地暖论坛│地暖常用管材的性能特点分析

 

论坛版主：邓有源

国家注册公用设备工程师，现就职于大型央企甲级资质的设计院，毕业于西安冶金建筑学院暖通专业，现任中国建筑金属结构协会辐射供暖供冷委员会专家组组长。

参与暖通的设计、审核、咨询工作，组织负责过大中型矿山冶炼及民用建筑工程的设计，先后承担了有色工程、民用、商用及垃圾发电工程采暖、通风、空调等项目的科研及指导工作。

不同的地暖管有不同的性能特点，下面将对地暖管常用管材的生产过程、性能特点、连接方式以及物性参数和安装注意事项分别进行介绍。

1 耐热聚乙烯管（PE-RT管）

普通的聚乙烯只能在常温下长期使用，耐热聚乙烯（PE-RT）则显著提高了聚乙烯的高温抗蠕变性能。该原料已通过测试验证，可以在高温下长期使用，最早开发应用PE-RT的美国陶氏化学公司先后有两个牌号的PE-RT供应市场：2344（2344E）和2388（89830）。若干年前，韩国SK公司的DX800通过实验后也开始进入中国市场。

PE-RT管的生产过程很简单：将专用原料（无需任何添加剂）加入螺杆挤出机，其最大优势就是不需要交联处理。

1.1 PE-RT管的基本性能要求

PE-RT管必须通过以下静液压的测试：

表1.4-9  PE-RT管静液压试验条件与要求

PE-RT管的强度比PE-X管较低，所以从表中可以看出PE-RT管的环应力测试值比PE-X低，因而同样应用条件下，它的壁厚要厚。这些静液压测试是管材本身耐压性能的最低要求。

1.2 PE-RT管的性能特点

PE-RT管由于其密度比较低，因而很软，安装非常方便。但是强度也较低，耐刮擦、划伤的能力比PE-X管差。其耐寒性好，可以在低温下进行施工安装。因为其原料只能依靠进口，所以成本比PE-Xb略高。PE-RT管生产比较方便，不需要后处理。它属于热塑性材料，可以回收再利用。

1.3 PE-RT管的连接方式

PE-RT管可以用机械式的铜管件连接，也可以用热熔或电熔等方式进行连接。

2 聚丁烯管（PB管）

PB管是由丁烯-1单体聚合而成。由于它的产量小，所以价格非常高。

2.1 PB管的基本性能要求

2.1.1 静液压要求

表1.4-12  PB管静液压试验条件与要求

    

PB管的强度比之前所提到的塑料管都高，所以从表中也可以看出，PB管在95℃下的测试应力比其他全塑管都高。

2.2 PB管的性能特点

PB管在高温下的强度较高，耐蠕变性能好。PB管本身的柔韧性非常好，可以盘卷包装。其安装非常方便，低温韧性好，可以在低温下进行施工安装。同样外径下其壁厚较薄，输送介质流通量大。PB管属于热塑性塑料，加工非常方便，用普通挤出机即可加工，也可以回收利用。

2.3 PB管的连接方式

PB管可以采用机械式管件、热熔或电熔管件进行连接，在供暖系统中多采用机械式管件与分集水器相连接。

2.4 相关规程中对塑料加热管的选择

2.4.1 加热管材质和壁厚选择步骤

应根据工程使用性质、运行水温、工程环境综合考虑，并以长期运行的安全可靠性为依据，根据全塑管抗蠕变能力的强弱、许用环应力的大小等因素，经综合比较后确定。

参见表C.1.2-1，选择确定使用条件等级。使用条件分级不是硬性规定，是按特定地区气候条件和典型使用条件计算所得的推荐性标准，选择时应加以分析。

表C.1.2-1 塑料管使用条件级别

注：1）仅当T_mal不超过65℃时才可使用。

2）当TD、T_max和T_mal超出本表所给出的值时，不能用本表。

3）表中所列各使用条件级别的管道系统均应同时满足在20℃和1.0MPa条件下输送冷水的条件，达到50年的使用寿命。

例如：北京地区的一般地暖工程，按4级选用，即在共50Y的总使用周期中，运行温度20℃，历时2.5Y；40℃，历时20Y；60℃，历时25Y；70℃，历时2.5Y；100℃的意外运行条件下不超过100h。

初选管材材质，参见表C.1.2-2，确定该管材的许用设计环应力。

表C.1.2-2 管系列（S）值

注：1）σD指设计应力。

许用设计环应力是对应于使用条件等级要求，在该等级多种运行水温的综合作用下，在要求的使用寿命年限内，避免发生不能满足系统工作压力的蠕变。

由于使用条件等级不是硬性规定，因此，宜按实际要求的使用寿命年限，并根据使用情况，分析使用寿命年限内不同温度的频率，合理确定许用设计环应力。

如果实际使用寿命不需要50Y，或者使用温度较低，就有可能选择许用设计环应力较小的管材。

地暖全塑管应按使用条件4级以及设计压力选择。管系列值可按表C.1.2-2确定。

2.4.2 在所选管材系列中，按管材的公称外径，查表C.1.3，确定所需最小壁厚。

表C.1.3 管材公称壁厚

2.4.3 按壁厚检验初选管材是否合理。

塑料管的公称外径、壁厚与偏差，应符合表C.1.4要求。

表C.1.4 塑料管公称外径、最小与最大平均外径

如不合格，改选用其他材质，则应重新进行验算。

2.4.4 管材的最大允许工作压力可用下面的公式进行计算：

PPMS＝σD×2en/(dn-en)

其中：

PPMS——最大允许工作压力，MPa；

σD——对应级别下的设计应力，MPa；

dn——公称外径，mm；

en——公称壁厚，mm。

示例1：

dn 20×2.0的PB型管材，应用于级别4的低温辐射地面采暖领域，最大允许工作压力计算如下：

PPMS＝σD×2en/(dn-en)＝5.46×2×2.0/（20-2.0）＝1.21MPa

示例2：

dn 20×2.0的PB-R型管材，应用级别4的低温辐射地面采暖领域，最大允许工作压力计算如下：

PPMS＝σD×2en/(dn-en)＝4.34×2×2.0/（20-2.0）＝0.96MPa

示例3：

dn 20×2.0的PE-X型管材，应用于级别4的低温辐射地面采暖领域，最大允许工作压力计算如下：

PPMS＝σD×2en/(dn-en)＝4.0×2×2.0/（20-2.0）＝0.89MPa

示例4：

dn 20×2.0的PE-RTⅡ型管材，应用于级别4的低温辐射地面采暖领域，最大允许工作压力计算如下：

PPMS＝σD×2en/(dn-en)＝3.6×2×2.0/（20-2.0）＝0.8MPa

考虑目前国内陆暖系统施工现状，保证应用的安全性，仍保留原规程中对于塑料管材壁厚再行加厚的要求。