CN212410487U - 相邻外墙立面耦合构型保温板材火灾燃烧特性测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种相邻外墙立面耦合构型保温板材火灾燃烧特性测试装置，包括有两间隔设置的幕墙和墙体，幕墙包括有两相邻且角度可调的幕墙支撑板，墙体包括有两相邻且角度可调的墙体支撑板，墙体支撑板的内侧分别固定安装有保温板材，保温板材的引燃处安装一个电热丝点火器，墙体支撑板的两外侧分别安装有呈阵列分布用于测量气相火焰温度的第一热电偶，支撑架的底端放置在耐火石膏板上，耐火石膏板放置于高精度电子天平上，幕墙和墙体之间的通道一侧安装有可变环境风送风装置。本实用新型可实现相邻墙体与相邻幕墙构性结构的变化，研究墙体与幕墙构成的组合构型下保温板材受热变形、熔融流淌、以及后期火蔓延等过程的影响。

Description

相邻外墙立面耦合构型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，主要涉及一种相邻外墙立面耦合构型保温板材火灾燃烧特性测试装置。

背景技术：

为控制全球变暖的趋势，减少碳排放，新能源、绿色建筑和建筑节能是得到了政府的广泛支持。在中国的能耗比例上，其中建筑能耗占中国整体能源消耗的近 23％。且绝大部分为高能耗建筑，因此建筑行业需实行全面节能，建筑外墙保温材料是建筑节能的有效方法，但是，这些保温材料大多为可燃，易增加应用场所内的火灾载荷，一旦建筑墙体保护层脱落或者破损, 夹层中的保温材料遇到明火后会迅速被引燃而形成火灾，往往损失惨重。燃烧过程中会产生大量有毒烟气造成生命危险和财产损失，产生重大的社会危害和影响。

近年来发生的许多重大火灾事故如2009年2月9日发生的央视大楼重大火灾事故、2011年2月3日发生的沈阳万鑫国际大厦重大火灾事故和2020年1月1日发生的重庆居民楼重大火灾事故。上述事故的发生，皆是因为建筑墙体保温材料被点燃而导致的。

为了满足照明和美观的要求，现代建筑外立面结构的设计往往是多样化的。建筑主体墙体之外不但有外窗系统，同时还兼有玻璃幕墙、石材幕墙、陶板幕墙、金属幕墙和人造板幕墙等幕墙系统，因此使得建筑存在很多复杂的外幕墙、墙体耦合构型。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，其次，高层建筑在外幕墙之间形成垂直通道和建筑夹层，夹层与外幕墙之间的间隙充当烟囱，伴随着墙体保温材料中后期火势的发展，高温烟气将在外幕墙、墙体构型夹层空间中蓄积流动，并且与火蔓延行为形成交互反馈，从而最终将改变墙体保温材料的火蔓延发展特性、热反馈强度、羽流湍流结构、烟气温度场与流场、烟气产物及其运输规律。

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，提供一种相邻外墙立面耦合构型保温板材火灾燃烧特性测试装置，用以研究真实环境风条件下不同建筑相邻外幕墙、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：

一种相邻外墙立面耦合构型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幕墙和墙体，所述幕墙包括有两相邻且角度可调的幕墙支撑板，所述墙体包括有两相邻且角度可调的墙体支撑板，所述幕墙支撑板和墙体支撑板的两侧分别通过支撑架架设，且两幕墙支撑板和墙体支撑板之间的支撑架分别通过铰链连接，所述墙体支撑板的内侧分别固定安装有保温板材，所述保温板材的引燃处安装电热丝点火器，所述保温板材上分别安装有呈阵列分布用于测量气相火焰温度的第一热电偶，所述支撑架的底端放置在耐火石膏板上，所述耐火石膏板放置于高精度电子天平上，所述幕墙与墙体之间的通道一侧安装有可变环境风送风装置，所述可变环境风送风装置的出风口朝向通道，且通道的另一侧通过支架架设有高清摄像机，所述可变环境风送风装置与支撑架之间架设有高精度风速采集仪。

所述的幕墙支撑板和墙体支撑板采用钢制板材。

所述的支撑架上分别设有用于安装固定幕墙支撑板和墙体支撑板的固定孔，所述相邻的幕墙支撑板或墙体支撑板之间的支撑架的顶部安装有量角器。

所述的墙体支撑板上分别安装有呈阵列设置的固定长钉，其在墙体支撑板上由上到下等间距左右对称分布，所述固定长钉用于固定保温板材。

所述的幕墙和墙体之间的通道上方架设有上下间隔设置水平放置的皮托管，所述皮托管通过两并列设置的支撑杆支撑架设，所述皮托管上位于通道上的上分别安装有用于测量烟气温度变化的第二热电偶，所述皮托管的另一端分别通过软管连接差压变送器。

所述可变环境风送风装置包括有送风系统外主体，所述送风系统外主体内安装有风机变频器，其进风口处安装有风机，出风口朝向幕墙和墙体之间的通道，所述出风口水平出风均匀且风速可以通过风机变频器的功率调节进行精确控制。

所述的高清摄像机所在侧通道的外侧通过支架安装有用于检测火焰辐射强度的辐射流量计。

所述的高精度电子天平用于记录燃料燃烧的质量变化，所述高清摄像机用于拍摄记录板材在燃烧时，在不同风速、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，记录下所述耦合构型迎风面与背风面的火焰物理图像，所述辐射流量计可分别记录所述构型迎风面与背风面的火焰辐射强度，所述第一热电偶阵列和第二热电偶阵列分别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、高清摄像机、辐射流量计与第一、第二热电偶阵列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：包括四个支撑架，每个支撑架都均匀打孔，利用螺丝将幕墙支撑板和墙体支撑板分别固定在各支撑架上，每两个支撑架利用铰链连接，并在两个支撑架的顶部安装有量角器，通过铰链旋转使支撑板获得不同的相邻墙体和幕墙构型，从而得到不同相邻角度幕墙、墙体构型；其中两个墙体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，墙体支撑板两侧穿有小孔，用以固定第一热电偶；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；四个支撑架安装在底部的耐火石膏板上；耐火石膏板放置于高精度电子天平上，在四个个支撑架侧方安装一台可变环境风送风装置，环境风送风装置出口处的均匀供风可以通过变频风机和整流段来实现，产生的风速流场流速可以通过风速仪来进行标定。

四个支撑架另一侧一定距离处架设一台高清摄像机，用于记录所述保温板材燃烧过程中不同风速下迎风侧及背风面的火焰变化形态及热熔滴落现象；在保温板材两侧布置第一热电偶，用于测量气相火焰温度；同时设两个支撑杆，间隔一定距离，支撑杆上面根据需要水平放置四根皮托管，利用旋紧螺丝固定，皮托管连接软管，利用差压计分析烟气压力变化；利用扎带可在每根皮托管上方放置第二热电偶用于测量烟气温度变化。

所述两个相邻支撑架利用铰链旋转时底座形成三角构型，保证的结构的稳定，铰链有足够的阻力保证了旋转的精确性、稳定性；所述变频风机的出风口尺寸需要足够大，以便涵盖各种所述构型中保温材料的垂直平面投影，使流场均匀包覆在所述构型周围；所述电子天平测量的是所述保温板材在引燃后，发生阴燃或明火燃烧过程中的质量变化；所述电子天平、风速仪、各个测点上布设的热电偶、辐射流量计以及差压计等，其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。

本实用新型的优点是：

（1）本装置可以模拟真实变风速条件下，保温板材在相邻墙体与幕墙可变受限空间影响下的火蔓延行为，研究相邻保温板材燃烧引起的边界效应和外界风产生的湍流效应对火蔓延行为以及受限空间燃烧产生的烟囱效应。

（2）本装置可实现相邻墙体与相邻幕墙构性结构的变化，从而可以研究相邻墙体与相邻幕墙构成的组合构型下保温板材受热变形、熔融流淌、以及后期火蔓延等过程的影响。

（3）在保温板材上布有均匀第一热电偶并且侧方向放置辐射流量计，可在线测量保温材料试样表面在被加热过程中特征位置的实时温度变化，测得整个过程中幕墙与墙体之间空间的变化与保温材料火蔓延行为之间的辐射热反馈机制。

（4）利用电子天平实时记录保温材料燃烧过程中的质量损失，结合第一热电偶温度变化数据，可以进一步研究保温材料火灾的热重特征发展规律。

附图说明：

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为该测试装置中可变相邻幕墙、墙体构型的侧视图。

图3为该测试装置中可变相邻幕墙、墙体构型的俯视图。

其中：1为送风系统外主体；2为风机；3为整流段；4为风机变频器；5为出风口；6为高精度风速采集仪；7为第一幕墙支撑板；8为第二幕墙支撑板；9为第一支撑架；10为第二支撑架；11为第一铰链；12为第二铰链；13为第一量角器；14为第三支撑架；15为第四支撑架；16为第一墙体支撑板；17为第一保温板材；18为第二量角器；19为第二保温板材；20为第二墙体支撑板；21为第三铰链；22为第四铰链；23为辐射流量计；24为第一热电偶阵列；25为耐火石膏板；26为高清摄像机支架；27为高清摄像机；28为皮托管钢制支架；29为皮托管；30为第二热电偶阵列；31为高精度电子天平。

具体实施方式：

以下结合图1至图3说明本实用新型的具体实施方式，但不作为对本实用新型的限制。

一种相邻外墙立面耦合构型保温板材火灾燃烧特性测试装置，包括有两间隔设置的幕墙和墙体，所述幕墙包括有两相邻且角度可调的第一幕墙支撑板7和第二幕墙支撑板8，第一幕墙支撑板7和第二幕墙支撑板8分别通过螺母与第一支撑架9和第二支撑架10相连接，所述墙体包括有两相邻且角度可调的第一墙体支撑板16和第二墙体支撑板20，第一墙体支撑板16和第二墙体支撑板20分别通过螺母与第三支撑架14和第四支撑架15相连接；且相邻的第一幕墙支撑板7和第二幕墙支撑板8以及第一墙体支撑板16和第二墙体支撑板20之间的支撑架通过铰链连接，所述支撑板的内侧分别固定安装有保温板材，所述保温板材的引燃处安装一个电热丝点火器。

在此次实施案例中，第一幕墙支撑板7，第二幕墙支撑板8和第一墙体支撑板16，第二墙体支撑板20采用规格长为100cm、宽60cm、厚3mm的钢制板材；第一支撑架9、第二支撑架10放置在底部的耐火石膏板25上。其中，第一墙体支撑板16和第二墙体支撑板20上分别安装一块耐火石膏板并在其表面通过粘合剂固定保温板材。另外，第一幕墙支撑板7和第二幕墙支撑板8上安装幕墙板材。通过第一铰链11和第二铰链12将第一幕墙支撑架9和第二幕墙支撑架10连接，在其连接顶部安装第一量角器13；通过第三铰链21和第四铰链22将第一墙体支撑架14和第二墙体支撑架15连接，在其连接顶部安装第二量角器18。第一幕墙支撑架9和第二幕墙支撑架10通过第一量角器13可以调节第一幕墙支撑板7和第二幕墙支撑板8的相邻角度；第一墙体支撑架14和第二墙体支撑架15通过第二量角器18可以调节第一墙体支撑板16和第二墙体支撑板20的相邻角度。以此来改变相邻幕墙、墙体构型之间空气夹层空间的构型，模拟实际建筑相邻幕墙、墙体构型。保温板材的引燃采用两个电热丝点火器，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。

所述可变环境风送风装置包括有送风系统外主体1，所述送风系统外主体1内安装有风机变频器4，左侧安装一台风机2，风机2为变频风机，其水平出风均匀且风速可以通过风机变频器4的功率调节进行精确控制，本实施例中，该变频风机出风口5距离耐火石膏板25中心的水平距离为1.5m，整个出风口尺寸为2m高、0.8m宽，而水平出风的流场流速使用一个高精度风速采集仪6进行标定，使其处于预设范围内；常见于实际建筑墙体存在不同空气夹层空间与保温板材相对的影响时火焰趋势。所述耐火石膏板25放置于一个高精度电子天平31上，左侧放置变频风机给风，在出风管道的调节下给水平风，均匀的给到保温板材17和19上，变频风机在给风时的功率可以精确控制，风机距离实验台距离两米，在给风时用高精度风速采集仪6进行实际风速测量，收集实际给到实验板材表面的风速。保温板材17和19分别固定在第一墙体支撑板16和第二墙体支撑板20上，其正前方架设有高清摄像机27，用于拍摄记录板材在燃烧时，在不同风速、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第一热电偶阵列24，第一热电偶分布由实验保温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、不同位置的火焰温度变化。右后方安装差压计设备，皮托管钢制支架28规格为长2m，底部配重保持稳定，皮托管长1.5m，水平均匀固定在钢制支架28上，并使皮托管29在保温板17和19上方一定距离内，每根皮托管29另一侧接软管连接差压计。在每根皮托管29上放置，形成第二热电偶阵列30，测量燃烧不同时间、不同位置的烟气温度变化。

测试时，开启高清摄像机支架架设的高清摄像机27，开启所述辐射热流计23，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31将记录燃料燃烧的质量变化，所述高清摄像机27记录下所述构型迎风面与背风面的火焰物理图像，此外所述辐射流量计23可分别记录所述构型迎风面与背风面的火焰辐射强度，所述第一热电偶阵列24和第二热电偶阵列30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31、辐射流量计23与第一热电偶阵列24和第二热电偶阵列30等测量信号均接入数据采集仪进行实时采集。

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 (8)

1.一种相邻外墙立面耦合构型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幕墙和墙体，所述幕墙包括有两相邻且角度可调的幕墙支撑板，所述墙体包括有两相邻且角度可调的墙体支撑板，所述幕墙支撑板和墙体支撑板的两侧分别通过支撑架架设，且两幕墙支撑板和墙体支撑板之间的支撑架分别通过铰链连接，所述墙体支撑板的内侧分别固定安装有保温板材，所述保温板材的引燃处安装电热丝点火器，所述保温板材上分别安装有呈阵列分布用于测量气相火焰温度的第一热电偶，所述支撑架的底端放置在耐火石膏板上，所述耐火石膏板放置于高精度电子天平上，所述幕墙与墙体之间的通道一侧安装有可变环境风送风装置，所述可变环境风送风装置的出风口朝向通道，且通道的另一侧通过支架架设有高清摄像机，所述可变环境风送风装置与支撑架之间架设有高精度风速采集仪。

2.根据权利要求1所述的相邻外墙立面耦合构型保温板材火灾燃烧特性测试装置，其特征在于：所述的幕墙支撑板和墙体支撑板采用钢制板材。

3.根据权利要求1所述的相邻外墙立面耦合构型保温板材火灾燃烧特性测试装置，其特征在于：所述的支撑架上分别设有用于安装固定幕墙支撑板和墙体支撑板的固定孔，所述相邻的幕墙支撑板或墙体支撑板之间的支撑架的顶部安装有量角器。

4.根据权利要求1所述的相邻外墙立面耦合构型保温板材火灾燃烧特性测试装置，其特征在于：所述的墙体支撑板上分别安装有呈阵列设置的固定长钉，其在墙体支撑板上由上到下等间距左右对称分布，所述固定长钉用于固定保温板材。

5.根据权利要求1所述的相邻外墙立面耦合构型保温板材火灾燃烧特性测试装置，其特征在于：所述的幕墙和墙体之间的通道上方架设有上下间隔设置水平放置的皮托管，所述皮托管通过两并列设置的支撑杆支撑架设，所述皮托管上位于通道上的上分别安装有用于测量烟气温度变化的第二热电偶，所述皮托管的另一端分别通过软管连接差压变送器。

6.根据权利要求1所述的相邻外墙立面耦合构型保温板材火灾燃烧特性测试装置，其特征在于：所述可变环境风送风装置包括有送风系统外主体，所述送风系统外主体内安装有风机变频器，其进风口处安装有风机，出风口朝向幕墙和墙体之间的通道，所述出风口水平出风均匀且风速可以通过风机变频器的功率调节进行精确控制。

7.根据权利要求1所述的相邻外墙立面耦合构型保温板材火灾燃烧特性测试装置，其特征在于：所述的高清摄像机所在侧通道的外侧通过支架安装有用于检测火焰辐射强度的辐射流量计。

8.根据权利要求7所述的相邻外墙立面耦合构型保温板材火灾燃烧特性测试装置，其特征在于：所述的高精度电子天平用于记录燃料燃烧的质量变化，所述高清摄像机用于拍摄记录板材在燃烧时，在不同风速、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，记录下所述耦合构型迎风面与背风面的火焰物理图像，所述辐射流量计可分别记录所述构型迎风面与背风面的火焰辐射强度，第一热电偶阵列和第二热电偶阵列分别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、高清摄像机、辐射流量计与第一、第二热电偶阵列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。

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