建筑保温光伏构件燃烧性能测试装置及测试方法
【专利摘要】本发明提供的建筑保温光伏构件燃烧性能测试装置及测试方法，装置包括测试平台、模拟光源、电路控制、燃烧系统、温度监测和热释放测试系统，平台上设有两块竖直放置的建筑保温光伏构件，两者相互垂直地连接，模拟光源为其提供光源，燃烧系统为其提供火源，电路控制系统控制其光伏电池板工作和电能输出，温度控制系统获取测温点的温升电信号，并对该信号进行转化并记录温度变化曲线，热释放测试系统对构件燃烧产生的烟气进行组分气体的分析并计算热释放特性参数。本发明对正常工作状态下的光伏构件燃烧性能进行测试，反应其工作状态下的真实燃烧过程，试验结果对材料燃烧特性、外保温系统结构与工艺的研究和建筑物整体消防安全评价有指导意义。
【专利说明】建筑保温光伏构件燃烧性能测试装置及测试方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于建筑保温光伏材料的性能测试【技术领域】，尤其涉及一种建筑保温光伏 构件燃烧性能测试装置及测试方法。
【背景技术】
[0002] 建筑外墙保温是当前建筑领域实现节能减排的重要方式，常用的施工方式为建筑 外墙外保温技术。外墙外保温是指以粘接、锚固等方式在建筑外立面按照适宜的工艺方法 施加保温材料，从而减少建筑内外热交换作用实现节能的目的。常用的建筑保温材料包括 有机、无机和复合型保温材料，不同属性的保温材料在节能效果、施工工艺、安全性能方面 各不相同。近几年来，由于保温材料引发的建筑火灾事故给人民生命财产安全带来了极大 的危害，这使得全社会对建筑外保温系统的火灾安全性的重视程度日渐提高。目前已经建 立的外墙外保温工程火灾安全性方面的研究已经从材料和实体火两种途径展开，针对保温 材料进行的燃烧性能试验结果，如热释放速率、总热释放量等，可依据GB8624-2012的评价 体系对材料进行准确地分级，而实体火灾燃烧则侧重于表现真实建筑外保温系统的对火反 应特性。
[0003] 建筑光伏发电系统是以建筑物外表面为依托，利用光伏组件将太阳能转化为电能 的一种建筑外部结构，而建筑保温光伏构件则在光伏发电系统的基础之上融合了保温作 用，是一种新型的节能外围护结构，其特点在于结合了保温材料和光伏组件的双重功能，实 现了 一种新型建筑能源获取方式，使建筑外围护结构在承担节能减排功能之外，还能成为 绿色新能源的转化载体，推动环保建筑体系由被动节能向主动产能模式的进一步转变。典 型建筑保温光伏构件产品的结构如示意图2所示。
[0004] 建筑保温光伏构件产品的工作方式与普通建筑保温材料不同，这是因为，保温光 伏构件产品在依靠其内部的保温材料实现阻止或减少建筑物内外热交换效应的同时，光伏 系统还能为建筑物实现太阳能的转化，光伏电池板及其内部控制电路的存在和常态下的带 电工作模式明显区别于普通单纯保温板材。燃烧过程是一类复杂的反应过程，试验结果可 能会受到试样工作状态、受火方式或安装特点等因素的影响，因此对于建筑材料类产品燃 烧性能试验的设计宗旨即应尽可能体现试样的最终应用方式和工作状态，尽可能反应其最 终应用状态下的真实燃烧过程，只有这样获得的试验结果对于材料真实燃烧特性的反应、 外保温系统结构与工艺的研究和建筑物整体的消防安全评价才具有指导意义。
[0005] 建筑保温光伏构件产品属于板状建筑外围护结构，当前对于板状建筑材料燃烧性 能特性的试验方法依据GB/T20284-2006进行单体燃烧性能试验，该试样方法依据板状材 料在建筑物内的坚直安装方式设计了呈相互垂直的两块试样长短翼在其交线底部三角形 点火源引燃方式下的燃烧特性试验方法，并可同时考虑试样受火面、与基材的结合方式等 可能影响试验结果的试验独特应用特点。但对于建筑保温光伏构件产品而言，该方法则未 能反应光伏系统常态下带电工作模式的特点，而实际应用时，工作状态下的光伏保温构件 受到外部火源轰击后可能由于内部形成的高温积聚使电路导线绝缘外皮熔融，导致电路绝 缘丧失，发生短路现象并形成局部高温，可能会引发构件内部保温材料的有焰或无焰燃烧， 并由此产生一定的火灾风险。因此现有试样测试方法对于建筑保温光伏构件产品的燃烧性 能评价具有明显的局限性。
【发明内容】
[0006] 本发明要解决的问题是提供一种能够测试正常工作状态下的建筑保温光伏构件 燃烧性能的装置及测试方法。
[0007] 为解决上述问题，本发明采用的技术方案：一种建筑保温光伏构件燃烧性能测试 装置，包括测试平台、模拟光源系统、电路控制系统、燃烧系统、温度监测系统和热释放测试 系统，所述测试平台上设有两块坚直放置的建筑保温光伏构件，且两建筑保温光伏构件相 互垂直地连接在一起，所述模拟光源系统为所述建筑保温光伏构件提供光源，所述燃烧系 统为所述建筑保温光伏构件提供火源，所述电路控制系统控制所述建筑保温光伏构件的光 伏电池板工作和电能输出，所述温度监测系统获取测温点的温升电信号，并对该温升电信 号进行转化从而记录温度变化曲线，所述热释放测试系统对建筑保温光伏构件上方烟气管 道收集系统收集的烟气进行GB/T20284-2006规定的各种组分气体的分析并计算热释放特 性参数。
[0008] 所述模拟光源系统包括模拟日光源、滑动升降杆和调压器，所述模拟日光源高度 可调节地设于所述滑动升降杆上，所述滑动升降杆固定或可移动地设于所述测试平台上建 筑保温光伏构件的前方满足光伏电池板工作状态的位置，所述调压器调节模拟日光源的光 照强度。
[0009] 所述电路控制系统包括控制电路、蓄电池、输出电压监测单元和负载，控制电路控 制建筑保温光伏构件中的光伏电池板工作和电能输出，输出电压监测单兀显不光伏电池板 的输出电压，蓄电池用于储存光伏电池板的输出电能，负载用于表征蓄电池内部储存的电 能。
[0010] 所述燃烧系统包括燃烧器和附属管路，所述燃烧器通过所述附属管路与燃气供应 装置连接。
[0011] 所述温度监测系统包括热电偶、二次仪表和温度记录仪，热电偶用于获取测温点 温升电信号，二次仪表用于电信号的转换，温度记录仪用于记录温度变化曲线。
[0012] 利用上述的建筑保温光伏构件燃烧性能测试装置进行测试的方法，包括如下步 骤：
[0013] 第一步：将两块建筑保温光伏构件按测试要求放置于测试平台上；
[0014] 第二步：对光伏电池板进行工作调试，确认光伏电池板处于正常工作状态；
[0015] 第三步：在试样控制电路内部易发短路部位和控制电路周围与有机保温材料相对 接近可能因高温发生燃烧情况的若干测温点布设热电偶，热电偶输出电信号经二次仪表转 换后输入温度记录仪用于温升曲线的记载；试验前先进行1分钟温度信号的采集记录，确 认温度监测系统工作正常；
[0016] 第四步：调整模拟光源的高度并启动调压器点亮光源，使建筑保温光伏构件工作 在某一太阳能转换模式下；点燃火源，启动烟气管道收集系统和热释放测试系统按照GB/ T20284-2006规定进行燃烧性能试验，获得建筑保温光伏构件产品正常工作模式下的热释 放特性参数，同时温度监测系统记录控制电路内部及周围温升情况。
[0017] 所述第二步的具体步骤如下：试样光伏电池板一面作为受火面，两块试样位置关 系呈相互垂直；根据所需要模拟的入射光角度调节模拟日光源在滑动升降杆上的高度位 置，依据拟模拟的光照强度调节模拟光源系统的调压器，调压器的输出作为模拟日光源的 电源输入，使得光源的光照能够稳定在所需要的强度下；选择电灯作为建筑保温光伏构件 太阳能转化电能的负载，电池板控制电路输出端先与蓄电池充电端子连接，蓄电池供电输 出端子接电灯，并将电灯放置于试样背面，使负载电灯不能照射到电池板工作面；
[0018] 启动调压器，使模拟日光源正常工作，检查输出电压监测和负载电灯发光情况，确 认光伏电池板处于正常光能转化模式下；升高或降低调压器输出电压，调节光源亮度，检查 输出电压监测显示是否随光源亮度增大而提高或随光源亮度减小而降低。
[0019] 本发明具有的优点和积极效果是：本发明可以对正常工作状态下的建筑保温光伏 构件的燃烧性能进行测试，尽可能反应其最终应用状态下的真实燃烧过程，获得的试验结 果对于材料真实燃烧特性的反应、外保温系统结构与工艺的研究和建筑物整体的消防安全 评价具有指导意义；光源的滑动升降或底部的滑动连接，可以满足不同角度照射的调节要 求，调压器的设置可以满足不同强度光源的要求；电路控制系统使光伏构件处于正常工作 状态；燃烧系统为测试系统提供火源；温度监测系统对试样内部易发短路或燃烧位置提供 温度监测，热释放测试系统对燃烧特性参数进行分析显示；本测试方法结构简单，容易实 现，符合国标的相关规定，重要的是能够真实反映材料工作状态下的燃烧性能，对外保温系 统的结构、工艺和建筑物整体的消防安全评价具有指导意义。
【专利附图】
【附图说明】
[0020] 图1是本发明结构示意图；
[0021] 图2是建筑保温光伏构件的结构示意图；
[0022] 图3是试验1试样热释放速率；
[0023] 图4是试验2试样热释放速率；
[0024] 图5是试验3试样热释放速率；
[0025] 图6是试验1试样总放热量；
[0026] 图7是试验2试样总放热量；
[0027] 图8是试验3试样总放热量；
[0028] 图9是试验1内部温升；
[0029] 图10是试验2内部温升；
[0030] 图11是试验3内部温升；
[0031] 图中：1-第一无机板材，2-金属封边，3-聚氨酯发泡层，4-第二无机板材，5-铝 蜂窝板，6.钢化玻璃复合光伏电池层。
【具体实施方式】
[0032] 现根据附图1-11对本发明进行较详细的说明：
[0033] -种建筑保温光伏构件燃烧性能测试装置，包括测试平台、模拟光源系统、电路 控制系统、燃烧系统、温度监测系统和热释放测试系统，所述测试平台上设有两块坚直放 置的建筑保温光伏构件，且两建筑保温光伏构件相互垂直地连接在一起，所述模拟光源系 统为所述建筑保温光伏构件提供光源，所述燃烧系统为所述建筑保温光伏构件提供火源， 所述电路控制系统控制所述建筑保温光伏构件的光伏电池板工作和电能输出，所述温度 监测系统获取测温点的温升电信号，并对该温升电信号进行转化从而记录温度变化曲线， 所述热释放测试系统对两建筑保温光伏构件上方烟气管道收集系统收集的烟气进行GB/ T20284-2006规定的各种组分气体的分析并计算热释放特性参数。
[0034] 所述模拟光源系统包括模拟日光源、滑动升降杆和调压器，所述模拟日光源可调 节地设于所述滑动升降杆上，所述滑动升降杆固定或可移动地设于所述测试平台上建筑保 温光伏构件的前方满足光伏电池板工作状态的位置，所述调压器调节模拟日光源的光照强 度。
[0035] 所述电路控制系统包括控制电路、蓄电池、输出电压监测单元和负载，控制电路控 制建筑保温光伏构件中的光伏电池板工作和电能输出，输出电压监测单兀显不光伏电池板 的输出电压，蓄电池用于储存光伏电池板的输出电能，负载用于表征蓄电池内部储存的电 能。
[0036] 所述燃烧系统包括燃烧器和附属管路，所述燃烧器通过所述附属管路与燃气供应 装置连接。
[0037] 所述温度监测系统包括热电偶、二次仪表和温度记录仪，热电偶用于获取测温点 温升电信号，二次仪表用于电信号的转换，温度记录仪用于记录温度变化曲线。
[0038] 所述建筑保温光伏构件由内向外依次顺序设置的第一无机板材1、聚氨酯发泡层 3、第二无机板4、铝蜂窝板5和钢化玻璃复合光伏电池层6,各板层复合后四周设有金属封 边2。
[0039] 结合试验装置对本方法的工作过程进行说明。本实施例采用长度为1500mm的 DN15镀锌钢管作为滑动升降杆，滑动升降杆垂直固定在试验平面上，距试样长翼500mm，距 试样短翼700mm，模拟日光源通过卡箍固定在滑动升降杆上，移动卡箍的位置可以实现光源 高度调节。
[0040] 模拟日光源采用方形灯箱，内部安装5只欧司朗6W LED球形灯泡，色温6500K。调 压器输入为AC220V，输出为0?AC220V连续调节，调节调压器电压输出可实现光源亮度调 节。
[0041] 测温点采用钼电阻贴附于测温点上，采用MIK-7000A八通道无纸记录仪整合实现 温升电信号转换和记录的功能。
[0042] 输出电压监测同样采用MIK-7000A八通道无纸记录仪显示并记录电压水平，负载 采用DC12V/9W LED光源。
[0043] 烟气管道收集系统采用轴流风机控制烟气流量约I. 5m3/s，热释放测试系统为英 国FTT公司SBI单体燃烧试验装置中烟气成分分析和计算单元，其中烟气成分分析为仕富 梅Sermex4100系列烟气成分分析仪。
[0044] 试验用建筑保温光伏构件为国内某公司产品，主要结构如图1所示，试样厚度 40mm〇
[0045] 试验过程如下：
[0046] (1)按图1安装试样，试样光伏电池板一面作为受火面。
[0047] (2)调节模拟光源灯箱在滑动升降杆上的位置，使光源高度距离试验平台750mm。
[0048] (3)调节稳压器电压输出至AC180V，用光度计测定两块试样垂直交线中位处的光 照强度为6501ux。
[0049] (4)待光源亮度持续稳定后，检查MIK-7000A八通道无纸记录仪的电压显示、记录 和负载DC12V/9W LED光源点亮情况。
[0050] (5)上述步骤正常完成后，启动烟气管道收集系统、热释放测试装置和温度监测系 统，先采集1分钟基线数据后点燃火源正式开始燃烧试验。
[0051] (6)试验过程中持续记录热释放测试装置输出的热释放速率、总热释放量和两台 MIK-7000A无纸记录仪记录的测温点温度和控制电路输出电压，以及负载DC12V/9W LED光 源点亮情况。
[0052] (7)试验完成后，可根据试验计划调节模拟日光源灯箱高度或光源亮度，重复步骤 (2)?￠)，即可获得不同工作模式下的建筑保温光伏构件产品燃烧特性数据。
[0053] 试验记录如下表
[0054]
【权利要求】
1. 一种建筑保温光伏构件燃烧性能测试装置，其特征在于：包括测试平台、模拟光源 系统、电路控制系统、燃烧系统、温度控制系统和热释放测试系统，所述测试平台上设有两 块坚直放置的建筑保温光伏构件，且两建筑保温光伏构件相互垂直地连接在一起，所述模 拟光源系统为所述建筑保温光伏构件提供光源，所述燃烧系统为所述建筑保温光伏构件提 供火源，所述电路控制系统控制所述建筑保温光伏构件的光伏电池板工作和电能输出，所 述温度控制系统获取测温点的温升电信号，并对该温升电信号进行转化从而记录温度变化 曲线，所述热释放测试系统对两建筑保温光伏构件上方烟气管道收集系统收集的烟气进行 GB/T20284-2006规定的各种组分气体的分析并计算热释放特性参数。
2. 根据权利要求1所述的建筑保温光伏构件燃烧性能测试装置，其特征在于：所述模 拟光源系统包括模拟日光源、滑动升降杆和调压器，所述模拟日光源高度可调节地设于所 述滑动升降杆上，所述滑动升降杆固定或可移动地设于所述测试平台上建筑保温光伏构件 的前方满足光伏电池板工作状态的位置，所述调压器调节模拟日光源的光照强度。
3. 根据权利要求1所述的建筑保温光伏构件燃烧性能测试装置，其特征在于：所述电 路控制系统包括控制电路、蓄电池、输出电压监测单元和负载，控制电路控制建筑保温光伏 构件中的光伏电池板工作和电能输出，输出电压监测单兀显不光伏电池板的输出电压，蓄 电池用于储存光伏电池板的输出电能，负载用于表征蓄电池内部储存的电能。
4. 根据权利要求1所述的建筑保温光伏构件燃烧性能测试装置，其特征在于：所述燃 烧系统包括燃烧器和附属管路，所述燃烧器通过所述附属管路与燃气供应装置连接。
5. 根据权利要求1所述的建筑保温光伏构件燃烧性能测试装置，其特征在于：所述温 度监测系统包括热电偶、二次仪表和温度记录仪，热电偶用于获取测温点温升电信号，二次 仪表用于电信号的转换，温度记录仪用于记录温度变化曲线。
6. 利用权利要求1-5任一项所述的建筑保温光伏构件燃烧性能测试装置进行测试的 方法，其特征在于：包括如下步骤： 第一步：将两块建筑保温光伏构件按测试要求放置于测试平台上； 第二步：对光伏电池板进行工作调试,确认光伏电池板处于正常工作状态； 第三步：在试样控制电路内部易发短路部位和控制电路周围与有机保温材料相对接近 可能因高温发生燃烧情况的若干测温点布设热电偶，热电偶输出电信号经二次仪表转换后 输入温度记录仪用于温升曲线的记载；试验前先进行1分钟温度信号的采集记录，确认温 度监测系统工作正常； 第四步：根据需模拟的入射光角度调整模拟日光源的高度并启动调压器点亮光源，使 建筑保温光伏构件工作在某一太阳能转换模式下；点燃火源，启动烟气管道收集系统和热 释放测试系统按照GB/T20284-2006规定进行燃烧性能试验，获得建筑保温光伏构件产品 正常工作模式下的热释放特性参数，同时温度监测系统记录控制电路内部及周围温升情 况。
7. 根据权利要求6所述的建筑保温光伏构件燃烧性能测试装置，其特征在于：所述第 二步的具体步骤如下：试样光伏电池板一面作为受火面，两块试样位置关系呈相互垂直； 根据拟模拟的入射光角度调节模拟日光源在滑动升降杆上的高度位置，依据拟模拟的光照 强度调节模拟光源系统的调压器，调压器的输出作为模拟日光源的电源输入，使得光源的 光照能够稳定在所需要的强度下；选择电灯作为建筑保温光伏构件太阳能转化电能的负 载，电池板控制电路输出端先与蓄电池充电端子连接，蓄电池供电输出端子接电灯，并将电 灯放置于试样背面，使负载电灯不能照射到电池板工作面； 启动调压器，使模拟光源正常工作，检查输出电压监测和负载电灯发光情况，确认光伏 电池板处于正常光能转化模式下；升高或降低调压器输出电压，调节光源亮度，检查输出电 压监测是否随光源入射角度及强度的变化而变化。
【文档编号】G01N25/22GK104316563SQ201410630769
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年11月11日 优先权日:2014年11月11日
【发明者】杨亮, 刘慧敏, 赵婧, 陈彦菲 申请人:公安部天津消防研究所