一種建筑外立面防火性能試驗裝置的制作方法

本發明涉及消防工程技術領域，具體涉及的是一種建筑外立面防火性能試驗裝置。

背景技術：

隨著我國經濟的不斷發展，高層/超高層建筑不斷涌現，其消防安全問題也日趨得到重視。高層/超高層建筑發生火災后，燃料不完全燃燒組分經窗戶等外墻豎向開口形成溢出火焰，很可能引燃外墻上的可燃保溫材料，或者導致上層玻璃幕墻破裂，由此引發多樓層火蔓延。近年來國內外多起火災事故表明，高層建筑火災撲救難度較大，火勢難以得到迅速控制，極易導致重大財產損失和人員傷亡。從近些年案例發現，外立面已成為高層建筑火災迅速蔓延的重要途徑，因此，研究不同外部環境風和不同外立面形式下的開口火溢流行為特征及其對建筑外立面防火性能的影響，對于高層建筑消防安全具有非常重要的現實意義。

目前我國《建筑設計防火規范》(GB50016—2006)和《高層民用建筑設計防火規范》(GB50045—952005)都是沒有針對預防外墻保溫材料引發的火災而制定的相關條文，且規定中也都沒有提出針對建筑外墻防火結構的設計的具體內容，即便是最新的《建筑設計防火規范》(GB50016—2014)也僅僅對民用建筑外墻保溫以及其裝飾時采用的保溫材料的燃燒性能提出要求。

此外，建筑窗口、開口所在的外墻可能與另一面毗鄰單側翼墻構成L型外立面等構造形式，可能會加劇溢流火焰豎向蔓延。實際火災案例表明，當外墻開口附近存在另一翼墻時，火焰溢流對外墻壁面的熱危害可能更加嚴重。因此，有必要開展不同類型建筑外立面的外部構造形式、窗口等固定結構以及外部環境風速對建筑溢流火焰行為的影響研究，為高層建筑外立面等防火設計提供理論支撐和借鑒。

鑒于火災現象的復雜性和多變性，建筑外立面防火性能主要通過縮尺寸實驗模擬研究，以重點得到建筑外立面形式、窗口面積尺寸及環境風速等對建筑溢流火焰行為的影響。

現有技術雖已提出類似設計研究，但均無法滿足建筑外立面形式防火性能模擬試驗裝置的需求。如專利申請號為201510133068.1的專利文件，公開了一種針對建筑外墻防火結構及其性能的模擬實驗裝置，其通過建筑外墻水平擋板、豎直擋板等設計，重點研究建筑外墻防火結構如水平擋板、豎向擋板以及防火隔離帶對外立面火焰行為的防火性能和影響機制研究，以及建筑外墻保溫材料的防火性能研究和多種復雜建筑外墻防火結構條件下的防火性能研究，無法用于模擬建筑外立面側墻間距變化、窗口尺寸變化、火源熱釋放速率測定的模擬實驗。如專利申請號為200910184963.0的專利文件，公開了一種城市建筑外壁面火災模擬實驗裝置,其通過斜坡板的設計,重點研究室內溢流火對建筑物外壁面的影響,以及毗鄰坡地受限情況下的火焰行為的實驗和研究設備,研究的重點在于建筑物外部的斜面對建筑物的影響，無法用于模擬建筑外立面等結構形式對溢流火焰行為影響的實驗。如專利申請號為201010580927.9也公開了一種建筑物外墻保溫系統火災實驗裝置，該裝置研究建筑物外墻保溫材料自身的火災蔓延規律和火蔓延抑制措施，研究重點在于建筑物外墻結構影響下火災蔓延的動態和規律，但無法模擬雙側翼墻形勢下的火焰行為試驗。

綜上所述，如何開發出一種考慮多因素耦合作用下的試驗裝置，以開展不同外立面形式和環境風作用下的外立面開口火焰特征以及相應的火災防控技術研究，已經成為本領域技術人員亟需解決的技術問題之一。

技術實現要素：

針對上述技術不足，本發明提供了一種建筑外立面防火性能試驗裝置，其可以針對典型建筑外立面構造形式和不同環境風速下的外立面防火性能進行模擬和試驗。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：

一種建筑外立面防火性能試驗裝置，包括下部設有窗口的模擬主墻，設置在該模擬主墻旁并設有與窗口連通的開口的燃燒室，放置在該燃燒室內、用于燃燒產生火焰并由開口溢流出的燃燒器組件，設置在模擬主墻兩側的模擬翼墻，設置在模擬主墻和兩個模擬翼墻所形成的空間內的網架，設置在網架上、用于實時測量模擬主墻上熱流密度的熱流傳感器，設置在網架上并靠近模擬主墻、用于測量模擬主墻和兩個模擬翼墻所形成的空間內的溫度的熱電偶傳感器孔位，以及位于兩個模擬翼墻正前方、用于產生環境風并以0～20m/s的風速均勻噴射至由模擬主墻和兩個模擬翼墻構成的空間內的環境風送風裝置。

具體地說，所述環境風送風裝置包括環境風場模擬單元和控制系統；所述的環境風場模擬單元包括位于兩個模擬翼墻正前方的殼體，以及設置于殼體內順次排布的變速風機、電動風閥、整流格柵及送風風道；所述變速風機至少與三個電動風閥對應，所述的整流格柵和送風風道均與電動風閥數量相同且一一對應，且每個送風風道的末端均設有球形噴口，所述球形噴口正對模擬主墻和兩個模擬翼墻所形成的空間；所述電動風閥為單軸矩形風閥，閥體可在0°～90°范圍內自由轉動；每個送風風道末端的球形噴口的數量不少于三個，且呈均勻分布，每個噴口可輸出0～20m/s風速，送風角度可在正負30°范圍內通過人工或執行機構調整；所述控制系統同時與變速風機、電動風閥和球形噴口連接。

進一步地，所述球形噴口數量至少為九個，且呈格柵狀分布。

再進一步地，所述環境風場模擬單元數量至少為兩個，且按照平鋪或者上下疊加的方式進行連接，所有的環境風場模擬單元由一個支架進行支撐，并且支架的底部還設有萬向輪。

具體地說，所述調節機構包括設置在燃燒室內、且位于開口兩邊的豎直導軌，同時與兩個豎直導軌滑動連接的上移動板，同時與兩個豎直導軌滑動連接的下移動板，同時與上移動板和下移動板滑動連接的左移動板，以及同時與上移動板和下移動板滑動連接的右移動板。

具體地說，所述燃燒器組件包括設置在燃燒室內的支架，放置在該支架上的高精度稱重系統，放置在系統上的支架底盤，以及設置在支架底盤上的燃燒器。

更進一步地，本發明還包括同時與兩個模擬翼墻滑動連接、用于使兩個模擬翼墻間距發生變化的導軌。

為方便移動環境風送風裝置，所述外殼底部四周均設有帶剎車裝置的萬向輪。

具體地說，所述控制系統包括風速采集儀、控制柜及計算機；所述控制柜同時與環境風場模擬單元中的變速風機、電動風閥和球形噴口連接；所述風速采集儀位于球形噴口前端，用于將采集到的風速值反饋給計算機，所述計算機與控制柜連接，用于通過控制柜控制變速風機的轉速、電動風閥的開度及球形噴口的送風角度，使每個送風通道的送風速度和風向穩定在預設值。

作為優選，所述熱電偶傳感器孔位直徑為3mm。

與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：

(1)本發明設計合理、操作便捷，其通過模擬主墻、模擬翼墻、燃燒室、窗口、網架以及環境風送風裝置的設置，很好地模擬了環境風速、高層及超高層建筑外立面等結構形式對溢流火焰行為的耦合作用影響，填補了業內的空白，并且試驗靈活操作及可重復性強，數據準確性高，因此，本發明具有突出的實質性特點和顯著的進步。

(2)本發明設置的環境風送風裝置可根據某地環境風場隨高度的變化規律同時模擬多個高度處不同風速風向的環境風場，更加真實地反映出高層及超高層建筑外立面環境風場的分布特性。

(3)本發明環境風送風裝置的送風末端采用球形噴口的形式，具有送風距離遠及速度衰減慢的優良特性，進行火災試驗時可在保證環境風場模擬系統與縮尺或全尺起火建筑之間安全距離的前提下，為高層及超高層建筑外立面提供符合速度要求的環境風場。

(4)本發明中的環境風場模擬單元可設置多個，并通過支架快速組合及拼接，便于模塊化及標準化生產。同時可根據需要將送風斷面組合為矩形、三角形或梯形等幾何形狀，可應用于各種復雜幾何形狀的建筑外立面開口形式。

附圖說明

圖1為本發明的主視圖。

圖2為本發明的俯視剖視圖。

圖3為本發明中部分零部件的結構示意圖。

圖4為本發明中網架的結構示意圖。

圖5為本發明中環境風送風裝置的結構示意圖。

圖6為本發明中球形噴口的結構示意圖。

其中，附圖標記對應的零部件名稱為：

1-模擬主墻，2-模擬翼墻，3-燃燒室，4-網架，5-熱電偶、熱流密度傳感器孔位，6-窗口，7-豎直導軌，8-上移動板，9-下移動板，10-左移動板，11-右移動板，12-導軌，13-變速風機，14-電動風閥，15-整流格柵，16-送風風道，17-球形噴口，18-支架，19-萬向輪，20-風速采集儀，21-控制柜，22-計算機。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明，本發明的方式包括但不僅限于以下實施例。

如圖1～6所示，本發明提供了一種涉及不同環境風速、不同高層及超高層建筑外立面構造形式防火性能測試的模擬試驗裝置，其包括模擬主墻1、模擬翼墻2、燃燒室3、網架5、調節機構。所述模擬主墻1下部開設有窗口6，所述燃燒室3設置在該模擬主墻1旁，并且其上設有與窗口6連通的開口。燃燒室2用于模擬燃燒，從而產生火焰，并經由窗口6溢流到模擬主墻1上。具體地說，所述燃燒室2內設有燃燒器組件，該燃燒器組件包括設置在燃燒室3內的支架，放置在該支架上的高精度稱重系統，放置在該系統上的支架底盤，以及設置在支架底盤上的燃燒器；高精度稱重系統通過支架可以測得支架底盤上燃燒器的質量變化。所述的調節機構則用于改變燃燒室上的開口的尺寸大小，以便實現對建筑溢流火焰影響的模擬研究，具體地說，該調節機構包括設置在燃燒室3內、且位于開口兩邊的豎直導軌7，同時與兩個豎直導軌滑動連接的上移動板8，同時與兩個豎直導軌滑動連接的下移動板9，同時與上移動板8和下移動板9滑動連接的左移動板10，以及同時與上移動板8和下移動板9滑動連接的右移動板11。通過調整上下移動板或左右移動板的間距，即可實現開口大小的改變。

所述的模擬翼墻2有兩個，分設于模擬主墻1兩側，并且水平對應。本實施例中，兩個模擬翼墻同時與一導軌12滑動，如此可以實現兩個模擬翼墻的左右移動，從而改變兩個模擬翼墻的間距，實現翼墻間距變化的溢流火焰行為的研究。同時，模擬翼墻可以為防火玻璃，從而可以對火焰的形態進行直接觀測。

所述的網架4設置在模擬主墻和兩個模擬翼墻所形成的空間內，其上設置有熱流傳感器，可以在試驗中實現模擬主墻上熱流密度的實時測量，并且所述網架4上靠近模擬主墻1的一側還均勻布有熱電偶傳感器孔位5(直徑為8mm)，可以在試驗中實現模擬主墻和兩個模擬翼墻所形成的空間內溫度的實時測量。

所述的環境風送風裝置用于模擬室外風場，在結合外部環境風的前提下，本發明可以更加真實地模擬出高層及超高層建筑某個外立面溢流火焰的行為，然后由熱流傳感器和熱電偶分別實時測量模擬主墻上的熱流密度及溫度，以便獲得真實、準確的數據。如圖1、5所示，具體來說，所述的環境風送風裝置包括環境風場模擬單元和控制系統；所述的環境風場模擬單元包括位于兩個模擬翼墻正前方的殼體，以及設置于殼體內順次排布的變速風機13、電動風閥14、整流格柵15及送風風道16；所述變速風機13至少與三個電動風閥14對應，所述的整流格柵15和送風風道16均與電動風閥14數量相同且一一對應，且每個送風風道16的末端均設有球形噴口17，所述球形噴口17正對模擬主墻和兩個模擬翼墻所形成的空間；所述電動風閥14為單軸矩形風閥，閥體可在0°～90°范圍內自由轉動。

本實施例中，每個送風風道16末端的球形噴口17的數量不少于三個，且呈均勻分布，每個噴口可輸出0～20m/s風速，送風角度可在正負30°范圍內通過人工或執行機構調整。

所述控制系統用于控制送風速度和風向，其包括風速采集儀20、控制柜21及計算機22。所述控制柜21同時與環境風場模擬單元中的變速風機13、電動風閥14和球形噴口17連接；所述風速采集儀20位于球形噴口17前端，用于將采集到的風速值反饋給計算機22，所述計算機22與控制柜21連接，用于通過控制柜21控制變速風機13的轉速、電動風閥14的開度及球形噴口17的送風角度，使每個送風通道的送風速度和風向穩定在預設值。

環境風送風裝置使用時，啟動變速風機13，位于球形噴口17前端的風速采集儀20將采集到的風速值反饋給計算機22，計算機22通過控制柜21控制變速風機13的轉速、電動風閥14的開度以及球形噴口17的送風角度，使每個送風通道的送風速度和風向穩定在預設值。當本發明用于全尺火災試驗以模擬某著火層的實際室外環境風場時，由于風速在垂直方向變化較小，可將所有電動風閥14設置為全開，所有變速風機的送風量設置為同一所需風量，以提供風速均勻的送風面。當本發明用于縮尺火災試驗以模擬整個建筑外立面的環境風場時，可通過調節各送風通道內電動風閥的開度將不同高度處的各送風速度設置為所需大小。

此外，為能更好地模擬高層建筑防火性能模擬試驗，所述環境風場模擬單元數量至少為兩個，且按照平鋪或者上下疊加的方式進行連接(例如平鋪或者上下疊加，圖5所示的是上下疊加的方式)，所有的環境風場模擬單元由一個支架18進行支撐，并且支架的底部還設有萬向輪19。如此可根據某地環境風隨高度的變化規律在多個高度處設置不同大小的室外風速(即：同時在不同高度處模擬出不同的風速值)，從而模擬真實的高層及超高層建筑的外部風場(因為每個環境風送風裝置所處的位置或高度不同，送出的風速及風場也均不相同，所以正好可以模擬出真實的高層及超高層建筑的外部風場)。

本發明通過合理的結構設計，利用燃燒室上的開口及模擬主墻上的窗口設計，可實現室內溢流火的火災場景及不同建筑外立面形勢下的防火性能研究。通過窗口左右、上下可移動板以及環境風送風裝置送風速度及風場大小的設計，可以實現不同高層建筑外立面環境風和窗口開口形式對溢流火焰行為影響的研究。而通過兩個模擬翼墻的活動安裝，并調整兩個模擬翼墻的間距位置，可以實現模擬翼墻對建筑外立面溢流火焰行為影響的研究。可以說，本發明很好地實現了高層及超高層外部環境風速、建筑外立面翼墻間距變化對溢流火焰行為影響及窗口面積變化對溢流火焰影響的多參數耦合試驗模擬研究，解決了現有技術所存在的問題，為高層及超高層建筑消防安全設計提供了參考。

上述實施例僅為本發明的優選實施方式之一，不應當用于限制本發明的保護范圍，凡在本發明的主體設計思想和精神上作出的毫無實質意義的改動或潤色，其所解決的技術問題仍然與本發明一致的，均應當包含在本發明的保護范圍之內。