地暖用塑料管材的性能分析及選擇

趙 萍， 許慧雯， 林 華

（石家莊職業(yè)技術(shù)學(xué)院 建筑工程系，河北 石家莊 050081）

地暖作為一種新的采暖方式，具有良好的熱穩(wěn)定性，并且熱感舒適、衛(wèi)生清潔、高效節(jié)能、系統(tǒng)維修方便、使用壽命長，因此在建筑中的應(yīng)用越來越多.加熱管是地暖的核心，常采用塑料管，但塑料管材對(duì)溫度比較敏感，其所能承受的工作壓力會(huì)隨著作用溫度的升高而急劇下降，而且隨著工作時(shí)間的延長，承壓能力還會(huì)進(jìn)一步下降.又由于塑料管盤埋在地面以下的填充層內(nèi)，如果選用不當(dāng)，出現(xiàn)質(zhì)量問題而爆管時(shí)，建筑物的地面也會(huì)隨之破壞，因此，用于地暖的塑料管要比普通建筑用的塑料管有更高、更嚴(yán)格的要求.了解地暖用塑料管材的品種及其性能，并做出合理的選擇，是實(shí)現(xiàn)地暖系統(tǒng)與建筑物同壽命的重要保證.

1 塑料管材的品種及性能

目前，新型塑料管材品種很多，但從塑料管材的原料、生產(chǎn)工藝及管材性能等方面考慮，適用于地暖的塑料管材主要有PE－X管（交聯(lián)聚乙烯管）、XPAP管（鋁塑復(fù)合管）、PB管（聚丁烯管）、PP－R管（無規(guī)共聚聚丙烯管）和PE－RT管（耐熱聚乙烯管）.它們的物理和機(jī)械性能見表1.

2 管材性能分析

地暖要求所選用的塑料管應(yīng)當(dāng)具有長期的耐溫、耐壓性，高安全性，高柔韌性及可修復(fù)性.

2.1 管材的長期耐溫、耐壓性能

設(shè)計(jì)應(yīng)力是一個(gè)涉及到管道能否安全運(yùn)行、能否滿足設(shè)計(jì)壽命的重要參數(shù).從表1可看出，PB管、XPAP管、PE－X管、PE－RT管和PP－R管的設(shè)計(jì)應(yīng)力依次減小.單從設(shè)計(jì)應(yīng)力上來看，由于PB管的設(shè)計(jì)應(yīng)力最大，在相同的溫度和壓力下，PB管的壁厚可以比其他管材的壁厚薄，在地板采暖的情況下甚至可以采用1.3mm的壁厚.然而《地面輻射供暖技術(shù)規(guī)程》規(guī)定，在選用管材壁厚時(shí)，為確保地暖系統(tǒng)的安全性，管徑大于或等于15mm的管材，壁厚不應(yīng)小于2.0mm；管徑小于15mm的管材壁厚不應(yīng)小于1.8mm；需進(jìn)行熱熔焊接的管材，壁厚不得小于1.9mm［1］.這顯然不是僅由耐壓能力來確定的，而是綜合各種因素考慮的結(jié)果，如，需要考慮施工和運(yùn)輸過程可能造成的劃痕（被劃傷處產(chǎn)生應(yīng)力集中，管容易爆裂）.所以，耐壓性最好的PB管以及稍次的XPAP管、PE－X管的耐壓優(yōu)勢(shì)在地暖系統(tǒng)中得不到充分的體現(xiàn).

從地暖系統(tǒng)設(shè)計(jì)供水溫度要求在60℃以下、供回水溫差不宜大于10℃來看，五種管材都滿足溫度范圍要求.即使在實(shí)際運(yùn)行過程中產(chǎn)生短暫的高溫環(huán)境，因?yàn)樗泄懿牡臏囟冗m用范圍都比最高循環(huán)溫度高很多，因此，這些管材都有較大的安全余量.

在耐低溫性能方面，PP－R管在5℃左右就表現(xiàn)出較明顯的脆化，而其他管材的脆化溫度都比PP－R管要低，XPAP管和PE－X管的脆化溫度甚至可達(dá)－70℃.耐低溫韌性好的管材，在冬季施工時(shí)，管材不易受到?jīng)_擊而破裂；對(duì)于耐低溫韌性差的管材，在5℃以下溫度進(jìn)行施工時(shí)，就必須釆取室內(nèi)升溫措施，特別是PP－R管，不僅要注意施工溫度，在運(yùn)輸時(shí)也要采用保溫措施，防止管材脆斷.

PE－X管材是通過交聯(lián)來提高聚乙烯的耐溫、耐壓性能，從而保證地暖加熱管的使用壽命的，交聯(lián)工藝對(duì)PE－X管材的質(zhì)量控制至關(guān)重要.因此，這種管材對(duì)企業(yè)的交聯(lián)工藝要求很高，一旦交聯(lián)劑分散不均勻或交聯(lián)度控制不一致，管材的耐溫、耐壓性能就會(huì)下降，往往會(huì)造成管材在使用過程中的早期破壞，給業(yè)主和開發(fā)商留下無窮隱患.

2.2 管材的柔軟性

彈性模量是一個(gè)表示管材柔軟性的重要參數(shù).彈性模量越小，管材的柔軟性就越好.從表1可看出，PB管的彈性模量最小，所以PB管最柔軟，其次是PE－RT管、PE－X管和PP－R管，而XPAP管的柔軟性最差.柔軟的管材在鋪設(shè)施工時(shí)，不需要特殊的工具，即使在冬季施工也不需預(yù)熱處理便可彎曲，這就降低了盤管施工的難度，并且這些管材在彎曲部位由于不會(huì)產(chǎn)生過大的內(nèi)應(yīng)力，不會(huì)對(duì)管材的使用壽命造成影響.另外，柔軟性好的管，無論采用塑料卡釘還是鋼絲網(wǎng)固定都比較容易.所以，地暖系統(tǒng)采用PB管、PE－RT管和PE－X管這些柔軟性好的管材，既可以節(jié)約施工成本，又可以縮短工期.

2.3 管材的導(dǎo)熱性

導(dǎo)熱系數(shù)是一個(gè)衡量材料導(dǎo)熱性能優(yōu)劣的參數(shù).導(dǎo)熱系數(shù)越大，材料傳熱的能力越強(qiáng).用于地板采暖的管材需要有很強(qiáng)的導(dǎo)熱性，導(dǎo)熱性能越強(qiáng)，在相同的傳熱溫差下，所需的散熱面積越小，采暖運(yùn)行的投資越低.由表1可見，XPAP管的導(dǎo)熱系數(shù)最大，其次是PE－X管、PE－RT管、PP－R管和PB管.所以從傳導(dǎo)熱量的能力看，XPAP管、PE－X管和PE－RT管更適合地暖系統(tǒng).

2.4 管材的阻氧性

地暖系統(tǒng)的循環(huán)水中較高的含氧量會(huì)對(duì)采暖設(shè)備和采暖管道造成氧腐蝕，特別是當(dāng)水的流速較低、氧腐蝕產(chǎn)物無法被帶走時(shí)，它會(huì)滯留在地暖系統(tǒng)的盤管管路中，日積月累，必然造成管路通徑越來越狹窄，甚至堵塞而影響室內(nèi)的供暖效果.為了采暖系統(tǒng)的安全和保證使用壽命，地暖應(yīng)該推廣阻氧型管道.塑料管道具有一定的滲氧性，從表1的滲氧率數(shù)據(jù)知，XPAP管是完全阻隔氧氣滲透的，PE－RT管的氧滲透率很低，屬于阻氧型管道.從這點(diǎn)看，XPAP管和PE－RT管更適合采暖系統(tǒng).

2.5 管材的連接方式

按照《地面輻射供暖技術(shù)規(guī)程》規(guī)定，埋設(shè)于填充層內(nèi)的加熱管一般要整根鋪設(shè)［1］.但在地暖施工過程或地面裝修過程中，無意的局部破壞是難免的，管材一旦出現(xiàn)劃傷損害的情況，就需要增設(shè)接頭.PE－RT管、PP－R管和PB管能夠熱熔連接，補(bǔ)救容易，而且相同材質(zhì)的管件與管材本體互熔，接頭的耐久性同管材一樣.XPAP管和PE－X管采用機(jī)械連接，管材和連接管件材料不同，熱膨脹系數(shù)也不同，兩者間的連接緊密性差，易造成滲漏現(xiàn)象，這就會(huì)在面層埋下隱患.當(dāng)出現(xiàn)問題時(shí)，需要把填充層全部揭掉，重新更換加熱管，這不僅增加了施工的難度和施工成本，往往也不太現(xiàn)實(shí)，所以采用可熱熔的管材作為地暖管材具有明顯的優(yōu)勢(shì).

2.6 管材的環(huán)保性與價(jià)格

PE－RT管、PP－R管、PB管屬于熱塑性管材，而熱塑性管材在生產(chǎn)和使用過程中產(chǎn)生的廢料可以回收利用，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，具有較高的環(huán)保性.PE－X管屬于熱固性原料，一些廢棄的管材（包括施工中產(chǎn)生的小段管或者工廠中不合格的管材等）無法再回收利用，一旦出現(xiàn)有的廠家舍不得將不合格品廢掉，以次充好的現(xiàn)象，結(jié)果將不堪設(shè)想.XPAP管只有少部分能再回收利用.而隨著人們環(huán)保意識(shí)的提高和國家環(huán)保力度的加大，符合高環(huán)保要求的產(chǎn)品在未來的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中必將擁有更大的市場(chǎng).

按目前的市場(chǎng)價(jià)格，PB管和XPAP管較高，PE－RT管適中，PE－X管和PP－R管的價(jià)格較低廉，隨著工藝的發(fā)展和市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)，塑料管材的價(jià)格還會(huì)逐漸下降.

3 塑料管材的選擇

通過對(duì)比分析，五種地暖用塑料管材的性能各有所長.任何一種管材的優(yōu)劣均不能單看某一項(xiàng)或幾項(xiàng)性能，而要看各項(xiàng)性能指標(biāo)間是否均衡，也就是說，管材的性價(jià)比是選擇的關(guān)鍵.既能讓管材滿足使用條件的要求，且有一定的安全余量，又不過分地大材小用，這就需要綜合考慮工作溫度、工作壓力、施工方便程度、可維修性、環(huán)保性和投資費(fèi)用等因素.

PB管雖是幾種地暖管材中最柔軟，在同樣的使用條件下設(shè)計(jì)應(yīng)力最大、可靠性最高的一種管材，但也是所有這些管材中原料價(jià)格最高、抗劃痕能力相對(duì)較差的品種.PP－R管由于其耐低溫沖擊性能差，柔軟性不太好，在地暖系統(tǒng)中沒有性能優(yōu)勢(shì)可言，已很少使用.XPAP管材在使用時(shí)，要充分考慮鋁層與塑料間粘結(jié)劑的耐熱和老化問題，當(dāng)粘接強(qiáng)度降低時(shí)，兩層材料分離，管材的安全性會(huì)大大降低.PE－X和PE－RT材質(zhì)的管材較適用于地暖.PE－RT管的綜合性價(jià)比更突出，在地板采暖領(lǐng)域中更具有競(jìng)爭(zhēng)力.但值得關(guān)注的是，PE－RT管的原料，目前在世界上僅有美國的DOW和韓國的SK兩家公司生產(chǎn)，在國內(nèi)有許多小型企業(yè)為降低原料成本，在PE－RT原料里摻假，因此，選用PE－RT管材時(shí)，一定要選用信譽(yù)好的企業(yè)的產(chǎn)品.

總之，對(duì)于地板采暖應(yīng)根據(jù)“安全第一，經(jīng)濟(jì)適用為重”的原則，科學(xué)合理地選擇塑料管材，只有結(jié)合自身的實(shí)際條件，符合實(shí)際要求，不超出應(yīng)用范圍，工程項(xiàng)目的各項(xiàng)管理工作到位，才能確保工程安全、經(jīng)濟(jì)，一次投入，終生受益.

［1］JGJ142－2004，地面輻射供暖技術(shù)規(guī)程 ［S］.