閱讀 4015 次 低溫地板輻射供暖用塑料管道的選擇

低溫地板輻射供暖用塑料管道的選擇

周春聯(lián)1 劉曼薇2 鐵文安3 耿新偉3

（1、陜西省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)所 710054 

2、西安市天然氣總公司 710068 3、陜西華山勝邦塑膠有限公司 710043）

    建筑采暖工程在現(xiàn)代建筑中的有著越來(lái)越舉足輕重的地位，長(zhǎng)沙馬王堆漢墓出土的帛醫(yī)書(shū)《脈法》指出：“圣人寒頭暖足，治病者取有余而補(bǔ)不足也。”這說(shuō)明“寒頭暖足”，在我國(guó)古代就已經(jīng)是一條養(yǎng)生保健的主要原則。傳統(tǒng)的散熱器采暖方式溫度分布不均勻，與人體各處感官所需不一致，總給人以頭熱足涼的感覺(jué)。與之相比，新型的低溫地板輻射供暖方式就相對(duì)較好。低溫地板輻射供暖是一種利用建筑物內(nèi)部地面進(jìn)行采暖的系統(tǒng)，它是將整個(gè)地面作為散熱器，通過(guò)在地板結(jié)構(gòu)層內(nèi)鋪設(shè)管道注入低溫?zé)崴�以輻射和�?duì)流的傳熱方式向室內(nèi)供熱的供暖方式。這種采暖方式熱量由下而上遞減，給人以足暖頭涼的舒適感，而且鋪設(shè)不占用家庭使用面積，節(jié)約室內(nèi)裝修費(fèi)用，因此也越來(lái)越受到人們的青睞。

    近年來(lái)，隨著我國(guó)塑料工業(yè)的不斷發(fā)展，低溫地板輻射供暖技術(shù)逐漸得到大面積的推廣和應(yīng)用，各種塑料管材先后運(yùn)用到低溫地板輻射供暖系統(tǒng)中。如何選擇塑料管材，是決定該系統(tǒng)能否安全使用和健康發(fā)展的關(guān)鍵。目前我國(guó)低溫地板采暖系統(tǒng)中通常選用的塑料管材主要有以下幾種：交聯(lián)聚乙烯（PE-X），耐沖擊共聚聚丙烯（PP-B），無(wú)規(guī)共聚聚丙烯（PP-R），聚丁烯（PB），耐高溫聚乙烯（PE-RT）。下面就這幾種管材做一些分析比較。

一、管材的特點(diǎn)：

    1、交聯(lián)聚乙烯（PE-X）

    PE-X是PE材料的改性，即將PE原有的線性分子鏈，通過(guò)枝接形成枝形分子鏈（交聯(lián)），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)，相對(duì)一般的聚乙烯而言，提高了拉伸強(qiáng)度、耐熱性、抗老化性、耐應(yīng)力開(kāi)裂性和尺寸穩(wěn)定性等性能。交聯(lián)聚乙烯按生產(chǎn)方式分為過(guò)氧化物交聯(lián)（PE-Xa）、硅烷交聯(lián)（PE-Xb）、電子束交聯(lián)（PE-Xc）和偶氮交聯(lián)（PE-Xd）四種，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)一般采用中密度PE與硅烷交聯(lián)或過(guò)氧化物交聯(lián)的方法。PE-X具有交聯(lián)劑不易分散均勻，交聯(lián)度較難控制一致和需要定時(shí)清理螺桿以防止產(chǎn)生凝膠顆粒等難點(diǎn)，產(chǎn)品的質(zhì)量控制難度較大。合格的PE-X管材具有力學(xué)性能好、長(zhǎng)期耐熱耐壓性能優(yōu)異等特點(diǎn)。但是，PE-X管材屬于熱固性管材，管材不可回收再利用，也不能用熱熔焊接的方法連接和修復(fù)，必須用金屬卡套式或卡箍式連接。

    2、耐沖擊共聚聚丙烯（PP-B）

    PP-B管在韓國(guó)曾經(jīng)稱(chēng)之為PP-C。其突出特點(diǎn)為耐低溫性能好、彎曲模量高、連接性能優(yōu)越和原料成本低。但其耐溫耐壓性差，在地板輻射采暖系統(tǒng)0.6MPa的設(shè)計(jì)壓力下需要選用S3.2系列的管材（見(jiàn)表1），相同管徑下壁厚最厚，內(nèi)徑相對(duì)于PE-X、PP-R、PB和PE-RT減小。由于其彎曲模量高，鋪設(shè)彎管時(shí)難度較大，在冬季需采取一些熱風(fēng)加熱等輔助措施，耐熱性能相對(duì)其它產(chǎn)品而言較差。

    3、無(wú)規(guī)共聚聚丙烯（PP-R）

    突出特點(diǎn)為耐高溫性能好、力學(xué)性能好和連接性能優(yōu)越。但耐低溫沖擊性能較差，當(dāng)環(huán)境溫度低于10℃時(shí)，在運(yùn)輸或施工過(guò)程中，PP-R管材易脆裂，常常造成管道系統(tǒng)破裂的隱患。

    4、聚丁烯（PB）

    PB的耐蠕變性能和力學(xué)性能優(yōu)越，其彎曲彈性模量很低，質(zhì)地非常柔軟，相同的設(shè)計(jì)壓力下設(shè)計(jì)壁厚最薄。在同樣的使用條件下，相同的S系列的管材，該品種的使用安全性最高。但原料價(jià)格昂貴，是其它品種的一倍或幾倍以上，僅在美、日等發(fā)達(dá)國(guó)家應(yīng)用，當(dāng)前在國(guó)內(nèi)應(yīng)用面積較少。

    5、耐高溫聚乙烯（PE-RT）

    該原料是一種力學(xué)性能十分穩(wěn)定的中密度聚乙烯，由乙烯和辛烯的單體經(jīng)茂金屬催化共聚而成。它所特有的乙烯主鏈和辛烯短支鏈結(jié)構(gòu)，使之同時(shí)具有乙烯優(yōu)越的韌性、耐應(yīng)力開(kāi)裂性能、耐低溫沖擊、杰出的長(zhǎng)期耐水壓性能和辛烯的耐熱蠕變性能。可以用熱熔連接方法連接，遭到意外損壞也可以用管件熱熔連接修復(fù)。原料具有符合產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的蠕變破壞曲線，是聚乙烯中現(xiàn)階段唯一不需交聯(lián)就可用于熱水管的一個(gè)品種。但其加工范圍較窄，質(zhì)量控制較難。

    以下是這幾種管材的物理和機(jī)械性能對(duì)比：

二、管材的選擇

    我國(guó)地域廣闊，地區(qū)平均溫度差異很大，因此在低溫地板供暖系統(tǒng)中對(duì)管材的選取也有所不同。但管材選擇首先要滿足以下基本要求：符合ISO10508的有關(guān)規(guī)定；選用的應(yīng)用等級(jí)為級(jí)別4；設(shè)計(jì)壓力在0.4-1.0MPa之間；最高設(shè)計(jì)溫度：70℃；在規(guī)定條件下其使用壽命要達(dá)到50年。其次應(yīng)根據(jù)具體的施工條件，設(shè)計(jì)要求，經(jīng)濟(jì)適用等方面考慮選擇管材。

    在2004年我國(guó)頒布了國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《地面輻射供暖技術(shù)規(guī)程》（JGJ142—2004），低溫地板供暖系統(tǒng)的塑料管使用條件級(jí)別為4級(jí)，即在設(shè)計(jì)溫度20℃下使用2.5年，40℃下使用20年，60℃下使用25年，在最高溫度70℃下使用2.5年，在故障溫度100℃下使用100小時(shí)，總的使用壽命為50年。對(duì)于管系列的選擇規(guī)定，在使用條件級(jí)別4級(jí)下各個(gè)品種塑料管的設(shè)計(jì)應(yīng)力σD不同，所以在相同的設(shè)計(jì)壓力下應(yīng)選擇的管系列S值也不同，不同品種塑料管在給定設(shè)計(jì)壓力下應(yīng)選的管系列S見(jiàn)表1。對(duì)于管材的公稱(chēng)壁厚規(guī)定，應(yīng)根據(jù)使用條件級(jí)別4級(jí)的管系列及施工和使用中的不利因素綜合確定。管材公稱(chēng)壁厚應(yīng)滿足表2的要求，并同時(shí)滿足系列規(guī)定：對(duì)于管徑大于或等于15mm的管材壁厚不應(yīng)小于2.0mm；對(duì)于管徑小于15mm的管材壁厚不應(yīng)小于1.8mm；需要進(jìn)行熱熔焊接的管材，其壁厚不得小于1.9mm。

表1：幾種塑料管材管系列（S）值對(duì)比

表2:管材公稱(chēng)壁厚（mm）

    從以上所述要求可以看出，只要所使用的原材料和生產(chǎn)的管材兩個(gè)方面同時(shí)滿足產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求，五個(gè)品種塑料管都能可靠地應(yīng)用在低溫地板輻射采暖供暖中，只是相同設(shè)計(jì)壓力下管材壁厚不同，還有施工的效率和難易程度不同。

三、管材在我國(guó)的市場(chǎng)應(yīng)用

    PE-X管在歐洲20世紀(jì)70年代就被應(yīng)用在低溫地板輻射供暖中，目前仍是歐洲在低溫地板輻射供暖系統(tǒng)中使用量最大的一個(gè)品種。我國(guó)在2000年6月起開(kāi)始實(shí)行在新建住宅中用塑料管代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鍍鋅鋼管，同時(shí)低溫地板輻射供暖技術(shù)也逐漸得到推廣。PE-X管憑借優(yōu)異的力學(xué)性能，長(zhǎng)期耐溫耐壓性能好，導(dǎo)熱性及抗沖擊性較好等優(yōu)點(diǎn)，目前在我國(guó)地板供暖系統(tǒng)中使用比較多，占據(jù)了大量的市場(chǎng)。但PE-X管在生產(chǎn)時(shí)需要交聯(lián)，生產(chǎn)工藝相對(duì)復(fù)雜，對(duì)廠家工藝控制水平要求較高，質(zhì)量受工藝的影響比較大。由于PE-X管使用的原料是粉料，需要在生產(chǎn)時(shí)與抗氧化劑和交聯(lián)劑等助劑混合，所以混合的質(zhì)量就成了控制交聯(lián)均勻度的關(guān)鍵，如果混合不均勻，交聯(lián)劑和抗氧化劑等助劑分散不好，則管材交聯(lián)的均勻度可想而知，這樣的管材質(zhì)量就無(wú)法得到保證。且PE-X管不能回收利用，一旦出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，管材就只能報(bào)廢，這樣會(huì)給企業(yè)帶來(lái)一定的損失，也會(huì)造成環(huán)境污染。在施工時(shí)，PE-X管不能熱熔焊接連接，只能用金屬卡套式或卡箍式連接，一旦發(fā)生泄漏，修補(bǔ)比較困難，這就增加了施工成本，并且由于金屬與塑料熱脹冷縮的收縮不同，連接處易發(fā)生滲漏。

    PP-B管其耐溫耐壓性差，相同使用條件下管材的壁厚最大，同時(shí)彎曲模量高，鋪設(shè)彎管施工時(shí)難度較大，所以不適合于地板供暖。

    PP-R管耐低溫沖擊性能和韌性較差，在低溫地板輻射供暖領(lǐng)域沒(méi)有性能優(yōu)勢(shì)，所以在地板供暖領(lǐng)域的應(yīng)用正在下降。

    PB管原料來(lái)源不暢，且價(jià)格昂貴，普通家庭難以承受，目前主要用于部分高檔住宅公寓。但因其長(zhǎng)期耐溫耐壓能力是其它管材無(wú)法比擬的，在同樣壁厚下，它的可靠性更高，并具有可以熱熔連接、原料性能穩(wěn)定可靠和柔韌性好等優(yōu)點(diǎn)。管材還可回收利用，不會(huì)造成環(huán)境污染。雖然價(jià)格昂貴，但相對(duì)于整個(gè)住宅裝修而言仍有可取之處，因此憑借綜合的優(yōu)良特性PB管在地板輻射供暖領(lǐng)域中具有一定的競(jìng)爭(zhēng)力。

    PE-RT管是近年來(lái)研發(fā)并運(yùn)用到低溫地板輻射供暖中的新型管材，在市場(chǎng)上發(fā)展迅速。PE-RT管的長(zhǎng)期耐溫耐壓能力、耐低溫沖擊性能略低于PE-X管與PB管，但在使用級(jí)別4的低溫地板輻射供暖中完全可以滿足需求，且熱傳導(dǎo)系數(shù)與PE-X管最好，均為0.4（W/m．K），原料價(jià)格相比PB管便宜很多，與PE-X管相差無(wú)幾，但PE-RT管的生產(chǎn)不需要交聯(lián)，因此在生產(chǎn)和質(zhì)量控制過(guò)程中要優(yōu)于PE-X管。PE-RT管屬于熱塑性管材，可回收利用，不污染環(huán)境，比PE-X管具有較高的環(huán)保性，在施工時(shí)，PE-RT管可以采用熱熔焊接連接，當(dāng)出現(xiàn)泄漏時(shí)，修補(bǔ)也比較容易，焊接接頭的耐久性能同管材一樣，不會(huì)因?yàn)槭湛s不同而發(fā)生滲漏。

四、結(jié)束語(yǔ)

    在現(xiàn)階段我國(guó)低溫地板輻射供暖用塑料管道的選擇中，PE-X管憑借其傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)還將繼續(xù)占領(lǐng)一定的市場(chǎng)，但隨著低溫地板輻射供暖可靠性要求越來(lái)越高和維修的簡(jiǎn)單，熱塑性管材的優(yōu)勢(shì)將大大提高，并將取代PE-X管，可以預(yù)見(jiàn)，PB管和PE-RT管會(huì)是未來(lái)在低溫地板輻射供暖中的發(fā)展方向。

參考文獻(xiàn)：

1、《地面輻射供暖技術(shù)規(guī)程》（JGJ142—2004） 中國(guó)建筑工業(yè)出版社 2004年

(本文來(lái)源：陜西省土木建筑學(xué)會(huì)  文徑網(wǎng)絡(luò)：文徑 尹維維 編輯  劉真 審核)