一种建筑外墙保温板燃烧特性测试系统的制作方法

本发明一种建筑外墙保温板燃烧特性测试系统属于火灾消防领域，是一种新型燃烧测试实验装置，用于测试研究高层建筑外墙保温板及装饰幕墙的各种燃烧特性。

技术背景

现代建筑中多使用铝塑夹心保温板或有机玻璃制作外部幕墙，如办公大楼、高层建筑、机场、商场等，兼具保温和外墙装饰两种作用，其材质是易燃物，发生火灾时极易燃烧，使火势在外墙上快速蔓延，危害性极大。测试分析其燃烧特性十分必要。

目前对于建筑外墙保温板或幕墙装饰材料燃烧特性的测试方式主要存在两种，一种是小尺度测试装置，结构简单，只能测试材料本身的特性，无法与实际情况吻合。另一种是全尺度测试，装置尺寸大，但火源均设置在较低位置，无法准确还原高层建筑的火源特点，同时由于装置过于简单，能够测量和采集的数据较少，一般只能目测观察材料的燃烧属性，对于熔融性材料的熔融滴落特性以及流淌蔓延特性无法测试研究。此外，国内外的相关测试标准中，对于建筑外墙材料燃烧性的测试方法也均停留在材料的燃烧属性，对于熔融性材料的熔融滴落流淌特性也均未涉及。

技术实现要素：

本发明目的是针对上述不足之处提供一种建筑外墙保温板燃烧特性测试系统，同时解决了以上测试方式的缺陷，能够还原建筑外墙保温板的实际结构，准确测量保温板的燃烧特性、芯材熔融滴落特性，以及滴落后的流淌特性三方面属性，还能实现多种不同结构工况下的测试。

一种建筑外墙保温板燃烧特性测试系统是采取以下技术方案实现：

一种建筑外墙保温板燃烧特性测试系统包括多结构三层小室、移动调节式幕墙平台、熔融滴落流淌平台、系统火源和数据采集系统。五部分组合到一起，形成一个整体系统。

所述多结构三层小室采用轻钢型材搭建整体框架结构，采用防火阻燃板搭建墙体，具有很好的隔热性，多结构三层小室设置三层，底部安装支撑滑轮，能整体移动，总高度为3.5m。其中多结构三层小室的二、三层前部设置窗户，后面设置门。多结构三层小室的门和窗均安装推拉板，能够自由打开或闭合，能形成不同开口大小的门、窗口。多结构三层小室安装了三部分测试墙体，第一部分墙体为多结构三层小室的正常垂直墙面，第二部分墙体为从多结构三层小室最上层（三层）顶部延伸与第二层窗口上沿处连接框架形成的倾斜墙体，第三部分墙体为从多结构三层小室两侧连接框架形成的竖直墙体，可形成正常垂直壁立面结构，倾斜壁面结构，凹型壁面结构。多结构三层小室设置的三部分墙体是为了模拟真实建筑中的不同结构，即垂直壁面，倾斜壁面，凹型壁面。其中第二部分墙体的具体安装方式为在多结构三层小室的二层窗口的上沿处采用铰链旋转机构连接型材，同时在多结构三层小室的最上端水平安装型材，二者连接形成框架，然后再分别安装上防火阻燃板即可形成倾斜壁面，能模拟窗户上方不同倾斜角度外壁面。在不需要使用时，型材固定于侧面和顶面，在需要测试倾斜壁面时，能将其拉出组合成带有倾斜面的多结构三层小室结构。能形成倾斜壁面的角度范围为0-90度。第三部分墙体的安装方式为在多结构三层小室的两侧安装了独立的两块墙体，采用旋转铰链连接。在需要测试凹型结构墙面时刻将其旋转出来，形成凹型壁面。

所述移动调节式幕墙平台底部采用型材搭建支架，支架上部安装轻钢龙骨，形成壁面框架，保温板按照施工安装规范无差别的安装到轻钢龙骨上，形成幕墙。支架下部安装隔热板a，隔热板a下方为高精度质量称重系统a。在轻钢龙骨架的中部安装铰链结构，可调节角度，范围为0-90度。能形成垂直安装的保温板幕墙或不同倾斜角度的保温板幕墙。

所述熔融滴落流淌平台，使用型材搭建底部支架，支架上部放置高精度质量称重系统b，称重天平上放置隔热板b，隔热板b上为燃烧池，用于测试芯材滴落后的流淌燃烧特性和熔滴质量。

所述熔融滴落流淌平台的燃烧池尺寸为1.2mx0.8mx0.05m。

所述系统火源设置有两个火源，其中火源a设置在多结构三层小室的二层中部，火源b设置在窗口。火源a对多结构三层小室内腔进行加热，部分火焰从窗口溢流。火源b对保温板进行直接燃烧。所述系统火源设置火源a和火源b均使用丙烷气，火源a为矩形火源，实现方式为使用钢板设计制作了一个矩形火盘，火盘下方有进气口，火盘中放置玻璃弹珠，使火焰燃烧均匀。火源b为线型火源，实现方式为在钢管上部打两排密集的出气孔，一段进气，另一端封死，丙烷气从钢管的小孔流出后点燃，形成线型溢流火。

所述数据采集系统包括高速摄像机、高精度质量称重天平、温度场及热通量采集器。

所述高速摄像机设置有两台高速摄像机，均安装在幕墙平台的正前方，高速摄像机a的位置低于高速摄像机b。其中高速摄像机a用于记录局部细节，采集保温板的熔融滴落现象，芯材滴落后的流淌现象，以及窗口局部燃烧情况；高速摄像机b用于记录整体情况，采集火焰高度，受热过程中保温板的整体结构变化和燃烧现象，全程录像，测试结束后可对图像进行处理分析。

所述高精度质量称重天平设置有两台高精度质量称重天平，测量精度为0.01g，其中高精度电子天平a用于记录燃烧过程中保温板的质量损失，高精度电子天平b用于记录熔融滴落的芯材燃烧过程中的质量损失。

所述温度场及热通量采集器配备三台温度巡检仪，一台热流计。温度巡检仪a、温度巡检仪c用于测量保温板的温度场，在保温板上安装热电偶组，记录燃烧过程中保温板内部的温度场变化。关键技术说明：在保温板上安装热电偶组时，对保温板背面进行打孔，孔不穿透正面的金属层，使热电偶恰好镶入保温板内部。

温度巡检仪b用于测量燃烧池内的温度场，在燃烧池底部安装热电偶组，采集芯材熔融滴落后的温度场变化。

在拼接的第二段保温板下沿安装热流计，采集窗口溢流火对二段保温板的热流量。

五部分装置组合到一起形成一个完整测试系统，整个系统的位置关系为，幕墙平台进行贴壁，贴近多结构三层小室的墙面，模拟现实建筑中的外部幕墙与墙体之间的物理结构关系。真实建筑中幕墙与墙体之间也有一定的距离，这种缝隙对研究火势蔓延也十分必要。但幕墙平台与多结构三层小室的墙壁之间不完全贴合，保持相互独立，实现称重。熔融滴落流淌平台的支架高于幕墙平台的支架，使其架在幕墙平台支架的上方，使用两套称重系统，相互独立，分别称重夹芯板的质量损失以及燃烧熔融滴落后芯材的质量损失。

一种建筑外墙保温板燃烧特性测试系统可测试项目：

一种建筑外墙保温板燃烧特性测试系统能测试所有具有熔融滴落特性的外墙保温材料和外墙装饰材料。包括但不仅限于以下几种工况的测试：

1.一种建筑外墙保温板燃烧特性测试系统具有调节角度功能，能测试垂直壁面或不同倾斜角度壁面下的保温板燃烧特性。

2.一种建筑外墙保温板燃烧特性测试系统能测试凹型壁面结构下保温板的燃烧特性。

3.一种建筑外墙保温板燃烧特性测试系统能对保温板进行组合拼接，测试不同尺寸及拼接状态下的保温板燃烧特性。

4.一种建筑外墙保温板燃烧特性测试系统设置了两个窗口和两个门。能测试保温板燃烧蔓延过程中受开窗情况的影响。以及多种门窗开闭组合工况。

5.一种建筑外墙保温板燃烧特性测试系统的窗口安装了推拉式结构，能改变窗口大小，能够测试不同窗口大小下的保温板燃烧特性。

6.一种建筑外墙保温板燃烧特性测试系统能全程监测保温板熔融滴落规律以及芯材滴落后的流淌蔓延特性。

一种建筑外墙保温板燃烧特性测试系统的测试方法，其步骤如下：

1.在使用前先确认需要测试哪种结构的壁面，如垂直壁面、倾斜壁面、凹型壁面，确认后将其安装好。

2.将需要测试的板子裁剪到相应的尺寸，并将其安装到幕墙平台上。

3.检查测试热电偶及温度巡检仪a、温度巡检仪b、温度巡检仪c是否正常，对热电偶进行校准。步骤：取冰水混合物，将热电偶依次放入冰水混合物中，调节温度巡检仪的读数为零。测试完毕后，将热电偶固定到相应位置。测试高精度电子天平a、高精度电子天平b是否正常，对称重系统进行校准。测试摄像系统，热流计是否能正常运行，准备开始试验。

4.打开高速摄像系统a，高速摄像系统b。

5.点燃火源a。打开气瓶阀门，并快速点火，然后调节流量，达到预定流量。注意：多结构三层小室内为密闭空间，在打开气瓶后，需要快速点火，否则可燃气体在室内堆积，会发生爆燃。

6.点击温度巡检仪a、温度巡检仪b、温度巡检仪c运行按钮，开始记录温度场变化。

7.高精度电子天平a、高精度电子天平b连接电脑，打开数据采集程序。

8.打开热流计。

9.在火源a燃烧5分钟后，点燃火源b。

10.保证全部采集系统正常运行，实验中注意观察保温板燃烧情况。

11.燃烧30分钟后，结束测试，关闭火源和各采集系统。

12.实验完毕，整理检查数据是否保存。待装置完全冷却后，准备其他工况的实验，步骤同上。

本发明一种建筑外墙保温板燃烧特性测试系统优点：

1.一种建筑外墙保温板燃烧特性测试系统高度还原真实建筑中的外部幕墙结构。在建筑幕墙施工中，根据国家标准和行业现状，建筑主墙体施工完毕后，在墙体外表面安装龙骨用于固定悬挂保温板，外墙保温板与墙体之间留有很大的缝隙，这种缝隙在发生火灾时，会对保温板的燃烧蔓延产生很大的影响。本装置预留出了这种缝隙，能研究存在缝隙时的燃烧特点。

2.一种建筑外墙保温板燃烧特性测试系统实现了墙体与保温板的分离。传统的实验方法中，多采用墙体壁面燃烧室为一体的结构，无法测量燃烧过程中保温板的质量损失。

3.一种建筑外墙保温板燃烧特性测试系统的二层三层设置窗户和门，均可打开或者关闭，能测试多种不同情况下保温板的燃烧状态。

4.一种建筑外墙保温板燃烧特性测试系统的窗口能改变大小，能够测量不同窗口大小下的保温板燃烧特性。

5.一种建筑外墙保温板燃烧特性测试系统的火源设置在二层，火源距离地面有很高的距离，能有效避免火焰热流卷吸效应。真实火灾多发生在高层建筑中，着火点距离地面都很高，传统的实验装置一般都把火源设置在地面，缺乏真实性。

6.一种建筑外墙保温板燃烧特性测试系统在测试保温板燃烧特性的同时能测量保温板熔融滴落的状态，以及滴落后的流淌现象。实现了三种特性同时测量。

7.一种建筑外墙保温板燃烧特性测试系统能测试不同拼接方式下保温板的燃烧特性。现实建筑中，外部幕墙是由多块保温板拼接而成，本装置能研究这种特殊拼接状态下燃烧特性。

7.一种建筑外墙保温板燃烧特性测试系统使用两个火源，能有效模拟真实火灾中保温板的受热过程。

8.一种建筑外墙保温板燃烧特性测试系统在墙体上安装了可建扩式壁面结构，在移动调节式幕墙平台上安装了可调节式铰链结构，除了能研究垂直壁面，还能研究多种不同角度壁面下的保温板燃烧特性。

附图说明

以下将结合附图对本发明作进一步说明：

图1为一种建筑外墙保温板燃烧特性测试系统整体系统示意图。

图2为一种建筑外墙保温板燃烧特性测试系统正面结构示意图。

图3为一种建筑外墙保温板燃烧特性测试系统扩展结构示意图。

图4为一种建筑外墙保温板燃烧特性测试系统的实验数据采集设备布置图。

图中：1、待测试保温板；2、多结构三层小室；3、壁立面龙骨架；4、移动调节式幕墙平台支架；5、熔融滴落流淌平台支架；6、高精度电子天平a；7、高精度电子天平b；8、隔热板a；9、隔热板b；10、熔融滴落流淌燃烧池；11、火源a；12、气瓶a；13、气体流量计a；14、门a；15、门b；16、窗口b；17、三脚架；18、气体管道；19、窗口a；20、热流计；21、高速摄像系统a；22、高速摄像系统b；23、热电偶组；24、温度巡检仪a；25、温度巡检仪b；26、热流计采集器；27、质量采集终端b；28、质量采集终端a；29、热电偶导线；30、火源b；31、气瓶b；32、气体流量计b；33、倾斜墙体建扩结构；34、推拉式窗口结构；35、温度巡检仪c；36、可调节角度式铰链结构；37、扩展凹型壁面结构a；38、扩展凹型壁面结构b。

具体实施方式

参照附图1-4，一种建筑外墙保温板燃烧特性测试系统包括多结构三层小室、移动调节式幕墙平台、熔融滴落流淌平台、系统火源和数据采集系统。五部分组合到一起，形成一个整体系统。

如图所示，所述多结构三层小室2采用轻钢型材搭建整体框架结构，采用防火阻燃板搭建墙体，具有很好的隔热性，多结构三层小室设置三层，底部安装支撑滑轮，能整体移动，总高度为3.5m，如图1所示。其中多结构三层小室2的二、三层前部设置窗户，后面设置门，如门a14、门b15、窗口b16、窗口a19。多结构三层小室2的门和窗均安装推拉板，能够自由打开或闭合，能形成不同开口大小的门、窗口（如图2、图3、图4中窗口处虚线所示）。多结构三层小室2安装了三部分测试墙体，第一部分墙体为多结构三层小室的正常垂直墙面，第二部分墙体为从多结构三层小室2最上层（三层）顶部延伸与第二层窗口上沿处连接框架形成的倾斜墙体（图1虚线所示），第三部分墙体为从多结构三层小室2两侧连接框架形成的竖直墙体（图3）。可形成正常垂直壁立面结构，倾斜壁面结构，凹型壁面结构。多结构三层小室2设置的三部分墙体是为了模拟真实建筑中的不同结构，即垂直壁面，倾斜壁面，凹型壁面。其中第二部分墙体的具体安装方式为（如图1虚线部分所示），在多结构三层小室2的二层窗口的上沿处采用铰链旋转机构连接型材，同时在多结构三层小室2的最上端水平安装型材，二者连接形成框架33，然后再分别安装上防火阻燃板即可形成倾斜壁面，可模拟窗户上方不同倾斜角度外壁面。在不需要使用时，型材固定于侧面和顶面，在需要测试倾斜壁面时，能将其拉出组合成带有倾斜面的多结构三层小室2结构。能形成倾斜壁面的角度范围为0-90度。第三部分墙体的安装方式为（如图3所示）在多结构三层小室2的两侧安装了独立的两块墙体，采用旋转铰链连接。在需要测试凹型结构墙面时刻将其旋转出来，形成凹型壁面，如图2。

所述移动调节式幕墙平台底部采用型材搭建支架4，支架上部安装轻钢龙骨3，形成壁面框架，保温板1按照施工安装规范无差别的安装到轻钢龙骨上，形成幕墙。支架下部安装隔热板a8，隔热板a8下方为高精度质量称重系统a6。在轻钢龙骨架的中部安装铰链结构36，可调节角度，范围为0-90度。能形成垂直安装的保温板幕墙或不同倾斜角度的保温板幕墙。

所述熔融滴落流淌平台采用型材搭建底部支架5，支架上部放置高精度质量称重系统b7，称重天平上放置隔热板b9，隔热板b9上为燃烧池10，用于测试芯材滴落后的流淌燃烧特性和熔滴质量。

所述熔融滴落流淌平台的燃烧池尺寸为1.2mx0.8mx0.05m。

所述系统火源设置有两个火源，其中火源a11设置在多结构三层小室的二层中部，火源b30设置在窗口，火源b30为线型火源。火源a对多结构三层小室2内腔进行加热，部分火焰从窗口溢流。火源b30对保温板进行直接燃烧。所述系统火源设置火源a11和火源b30均使用丙烷气（气瓶a12、气瓶b31），火源a11为矩形火源，实现方式为使用钢板设计制作了一个矩形火盘，火盘下方有进气口，火盘中放置玻璃弹珠，使火焰燃烧均匀。火源b30为线型火源，实现方式为在钢管上部打两排密集的出气孔，一段进气，另一端封死，丙烷气从钢管的小孔流出后点燃，形成线型溢流火。

所述数据采集系统包括高速摄像机、高精度质量称重天平、温度场及热通量采集器。

所述数据采集系统包含以下几部分：

1.高速摄像机

所述高速摄像机设置有两台高速摄像机，均安装在幕墙平台的正前方，高速摄像机a21的位置低于高速摄像机b22。其中高速摄像机a21用于记录局部细节，采集保温板的熔融滴落现象，芯材滴落后的流淌现象，以及窗口局部燃烧情况；高速摄像机b22用于记录整体情况，采集火焰高度，受热过程中保温板的整体结构变化和燃烧现象，全程录像，测试结束后可对图像进行处理分析。

2.高精度质量称重天平

所述高精度质量称重天平设置有两台高精度质量称重天平，测量精度为0.01g，高精度质量称重天平采用市售赛多利斯（sartorius）高精度电子天平，其中高精度电子天平a6用于记录燃烧过程中保温板的质量损失，高精度电子天平b7用于记录熔融滴落的芯材燃烧过程中的质量损失。

3.温度场及热通量采集器

温度场及热通量采集器配备三台温度巡检仪，一台热流计。温度巡检仪a27、温度巡检仪c35用于测量保温板的温度场，在保温板上安装热电偶组，安装位置如图4所示，记录燃烧过程中保温板内部的温度场变化。关键技术说明：在保温板上安装热电偶组时，对保温板背面进行打孔，孔不穿透正面的金属层，使热电偶恰好镶入保温板内部。温度巡检仪采进口安捷伦(agilent)温度巡检仪。热流计采用进口戈登（gardon）热流计。热电偶组使用市售k型热电偶组。

温度巡检仪b28用于测量燃烧池内的温度场，在燃烧池底部安装热电偶组，采集芯材熔融滴落后的温度场变化。

在拼接的第二段保温板下沿安装热流计20，如图4所示，采集窗口溢流火对二段保温板的热流量。

一种建筑外墙保温板燃烧特性测试系统包括多结构三层小室、移动调节式幕墙平台、熔融滴落流淌平台、系统火源和数据采集系统，五部分组合到一起形成一个完整测试系统，整个系统的位置关系为，幕墙平台进行贴壁，贴近多结构三层小室的墙面，模拟现实建筑中的外部幕墙与墙体之间的物理结构关系。真实建筑中幕墙与墙体之间也有一定的距离，这种缝隙对研究火势蔓延也十分必要。但幕墙平台与多结构三层小室的墙壁之间不完全贴合，保持相互独立，实现称重。熔融滴落流淌平台的支架高于幕墙平台的支架，使其架在幕墙平台支架的上方，使用两套称重系统，相互独立，分别称重夹芯板的质量损失以及燃烧熔融滴落后芯材的质量损失。

一种建筑外墙保温板燃烧特性测试系统能测试项目：

一种建筑外墙保温板燃烧特性测试系统能测试所有具有熔融滴落特性的外墙保温材料和外墙装饰材料。包括但不仅限于以下几种工况的测试：

1.一种建筑外墙保温板燃烧特性测试系统具有调节角度功能，能测试垂直壁面或不同倾斜角度壁面下的保温板燃烧特性。

2.一种建筑外墙保温板燃烧特性测试系统能测试凹型壁面结构下保温板的燃烧特性。

3.一种建筑外墙保温板燃烧特性测试系统能对保温板进行组合拼接，测试不同尺寸及拼接状态下的保温板燃烧特性。

4.一种建筑外墙保温板燃烧特性测试系统设置了两个窗口和两个门。能测试保温板燃烧蔓延过程中受开窗情况的影响。以及多种门窗开闭组合工况。

5.一种建筑外墙保温板燃烧特性测试系统的窗口安装了推拉式结构，能改变窗口大小，能够测试不同窗口大小下的保温板燃烧特性。

6.一种建筑外墙保温板燃烧特性测试系统能全程监测保温板熔融滴落规律以及芯材滴落后的流淌蔓延特性。

一种建筑外墙保温板燃烧特性测试系统的测试方法，其步骤如下：

1.在使用前先确认需要测试哪种结构的壁面，如垂直壁面、倾斜壁面、凹型壁面，确认后将其安装好。

2.将需要测试的板子裁剪到相应的尺寸，并将其安装到幕墙平台上。

3.检查测试热电偶及温度巡检仪a24、温度巡检仪b25、温度巡检仪c35是否正常，对热电偶进行校准。步骤：取冰水混合物，将热电偶依次放入冰水混合物中，调节温度巡检仪的读数为零。测试完毕后，将热电偶固定到相应位置。测试高精度电子天平a6、高精度电子天平b7是否正常，对称重系统进行校准。测试摄像系统，热流计是否能正常运行，准备开始试验。

4.打开高速摄像系统a21、高速摄像系统b22。

5.点燃火源a。打开气瓶阀门，并快速点火，然后调节流量，达到预定流量。注意：多结构三层小室内为密闭空间，在打开气瓶后，需要快速点火，否则可燃气体在室内堆积，会发生爆燃。

6.点击温度巡检仪a24、温度巡检仪b25、温度巡检仪c35运行按钮，开始记录温度场变化。

7.高精度电子天平a6、高精度电子天平b7连接电脑，打开数据采集程序。

8.打开热流计20。

9.在火源a11燃烧5分钟后，点燃火源b30。

10.保证全部采集系统正常运行，实验中注意观察保温板燃烧情况。

11.燃烧30分钟后，结束测试，关闭火源和各采集系统。

12.实验完毕，整理检查数据是否保存。待装置完全冷却后，准备其他工况的实验，步骤同上。

一种建筑外墙保温板燃烧特性测试系统能够高度还原建筑外墙保温板的实际结构，准确测量保温板的燃烧特性、芯材熔融滴落特性，以及滴落后的流淌特性三方面属性；能够测量垂直壁立面墙体、不同倾斜角度墙体、凹型结构墙体等不同结构工况下保温板的燃烧特性。