塑料管材在采暖管道系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、塑料管材在采暖管道系統(tǒng)中的應(yīng)用黑龍江省塑料管材專業(yè)委員會塑料管材在建筑給排 水、農(nóng)業(yè)、水利、通訊和市政等各領(lǐng)域得 到了廣大用戶的認可并 且得到良好發(fā)展。塑 料管材在采暖方面的應(yīng)用還屬于起步階段，有很多不完善的地方，有些認識和概念還很模 糊。本文就采暖方面不同材質(zhì)的塑料管材性能的比較、設(shè)計、施工以及實際應(yīng)用中應(yīng)注意 的一些普遍性問題等方面進行論述。一、 幾種適 合于采暖的塑料管材及性 能比較目前塑料管材 在 采暖方面 應(yīng) 用的主要形式有兩種，一是新建樓房低溫(4565C )地面輻射采暖，二是舊樓房 分戶供暖改造的管路 系統(tǒng)。應(yīng)用何種塑料管材取決于 采用何種采暖 方式，現(xiàn) 在還沒有一種可靠的既適合

2、地面 輻射采暖又適合 傳 統(tǒng)供暖系 統(tǒng)的塑料管材。1、目前較適合于采暖的塑料管材適合于采暖的 塑 料管材除具有普通塑料管材 應(yīng) 有的耐 腐蝕、不結(jié)垢等特點外更重要的 還要有良好的 熱穩(wěn) 定性，其 性能不隨溫度 變化有較大改 變。國內(nèi)應(yīng)用較多的適合采暖的 塑料管材 ,主要有以下五種 :(1) 交聯(lián)鋁塑復(fù)合管(XPAP)。內(nèi)層和外層為交聯(lián)聚乙烯、 中間層為焊 接鋁管、層間用熱熔膠緊密粘合 為一體的管材 ,稱 為交聯(lián)鋁塑復(fù)合管。聚丁烯管(PB)。由聚丁烯-1樹脂添加適量助 劑,經(jīng)擠出 成型的熱塑性管材,稱為聚丁烯管。3(3)交聯(lián)聚乙烯管(PE-X)。以密度0.94g/cm的聚乙烯或 乙烯共聚物 ,添

3、加適量助 劑,通過化學(xué)的或物 理的方法(其交聯(lián)度對于硅 烷交聯(lián)應(yīng)不小于 65；過氧化物交 聯(lián)應(yīng) 不小于 70),使其 線型的大分子交 聯(lián)成三維網(wǎng)狀的大分子 結(jié)構(gòu),由 此種材料制成 的管材,稱為交聯(lián)聚乙 烯管。(4) 無規(guī)共聚聚丙 烯管(PP-R)。以丙烯和適量乙 烯的無規(guī) 共聚物 ,添加適量助 劑,經(jīng)擠 出成型的 熱塑性管材,稱為無規(guī)共 聚聚丙 烯管。(5) 耐熱聚乙烯管(PE-RT)。是專門為地?zé)岵膳到y(tǒng)而設(shè)計 的中密度乙 烯辛烯 共聚物，分子量分布狹窄 ,辛烯均勻分布 在聚合物主 鏈 上的 特殊分子 結(jié) 構(gòu)，不需交 聯(lián)，便能在高溫高 壓下呈現(xiàn)優(yōu)異的長期靜液壓性能，有較好的耐 溫、耐熱性能。

4、2、性能指標(biāo)比較(1) 長期耐壓性能。從設(shè)計應(yīng)力上講,耐壓高低的 順序是XPAP、PB、PE、PP。但是，地面輻射采暖管材的 實際壁厚通 常為 2mm ，在這個壁厚下各 類管材均能 滿足地 熱采暖的要 求。向PB這樣耐壓性能高的材料，在較大口徑管材上其 優(yōu) 勢才能體 現(xiàn)出 來。(2) 耐低溫沖擊性能。 XPAP、PB、PE-X 和 PE-RT 耐低溫 沖擊性能都比 較好，冬季施工 時不易受到?jīng)_ 擊而破裂， PP-R 耐低溫性能相 對比較差，溫度低的 環(huán)境施工不 便。(3) 加工性能穩(wěn)定性。 XPAP 和 PE-X 兩種管材的生 產(chǎn)過程 對產(chǎn)品的穩(wěn)定性影響較大，鋁管搭焊強度、粘接劑的粘接 強度、

5、交聯(lián)度和交聯(lián)均勻度等 問題，都直接影響到管材性能。 而PB、PP-R、PE-RT加工簡易，其管材性能基本上由原料來 決定，性能比較穩(wěn)定。4）導(dǎo)熱性。采暖管材需要有 較好的導(dǎo)熱性，PE-X、PE-RT 的導(dǎo)熱性較好，其導(dǎo)熱系數(shù)為PP-R、PB的兩倍。而XPAP雖 然導(dǎo)熱性也較好，但應(yīng)用于地?zé)嵘?，必須解決粘接 劑的耐熱 和老化性問題。5）環(huán)保性。PB、PP-R、PE-RT為熱塑性管材可以回收利用 不污染環(huán)境。PE-X,XPAP不能回收。表一幾種采暖管材性能指標(biāo)比較密度pg/cm3導(dǎo)熱系數(shù)入W/mk熱膨脹系數(shù)amm/rK彈性模量EN/mmXPAP0.420.025PB0.930.220.130350

6、PE-X0.940.410.200600PP-R0.900.240.15800PE-RT0.930.40460鋼7.8542 520.012210000銅6.894070.02012000通過比較，以上幾種塑料管材性能互有所長，沒有一種適用于各種取暖方式的塑料管材。因此，應(yīng)根據(jù)不 同情況來選擇較合適材質(zhì)的塑料管材。筆者認為，PB材質(zhì)的管材較適用于非地?zé)岱绞饺∨?，其唯一的局限只是價格稍高一些；PE-X、PE-RT材質(zhì)的管材較適用于地?zé)岱绞饺∨?已經(jīng)為各方面所認同；PP-R材質(zhì)的管材較適用于熱水（65 C）的輸送；XPAP 材質(zhì)的管材如要應(yīng)用在供暖系統(tǒng)中，應(yīng) 充分考慮其粘結(jié)劑的牢固性，如果鋁層

7、與 塑 料 分離，管材的安全 性則大大降低。二、地面輻射供暖（以公稱外經(jīng)dn= 20mm為例）分戶供暖改造 的管道系 統(tǒng)，進戶前的干 線仍然 是鋼管， 室內(nèi)約有 50采用塑料管材， 應(yīng)用較多的是 XPAP 、PP-R 和 PB,由于這些管材均為明設(shè)，出現(xiàn)問題較容易解決，且各 有 利弊。本文不 對此評述，本文重點分析地 熱方面的 問題 。低溫地面 輻射供暖方式，形成了 較合理的室內(nèi) 溫度場分 布和等效 熱效應(yīng),不僅比傳統(tǒng) 的散 熱器對流供暖方式有 較好 的舒適度 ,還可節(jié)約熱 能約 10%左右。相對于鑄鐵 散熱器或 其 它散熱器加罩等陳舊的供暖 設(shè)施,地?zé)彷?射供暖更能適 應(yīng) 居 住者 對于建

8、筑裝飾的要求。此外 ,還由于需在樓板基底上 鋪 設(shè)保溫 層,可部分減少分 戶熱 計量時戶 與戶之間的熱傳遞 量, 并可改善樓板 的隔聲和降低撞 擊 噪音。1、選擇地面輻射供暖管材時應(yīng)注意以下幾點：（1）耐老化性能。因為建筑質(zhì)量是百年大 計，而地?zé)峁懿穆?設(shè)于地板之下 ，所使用的管材壽命 應(yīng)達到 50 年為宜。要保 證 50年的使用壽命，管材 選擇是關(guān)鍵。一般來說，在保證 50 年 的使用期中 ，管材在 20oC 下運行的累 計時間約為 2.5 年， 40OC約為20年，60oC約為25年，700C為2.5年。試驗表明， 管材只有在110oC、工作壓力小于等于1.0Mpa條件下，其穩(wěn) 定性大于

9、8760 小時（365 天）時，才可以在 60oC 下使用 50 年。（2）施工性能。地?zé)彷?射供暖是把塑料管材 盤埋于地下，敷 設(shè) 的形式主要 有 螺 旋形、往復(fù)形和直列形，且不靠任何機具 對管材進行彎曲施工，管材彎曲后又不得使管 材自身形成 傷 害，因此所選管材必 須彈性模量適中，低溫 韌性好（施工環(huán)境 溫度不小于50C）,才能順利施工。（3）導(dǎo)熱性能。由于管材要埋 設(shè)于地面 層下方 60mm 左右， 靠管材的 熱傳 導(dǎo) 來加熱左右的 細石混凝土， 繼而將熱 量由地 面向上 輻射。所以，在其它條 件相 同的情況下（如：進水溫度、 壓力、管材 間距等） ，管材導(dǎo)熱 系數(shù)的大小就直接影響到 單

10、位 面積的散 熱量。按以上要求，目前比 較 適合于地面 輻射采暖的管材 應(yīng)該 是 PE-X 和 PE-RT 。選擇 了合適的管材，只完成了地 面輻射 采暖工程的小 部分工作，更重要的是 設(shè)計和施工。2、地?zé)彷椛洳膳脑O(shè)計與施工 地面輻射采暖的設(shè)計，其計算過程及需要考慮的問題很煩瑣，在 GBJ19- 87采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范中有詳細說明，本文只針對主要方面作一論述。a、設(shè)計地?zé)彷椛洳膳脑O(shè)計 包括熱負荷計算、管路系統(tǒng)的布置。依據(jù) 的是采暖通風(fēng)與空氣 調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范 GBJ19-87 和地面輻射采暖交聯(lián)聚乙烯管道工程技術(shù)規(guī)稱 DB23/T695- 2000。（1）熱負荷計算主要考慮的因素是圍

11、護結(jié)構(gòu)的耗熱量和由門窗縫隙滲入室內(nèi)的 冷空氣的耗熱量。 圍護結(jié)構(gòu)的基本耗熱 量的計算公式如下：Q =a FK （tn twn ）式中Q 圍護結(jié)構(gòu)的 基本耗熱量（W）;F圍護結(jié)構(gòu)的面積（m2）;K 圍護結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)2C）；（ W/mtw 冬季室外計算溫度 （C ）；ntn冬季室內(nèi)計算溫 度（C ）；a-圍護結(jié)構(gòu)溫差修正系數(shù)。另外，還要考慮圍護 結(jié)構(gòu)的附加耗熱量，附加的項目有朝向、風(fēng)力和外門三項，其多少應(yīng)按其占基本耗熱 量的百分率確定。由門窗縫隙滲入室內(nèi) 的冷空氣的耗熱量，應(yīng)根據(jù)建筑物內(nèi)部隔斷、門窗結(jié)構(gòu)、門窗朝向、室內(nèi)外溫度和室 外溫度等因素確定。加熱由門窗縫隙滲入 室內(nèi)的冷空氣的耗熱量，可按下

12、式計算：Q = 0.28CP p wnL （ tn twn ）式中Q由門窗縫隙滲入室內(nèi)的冷空氣的耗熱量（W）;c 空氣的定壓比熱容，cp= 1KJ/ （Kg C ）； 33p3p w 采暖室外計算溫度 下的空氣密度 ，（kg/m ）；nL 滲透冷空氣量（m /h）; tn采暖室內(nèi)計算溫度（C ）；tw 采暖室外計算溫度（C ）；n按規(guī)范要求，采暖熱 負荷的取值，應(yīng)取常規(guī)計算值的95或?qū)⑹覂?nèi)計算溫度降低 2C。進深大于6m的房間，宜以距外墻6m為分界區(qū)，把各區(qū)當(dāng)作不同的房間，分別計算采暖負荷和采暖設(shè)計。（2）管路的設(shè)計管路的設(shè)計主要包括 管材材質(zhì)（宜選 PE-X 或 PE-RT ）、管徑（一般選

13、公稱外經(jīng)dn= 2 0 m m ）、管長和管距的確定。首先確定室溫，計算 熱負荷確定每平米的散熱量；依據(jù)室內(nèi)溫 度、平均水溫和每平米 散熱量確定供暖管材 的間距，一般取100mm300mm，每根管材的長度應(yīng)小于150m ;必須采用熱水作熱媒，采暖供水溫度采用 40C60C,回水溫差采用 5C10C ;系統(tǒng)工作壓力應(yīng)小于等于 1.0MPa，流速應(yīng)大于0.3m/s且不宜大于1.6m/s。b、施工施工階段是地面輻射 采暖工程的最后實施階段，施工人員能否 嚴(yán)格按照設(shè)計和施工規(guī) 范要求執(zhí)行，是整個 工程的關(guān)鍵。施工主要包括采暖地 面構(gòu)造層的施工和分（集）水器的施工。 地面構(gòu)造層的施工順 序是：地面平整；

14、鋪 設(shè)保溫材料；敷設(shè)管材；充填細石混凝土 （細石粒徑不大于 1.5cm）； 抹水泥找平層。敷設(shè)的管材不應(yīng)有接 頭，其彎曲半徑應(yīng)為管外徑的1012倍。分（集）水器的安裝，應(yīng)固定安裝在較隱蔽的地方，距地面 300m m。供、回水路支 管均應(yīng)有銅制閥門， 供水路應(yīng)有過濾器。整個系統(tǒng)安裝完畢之 后，在混凝土凝固前，應(yīng)進 行第一次水壓試驗， 其壓力為 0.6MPa0.9MPa 的壓縮空氣，混凝土凝固之后方可泄壓。、設(shè)計及施工過程中應(yīng)注意的問題地面輻射供暖，是近 幾年在國內(nèi)發(fā)展起來的一種新型的供暖方 式，其合理的熱度場 分布和一次投入可達 50 年使用的持久性，迅速被用戶所接受。在市場應(yīng)用范圍不斷 擴大的同時，一些問題也同時產(chǎn)生。設(shè)計 方面主要表現(xiàn)在：熱負荷計算取值失準(zhǔn)，管材長度、間距選擇不合理，導(dǎo)致室溫過高或過低。熱負荷取值偏高導(dǎo)致室溫較高的現(xiàn)象較多，主要是由于該取暖方式應(yīng)用的時間較短，缺少經(jīng)驗，如何使計算值更接近實際，還 某個回路的管材設(shè)計溫過低現(xiàn)象較少出現(xiàn)。如果 影響熱量散發(fā)，易造成低溫需要設(shè)計人員不斷的探討；設(shè)計造成的室過長，則導(dǎo)致流水阻力增加、流速減慢， 現(xiàn)象發(fā)生。施工過程易出現(xiàn)的問 題主要表現(xiàn)在：塑料管材材質(zhì)、配套材料 材質(zhì)不符合要求，其 中管材材質(zhì)的降低是 導(dǎo)致以后使用過程出現(xiàn)問題的主要因素，嚴(yán)格控制地?zé)峁こ讨泄?/p>