CN212622346U - 受限空间内幕墙耦合构型保温板材火蔓延特性测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种受限空间内幕墙耦合构型保温板材火蔓延特性测试装置，包括有支撑架，支撑架是由四条支撑腿和顶部的一个矩形支撑框组成，支撑架的四周以及顶部分别安装有与其配合的墙体支撑板形成一个半封闭的外墙体结构，墙体支撑板的内侧面上分别固定安装有保温板材，保温板材的引燃处安装电热丝点火器，保温板材上安装有呈阵列设置的热电偶，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天平上。本实用新型可以模拟真实可变环境风条件下，研究外界风产生的湍流效应对火蔓延行为以及烟气流动的影响，从而研究单墙体构型或者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

受限空间内幕墙耦合构型保温板材火蔓延特性测试装置

技术领域：

本实用新型涉及外部真实环境风作用下现代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，主要涉及一种受限空间内幕墙耦合构型保温板材火蔓延特性测试装置。

背景技术：

随着社会的进步，科技的发展，现代社会的建筑数量与建筑高度不断提高，相应的建筑安全问题也随之而来，火灾就是影响建筑安全的主要因素之一。为了达到建筑内保暖的目的，大量的保温效果良好的高分子聚合物保温材料被应用于建筑外墙保温层中。例如：硬质聚氨酯(Rigid polyurethane，RPU)、挤塑聚苯乙烯(Extruded polystyrene，XPS)和模塑聚苯乙烯(Expand polystyrene， EPS)等泡沫板；但是这些保温材料虽然保温效果良好，但是同时也具有一定的可燃性，所以安全性较低，人们常在保温板材外部覆盖一层保护层，一旦建筑外墙体脱落或者保护层损坏，夹层中的保温材料受到高温加热后会迅速被引燃，从而产生火蔓延行为，形成大面积立体式燃烧，并且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，形成建筑火灾，造成重大的社会危害和影响。

建筑幕墙的防火设计成为行业面临的一大难题。火灾初期一般在夹层中燃烧，不易被探测到。

现在幕墙内广泛使用的保温材料，防火性能大多为B2可燃级或B1难燃级，且燃烧产物中的大量有毒气体还会损害人体健康。对于玻璃幕墙来说，玻璃石材是脆性材料，其抗火性差，温度达到250度时，玻璃即会炸裂。所以幕墙虽然本身不燃烧，但很容易达到耐火极限而掉落，这样就会出现抽风作用，火焰沿外墙上卷燃烧成为火蔓延的途径。

随着全社会对低碳经济的大力倡导，节能环保再次成为备受瞩目的焦点，建筑业墙体保温技术是近年来大力推广的建筑节能措施之一，但是目前高层建筑所使用的保温材料基本没有防火功能，一旦点燃就会迅速蔓延，很难施救。室内的大火也会将石材幕墙的不锈钢板和钢材软化而失去强度，致使石板玻璃从天而降，威胁行人安全。由此可见目前的防火不当不但严重影响建筑物的使用安全性，还威胁人民生命财产安全和其他公众利益，所以建筑防火是一项非常重要的工作。

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，提供一种受限空间内幕墙耦合构型保温板材火蔓延特性测试装置，用以研究真实环境风条件下不同建筑幕墙受限空间内的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：

一种受限空间内幕墙耦合构型保温板材火蔓延特性测试装置，包括有支撑架，所述支撑架是由四条支撑腿和顶部的一个矩形支撑框组成，所述支撑架的四周以及顶部分别安装有与其配合的墙体支撑板形成一个半封闭的外墙体结构，所述墙体支撑板的内侧面上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，所述保温板材上安装有热电偶阵列，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在高精度天平上。

所述的四条支撑腿中每条支撑腿的相邻固定面上分别设有沿其长度方向设置的两条卡槽，所述四周的墙体支撑板的两侧分别卡装在相应的卡槽内。

所述的顶部的矩形支撑框的内侧面上分别设有相互对应的滑槽，所述滑槽内卡装有可移动的墙体顶部支撑板。

所述的墙体支撑板采用钢制板材。

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。

所述的保温板材可以根据实验要求放置在外墙体构型的不同面上，放置在四周或者顶部，所述电热丝点火器可根据引燃需要安装在相应要求的引燃处。

所述的支撑架的一侧面安装有送风装置，所述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变频风机，所述送风系统外主体的朝向支撑架的一侧设有间隔设置的出风口，所述送风装置所在侧的支撑架对应的位置墙体支撑板抽去，所述出风口的均匀供风通过变频风机和整流段来实现，通过出风口与支撑架之间架设的高精度风速采集仪进行实际风速测量。

所述的送风装置与支撑架之间通过支架架设有一台高清DV和一个辐射热流计。

所述的热电偶阵列设置对燃烧过程中火焰及烟气羽流的温度进行全程记录，所述高精度天平实时记录保温材料燃烧过程中的质量损失，结合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，所述高精度风速采集仪进行实际风速测量，所述高清DV3记录下所述耦合构型迎风面与背风面的火焰物理图像，所述辐射热流计可将保温材料表面的温度和辐射数据实时传回电脑进行处理和分析，所述热电偶、高精度天平、高精度风速采集仪、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：支撑腿、矩形支撑框、支撑板形成一个半封闭的外墙体结构，实验者可通过自己需求抽出相应的支撑板，搭建不同构型的外墙体结构，在支撑板上可以安装有大小相等，间距相等的固定长钉，用以后期固定保温板材，在保温板材以及其对应的支撑板上分别设有两排相对对应陈列分布的固定孔，固定孔用以固定热电偶；所述的保温板材可以根据实验要求放置在外墙体构型的不同面上，放置在四周或者顶部的保温板材可以实现逆流火蔓延和顺流火蔓延模拟场景。高精度天平上可以将质量数据实时传回电脑进行分析处理，在支撑架结构侧方安装送风装置，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，在支撑架结构的一侧的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迎风侧及背风面的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。

所述支撑腿通过凹槽与支撑板结合的结构在保证了稳定性的同时，又为外墙体结构的自由多变性带来了可能；实验者可根据自身实验要求改变外墙体结构；所述变频风机的出风口面积需要足够大，为了能够覆盖各种所述构型中保温板材的垂直平面投影，以便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。

本实用新型的优点是：

(1)本装置可以模拟真实可变环境风条件下，保温材料在在受限空间内不同墙体结构空间影响下的火蔓延行为，研究外界风产生的湍流效应对火蔓延行为以及烟气流动的影响。

(2)本装置可实现墙体与幕墙构性结构的变化，从而可以研究单墙体构型或者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。

(3)在燃烧板材上布有均匀热电偶并且侧方向放置辐射热流计可将保温材料表面的温度和辐射数据实时传回电脑进行处理和分析，可以完整的观看到燃烧过程中的温度及辐射变化情况，可以清楚的观察到保温材料与墙体之间的互相热影响。

(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幕墙构型的侧视图。

图3为该测试装置中可变幕墙构型的俯视图。

其中：1为送风系统外主体；2为送风口；3为高清DV；4、为高精度风速采集仪；5为第三墙体支撑板；6为保温板材；7为顶部墙体支撑板；8为第二墙体支撑板；9为卡槽；10为第一墙体支撑板；11为第一支撑腿；12为第三支撑腿；13为第二支撑腿；14为耐火石膏板；15为高精度电子天平；16为热电偶阵列； 17为辐射热流计；18为变频风机；19为第四支撑腿；20为矩形支撑框。

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。

一种受限空间内幕墙耦合构型保温板材火蔓延特性测试装置，包括有支撑架，支撑架是由四条支撑腿和顶部的一个矩形支撑框组成，分别为：第一支撑腿 11，第二支撑腿13，第三支撑腿12和第四支撑腿19，支撑腿的四周以及顶部分别安装有与其配合的墙体支撑板形成一个半封闭的外墙体结构，所述墙体支撑板包括有墙体支撑板5，墙体支撑板8和墙体支撑板10以及顶部墙体支撑板7，所述墙体支撑板5的两侧卡装在第三支撑腿12和第四支撑腿19的卡槽中，所述墙体支撑板8的两侧卡装在第二支撑腿13和第三支撑腿12的卡槽中，所述墙体支撑板10的两侧卡装在第一支撑腿11和第二支撑腿13的卡槽中。在此次实施案例中，幕墙支撑板5，幕墙支撑板8，幕墙支撑板10，均采用规格为长100cm，宽60cm，厚3mm的钢质板材；4条支撑腿均放置在底部的耐火石膏板14上；在三块墙体支撑板顶部，有一个带凹槽的矩形支撑框20，顶部墙体支撑板7可由矩形支撑框20上的凹槽滑动进入并固定于顶端。在试验时，所有墙体支撑板都可由实验者自身实验需求抽出或安装，以达到符合自己实验目的的墙体结构,进而模拟不同墙体构型下的空气流动以及火蔓延现象。

如在墙体支撑板5的内表面通过粘合剂固定保温板材6，保温板材的引燃采用电热丝点火器,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和明火蔓延，且点火位置也可以多样，形成顺流向上火蔓延和逆流向下火蔓延等多种形式。

左侧安装一台风机，它由送风系统外主体1保护工作，该分机为变频风机，其水平风速均匀且风速可调。风速的调节功能可以通过变频风机18实现，并达到精准控制。在本实施例中，该变频风机出风口2距离保温板材6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4进行标定，使其处于预设范围内；所述耐火石膏板14放置于一个高精度电子天平15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6上，变频风机在给风时的功率可以精确控制，风机和实验台距离为2m，在给风时用高精度风速采集仪4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6固定在墙体支撑板5上，其正前方架设有高清 DV3，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热电偶阵列 16，所述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、不同位置时的火焰温度变化。

测试时，开启所述高清DV3，开启所述辐射热流计17，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15将记录燃料燃烧的质量变化，所述高清DV3记录下所述耦合构型迎风面与背风面的火焰物理图像，此外所述辐射热流计17可分别记录所述耦合构型迎风面与背风面的火焰辐射强度，所述热电偶阵列16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15、辐射热流计17与热电偶阵列16等测量信号均接入数据采集卡进行实时采集，辐射热流计是测量热辐射能量传递大小和方向的仪器。

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 (9)

1.一种受限空间内幕墙耦合构型保温板材火蔓延特性测试装置，其特征在于：包括有支撑架，所述支撑架是由四条支撑腿和顶部的一个矩形支撑框组成，所述支撑架的四周以及顶部分别安装有与其配合的墙体支撑板形成一个半封闭的外墙体结构，所述墙体支撑板的内侧面上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，所述保温板材上安装有热电偶阵列，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在高精度天平上。

2.根据权利要求1所述的受限空间内幕墙耦合构型保温板材火蔓延特性测试装置，其特征在于：所述的四条支撑腿中每条支撑腿的相邻固定面上分别设有沿其长度方向设置的两条卡槽，所述四周的墙体支撑板的两侧分别卡装在相应的卡槽内。

3.根据权利要求1所述的受限空间内幕墙耦合构型保温板材火蔓延特性测试装置，其特征在于：所述的顶部的矩形支撑框的内侧面上分别设有相互对应的滑槽，所述滑槽内卡装有可移动的墙体顶部支撑板。

4.根据权利要求1所述的受限空间内幕墙耦合构型保温板材火蔓延特性测试装置，其特征在于：所述的墙体支撑板采用钢制板材。

5.根据权利要求1所述的受限空间内幕墙耦合构型保温板材火蔓延特性测试装置，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。

6.根据权利要求1所述的受限空间内幕墙耦合构型保温板材火蔓延特性测试装置，其特征在于：所述的保温板材可以根据实验要求放置在外墙体构型的不同面上，放置在四周或者顶部，所述电热丝点火器可根据引燃需要安装在相应要求的引燃处。

7.根据权利要求1所述的受限空间内幕墙耦合构型保温板材火蔓延特性测试装置，其特征在于：所述的支撑架的一侧面安装有送风装置，所述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变频风机，所述送风系统外主体的朝向支撑架的一侧设有间隔设置的出风口，所述送风装置所在侧的支撑架对应的位置墙体支撑板抽去，所述出风口的均匀供风通过变频风机和整流段来实现，通过出风口与支撑架之间架设的高精度风速采集仪进行实际风速测量。

8.根据权利要求7所述的受限空间内幕墙耦合构型保温板材火蔓延特性测试装置，其特征在于：所述的送风装置与支撑架之间通过支架架设有一台高清DV和一个辐射热流计。

9.根据权利要求8所述的受限空间内幕墙耦合构型保温板材火蔓延特性测试装置，其特征在于：所述的热电偶阵列设置对燃烧过程中火焰及烟气羽流的温度进行全程记录，所述高精度天平实时记录保温材料燃烧过程中的质量损失，所述高精度风速采集仪进行实际风速测量，所述高清DV记录下所述耦合构型迎风面与背风面的火焰物理图像，所述辐射热流计可将保温材料表面的温度和辐射数据实时传回电脑进行处理和分析，所述热电偶、高精度天平、高精度风速采集仪、高清DV以及辐射热流计的输出信号均入数据采集仪，通过计算机软件进行远程实时数据采集与显示。

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