一种建筑外立面防火性能试验装置的制作方法

本实用新型涉及消防工程技术领域，具体涉及的是一种建筑外立面防火性能试验装置。

背景技术：

随着我国经济的不断发展，高层/超高层建筑不断涌现，其消防安全问题也日趋得到重视。高层/超高层建筑发生火灾后，燃料不完全燃烧组分经窗户等外墙竖向开口形成溢出火焰，很可能引燃外墙上的可燃保温材料，或者导致上层玻璃幕墙破裂，由此引发多楼层火蔓延。近年来国内外多起火灾事故表明，高层建筑火灾扑救难度较大，火势难以得到迅速控制，极易导致重大财产损失和人员伤亡。从近些年案例发现，外立面已成为高层建筑火灾迅速蔓延的重要途径，因此，研究不同外部环境风和不同外立面形式下的开口火溢流行为特征及其对建筑外立面防火性能的影响，对于高层建筑消防安全具有非常重要的现实意义。

目前我国《建筑设计防火规范》(GB50016—2006)和《高层民用建筑设计防火规范》(GB50045—952005)都是没有针对预防外墙保温材料引发的火灾而制定的相关条文，且规定中也都没有提出针对建筑外墙防火结构的设计的具体内容，即便是最新的《建筑设计防火规范》(GB50016—2014)也仅仅对民用建筑外墙保温以及其装饰时采用的保温材料的燃烧性能提出要求。

此外，建筑窗口、开口所在的外墙可能与另一面毗邻单侧翼墙构成L型外立面等构造形式，可能会加剧溢流火焰竖向蔓延。实际火灾案例表明，当外墙开口附近存在另一翼墙时，火焰溢流对外墙壁面的热危害可能更加严重。因此，有必要开展不同类型建筑外立面的外部构造形式、窗口等固定结构以及外部环境风速对建筑溢流火焰行为的影响研究，为高层建筑外立面等防火设计提供理论支撑和借鉴。

鉴于火灾现象的复杂性和多变性，建筑外立面防火性能主要通过缩尺寸实验模拟研究，以重点得到建筑外立面形式、窗口面积尺寸及环境风速等对建筑溢流火焰行为的影响。

现有技术虽已提出类似设计研究，但均无法满足建筑外立面形式防火性能模拟试验装置的需求。如专利申请号为201510133068.1的专利文件，公开了一种针对建筑外墙防火结构及其性能的模拟实验装置，其通过建筑外墙水平挡板、竖直挡板等设计，重点研究建筑外墙防火结构如水平挡板、竖向挡板以及防火隔离带对外立面火焰行为的防火性能和影响机制研究，以及建筑外墙保温材料的防火性能研究和多种复杂建筑外墙防火结构条件下的防火性能研究，无法用于模拟建筑外立面侧墙间距变化、窗口尺寸变化、火源热释放速率测定的模拟实验。如专利申请号为200910184963.0的专利文件，公开了一种城市建筑外壁面火灾模拟实验装置,其通过斜坡板的设计,重点研究室内溢流火对建筑物外壁面的影响,以及毗邻坡地受限情况下的火焰行为的实验和研究设备,研究的重点在于建筑物外部的斜面对建筑物的影响，无法用于模拟建筑外立面等结构形式对溢流火焰行为影响的实验。如专利申请号为201010580927.9也公开了一种建筑物外墙保温系统火灾实验装置，该装置研究建筑物外墙保温材料自身的火灾蔓延规律和火蔓延抑制措施，研究重点在于建筑物外墙结构影响下火灾蔓延的动态和规律，但无法模拟双侧翼墙形势下的火焰行为试验。

综上所述，如何开发出一种考虑多因素耦合作用下的试验装置，以开展不同外立面形式和环境风作用下的外立面开口火焰特征以及相应的火灾防控技术研究，已经成为本领域技术人员亟需解决的技术问题之一。

技术实现要素：

针对上述技术不足，本实用新型提供了一种建筑外立面防火性能试验装置，其可以针对典型建筑外立面构造形式和不同环境风速下的外立面防火性能进行模拟和试验。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种建筑外立面防火性能试验装置，包括下部设有窗口的模拟主墙，设置在该模拟主墙旁并设有与窗口连通的开口的燃烧室，放置在该燃烧室内、用于燃烧产生火焰并由开口溢流出的燃烧器组件，设置在模拟主墙两侧的模拟翼墙，设置在模拟主墙和两个模拟翼墙所形成的空间内的网架，设置在网架上、用于实时测量模拟主墙上热流密度的热流传感器，设置在网架上并靠近模拟主墙、用于测量模拟主墙和两个模拟翼墙所形成的空间内的温度的热电偶传感器孔位，以及位于两个模拟翼墙正前方、用于产生环境风并以0～20m/s的风速均匀喷射至由模拟主墙和两个模拟翼墙构成的空间内的环境风送风装置。

具体地说，所述环境风送风装置包括环境风场模拟单元和控制系统；所述的环境风场模拟单元包括位于两个模拟翼墙正前方的壳体，以及设置于壳体内顺次排布的变速风机、电动风阀、整流格栅及送风风道；所述变速风机至少与三个电动风阀对应，所述的整流格栅和送风风道均与电动风阀数量相同且一一对应，且每个送风风道的末端均设有球形喷口，所述球形喷口正对模拟主墙和两个模拟翼墙所形成的空间；所述电动风阀为单轴矩形风阀，阀体可在0°～90°范围内自由转动；每个送风风道末端的球形喷口的数量不少于三个，且呈均匀分布，每个喷口可输出0～20m/s风速，送风角度可在正负30°范围内通过人工或执行机构调整；所述控制系统同时与变速风机、电动风阀和球形喷口连接。

进一步地，所述球形喷口数量至少为九个，且呈格栅状分布。

再进一步地，所述环境风场模拟单元数量至少为两个，且按照平铺或者上下叠加的方式进行连接，所有的环境风场模拟单元由一个支架进行支撑，并且支架的底部还设有万向轮。

具体地说，所述调节机构包括设置在燃烧室内、且位于开口两边的竖直导轨，同时与两个竖直导轨滑动连接的上移动板，同时与两个竖直导轨滑动连接的下移动板，同时与上移动板和下移动板滑动连接的左移动板，以及同时与上移动板和下移动板滑动连接的右移动板。

具体地说，所述燃烧器组件包括设置在燃烧室内的支架，放置在该支架上的高精度称重系统，放置在系统上的支架底盘，以及设置在支架底盘上的燃烧器。

更进一步地，本实用新型还包括同时与两个模拟翼墙滑动连接、用于使两个模拟翼墙间距发生变化的导轨。

为方便移动环境风送风装置，所述外壳底部四周均设有带刹车装置的万向轮。

具体地说，所述控制系统包括风速采集仪、控制柜及计算机；所述控制柜同时与环境风场模拟单元中的变速风机、电动风阀和球形喷口连接；所述风速采集仪位于球形喷口前端，用于将采集到的风速值反馈给计算机，所述计算机与控制柜连接，用于通过控制柜控制变速风机的转速、电动风阀的开度及球形喷口的送风角度，使每个送风通道的送风速度和风向稳定在预设值。

作为优选，所述热电偶传感器孔位直径为3mm。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

(1)本实用新型设计合理、操作便捷，其通过模拟主墙、模拟翼墙、燃烧室、窗口、网架以及环境风送风装置的设置，很好地模拟了环境风速、高层及超高层建筑外立面等结构形式对溢流火焰行为的耦合作用影响，填补了业内的空白，并且试验灵活操作及可重复性强，数据准确性高，因此，本实用新型具有突出的实质性特点和显著的进步。

(2)本实用新型设置的环境风送风装置可根据某地环境风场随高度的变化规律同时模拟多个高度处不同风速风向的环境风场，更加真实地反映出高层及超高层建筑外立面环境风场的分布特性。

(3)本实用新型环境风送风装置的送风末端采用球形喷口的形式，具有送风距离远及速度衰减慢的优良特性，进行火灾试验时可在保证环境风场模拟系统与缩尺或全尺起火建筑之间安全距离的前提下，为高层及超高层建筑外立面提供符合速度要求的环境风场。

(4)本实用新型中的环境风场模拟单元可设置多个，并通过支架快速组合及拼接，便于模块化及标准化生产。同时可根据需要将送风断面组合为矩形、三角形或梯形等几何形状，可应用于各种复杂几何形状的建筑外立面开口形式。

附图说明

图1为本实用新型的主视图。

图2为本实用新型的俯视剖视图。

图3为本实用新型中部分零部件的结构示意图。

图4为本实用新型中网架的结构示意图。

图5为本实用新型中环境风送风装置的结构示意图。

图6为本实用新型中球形喷口的结构示意图。

其中，附图标记对应的零部件名称为：

1-模拟主墙，2-模拟翼墙，3-燃烧室，4-网架，5-热电偶、热流密度传感器孔位，6-窗口，7-竖直导轨，8-上移动板，9-下移动板，10-左移动板，11-右移动板，12-导轨，13-变速风机，14-电动风阀，15-整流格栅，16-送风风道，17-球形喷口，18-支架，19-万向轮，20-风速采集仪，21-控制柜，22-计算机。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明，本实用新型的方式包括但不仅限于以下实施例。

如图1～6所示，本实用新型提供了一种涉及不同环境风速、不同高层及超高层建筑外立面构造形式防火性能测试的模拟试验装置，其包括模拟主墙1、模拟翼墙2、燃烧室3、网架5、调节机构。所述模拟主墙1下部开设有窗口6，所述燃烧室3设置在该模拟主墙1旁，并且其上设有与窗口6连通的开口。燃烧室2用于模拟燃烧，从而产生火焰，并经由窗口6溢流到模拟主墙1上。具体地说，所述燃烧室2内设有燃烧器组件，该燃烧器组件包括设置在燃烧室3内的支架，放置在该支架上的高精度称重系统，放置在该系统上的支架底盘，以及设置在支架底盘上的燃烧器；高精度称重系统通过支架可以测得支架底盘上燃烧器的质量变化。所述的调节机构则用于改变燃烧室上的开口的尺寸大小，以便实现对建筑溢流火焰影响的模拟研究，具体地说，该调节机构包括设置在燃烧室3内、且位于开口两边的竖直导轨7，同时与两个竖直导轨滑动连接的上移动板8，同时与两个竖直导轨滑动连接的下移动板9，同时与上移动板8和下移动板9滑动连接的左移动板10，以及同时与上移动板8和下移动板9滑动连接的右移动板11。通过调整上下移动板或左右移动板的间距，即可实现开口大小的改变。

所述的模拟翼墙2有两个，分设于模拟主墙1两侧，并且水平对应。本实施例中，两个模拟翼墙同时与一导轨12滑动，如此可以实现两个模拟翼墙的左右移动，从而改变两个模拟翼墙的间距，实现翼墙间距变化的溢流火焰行为的研究。同时，模拟翼墙可以为防火玻璃，从而可以对火焰的形态进行直接观测。

所述的网架4设置在模拟主墙和两个模拟翼墙所形成的空间内，其上设置有热流传感器，可以在试验中实现模拟主墙上热流密度的实时测量，并且所述网架4上靠近模拟主墙1的一侧还均匀布有热电偶传感器孔位5(直径为8mm)，可以在试验中实现模拟主墙和两个模拟翼墙所形成的空间内温度的实时测量。

所述的环境风送风装置用于模拟室外风场，在结合外部环境风的前提下，本实用新型可以更加真实地模拟出高层及超高层建筑某个外立面溢流火焰的行为，然后由热流传感器和热电偶分别实时测量模拟主墙上的热流密度及温度，以便获得真实、准确的数据。如图1、5所示，具体来说，所述的环境风送风装置包括环境风场模拟单元和控制系统；所述的环境风场模拟单元包括位于两个模拟翼墙正前方的壳体，以及设置于壳体内顺次排布的变速风机13、电动风阀14、整流格栅15及送风风道16；所述变速风机13至少与三个电动风阀14对应，所述的整流格栅15和送风风道16均与电动风阀14数量相同且一一对应，且每个送风风道16的末端均设有球形喷口17，所述球形喷口17正对模拟主墙和两个模拟翼墙所形成的空间；所述电动风阀14为单轴矩形风阀，阀体可在0°～90°范围内自由转动。

本实施例中，每个送风风道16末端的球形喷口17的数量不少于三个，且呈均匀分布，每个喷口可输出0～20m/s风速，送风角度可在正负30°范围内通过人工或执行机构调整。

所述控制系统用于控制送风速度和风向，其包括风速采集仪20、控制柜21及计算机22。所述控制柜21同时与环境风场模拟单元中的变速风机13、电动风阀14和球形喷口17连接；所述风速采集仪20位于球形喷口17前端，用于将采集到的风速值反馈给计算机22，所述计算机22与控制柜21连接，用于通过控制柜21控制变速风机13的转速、电动风阀14的开度及球形喷口17的送风角度，使每个送风通道的送风速度和风向稳定在预设值。

环境风送风装置使用时，启动变速风机13，位于球形喷口17前端的风速采集仪20将采集到的风速值反馈给计算机22，计算机22通过控制柜21控制变速风机13的转速、电动风阀14的开度以及球形喷口17的送风角度，使每个送风通道的送风速度和风向稳定在预设值。当本实用新型用于全尺火灾试验以模拟某着火层的实际室外环境风场时，由于风速在垂直方向变化较小，可将所有电动风阀14设置为全开，所有变速风机的送风量设置为同一所需风量，以提供风速均匀的送风面。当本实用新型用于缩尺火灾试验以模拟整个建筑外立面的环境风场时，可通过调节各送风通道内电动风阀的开度将不同高度处的各送风速度设置为所需大小。

此外，为能更好地模拟高层建筑防火性能模拟试验，所述环境风场模拟单元数量至少为两个，且按照平铺或者上下叠加的方式进行连接(例如平铺或者上下叠加，图5所示的是上下叠加的方式)，所有的环境风场模拟单元由一个支架18进行支撑，并且支架的底部还设有万向轮19。如此可根据某地环境风随高度的变化规律在多个高度处设置不同大小的室外风速(即：同时在不同高度处模拟出不同的风速值)，从而模拟真实的高层及超高层建筑的外部风场(因为每个环境风送风装置所处的位置或高度不同，送出的风速及风场也均不相同，所以正好可以模拟出真实的高层及超高层建筑的外部风场)。

本实用新型通过合理的结构设计，利用燃烧室上的开口及模拟主墙上的窗口设计，可实现室内溢流火的火灾场景及不同建筑外立面形势下的防火性能研究。通过窗口左右、上下可移动板以及环境风送风装置送风速度及风场大小的设计，可以实现不同高层建筑外立面环境风和窗口开口形式对溢流火焰行为影响的研究。而通过两个模拟翼墙的活动安装，并调整两个模拟翼墙的间距位置，可以实现模拟翼墙对建筑外立面溢流火焰行为影响的研究。可以说，本实用新型很好地实现了高层及超高层外部环境风速、建筑外立面翼墙间距变化对溢流火焰行为影响及窗口面积变化对溢流火焰影响的多参数耦合试验模拟研究，解决了现有技术所存在的问题，为高层及超高层建筑消防安全设计提供了参考。

上述实施例仅为本实用新型的优选实施方式之一，不应当用于限制本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本实用新型一致的，均应当包含在本实用新型的保护范围之内。