塑料管材在采暖管道系统中的应用

1、塑料管材在采暖管道系统中的应用黑龙江省塑料管材专业委员会塑料管材在建筑给排水、 农业、水利、 通讯和市政等各领域得到了广阔用户的认可并且 得到良好开展。 塑料管材在采暖方面的应用还属于起步阶段， 有很多不完善的地方， 有些认 识和概念还很模糊。 本文就采暖方面不同材质的塑料管材性能的比拟、 设计、 施工以及实际 应用中应注意的一些普遍性问题等方面进行论述。一、几种适合于采暖的塑料管材及性能比拟目前塑料管材在采暖方面应用的主要形式有两种，一是 新建楼房低温(4565 C)地面辐射采暖，二是旧楼房分户 供暖改造的管路系统。应用何种塑料管材取决于采用何种采 暖方式，现在还没有一种可靠的既适合地面辐射

2、采暖又适合 传统供暖系统的塑料管材。1、目前较适合于采暖的塑料管材 适合于采暖的塑料管材除具有普通塑料管材应有的耐 腐蚀、不结垢等特点外更重要的还要有良好的热稳定性，其 性能不随温度变化有较大改变。国内应用较多的适合采暖的 塑料管材 ,主要有以下五种 :(1) 交联铝塑复合管 (XPAP) 。内层和外层为交联聚乙烯、 中间层为焊接铝管、层间用热熔胶紧密粘合为一体的管材 , 称为交联铝塑复合管。(2) 聚丁烯管 (PB) 。由聚丁烯 -1 树脂添加适量助剂 ,经挤出 成型的热塑性管材 ,称为聚丁烯管。(3) 交联聚乙烯管 (PE-X) 。以密度 >0.94g/cm 3 的聚乙烯或 乙烯共聚

3、物 ,添加适量助剂 ,通过化学的或物理的方法(其交联度对于硅烷交联应不小于 65 ；过氧化物交联应不小于 70) ,使其线型的大分子交联成三维网状的大分子结构,由此种材料制成的管材 ,称为交联聚乙烯管。(4) 无规共聚聚丙烯管 (PP-R) 。以丙烯和适量乙烯的无规 共聚物 ,添加适量助剂 ,经挤出成型的热塑性管材 ,称为无规共 聚聚丙烯管。(5) 耐热聚乙烯管 (PE-RT) 。是专门为地热采暖系统而设 计的中密度乙烯辛烯共聚物， 分子量分布狭窄 ,辛烯均匀分 布在聚合物主链上的特殊分子结构，不需交联，便能在高温 高压下呈现优异的长期静液压性能，有较好的耐温、耐热性 能。2、性能指标比拟(

4、1)长期耐压性能。从设计应力上讲 ,耐压上下的顺序是 XPAP 、PB 、PE 、PP 。但是，地面辐射采暖管材的实际壁 厚通常为 2mm ，在这个壁厚下各类管材均能满足地热采暖 的要求。向 PB 这样耐压性能高的材料，在较大口径管材上 其优势才能表达出来。( 2 )耐低温冲击性能。 XPAP 、PB 、PE-X 和 PE-RT 耐 低温冲击性能都比拟好，冬季施工时不易受到冲击而破裂， PP-R 耐低温性能相比照拟差，温度低的环境施工不便。( 3)加工性能稳定性。 XPAP 和 PE-X 两种管材的生产过 程对产品的稳定性影响较大，铝管搭焊强度、粘接剂的粘接 强度、交联度和交联均匀度等问题，

5、都直接影响到管材性能。 而PB、PP-R、PE-RT加工简易，其管材性能根本上由原料 来决定，性能比拟稳定。4导热性。采暖管材需要有较好的导热性，PE-X、PE-RT 的导热性较好，其导热系数为 PP-R、PB的两倍。而XPAP 虽然导热性也较好，但应用于地热上，必须解决粘接剂的耐 热和老化性问题。5 环保性。PB、PP-R、PE-RT为热塑性管材可以回 收利用不污染环境。PE-X,XPAP不能回收。表一几种采暖管材性能指标比拟密度pg/cm3导热系数入W/mk热膨胀系数amm/rK弹性模量EN/mrTXPAP0.420.025PB0.930.220.130350PE-X0.940.410.2

6、00600PP-R0.900.240.15800PE-RT0.930.40460钢7.8542 520.012210000铜6.894070.02012000通过比拟，以上几种塑料管材性能互有所长，没有一种适用于各种取暖方式的塑料管材。因此，应根据不同情况来选择较适宜材质的塑料管材。笔者认为，PB材质的管材较适用于非地热方式取暖，其唯一的局限只是价格稍高一些；PE-X、PE-RT材质的管材较适用于地热方式取暖，且已经为各方面所认同；PP-R材质的管材较适用于热水 65 C的输送；XPAP材质的管材如要应用在供暖系统中，应充分考虑其粘结剂的牢固性，如果铝层与塑料别离， 管材的平安性那么大大降低。

7、二、地面辐射供暖 以公称外经dn = 20mm为例分户供暖改造的管道系统，进户前的干线仍然是钢管， 室内约有 50 采用塑料管材，应用较多的是 XPAP 、PP-R 和 PB ，由于这些管材均为明设，出现问题较容易解决，且 各有利弊。 本文不对此评述， 本文重点分析地热方面的问题。低温地面辐射供暖方式，形成了较合理的室内温度场分 布和等效热效应 ,不仅比传统的散热器对流供暖方式有较好 的舒适度 ,还可节约热能约 10% 左右。相对于铸铁散热器或 其它散热器加罩等陈旧的供暖设施 ,地热辐射供暖更能适应 居住者对于建筑装饰的要求。 此外 ,还由于需在楼板基底上铺 设保温层 ,可局部减少分户热计量时

8、户与户之间的热传递量 , 并可改善楼板的隔声和降低撞击噪音。1、选择地面辐射供暖管材时应注意以下几点： 1耐老化性能。因为建筑质量是百年大计，而地热管 材埋设于地板之下，所使用的管材寿命应到达 50 年为宜。 要保证 50 年的使用寿命，管材选择是关键。一般来说，在 保证 50 年的使用期中， 管材在 20 oC 下运行的累计时间约为 2.5年，400C约为20年，60oC约为25年，700C为2.5年 试验说明，管材只有在 110oC、工作压力小于等于 1.0Mpa 条件下，其稳定性大于 8760 小时 365 天时，才可以在 60oC 下使用 50 年。2施工性能。地热辐射供暖是把塑料管材

9、盘埋于地下， 敷设的形式主要有螺旋形、往复形和直列形，且不靠任何机 具对管材进行弯曲施工，管材弯曲后又不得使管材自身形成 伤害，因此所选管材必须弹性模量适中，低温韧性好施工 环境温度不小于5 oC,才能顺利施工。 3导热性能。由于管材要埋设于地面层下方60mm 左右，靠管材的热传导来加热左右的细石混凝土，继而将热量 由地面向上辐射。所以，在其它条件相同的情况下如：进 水温度、压力、管材间距等 ，管材导热系数的大小就直接 影响到单位面积的散热量。按以上要求，目前比拟适合于地面辐射采暖的管材应该 是 PE-X 和 PE-RT 。选择了适宜的管材，只完成了地面辐射 采暖工程的小局部工作，更重要的是设

10、计和施工。2、地热辐射采暖的设计与施工 地面辐射采暖的设计，其计算过程及需要考虑的问题很烦琐，在 GBJ19-87 ?采暖通风与空气调节设计标准? 中有详细说明，本文只针对主要方面作一论述。a、设计地热辐射采暖的设计包括热负荷计算、 管路系统的布置。 依据的是 ?采暖通风与空气调 节设计标准? GBJ19-87 和?地面辐射采暖交联聚乙烯管道工程技术规称? DB23 / T695-2000 。1 热负荷计算主要考虑的因素是围护结构的耗热量和由门窗缝隙渗入室内的冷空气的耗热量。 围护结构的根本耗热量的计算公式如下：式中Q围护结构的根本耗热量 W;F 围护结构的面积m2;K 围护结构的传热系数 W

11、/m2C;twn 冬季室外计算温度C；tn 冬季室内计算温度C；a 围护结构温差修正系数。另外， 还要考虑围护结构的附加耗热量， 附加的工程有朝向、 风力和外门三项，其多少 应按其占根本耗热量的百分率确定。由门窗缝隙渗入室内的冷空气的耗热量， 应根据建筑物内部隔断、 门窗结构、 门窗朝向、 室内外温度和室外温度等因素确定。加热由门窗缝隙渗入室内的冷空气的耗热量，可按下式计算：Q = 0.28c p p wn L tn twn 式中Q 由门窗缝隙渗入室内的冷空气的耗热量 W;Cp 空气的定压比热容，cp= 1KJ/ Kg C;p wn 采暖室外计算温度下的空气密度， kg/m3；L 渗透冷空气量

12、m3/h;tn采暖室内计算温度C;twn 采暖室外计算温度C;按标准要求，采暖热负荷的取值，应取常规计算值的95或将室内计算温度降低 2C。进深大于 6m 的房间，宜以距外墙 6m 为分界区，把各区当作不同的房间，分别计算采暖负 荷和采暖设计。管路的设计主要包括管材材质宜选PE-X或PE-RT 、管径一般选公称外经 dn =20mm 、管长和管距确实定。首先确定室温， 计算热负荷确定每平米的散热量； 依据室内温度、 平均水温和每平米散热量确定供暖管材的间距，一般取 100mm300mm，每根管材的长度应小于 150m ;必须 采用热水作热媒，采暖供水温度采用 40C60 C,回水温差采用 5C

13、10 C；系统工作压力应小于等于1.0MPa，流速应大于 0.3m/s且不宜大于1.6m/s。b、施工施工阶段是地面辐射采暖工程的最后实施阶段， 施工人员能否严格按照设计和施工标准 要求执行，是整个工程的关键。施工主要包括采暖地面构造层的施工和分集水器的施工。地面构造层的施工顺序是：地面平整；铺设保温材料；敷设管材；充填细石混凝土细石粒径不大于1.5cm；抹水泥找平层。敷设的管材不应有接头，其弯曲半径应为管外径的1012倍。分集水器的安装，应固定安装在较隐蔽的地方，距地面300mm 。供、回水路支管均应有铜制阀门， 供水路应有过滤器。 整个系统安装完毕之后， 在混凝土凝固前，应进行第一次水压试

14、验，其压力为 0.6MPa 0.9MPa 的压缩空气，混凝土凝固之前方可泄压。三、设计及施工过程中应注意的问题地面辐射供暖，是近几年在国内开展起来的一种新型的供暖方式，其合理的热度场 分布和一次投入可达 50 年使用的持久性，迅速被用户所接受。在市场应用范围不断扩大的同时，一些问题也同时产生。设计方面主要表现在：热 负荷计算取值失准， 管材长度、 间距选择不合理， 导致室温过高或过低。热负荷取值偏高导 致室温较高的现象较多， 主要是由于该取暖方式应用的时间较短， 缺少经验， 如何使计算值 更接近实际， 还需要设计人员不断的探讨； 设计造成的室温过低现象较少出现。 如果某个回 路的管材设计过长， 那么导致流水阻力增加、 流速减慢， 影响热量散发， 易造成低温现象发生。施工过程易出现的问题主要表现在：塑料管材材质、配套材料材质不符合要求，其 中管材材质的降低是导致以后使用过程出现问题的主要因素，严格控制地热工程中