾的时候，它们不仅不能起到防火作用，其本身反而会成为一种燃烧物，加速火势的蔓延，从而产生火蔓延行为。而且在燃烧时会释放大量的热并产生大量有毒烟气，造成被困人员及救援人员伤亡。另外外幕墙、墙体耦合构型的存在将会使得墙体保温材料的火蔓延行为更加复杂。

首先，由于常规建筑幕墙包封与建筑主体结构之外，一旦墙体保温材料被点燃，外幕墙的存在成为了火灾的“保护面”，将会阻碍和加大消防灭火救援的难度。近年来几次重大火灾安全事故，12月2日21时16分，辽宁沈阳市浑南新区SR新城A座102号商住楼外墙保温材料发生火灾。经过近4个小时的扑救，明火全部熄灭，没有造成人员伤亡。1993英国太阳谷家禽基地外墙保温材料火灾，由于PIP屋顶的坍塌，造成2名消防员死亡；2005年上海汤臣一品建筑工地发生火灾，黑烟很快弥漫了整个陆家嘴地区；2006年山东济宁第一写字楼，由于外墙保温材料的引燃，造成了9人在火灾中死亡；2008年10月9日，哈尔滨28层大厦发生火灾。此次火灾造成该建筑外墙的部分装修材料被烧毁，过火面积约2000平方米，2009年2月9日中国中央电视台北配楼发生的火灾，就是由于烟花点燃了北配楼外立面构造中的保温材料(XPS)。由于熔融燃烧的XPS液体不断流动和滴落，造成了火势的增大，使得整栋大楼在很短的时间内全部陷入火海之中。火灾过火面积约l0余万m2，造成文化中心外立面严重损坏，大楼西、南、东侧外墙装修材料过火，楼内十几层的中庭坍塌，即将投入使用的各种设备遭受严重损坏。同时，火灾造成了1名消防员牺牲,7人受伤, 直接经济损失1亿6千万元人民币。

因此有机保温材料被点燃而导致的火灾事故频繁发生，其中因高层建筑外立面保温材料被点燃而导致的火灾更是呈逐年递增趋势，事故的发生不仅导致巨大的财产损失，对社会稳定和人民身体也会造成严重的负面影响。因此，研究幕墙与墙体之间的火蔓延过程，指导高层建筑外幕墙/幕墙耦合构型的优化设计，从而降低建筑火灾危险系数，提出综合性的危险性评估及相关防治方法是当前我国火灾研究领域中亟待解决的重要问题之一。

实用新型内容：

本实用新型目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种可变耦合结构的墙体保温板材火灾燃烧特性测试装置，用以研究不同建筑幕墙、墙体耦合构型对保温板材特殊火蔓延行为的影响。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种可变耦合结构的墙体保温板材火灾燃烧特性测试装置，包括有两间隔设置的支撑架，所述支撑架上分别安装有可旋转的墙体支撑板和幕墙支撑板，所述墙体支撑板安装在可水平旋转的墙体框架内，所述幕墙支撑板安装在可竖直旋转的内框架内，所述内框架安装在可水平旋转的外框架内，所述墙体框架、内框架、外框架的旋转角度由其相应的量角器控制，所述墙体支撑板的内侧面上固定安装有保温板材，所述保温板材上分布有呈陈列结构的热电偶，支撑架的底端放置在耐火石膏板上，所述耐火石膏板放置在高精度电子天平上，所述两支撑架之间的正上方架设有皮托管和集气罩，所述皮托管通过软管连接至位于装置一侧的差压变送器，所述集气罩通过管道连接至烟气分析仪，装置的另一侧安装有朝向装置的高清DV，所述保温板材的引火点处安装有电子点火器。

所述支撑架上设有框形架，所述墙体框架的两侧通过转轴与框形架的两侧转动安装，所述幕墙支撑板的内框架的上下端通过转轴转动安装在外框架内，所述外框架的两侧通过转轴与框形架的两侧转动安装。

所述的幕墙支撑板所对应的支撑架底端安装有滚轮，所述耐火石膏板上设有供滚轮导向移动的导向槽。

所述的耐火石膏板放置在可旋转的旋转轴上，所述旋转轴转动安装在木板底座上，所述木板底座放置在高精度电子天平上。

所述的皮托管为多组并列设置，且通过扎带捆扎在一起，其皮托管通过支撑架支撑架设。

所述的高清DV所在侧架设有朝向两支撑架之间用于检测烟气的辐射热流计。

所述的热电偶用于测量气相火焰温度，所述高精度电子天平测量用于测量保温板材在引燃后发生阴燃或明火燃烧过程中的质量变化，所述差压变送器用于记录燃烧时保温板材上方压力，所述烟气分析仪用于测量烟气成分、浓度，所述高清DV用于记录所述保温板材燃烧过程中火焰变化形态及热熔滴落现象，所述辐射热流计用于记录火焰辐射强度，所述热电偶、电子天平、差压变送器、烟气分析仪、高清DV以及辐射热流计的输出信号均接入数据采集仪，通过计算机软件进行远程实时数据采集与显示。

其原理是：通过旋转支撑板获得不同的墙体和幕墙构型，其中可变幕墙有内外两个框架，其内框架原理与旋转门相似，可以左右旋转，外框架将其内框架固定住可以前后旋转，支撑架顶部配上量角器；从而得到不同倾斜角度幕墙、墙体构型；其中一个支撑板竖直线上安装有大小相等、间距相等的固定长钉，用以固定保温板材，支撑板两侧穿有小孔，用以固定热电偶；另外一个支撑板安装幕墙板材；所述保温板材放置在顶部或者底部可以实现逆流火蔓延和顺流火蔓延模拟场景；可变幕墙支撑架底部安装滚轮，墙体固定在耐火石膏板上，从而可以自由改变可变幕墙与墙体之间的距离，耐火石膏板放置于高精度电子天平上，二个支撑架另一侧一定距离处架设一台高清DV，用于记录所述保温板材燃烧过程中火焰变化形态及热熔滴落现象；同时在保温板材表面处布置均匀热电偶，用于测量气相火焰温度；在实验装置一侧放置特制支架，用于将差压变送器和热电偶固定在保温板材上方，特制支架可以自由改变差压变送器和热电偶距保温板材距离，差压变送器用于记录燃烧时保温板材上方压力；燃烧时，将燃气分析仪的集气罩置于实验装置上方，用于测量烟气成分、浓度。

所述耐火石膏板下面装有旋转轴，假如实验是在有风条件下，就可以通过转动底座改变风向。

本实用新型的优点是：

(1)本装置可实现墙体与幕墙结构的变化，幕墙不仅可以上下转动还可以左右转动，从而可以研究墙体与幕墙构成的组合构型下保温材料受热变形、熔融流淌、以及后期火蔓延等过程的影响。

(2)在保温材料燃烧上方布有差压变送器，可实时记录保温材料在燃烧过程中上方的压力状况，测得在整个过程中压力变化情况。

(3)利用电子天平实时记录保温材料在燃烧过程中质量损失，结合热电偶温度变化数据，进一步研究保温材料火蔓延的热重特征发展规律。

(4)在燃烧板上以及保温材料上方均匀布置热电偶，可测量保温材料在燃烧过程中，保温材料表面及上方实时温度变化，测得幕墙与墙体之间空间变化对保温材料火蔓延行为之间的互为热反馈机制。

附图说明：

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为幕墙支撑板安装固定的结构示意图。

图3为墙体支撑板安装固定的结构示意图。

图4为幕墙支撑板和墙体支撑板配合时的结构示意图。

图5为实验装置底座的结构示意图。

1为高精度电子天平；2为耐火石膏板；3为木板底座；4为旋转轴；5辐射流量计；6第一量角器；7高清DV；8烟气分析仪；9热电偶阵列；10软管；11 差压变送器的支架；12为第二量角器；13皮托管；14扎带；15为保温板材；16为集气罩；17为墙体支撑板；18为第三量角器；19为幕墙支撑板；外框架20-1；内框架20-2；墙体框架20-3；21可调螺栓；22为滚轮；23为第一支撑架；24为第二支撑架；25为差压变送器。

具体实施方式：

以下结合图1至图5说明本发明的具体实施方式，但不作为对本发明的限制。

一种可变耦合结构的墙体保温板材火灾燃烧特性测试装置，包括有两间隔设置的支撑架，所述支撑架包括有第一支撑架23和第二支撑架24，所述第一支撑架23上安装有外框架20-1和内框架20-2，内框架20-2内安装有幕墙支撑板19，所述幕墙支撑板19安装在可竖直旋转的内框架20-2内，所述内框架20-2安装在可水平旋转的外框架20-1内，所述第二支撑架24上转动安装有水平转动的墙体框架20-3，所述墙体框架20-3内安装有墙体支撑板17，在此次实施案例中，幕墙支撑板19和墙体支撑板12采用规格为长100cm、宽60cm、厚3mm的钢制板材；第一支撑架23和第二支撑架24放置在底部的耐火石膏板2上；且第一支撑架23的底端安装有滚轮22，所述滚轮22在耐火石膏板2的导向槽内导向移动，耐火石膏板2放置在可旋转的旋转轴4上，所述旋转轴4转动安装在木板底座3 上，所述木板底座3放置在高精度电子天平1上；其中墙体支撑板17上通过粘合剂固定保温板材，另外幕墙支撑板19上安装幕墙板材。

第一支撑架23和第二支撑架24分别通过第二量角器12和第一量角器6可以分别调节幕墙支撑板19和墙体支撑板17与地面的角度，第一支撑架23通过通第三量角器18调节幕墙支撑板19与墙体支撑板17之间的角度，调节幕墙支撑板19和墙体支撑板17之间相对角度以及与地面角度的变化，以此来改变幕墙、墙体构型之间空气夹层空间的构型，模拟实际建筑幕墙、墙体构型。保温板材的引燃采用一个电热丝点火器，本实施例中该点火器的功率可调，从而可使保温板材形成阴燃火蔓延与明火蔓延，且点火位置也可以多样，形成顺流向上火蔓延、逆流向下火蔓延等多种形式。

保温板材15固定在墙体支撑板17上，其正前方架设有高清DV7，用于拍摄记录板材在燃烧时，不同角度、不同缝隙距离时燃烧的火焰高度、火焰方向、熔融滴落情况。在保温板材上面均匀分布热电偶阵列9，热电偶分布由实验板材由上到下等间距左右对称分布，用于测量燃烧不同时间、不停不同位置是的火焰温度变化差压变送器25的皮托管13置于保温板材15的上方，用于测量保温板材燃烧时的压力和烟气的流速，所述皮托管13通过扎带14捆绑，且通过可调螺栓 21固定安装在差压变送器支架11上，皮托管13的另一端通过软管10连接至差压变送器25；墙体支撑板17的上方架设有集气罩16，集气罩16通过管道连接至烟气分析仪8。

测试时，开启所述高清DV7，开启所述辐射热流计5和差压变送器，随后利用所述电热丝点火器从构型的下部中央进行点火，并通过功率控制形成阴燃火；此时，所述高精度电子天平1将记录燃料燃烧的质量变化，所述高清DV7记录下所述构型火焰物理图像，此外所述辐射热流计5可记录火焰辐射强度，所述热电偶阵列9阵列则可以对燃烧过程中火焰及烟气羽流的温度进行全程记录。所述高精度电子天平1、辐射热流计、热电偶阵列9与差压变送器25等测量信号均接入数据采集卡进行实时采集。

本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“竖直”、“上”、“下”、“水平”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或者位置关系，仅是为了便于描述本实用和简化描述，而不是指示或者暗示所指的装置或者元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用的限制。此外，“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或者暗示相对重要性。

本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限制，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims

1.一种可变耦合结构的墙体保温板材火灾燃烧特性测试装置，其特征在于：包括有两间隔设置的支撑架，所述支撑架上分别安装有可旋转的墙体支撑板和幕墙支撑板，所述墙体支撑板安装在可水平旋转的墙体框架内，所述幕墙支撑板安装在可竖直旋转的内框架内，所述内框架安装在可水平旋转的外框架内，所述墙体框架、内框架、外框架的旋转角度由其相应的量角器控制，所述墙体支撑板的内侧面上固定安装有保温板材，所述保温板材上分布有呈陈列结构的热电偶，支撑架的底端放置在耐火石膏板上，所述耐火石膏板放置在高精度电子天平上，所述两支撑架之间的正上方架设有皮托管和集气罩，所述皮托管通过软管连接至位于装置一侧的差压变送器，所述集气罩通过管道连接至烟气分析仪，装置的另一侧安装有朝向装置的高清DV，所述保温板材的引火点处安装有电子点火器。

2.根据权利要求1所述的可变耦合结构的墙体保温板材火灾燃烧特性测试装置，其特征在于：所述支撑架上设有框形架，所述墙体框架的两侧通过转轴与框形架的两侧转动安装，所述幕墙支撑板的内框架的上下端通过转轴转动安装在外框架内，所述外框架的两侧通过转轴与框形架的两侧转动安装。

3.根据权利要求1所述的可变耦合结构的墙体保温板材火灾燃烧特性测试装置，其特征在于：所述的幕墙支撑板所对应的支撑架底端安装有滚轮，所述耐火石膏板上设有供滚轮导向移动的导向槽。

4.根据权利要求1所述的可变耦合结构的墙体保温板材火灾燃烧特性测试装置，其特征在于：所述的耐火石膏板放置在可旋转的旋转轴上，所述旋转轴转动安装在木板底座上，所述木板底座放置在高精度电子天平上。

5.根据权利要求1所述的可变耦合结构的墙体保温板材火灾燃烧特性测试装置，其特征在于：所述的皮托管为多组并列设置，且通过扎带捆扎在一起，其皮托管通过支撑架支撑架设。

6.根据权利要求1所述的可变耦合结构的墙体保温板材火灾燃烧特性测试装置，其特征在于：所述的高清DV所在侧的墙体支撑板上安装有用于检测烟气的辐射热流计。

7.根据权利要求6所述的可变耦合结构的墙体保温板材火灾燃烧特性测试装置，其特征在于：所述的热电偶用于测量气相火焰温度，所述高精度电子天平测量用于测量保温板材在引燃后发生阴燃或明火燃烧过程中的质量变化，所述差压变送器用于记录燃烧时保温板材上方压力，所述烟气分析仪用于测量烟气成分、浓度，所述高清DV用于记录所述保温板材燃烧过程中火焰变化形态及热熔滴落现象，所述辐射热流计用于记录火焰辐射强度，所述热电偶、电子天平、差压变送器、烟气分析仪、高清DV以及辐射热流计的输出信号均接入数据采集仪，通过计算机软件进行远程实时数据采集与显示。