本發(fā)明涉及消防工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及的是一種應(yīng)用于建筑外墻防火性能試驗(yàn)的環(huán)境風(fēng)場(chǎng)模擬單元及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加劇，城市土地資源承載力受到了前所未有的挑戰(zhàn)，土地資源的集約利用及建筑空間的高效整合成為必然的發(fā)展趨勢(shì)，許多高層及超高層建筑應(yīng)運(yùn)而生。但伴隨著巨大的建筑體量、密集的人員分布和較高的火災(zāi)荷載，一旦發(fā)生火災(zāi)其危害性也絕非普通單、多層建筑可比，極易造成重大的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。因此，對(duì)高層及超高層建筑開展火災(zāi)試驗(yàn)研究對(duì)火災(zāi)蔓延機(jī)理的掌握、防火滅火策略的制定以及人員疏散的決策均具有極其重要的指導(dǎo)作用。

近些年諸多火災(zāi)案例表明，建筑外墻已成為高層及超高層建筑火災(zāi)迅速蔓延的重要途徑，研究不同外墻形式下的開口火溢流行為特征對(duì)保障高層及超高層建筑消防安全具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。由于作用于高層和超高層建筑外墻的環(huán)境風(fēng)場(chǎng)的風(fēng)速大小隨建筑高度的增加依冪指規(guī)律呈逐步增大的趨勢(shì)，較高樓層處室外環(huán)境風(fēng)場(chǎng)的風(fēng)速可達(dá)十幾米每秒甚至幾十米每秒，火災(zāi)工況時(shí)開口火溢流行為勢(shì)必受到環(huán)境風(fēng)場(chǎng)的強(qiáng)烈影響。因此，在開展高層及超高層建筑火災(zāi)試驗(yàn)研究時(shí)若不考慮室外環(huán)境風(fēng)場(chǎng)的影響將無(wú)法較為真實(shí)地反映出建筑外墻實(shí)際的火災(zāi)場(chǎng)景，因而研發(fā)一款應(yīng)用于建筑外墻防火性能試驗(yàn)的環(huán)境風(fēng)場(chǎng)模擬裝置就顯得尤為迫切和重要。

既有的各環(huán)境風(fēng)場(chǎng)模擬裝置大多應(yīng)用于火災(zāi)科學(xué)以外的領(lǐng)域。如申請(qǐng)?zhí)枮?01110273861.3的專利公開了一種室內(nèi)海面風(fēng)場(chǎng)模擬試驗(yàn)裝置，申請(qǐng)?zhí)枮?01510683151.6的專利公開了一種導(dǎo)線舞動(dòng)試驗(yàn)用的風(fēng)場(chǎng)模擬裝置，申請(qǐng)?zhí)枮?00910196463.9的專利公開了一種模擬舒適性自然風(fēng)的空調(diào)裝置。

而對(duì)于既有為數(shù)不多的應(yīng)用于火災(zāi)試驗(yàn)的環(huán)境風(fēng)場(chǎng)模擬裝置，其在高層及超高層建筑外墻防火性能試驗(yàn)方面的應(yīng)用仍存在很大的局限性。如申請(qǐng)?zhí)枮?01510906813.1的專利公開了一種環(huán)境風(fēng)作用下寬闊水面油池火燃燒模擬裝置，但僅能用于縮尺火災(zāi)試驗(yàn)。其中用于環(huán)境風(fēng)場(chǎng)模擬的裝置雖可實(shí)現(xiàn)送風(fēng)風(fēng)速的變頻調(diào)節(jié)，但送風(fēng)角度不能改變，也無(wú)法同時(shí)于不同高度處輸出不同大小的風(fēng)速。又如申請(qǐng)?zhí)枮?01420057338.6的專利公開了一種外界風(fēng)作用下高層建筑樓梯井或豎井火災(zāi)實(shí)驗(yàn)?zāi)M裝置，也僅能用于縮尺火災(zāi)試驗(yàn)。其中用于環(huán)境風(fēng)場(chǎng)模擬的裝置雖采用了移動(dòng)風(fēng)幕系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)任意樓層室外環(huán)境風(fēng)場(chǎng)的模擬，但無(wú)法實(shí)現(xiàn)整個(gè)建筑外墻環(huán)境風(fēng)場(chǎng)的同時(shí)再現(xiàn)，此外送風(fēng)角度無(wú)法改變，僅能垂直于建筑外墻，送風(fēng)速度的區(qū)間也僅為0～8m/s，很難反映超高層建筑較高樓層處的室外環(huán)境風(fēng)場(chǎng)。同時(shí)，上述兩專利中環(huán)境風(fēng)場(chǎng)模擬裝置送風(fēng)面的幾何形狀均較為單一，無(wú)法產(chǎn)生具有多種分布規(guī)律的環(huán)境風(fēng)場(chǎng)，且無(wú)法較好地應(yīng)用于復(fù)雜幾何形狀的建筑外墻。

因此，有必要設(shè)計(jì)一種能夠?qū)ｉT為高層及超高層建筑外墻全尺及縮尺防火性能試驗(yàn)提供環(huán)境風(fēng)場(chǎng)模擬的系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述技術(shù)不足，本發(fā)明提供了一種應(yīng)用于建筑外墻防火性能試驗(yàn)的環(huán)境風(fēng)場(chǎng)模擬單元及系統(tǒng)，其可為高層及超高建筑防火性能試驗(yàn)提供外部風(fēng)場(chǎng)條件。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

應(yīng)用于建筑外墻防火性能試驗(yàn)的環(huán)境風(fēng)場(chǎng)模擬單元，包括殼體，以及設(shè)置于殼體內(nèi)順次排布的變速風(fēng)機(jī)、電動(dòng)風(fēng)閥、整流格柵及送風(fēng)風(fēng)道；所述變速風(fēng)機(jī)至少與三個(gè)電動(dòng)風(fēng)閥對(duì)應(yīng)，所述的整流格柵和送風(fēng)風(fēng)道均與電動(dòng)風(fēng)閥數(shù)量相同且一一對(duì)應(yīng)，且每個(gè)送風(fēng)風(fēng)道的末端均設(shè)有球形噴口。

進(jìn)一步地，所述電動(dòng)風(fēng)閥為單軸矩形風(fēng)閥，閥體可在0°～90°范圍內(nèi)自由轉(zhuǎn)動(dòng)。

進(jìn)一步地，每個(gè)送風(fēng)風(fēng)道末端的球形噴口的數(shù)量不少于三個(gè)，且呈均勻分布，每個(gè)噴口可輸出0～20m/s風(fēng)速，送風(fēng)角度可在正負(fù)30°范圍內(nèi)通過(guò)人工或執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)整。

應(yīng)用于建筑外墻防火性能試驗(yàn)的環(huán)境風(fēng)場(chǎng)模擬系統(tǒng)，包括至少兩個(gè)如上所述的環(huán)境風(fēng)場(chǎng)模擬單元，所有的環(huán)境風(fēng)場(chǎng)模擬單元按照平鋪或上下疊加的方式進(jìn)行組合，以提供送風(fēng)斷面為矩形、三角形或梯形等幾何形狀的環(huán)境風(fēng)場(chǎng)；同時(shí)該環(huán)境風(fēng)場(chǎng)模擬系統(tǒng)還包括用于支撐和移動(dòng)各個(gè)環(huán)境風(fēng)場(chǎng)模擬單元的支架和萬(wàn)向輪，以及用于控制系統(tǒng)送風(fēng)速度和風(fēng)向的控制系統(tǒng)。

進(jìn)一步地，為方便升降本發(fā)明，所述支架底部還設(shè)有升降機(jī)構(gòu)。

具體地說(shuō)，所述控制系統(tǒng)包括風(fēng)速采集儀、控制柜及計(jì)算機(jī)；所述控制柜同時(shí)與環(huán)境風(fēng)場(chǎng)模擬單元中的變速風(fēng)機(jī)、電動(dòng)風(fēng)閥和球形噴口連接；所述風(fēng)速采集儀位于球形噴口前端，用于將采集到的風(fēng)速值反饋給計(jì)算機(jī)，所述計(jì)算機(jī)與控制柜連接，用于通過(guò)控制柜控制變速風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、電動(dòng)風(fēng)閥的開度及球形噴口的送風(fēng)角度，使每個(gè)送風(fēng)通道的送風(fēng)速度和風(fēng)向穩(wěn)定在預(yù)設(shè)值。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

(1)本發(fā)明應(yīng)用廣泛，既可同時(shí)縮尺模擬整個(gè)建筑外墻不同高度處的環(huán)境風(fēng)場(chǎng)，也可全尺模擬某著火層的室外環(huán)境風(fēng)場(chǎng)，可同時(shí)應(yīng)用于高層及超高層建筑的縮尺及全尺火災(zāi)試驗(yàn)。

(2)本發(fā)明的環(huán)境風(fēng)場(chǎng)模擬系統(tǒng)可通過(guò)支架將多個(gè)模擬單元快速組合及拼接，便于模塊化及標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)。同時(shí)可根據(jù)需要將送風(fēng)斷面組合為矩形、三角形或梯形等幾何形狀，可應(yīng)用于各種復(fù)雜幾何形狀的建筑外墻開口形式。

(3)本發(fā)明在垂直方向上設(shè)置了多個(gè)送風(fēng)風(fēng)道，可根據(jù)某地環(huán)境風(fēng)場(chǎng)隨高度的變化規(guī)律通過(guò)控制系統(tǒng)同時(shí)模擬多個(gè)高度處不同風(fēng)速風(fēng)向的環(huán)境風(fēng)場(chǎng)，更加真實(shí)地反映出高層及超高層建筑外墻環(huán)境風(fēng)場(chǎng)的分布特性。

(4)本發(fā)明的送風(fēng)末端采用球形噴口的形式，具有送風(fēng)距離遠(yuǎn)及速度衰減慢的優(yōu)良特性，進(jìn)行火災(zāi)試驗(yàn)時(shí)可在保證環(huán)境風(fēng)場(chǎng)模擬系統(tǒng)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墻提供符合速度要求的環(huán)境風(fēng)場(chǎng)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明環(huán)境風(fēng)場(chǎng)模擬系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明環(huán)境風(fēng)場(chǎng)模擬單元的內(nèi)部結(jié)構(gòu)三視圖及整流格柵左視剖視圖。

圖3為本發(fā)明中球形噴口的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為與本發(fā)明配合進(jìn)行建筑外墻防火性能試驗(yàn)的試驗(yàn)裝置的主視圖。

圖5為試驗(yàn)裝置的俯視剖視圖。

圖6為試驗(yàn)裝置中部分零部件的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7為試驗(yàn)裝置中網(wǎng)架的結(jié)構(gòu)示意圖。

其中，附圖標(biāo)記對(duì)應(yīng)的零部件名稱為：

1-變速風(fēng)機(jī)，2-電動(dòng)風(fēng)閥，3-整流格柵，4-送風(fēng)風(fēng)道，5-球形噴口，6-支架，7-萬(wàn)向輪，8-風(fēng)速采集儀，9-控制柜，10-計(jì)算機(jī)，11-模擬主墻，12-模擬翼墻，13-燃燒室，14-網(wǎng)架，15-熱電偶傳感器孔位，16-窗口，17-豎直導(dǎo)軌，18-上移動(dòng)板，19-下移動(dòng)板，20-左移動(dòng)板，21-右移動(dòng)板，22-導(dǎo)軌。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，本發(fā)明的方式包括但不僅限于以下實(shí)施例。

如圖1～3所示，本發(fā)明提供了一種可以為高層及超高層建筑外墻防火性能試驗(yàn)提供外部環(huán)境風(fēng)場(chǎng)條件的送風(fēng)單元及系統(tǒng)。其單元包括殼體，以及設(shè)置于殼體內(nèi)的變速風(fēng)機(jī)1、可任意調(diào)節(jié)開度的電動(dòng)風(fēng)閥2、促進(jìn)送風(fēng)均勻性的整流格柵3、送風(fēng)風(fēng)道4，設(shè)置于送風(fēng)風(fēng)道末端的球形噴口5(球形噴口的數(shù)量及分布方式可任意調(diào)整，本實(shí)施例中，球形噴口數(shù)量至少為九個(gè)，且呈均勻分布)。其系統(tǒng)包括多個(gè)單元(可按平鋪或上下疊加等方式進(jìn)行任意組合，圖1所示為上下疊加方式)，用于支撐和移動(dòng)各單元的支架6及萬(wàn)向輪7，以及包含風(fēng)速采集儀8、控制柜9及計(jì)算機(jī)10在內(nèi)的用于控制系統(tǒng)送風(fēng)速度和風(fēng)向的控制系統(tǒng)。同時(shí)，當(dāng)進(jìn)行全尺火災(zāi)實(shí)驗(yàn)時(shí)，為使本發(fā)明能夠更好地匹配不同高度的建筑外墻開口形式，所述支架6底部還設(shè)有升降機(jī)構(gòu)，可根據(jù)實(shí)際需要調(diào)節(jié)整個(gè)系統(tǒng)的升降。

本發(fā)明使用時(shí)，啟動(dòng)變速風(fēng)機(jī)1，位于球形噴口5前端的風(fēng)速采集儀8將采集到的風(fēng)速值反饋給計(jì)算機(jī)10，計(jì)算機(jī)10通過(guò)控制柜9控制變速風(fēng)機(jī)1的轉(zhuǎn)速、電動(dòng)風(fēng)閥2的開度以及球形噴口5的送風(fēng)角度，使每個(gè)送風(fēng)通道的送風(fēng)速度和風(fēng)向穩(wěn)定在預(yù)設(shè)值。當(dāng)本發(fā)明用于全尺火災(zāi)實(shí)驗(yàn)以模擬某著火層的實(shí)際室外環(huán)境風(fēng)場(chǎng)時(shí)，由于風(fēng)速在垂直方向變化較小，可將所有電動(dòng)風(fēng)閥2設(shè)置為全開，所有變速風(fēng)機(jī)的送風(fēng)量設(shè)置為同一所需風(fēng)量，以提供風(fēng)速均勻的送風(fēng)面。當(dāng)本發(fā)明用于縮尺火災(zāi)實(shí)驗(yàn)以模擬整個(gè)建筑外墻的環(huán)境風(fēng)場(chǎng)時(shí)，可通過(guò)調(diào)節(jié)各送風(fēng)通道內(nèi)電動(dòng)風(fēng)閥的開度將不同高度處的各送風(fēng)速度設(shè)置為所需大小。

本發(fā)明通過(guò)合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，利用變速風(fēng)機(jī)、電動(dòng)風(fēng)閥以及球形噴口之間的配合，能夠很好地實(shí)現(xiàn)建筑外部環(huán)境風(fēng)場(chǎng)的模擬，使高層及超高層建筑外墻防火性能試驗(yàn)更加真實(shí)可靠，所獲取的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可為防火滅火策略的制定及人員疏散的決策提供重要參考。

下面列舉一種防火性能試驗(yàn)裝置，以便闡述其與環(huán)境風(fēng)場(chǎng)模擬裝置配合實(shí)現(xiàn)建筑外墻構(gòu)造形式的防火性能測(cè)試。本實(shí)施例所列舉的試驗(yàn)裝置，能很好地模擬出高層及超高層建筑外墻等結(jié)構(gòu)形式對(duì)溢流火焰行為的影響。而關(guān)于這方面的現(xiàn)有技術(shù)，均無(wú)法滿足建筑外墻形式防火性能試驗(yàn)裝置的需求。

如圖4～7所示，本實(shí)施例所述的試驗(yàn)裝置包括模擬主墻11、模擬翼墻12、燃燒室13、網(wǎng)架14、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。所述模擬主墻11下部開設(shè)有窗口16，所述燃燒室13設(shè)置在該模擬主墻11旁，并且其上設(shè)有與窗口16連通的開口。燃燒室13用于模擬燃燒，從而產(chǎn)生火焰，并經(jīng)由窗口16溢流到模擬主墻11上。具體地說(shuō)，所述燃燒室13內(nèi)設(shè)有燃燒器組件，該燃燒器組件包括設(shè)置在燃燒室13內(nèi)的支架，放置在該支架上的電子天平，放置在該電子天平上的支架底盤，以及設(shè)置在支架底盤上的燃燒器；電子天平通過(guò)支架可以測(cè)得支架底盤上燃燒器的質(zhì)量變化。所述的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)則用于改變?nèi)紵疑系拈_口的尺寸大小，以便實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑溢流火焰影響的模擬研究，具體地說(shuō)，該調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括設(shè)置在燃燒室13內(nèi)、且位于開口兩邊的豎直導(dǎo)軌17，同時(shí)與兩個(gè)豎直導(dǎo)軌滑動(dòng)連接的上移動(dòng)板18，同時(shí)與兩個(gè)豎直導(dǎo)軌滑動(dòng)連接的下移動(dòng)板19，同時(shí)與上移動(dòng)板18和下移動(dòng)板19滑動(dòng)連接的左移動(dòng)板20，以及同時(shí)與上移動(dòng)板18和下移動(dòng)板19滑動(dòng)連接的右移動(dòng)板21。通過(guò)調(diào)整上下移動(dòng)板或左右移動(dòng)板的間距，即可實(shí)現(xiàn)開口大小的改變。

所述的模擬翼墻12有兩個(gè)，分設(shè)于模擬主墻11兩側(cè)，并且水平對(duì)應(yīng)。本實(shí)施例中，兩個(gè)模擬翼墻同時(shí)與一導(dǎo)軌22滑動(dòng)，如此可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)模擬翼墻的左右移動(dòng)，從而改變兩個(gè)模擬翼墻的間距，實(shí)現(xiàn)翼墻間距變化的溢流火焰行為的研究。同時(shí)，模擬翼墻可以為防火玻璃，從而可以對(duì)火焰的形態(tài)進(jìn)行直接觀測(cè)。

所述的網(wǎng)架14設(shè)置在模擬主墻和兩個(gè)模擬翼墻所形成的空間內(nèi)，其上設(shè)置有熱流傳感器，并且靠近模擬主墻7的一側(cè)還均勻布有熱電偶傳感器孔位15(直徑為3mm)，用于安裝熱電偶。

在進(jìn)行建筑外墻防火性能試驗(yàn)時(shí)，將本發(fā)明安置于兩個(gè)模擬翼墻旁，且送風(fēng)面對(duì)準(zhǔn)模擬主墻和兩個(gè)模擬翼墻所形成的空間，然后分別調(diào)節(jié)燃燒室上的開口大小，并啟動(dòng)變速風(fēng)機(jī)1，通過(guò)控制變速風(fēng)機(jī)1的轉(zhuǎn)速、電動(dòng)風(fēng)閥2的開度以及球形噴口5的送風(fēng)角度，使每個(gè)送風(fēng)通道的送風(fēng)速度和風(fēng)向穩(wěn)定在預(yù)設(shè)值。然后在燃燒室內(nèi)模擬燃燒，產(chǎn)生火焰，并通過(guò)本發(fā)明使模擬主墻和兩個(gè)模擬翼墻所形成的空間內(nèi)產(chǎn)生外部環(huán)境風(fēng)場(chǎng)。在結(jié)合環(huán)境風(fēng)場(chǎng)的前提下，所述的試驗(yàn)裝置可以更真實(shí)地模擬出高層及超高層建筑某個(gè)外墻溢流火焰的行為，然后由熱流傳感器和熱電偶分別實(shí)時(shí)測(cè)量模擬主墻上的熱流密度及溫度，進(jìn)而獲得真實(shí)、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

本實(shí)施例所述的試驗(yàn)裝置，其利用燃燒室上的開口及模擬主墻上的窗口設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)室內(nèi)溢流火的火災(zāi)場(chǎng)景及不同建筑外墻形勢(shì)下的防火性能研究。通過(guò)窗口左右、上下可移動(dòng)板的設(shè)計(jì)，并配合本發(fā)明對(duì)建筑外墻環(huán)境風(fēng)場(chǎng)的設(shè)計(jì)(同時(shí)在不同高度處模擬出不同的風(fēng)速值)，實(shí)現(xiàn)了不同高層及超高層建筑窗口對(duì)溢流火焰行為影響的研究。而通過(guò)兩個(gè)模擬翼墻的活動(dòng)安裝，并調(diào)整兩個(gè)模擬翼墻的間距位置，可以實(shí)現(xiàn)模擬翼墻對(duì)建筑外墻火焰行為影響的研究?？梢哉f(shuō)，在配合本發(fā)明后，所述的試驗(yàn)裝置很好地促進(jìn)了高層及超高層建筑外墻翼墻間距變化對(duì)溢流火焰行為影響及對(duì)窗口面積變化對(duì)溢流火焰影響的研究，為高層及超高層建筑消防安全設(shè)計(jì)提供了參考。

上述實(shí)施例僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式之一，不應(yīng)當(dāng)用于限制本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡在本發(fā)明的主體設(shè)計(jì)思想和精神上作出的毫無(wú)實(shí)質(zhì)意義的改動(dòng)或潤(rùn)色，其所解決的技術(shù)問(wèn)題仍然與本發(fā)明一致的，均應(yīng)當(dāng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。