1、適合于輸送熱介質(zhì)的塑料類(lèi)管材

　　1999年12月，建設部、國家經(jīng)貿委、質(zhì)量技監局和建材局，聯(lián)合下達了《關(guān)于在住宅建設中淘汰落后產(chǎn)品的通知》，其中提到：自2000年6月1日起，在城鎮新建住宅建設中，禁止使用冷鍍鋅鋼管用于室內給水管道，并根據當地實(shí)際情況逐步限時(shí)禁止使用熱鍍鋅鋼管， 推廣應用鋁塑復合管、交聯(lián)聚乙烯（PE-X）管、三型無(wú)規共聚聚丙烯（PP-R）管等新型管材，有條件的地方也可推廣應用銅管。

　　塑料類(lèi)管材可用以輸送多種介質(zhì)，由于其生產(chǎn)過(guò)程的低能耗和低污染、較小的水阻力、便于施工安裝、價(jià)格有較大下降空間，以及在質(zhì)量能確保和應用得當的條件下有較長(cháng)使用壽命等優(yōu)點(diǎn)，將會(huì )得到廣泛的應用。

　　硬質(zhì)聚氯乙烯（PVC-U）管已逐步替代鑄鐵管廣泛應用于排水管道。室外地下埋設的燃氣管已開(kāi)始采用高密度聚乙烯（HDPE）管。冷水管則可采用價(jià)位較低的中密度聚乙烯（MDPE）管、低密度聚乙烯（LDPE）管、均聚聚丙烯（PP-H）管、嵌段共聚聚丙烯（PP-B）管或承壓硬質(zhì)聚氯乙烯（PVC-U）管等�？梢�(jiàn)，上述《通知》所推廣應用的，主要是指適合于輸送熱介質(zhì)的塑料類(lèi)管材。此類(lèi)管材目前較為可靠的有以下四種：

　�。�1）交聯(lián)鋁塑復合管。內層和外層為密度≥0.94 g/cm³的聚乙烯或乙烯共聚物、中間層為增強鋁管、層間用熱熔膠緊密粘合為一體的管材。用作輸送熱水時(shí)，內外層應為交聯(lián)聚乙烯，稱(chēng)為交聯(lián)鋁塑復合管，通常以XPAP標記。

　�。�2）聚丁烯管。由聚丁烯-1樹(shù)脂添加適量助劑，經(jīng)擠出成型的熱塑性管材，稱(chēng)為聚丁烯管，通常以PB標記。

　�。�3）交聯(lián)聚乙烯管。以密度≥0.94 g/cm³的聚乙烯或乙烯共聚物，添加適量助劑，通過(guò)化學(xué)的或物理的方法， 使其線(xiàn)型的大分子交聯(lián)成三維網(wǎng)狀的大分子結構，由此種材料制成的管材，稱(chēng)為交聯(lián)聚乙烯管，通常以PE-X標記。

　�。�4）無(wú)規共聚聚丙烯管。以丙烯和適量乙烯的無(wú)規共聚物，添加適量助劑，經(jīng)擠出成型的熱塑性管材，稱(chēng)為無(wú)規共聚聚丙烯管，通常以PP-R標記。有些生產(chǎn)廠(chǎng)或供應商稱(chēng)之為“改性丙烯管”，并以PP-C標記，這是不規范的含糊稱(chēng)謂。

　　2、輸送熱介質(zhì)的塑料類(lèi)管材在住宅中的主要應用前景是戶(hù)內供暖系統由于生活熱水系統戶(hù)內管系長(cháng)度有限，每平方米建筑面積的管材使用量，約僅為0.2m.因此，其主要用途應是戶(hù)內供暖系統。

　　據一份對歐洲24個(gè)國家1997年塑料管市場(chǎng)的調查材料，在總應用量中：聚氯乙烯（PVC）管約占60.6％， 各種密度的聚乙烯（PE）管，約占32.6％，各型聚丙烯（PP）管約占4.9％，交聯(lián)聚乙烯（PE-X）管僅約占1.1％。其中PP-R管和PE-X管，幾乎全部用于戶(hù)內供暖系統。

　　輸送熱介質(zhì)的塑料類(lèi)管材在住宅供暖系統中的主要用途是：

　�。�1）集中供暖住宅分戶(hù)熱計量的戶(hù)內系統

　　從能源總效率、供暖質(zhì)量、環(huán)境保護、防火和安全保障、衛生條件、建筑造價(jià)和供暖費用等諸多因素， 集中供暖具有明顯優(yōu)勢。集中供暖住宅必然要逐步實(shí)施分戶(hù)熱計量。新建住宅分戶(hù)熱計量的主要途徑， 是采用“一戶(hù)一表”的分戶(hù)獨立系統方式。此種戶(hù)內系統管道， 有布置本層頂板下、布置在本層地面上或鑲嵌于踢腳板內和布置在本層地面下墊層內的幾種方式。綜合各地的試點(diǎn)方案， 在建筑層高受限和居住者對裝飾要求日趨高擋的情況下， 布置在地面下墊層內的方式， 較易被接受，已成為主流的布置方式……

　　布置在地面下的墊層內的管道，不論采用下供下回雙管式、水平串聯(lián)單管跨越式或放射雙管式（或稱(chēng)“章魚(yú)式”）的配管方式， 都要求管道有較長(cháng)的使用壽命、較小的墊層厚度和較為簡(jiǎn)便的安裝方法，并避免在墊層內有連接管件，因此不宜采用鋼管，只能采用塑料類(lèi)管材。

　�。�2）分戶(hù)獨立熱源供暖系統

　　在具備多種能源供應條件的地區，集中供暖會(huì )與多種供暖熱源和方式并存，例如：以燃氣或電熱為熱源的分戶(hù)獨立式供暖。此種熱源的供暖系統制式，同采用集中供暖“一戶(hù)一表”的分戶(hù)獨立系統是相同的。

　　據典型工程的推算，上述兩種分戶(hù)獨立系統每平方米建筑面積的管材使用量約為1m.

　�。�3）低溫熱水地板輻射供暖系統

　　無(wú)論集中供暖還是單戶(hù)獨立熱源供暖，都可采用具有舒適、節能和有利于裝飾等顯著(zhù)優(yōu)點(diǎn)的低溫熱水地板輻射供暖。輻射供暖方式形成的較合理的室內溫度場(chǎng)分布和等效熱效應，不僅比傳統的散熱器對流供暖方式有較好的舒適度，還可節約熱能約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施，地板輻射供暖更能適應居住者對于建筑裝飾的要求。與按標準散熱量計算的價(jià)格在0.5元/W以上的普通散熱器供暖方式相比，綜合經(jīng)濟比較并不處于劣勢。

　　分戶(hù)獨立系統如需在地面墊層內敷設管道時(shí)，采用地板輻射供暖就更有較大優(yōu)勢，除上述優(yōu)點(diǎn)外，還由于需在樓板基底上鋪設保溫層，可部分減少分戶(hù)熱計量時(shí)戶(hù)與戶(hù)之間的熱傳遞量，并可改善樓板的隔聲和降低撞擊聲。低溫熱水地板輻射供暖的加熱管，應采用塑料類(lèi)管材。據通過(guò)典型工程的推算，地板輻射供暖每平方米建筑面積的管材使用量約為3m.

　　3、塑料類(lèi)管材的蠕變特性輸送熱介質(zhì)的塑料類(lèi)管材的應用，目前存在一些模糊概念和盲目性，其中最重要的是塑料類(lèi)管材的蠕變特性。

　　例如：某些生產(chǎn)廠(chǎng)或供應商介紹產(chǎn)品時(shí)，孤立地提出對承壓、使用壽命和耐溫性能的承諾，顯然是不科學(xué)的。設計人員和使用單位，切不能以為這些承諾會(huì )同時(shí)存在。

　　塑料類(lèi)管材，同長(cháng)期以來(lái)習慣應用的鋼管等金屬管道力學(xué)特性的主要區別，主要是應力的變化規律不同。鋼管的使用壽命主要取決于腐蝕速度，使用溫度對許用應力影響不大，例如：10號鋼的鋼管許用應力，在較大的溫度幅度范圍內變化不大，溫度≤100℃時(shí)為 110.85MPa；溫度＝150℃時(shí)為109.87MPa；溫度＝200℃時(shí)為 103.99MPa.

　　塑料類(lèi)管材則不同，使用溫度的影響極大，冷態(tài)下的承壓能力不能用以判斷在長(cháng)期使用條件下的耐久性。其使用壽命主要取決于不同使用溫度對管材的累積破壞作用，概略地說(shuō)，溫度每提高10℃，使用壽命約縮短2.5倍， 熱作用使環(huán)應力逐步下降即發(fā)生管材的“蠕變”，以至不能滿(mǎn)足使用壓力而破壞。

　　顯然，應按使用溫度確定許用應力，據以計算所需壁厚。同時(shí)，不能沿用鋼管以公稱(chēng)直徑標記設計管徑的方法，應以“外徑×壁厚”標記，并且考慮壁厚的顯著(zhù)差異選擇管徑。

　　塑料類(lèi)管材在不同溫度下的等應變蠕變特性曲線(xiàn)，可見(jiàn)北京市標準《低溫熱水地板輻射供暖應用技術(shù)規程》的附錄。附錄中各類(lèi)塑料管的環(huán)應力等應變蠕變特性曲線(xiàn)，來(lái)源于相關(guān)國際標準。從環(huán)應力特性曲線(xiàn)圖可見(jiàn)，每一種塑料管材的許用應力，都會(huì )隨時(shí)間的推移而下降，特別是隨作用溫度的升高而急劇下降。

　　4、塑料類(lèi)管材的使用條件分級由于管材在其全部使用期內，不可能始終是處在同一溫度作用條件下， 必然存在不同溫度的時(shí)間分布。

　　例如：供暖系統管材在非供暖期內的溫度會(huì )近似于室溫，即使在供暖期內也會(huì )因進(jìn)行質(zhì)調節而受不同溫度作用。因此，上述各種塑料類(lèi)管材對應于不同溫度的等應變蠕變特性曲線(xiàn)，顯然不能直接作為設計選用的依據，需要先按不同使用條件的溫度作用頻率，確定使用條件分級。

　　按國際標準ISO/10508：1995推薦的方法，對總設計使用周期為50年，奧、德、法地區典型使用條件的不同管材，統一劃分的使用條件分級，如下表：

　　根據上表各使用條件分級不同溫度的綜合熱作用，可計算出各種塑料類(lèi)管材確保50年使用壽命的許用應力，其數值也收集在北京市標準《低溫熱水地板輻射供暖應用技術(shù)規程》的附錄內。

　　當然，使用條件分級并不是硬性規定，是按特定地區氣候和典型使用條件計算所得的推薦性標準，因此，應按實(shí)際要求的使用壽命年限，并根據使用情況，分析使用壽命年限內不同溫度的頻率，合理確定使用條件分級。

　　例如：對于北京地區一般低溫熱水地板輻射供暖工程，如按上述標準的4級選用管材和確定管壁厚，即在共50年的總使用周期中，運行溫度20℃共歷時(shí)2.5年，40℃共歷時(shí)20年，60℃共歷時(shí)25年，70℃共歷時(shí)2.5年，100℃的意外運行條件不超過(guò)共100小時(shí)，顯然是十分安全可靠的。

　　5、散熱器供暖系統使用條件分級的合理確定散熱器供暖系統的運行水溫高于地板輻射供暖，分戶(hù)熱計量戶(hù)內系統將管道埋設在地面墊層內時(shí)，由于缺乏適宜的標準，北京市《集中供暖住宅分戶(hù)熱計量設計技術(shù)規程》中，只能提出對管材的性能指標要求和選擇計算，應按不低于“使用條件分級”的5級。所謂5級是指：

　　在50年的總使用壽命周期內，運行溫度20℃共歷時(shí)14年，60℃共歷時(shí)25年，80℃共歷時(shí)10年，最高運行溫度90℃共歷時(shí)1年（平均每年僅約7天），100℃的意外運行條件不超過(guò)共100小時(shí)。這種使用條件級別，反映了歐洲供暖期長(cháng)和熱媒溫度低的特點(diǎn)，適合于熱媒溫度60-80℃、不高于90℃的運行工況。我國的具體條件與此有較大差異，對于通常熱媒設計供水溫度95℃的系統顯然并不適合�！笆褂脳l件分級”的5級，約只適合北京地區熱媒設計溫度85/60℃的系統。因此，認為只要采用塑料類(lèi)管材就可萬(wàn)無(wú)一失的認識是盲目的，在多種技術(shù)條件不能確保時(shí)，會(huì )留有許多隱患。

　　最近，北京市建筑設計研究院根據北京地區的氣象資料，針對熱媒設計供水溫度95℃的系統，提出了“使用條件分級”5A級的一組數據，較“使用條件分級”的5級，由于降低了各類(lèi)塑料類(lèi)管材的許用應力，在相同管徑和壓力下較需選用較大壁厚，按此計算，有些管材在較高壓力的系統中，因無(wú)較大壁厚而不能采用。

　　由于采暖期的長(cháng)短不同，各地區會(huì )有較大的差別，不同的地區應經(jīng)深入計算論證，提出當地的設計選用數據。為確保安全，在認真進(jìn)行強度驗算的基礎上，要留有適度裕量。

　　在確定當地設計選用數據時(shí)，還宜考慮以下有利和不利因素：

　　有利因素是，由于各種原因系統實(shí)際配置的散熱面積，均不同程度地偏大于理論所需散熱面積，因此實(shí)際運行水溫，均可低于設計水溫，例如：對于設計水溫95/70℃的系統，當偏大10％時(shí)，運行水溫約可為90/65℃，當偏大20％時(shí)，運行水溫約可為85/60℃，當偏大30％時(shí)，運行水溫約可為82.5/57.5℃，當偏大40％時(shí)，運行水溫約可為80/55℃。這是經(jīng)理論推算和運行實(shí)踐所證明的。

　　一般系統的散熱面積置，均會(huì )偏大20％-30％。

　　不利因素是，目前的供暖期標準明顯偏低，逐步延長(cháng)供暖期，會(huì )是必然趨勢，因此應考慮要能適應今后較長(cháng)供暖期的熱作用。

　　各種塑料類(lèi)管材的比較

　　可從以下幾個(gè)方面進(jìn)行各類(lèi)管材的比較。

　�。�1）許用應力排序。在相同的使用條件分級和有效使用壽命條件下，各類(lèi)管材的許用應力，大致為以下排列順序：交聯(lián)鋁塑復合管，聚丁烯管，交聯(lián)聚乙烯管，無(wú)規共聚聚丙烯管。

　�。�2）按市場(chǎng)價(jià)格的高低排列，正好大體上也是上述順序。并非一定要選用許用應力高的管材，例如：實(shí)際使用壽命不需50年、或使用溫度較低、或工作壓力較低，就有可能選擇許用設計應力較小的管材。

　�。�3）關(guān)鍵還是各類(lèi)管材的有效質(zhì)量控制。據塑料工業(yè)業(yè)內人士分析，聚丁烯管和無(wú)規共聚聚丙烯管的質(zhì)量， 主要通過(guò)原料的成份和品質(zhì)控制。而交聯(lián)聚乙烯管和交聯(lián)鋁塑復合管，除原料成份和品質(zhì)外，其交聯(lián)工藝對質(zhì)量控制至關(guān)重要，正是交聯(lián)工藝這一重要環(huán)節，使許多該類(lèi)管材的質(zhì)量失控。

　�。�4）聚丁烯管和無(wú)規共聚聚丙烯管，是可以再生的材料，對環(huán)保較為有利。這兩種管材還可采用熱熔接的連接工藝，節省昂貴的連接配件。

　�。�5）管材的氧滲透的問(wèn)題，也應有所考慮， 與其它采暖系統共用同一集中熱源水系統、且其它供暖系統采用鋼制散熱器等易腐蝕構件時(shí)，聚丁烯管、交聯(lián)聚乙烯管和無(wú)規共聚聚丙烯管，宜有阻氧層，以有效防止滲入氧而加速對系統的氧化腐蝕。而交聯(lián)鋁塑復合管的中間層為增強鋁管，可有效阻隔氧的滲透。

　�。�6）管材的縱向線(xiàn)膨脹問(wèn)題，對于熱管道應予以注意。鋼管的線(xiàn)膨脹系數為0.012 mm/m.K，塑料類(lèi)管材線(xiàn)膨脹系數的概略值，按從小到大排列如下：

　　交聯(lián)鋁塑復合管 　　0.025

　　聚丁烯管　　　　　 0.130

　　無(wú)規共聚聚丙烯管　 0.180

　　交聯(lián)聚乙烯管 　　　0.200

　　由于較大的縱向膨脹，使管道受熱后變形嚴重，因此不適合于明裝。而埋設于混凝土墊層內的管道縱向膨脹受限，會(huì )轉化為內應力，故在強度計算時(shí)需有適量安全系數。

　�。�7）耐低溫性能問(wèn)題，無(wú)規共聚聚丙烯管在﹣10℃環(huán)境條件下，會(huì )發(fā)生低溫脆化，易在運輸過(guò)程中損壞，而其它管材的脆化溫度，可低達﹣70℃。

　　因此， 應根據工程的耐用年限要求、使用條件等級、熱媒溫度和工作壓力、系統水質(zhì)要求、材料供應條件、施工技術(shù)條件和投資費用等因素， 經(jīng)綜合比較合理選擇采用管材。

張錫虎