（市政工程专业论文）村镇住宅水暖设备安装关键技术研究.pdf

l 眦y 1 m 7 帆5 眦3 呲眦7 玳0 l 1 4 慨一 r e s e a r c ho nt h ek e yi n s t a l l a t i o nt e c h n o l o g y o ft h ep l u m b e r y e q u i p m e n t i nr u r a l d w e l l i n g s ad i s s e r t a t i o ns ub m i t t e dt o s o u t h e a s tu n i v e r s i t y f o rt h ea c a d e m i cd e g r e eo fm a s t e ro f e n g i n e e r i n g b y z h o u y a n g y a n g s u p e r v i s e db y 。p r o f e s s o rw a n g s h i h e a s s o c i a t ep r o f e s s o rl i u y a n d e p a r t m e n to fc i v i le n g i n e e r i n g s o u t h e a s tu n i v e r s i t y d e c e mb e r2 0 0 9 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所 知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果， 也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本 研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名： 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印件和电 子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相 一致除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或 部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研究生院办理。 研究生签名：导师签名：兰堡垒兰兰b 期： 摘要 村镇住宅水暖设备安装关键技术研究 硕士研究生：周洋洋导师：王世和教授刘焱副教授 东南大学 摘要 村镇住宅建设是一个一直被人们所忽视但又亟待解决的问题，现阶段应以建设社会主义 新农村为契机，围绕我国统筹城乡发展，改善村镇生产、生活环境，促进农村经济社会和谐 发展的需求，立足于大众住宅，研究安全适用型、资源节约型的村镇住宅设备安装质量控制 技术。本论文对村镇住宅水暖设备安装的关键技术进行了研究，在广泛调研的基础上，通过 分析比较，主要研究的几个关键要点如下： ( 1 ) 针对村镇住宅给水用管材进行了模糊评价，选用卫生安全、可靠性和造价三项指 标对五种给水管材做了量化评价，得出p p r 管为三项指标综合最优的管材。 ( 2 ) 专门针对p p - r 管材的特性进行了安装技术研究，强调在安装过程中须特别注意 其线性膨胀的处理，一般有暗敷、减小支架安装间距和安装自由臂补偿三项措施。 ( 3 ) 对村镇住宅用排水管材进行了选型，并选出u p v c 管是最适合的排水管材。经过 实地调研，结合现有的建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范( g b5 0 2 4 2 - - 2 0 0 2 ) 和现场的实际施工情况进行对比，发现施工中存在着一些问题和矛盾，并提出了相应的解决 措施。 ( 4 ) 对当前同层排水系统进行了分析，指出目前存在的问题，并从管材和新型管件上 对降板同层排水进行了优化设计，同时也需从施工质量上严加规范。 ( 5 ) 村镇住宅屋顶按外观形态的不同，可分为平屋顶、坡屋顶和复合屋顶，根据各自 形态特点进行了太阳能热水系统与村镇住宅建筑一体化适配性分析。提出了对于平屋面，可 将加层式作为一体化的首选；对于坡屋顶，可将集热器在屋顶做成顺坡式，要求在节点处应 保证强度并要做好防腐和防渗处理；对于不适宜在屋项安装太阳能装置的建筑，可选用分体 式太阳能热水器，将集热器与外墙屋面或阳台结合。 ( 6 ) 针对太阳能热水系统在实际使用中存在的问题，如材料质量的缺陷、水质、设计 承载力不足、渗漏水、雷电及电磁辐射、坠落、管路老化和破损等，本文详细提出了注意要 点和解决措施。 关键词：管材；模糊综合评价法；同层排水；太阳能热水器 a b s t r a c t a b s t r a c t t h ec o n s t r u c t i o no ft h er u r a ld w e l l i n g si sac o n t i n u o u sp r o b l e mw h i c hi sn e g l e c t e db yp e o p l e ， b u tu r g e n t l ya w a i t st ob es o l v e d t a k et h eb u i l d i n gs o c i a l i s t i cn e wc o u n t r y s i d ea sat u m i n gp o i n t , c e n t e ro no r c h e s t r a t i n gt h ec i t yc o u n t r yd e v e l o p m e n t ，i m p r o v i n gt h ec o u n t r y s i d e sc o n s t r u c t i n g a n dl i v i n gc o n d i t i o n sa n dp r o m o t i n gt h ed e m a n do ft h ec o u n t t y sd e v e l o p m e n t , t h et e c h n o l o g yo f i n s t a l l m e n tq u a l i t yf o rt h er u r a ld w e l l i n g s ，w h i c hi ss u i t a b l ea n dr e s o u r c es a v i n g , h a sb e e ns t u d i e d t h er e s e a r c hc o n t e n ti sa sf o l l o w s ： ( 1 ) t h es u p p l yw a t e rp i p ef o rd w e l l i n g sh a sb e e nu s e df o rf u z z ya s s e s s m e n t , a n dt h eh y g i e n i c s e c u r i t y , t h er e l i a b i l i t ya n dt h ec o n s t r u c t i o nc o s th a sb e e ns e l e c t e da st h r e ei n d e x e sf o rm a k i n gt h e q u a n t i t a t i v ee v a l u a t i o nt of i v ep i p em a t e r i a l s a tl a s tw e o b t a i np p - ri st h eb e s tp i p em a t e r i a l ( 2 ) a i m e da tt h ec h a r a c t e r i s t i co fp p kt h ei n s t a l l a t i o nt e c h n i c a lh a sb e e ns p e c i a l l ys t u d i e d ， t h el i n e a re x p a n s i o no fp p - rs h o u l db ep a ys p e c i a la t t e n t i o nd u r i n gt h ei n s t a l l a t i o np r o c e s s ，a n d t h e r ea r et h r e em e a s u r e s ，s u c ha sc o n c e a l i n g ，r e d u c i n gt h ed i s t a n c eb e t w e e ns t e n t sa n di n s t a l l i n g t h e f r e e a 册 ( 3 ) u p v ch a sb e e ns e l e c t e d 缎t h em o s ta p p r o p r i a t ep i p ef o rt h er u r a ld w e l l i n g s b yt h e o n - s i d ei n s p e c t i o na n dc o m b i n i n gw i t ht h e ( c o d ef o ra c c e p t a n c eo fc o n s t r u c t i o nq u a l i t yo fw a t e r s u p p l yd r a i n a g ea n dh e a t i n gw o r k s ) ( g b5 0 2 4 2 - - 2 0 0 2 ) ，s o m eq u e s t i o n sa n dc o n t r a d i c t i o n sw e r e f o u n d ，a n dt h ec o r r e s p o n d i n gm e a s u r e sw e r es u p p l i e d ( 4 ) t h et e c h n o l o g yo fs a m e l a y e rd r a i n a g eh a sb e e ns t u d i e d ，t h ep r e s e n tp r o b l e mh a sa l s o b e e ni n d i c a t e d t h es a m e - l a y e rd r a i n a g eo ff l o o rl o w e r i n gh a sb e e no p t i m i z e dw i t ht h en e w p i p e m a t e r i a l sa n dp i p ef i r i n g s ，a n da tt h es a m et i m ec o n s t r u c t i o nq u a l i t ys h o u l da l s ob es t r i c t l y s p e c i f i e d ( 5 ) a c c o r d i n gt od i f f e r e n ta p p e a r a n c eo f t h er u r a ld w e l l i n g s ，t h e yc a n b ed i v i d e di n t of l a tr o o f , s l o p er o o fa n dc o m p o s i t er o o f b a s e do nt h e i ra s p e c t s ，t h et e x tr e s e a r c h e dt h es u i t a b i l i t yb e t w e e n s o l a rw a t e rh e a t i n gs y s t e ma n dr u r a ld w e l l i n g s f o rt h ef l a tr o o f , a d d i n gs t o r ys t y l ei st h ef i r s t c h o i c e ；f o rt h es l o p er o o f , t h ec o l l e c t o rc a l lb ei n s t a l l e dl o n g i t u d i n a ls t y l e i t sr e q u i r e dt h a tt h e s t r e n g t ho fn o d e ss h o u l db ee n s u r e da n dt h et r e a t m e n to fa n t i - c o r r o s i o na n da n t i - s e e p a g ea l s o s h o u l db eg u a r a n t e e d ；f o rt h eb u i l d i n gw h o s er o o fi si n a p p r o p r i a t et oi n s t a l ls o l a re n e r g ys y s t e m ，i t c a ns e l e c t e dt h es p l i tt y p e ，t h ec o l l e c t o rc a nc o n n e c tw i t ht h ee x t e r i o rr o o fo rt h eb a l c o n y ( 6 ) a i m e da tt h ep r o b l e m so ft h es o l a rw a t e rh e a t e rs y s t e mw h i c he x i s ti nt h ep r a c t i c a lu s e ， s u c ha sd e f i c i e n c i e si nq u a l i t yo fm a t e r i a l s ，w a t e rq u a l i t y , i n a d e q u a t ed e s i g nb e a r i n gc a p a c i t y , l e a k a g e ，l i g h t n i n g , e l e c t r o m a g n e t i cr a d i a t i o n , f a l l i n ga n da g i n go ft h ep i p e ，t h ep a p e rp u t sf o r w a r d t h em a i np o i n t sa n dc o u n t e r m e a s u r e s k e y w o r d s ：p i p e ；f u z z yc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o nm e t h o d ；s a m e l a y e rd r a i n a g e ；s o l a rh e a t e r l i 目录 目录 第一章绪论1 1 1 研究背景。1 1 2 课题研究的内容1 1 3 课题研究的目的和意义2 第二章关键技术研究一管材的选型及其质量控制3 2 1 给水管材选型3 2 1 1 现有给水管材类型3 2 1 2 给水管材选型指标5 2 1 - 3 利用模糊综合评价法确定适宜村镇住宅用给水管材1 0 2 2 给水p p r 管安装关键技术研究1 4 2 2 1p p r 管线性膨胀处理1 4 2 2 2p p r 管道敷设安装要点1 8 2 2 3p p r 管道连接注意要点1 9 2 3 排水管材选型。2 0 2 4 排水u p v c 管安装关键技术研究2 l 2 5 本章小结。2 9 第三章关键技术研究二同层排水3 0 3 1 同层排水技术3 0 3 1 1 同层排水主要形式3 0 3 2 同层排水关键技术研究3 3 3 2 1 降板同层排水系统分析3 3 3 2 2 降板同层排水系统优化3 5 3 3 本章小结3 8 第四章关键技术研究三太阳能热水器与村镇住宅建筑的一体化设计与安装3 9 4 1 目前我国太阳能热水系统的应用现状3 9 4 1 1 太阳能热水系统在城市建筑中的使用及存在的问题3 9 4 1 2 太阳能热水系统在村镇住宅中的使用及存在的问题4 0 4 2 太阳能热水系统应用技术解析。4 2 ，4 2 1 太阳能热水系统的组成4 2 4 2 2 太阳能热水系统类型及工作原理4 3 4 3 村镇住宅应用太阳能条件4 5 4 4 太阳能热水系统与村镇建筑一体化适配性分析4 6 4 4 1 一体化概念4 6 4 4 2 一体化基本原则4 6 4 4 3 太阳能热水系统村镇建筑一体化安装构造研究4 6 4 5 太阳能热水系统村镇建筑一体化系统注意要点5 0 4 6 本章小结5 4 第五章结论5 5 至定谢5 6 参考文献5 7 l 东南大学硕上学位论文 1 1 研究背景 第一章绪论 目前农村建筑市场完全是一种自生自灭的状态。村民们由原先寻求左邻右舍帮忙盖房， 到后来交给附近的农村劳动力组成的施工队来完成，且不说这些施工队的施工资质、施工安 全许可证，就连营业执照都没有，几个瓦匠、木匠，再加上几个小工、一些建筑工具就成立 可以“施工”的施工队，完全凭借经验和模仿，缺乏科学有效的专业指导和监管，其结果是 建造出来的房子千篇一律，从小处来讲，满足不了人们的日常生活需求；从大处来讲，与当 地的经济、社会、文化背道而驰。加上农村建筑施工队的随意性及其组织的松散性，安全隐 患及经济纠纷随处可见，致人伤亡事件也层出不穷，由此更加显示出对农村建筑市场实行监 管的迫切性与必要性。 近年来，随着经济社会的持续快速健康发展，农民收入明显增加，生活日益富裕，2 0 0 5 年，党中央从战略高度分析了建设社会主义新农村的必要性和紧迫性，随后提出了“生产发 展、生活宽裕、乡风文明、村容整洁、管理民主”的二十字方针。建设社会主义新农村的关 键之一是农村住宅的建设，建筑不仅仅是单纯的水泥盒子，更是农村经济文化的载体。新农 村住宅的建设要在传承传统文化特色、符合当地农村实际条件的同时，还要应该保证农村住 宅的硬件特性，营造一个整洁卫生、方便舒适、安全文明的新村貌，充分发挥建筑对农村生 产发展、生活方式转变、文明乡风形成、村容村貌整治的巨大推动作用。 总之，村镇住宅建设是一个一直被人们所忽视但又亟待解决的问题，是关系到我国9 亿农民安居乐业和社会稳定的重要因素。一方面，村镇的住宅建设量大面广，切实关系着广 大农民的人居环境问题：另一方面，它作为小城镇和中心村建设的重要组成部分，对于加快 人口向小城镇和中心村集聚、促进城市化的健康发展、加快城乡一体化和农村现代化将起着 巨大的推动作用。 当前城市建筑建设已有一系列较为完善的设计、施工、验收规范，农村的住宅建设显然 不能直接套用这些规范标准，应该有一套符合自己切身特点的技术标准规范，用于指导和规 范农村建筑市场。目前，国家相关部委及各地有关部门虽然已相继出台了关于加强村镇建设 工程质量安全管理的意见及办法，但是如要从根本上解决问题急需编制一系列控制村镇住宅 建筑质量的技术体系标准，为村镇建设决策者、设计者和管理者提供技术指南。 1 2 课题研究的内容 随着我国经济社会的发展，特别是城镇化进程的加快，村镇建设工程质量安全的总体水 平有了很大的提高，但各地村镇建设工程的质量安全状况还很不平衡，主要表现为：一是住 第一章绪论 一1 分散宅开发建设模式落后，技术含量低。长期以来，村镇住宅建设主要采用居民自建自住、 建设的模式，住宅和住宅区的工程质量、功能质量与环境质量差。住宅施工技术落后，沿袭 传统工艺与方法，秦砖汉瓦，手工操作，劳动生产效率低，新工艺应用水平低。二是住宅建 筑能耗高。村镇住宅的高能耗主要表现在住宅建设的规划布局没有节能理念，围护结构的保 温隔热性能差，供热系统的综合效率低，天然能源的利用效率不足等。三是住宅人居卫生环 境差，卫生设备及管材缺乏可靠的性能和质量保证，火灾安全隐患多，水资源、能源浪费严 重，污废物随意排放等。 本文根据以上农村住宅存在的问题，通过广泛调研，现场踏勘，结合现行的新技术、新 材料，研究提出更加适合于农村住宅特点的卫生及采暖设备，并对其安装质量控制技术进行 研究。 1 3 课题研究的目的和意义 针对目前国内正如火如茶进行的新农村住宅建设在水暖设备选用和安装上存在的盲目 性和随意性，本文通过大量实际调研，立足大众住宅，力求研究安全适用型、资源节约型的 村镇住宅设备安装质量控制技术体系，在此基础上编制村镇住宅设备安装质量施工验收标 准，从而为提升村镇住宅的功能和质量，节约有限的资源，改善农村的生态环境，引导农村 城镇化建设发展提供坚实先进的技术支持。 2 东南大学硕上学位论文 第二章关键技术研究管材的选型及其质量控制 目前市场上新型给排水管材种类层出不穷、琳琅满目，销售市场又不够规范，还有 管材暂无设计规程和旌工验收规范。而很多地区农村住宅建设用管材、设备采用的多是 明文禁止的产品，如给水采用镀锌管、排水采用铸铁管等。只是一味的注重应用性，只 其能否解决眼前的问题，而没有同时注重其适用性、安全性和长久性，因此带有一定的 性和随意性，没有科学依据，必然会带来很多这样那样的问题。 本章利用卫生、技术、经济指标来评价现行使用的管材，筛选出一套切合实际、适宜的 方案，其中特别注重“节能”、“节地”、“节水”、“节材”，以期为村镇的住宅决策者和建设 者提供技术支持。 2 1 给水管材选型 2 1 1 现有给水管材类型 给水管材种类繁多，按材料可大致分为：金属管、塑料管和金属一塑料复合管。 ( 1 ) 金属管 目前常用的金属给水管主要有：薄壁不锈钢管、镀锌钢管、铜管和球墨铸铁管。其中薄 壁不锈钢管和铜管价格较高，主要用于直饮水管道和热水管道及要求较高的建筑给水管道。 见图2 1 。 ( a ) 薄壁不锈钢管 3 ( b ) 镀锌钢管 第二章关键技术研究一管材的选型及其质量控制 ( c ) 铜管( d ) 球墨铸铁管 图2 1 金属给水管 ( 2 ) 塑料管 塑料管是合成树脂加添加剂经熔融成型加工而成的制品。添加剂有增塑剂、稳定剂、填 充剂、润滑剂、着色剂、紫外线吸收剂、改性剂和固化剂等。常用的塑料管包括：硬聚氯乙 烯管( u p v c ) 、聚乙烯管( p e ) 、高密度聚乙烯管( h d p e ) 、无规共聚聚丙烯管( p p - r ) 、 聚丙烯管( p p ) 、聚丁烯管( p b ) 、苯乙烯管( a b si 程塑料) 等。见图2 2 。 ( a ) u p v c 管( b ) p e 管 ( c ) p p r 管( d ) a b s 管 图2 2 塑料给水管 ( 3 ) 金属一塑料复合管 复合管大多是由工作层( 要求耐水腐蚀) 、支撑层、保护层( 要求耐腐蚀) 组成。目前 用于给水管材的主要有：铝塑复合管、钢塑复合管、钢骨架塑料复合管。见图2 3 。 4 东南大学硕十学位论文 ( a ) 铝塑复合管 2 1 2 给水管材选型指标 ( b ) 钢塑复合管 豫癌臻 。* ( c ) 钢骨架塑料复合管 图2 - 3 金属一塑料复合管 究竟选用何种管材才能更好地适用相应的建筑，使建筑功能得到最大的提升，依据的主 要原则是：1 ) 建筑物与所选管材使用寿命一致；2 ) 建筑物的防火要求与所选管材相适应； 3 ) 建筑物的设计抗震功能与所选管材的抗震功能相适应；4 ) 所选管材应便于安装和检修； 5 ) 选用管材所需安装尺寸应最小，最大限度地增加使用面积；6 ) 所选管材应在满足设计要 求的前提下，最大限度地降低工程造价；7 ) 所选管材安装后应美观且与室内装修相协调；8 ) 所选管材经济实用，且无副作用，并不易产生影响使用的问题。本节选用的评价指标强调了 卫生安全、可靠性和造价三个主要因素。 2 1 2 1 卫生安全性能 l ： ( 1 ) 卫生性能介绍 给水管材和管件是输配水最主要的设备，与水接触的距离长、时间久、面积大，既有保 护饮用水免受污染的作用，又有引起饮用水污染的可能，其卫生质量将直接影响饮用水的水 质，赵洪宾等川进行了管材对水质的影响研究，认为不同材质管道对管内水体中有机物的种 类、细菌再生长、余氯衰减和p h 等均有不同影响。沿用几十年的镀锌钢管，经过时间的磨 练，其缺点已经逐渐暴露在人们的面前，正被各种新型管材所取代，但这些新型管材的使用 效果如何昵? 至少目前还没有一个权威统一的说法。 5 第二章关键技术研究管材的选型及其质量控制 塑料管的各种改性剂、助剂、添加剂，金属管溶于水的金属离子等，这些统称为引起人 体质变的环境因子。聚合物及基质树脂分子也可能被链破裂、氧化及取代因素所改变1 2 】，从 而使管的性质发生不可逆的变化，对人体脏器的影响因素正有待于人类深入探讨；铅、镉等 重金属作为稳定剂被广泛地应用于塑料生产中，这些重金属元素会慢慢析出，逐渐到达人体 内部形成蓄积，从而发生重金属中毒的症状，如铅慢性中毒、镉慢性中毒等，引起人体各种 病变如发育不良、智力低下、神经系统性病变、高血压、肺气肿、贫血等，严重的污染甚至 引起畸变、癌变的危险1 3 l 。 因此卫生安全性能是给水管材选用的最重要原则。目前推向市场的管材均要符合国家标 准g b 厂r 1 7 2 1 9 1 9 9 8 的要求，并且还需经过国家认可的检测部门测试，根据不同材质按照 生 活饮用水输配水设备及防护材料卫生安全评价规范( 2 0 0 1 ) 的要求，经浸泡试验后检测管 材的色度、浑浊度、臭和味、铅、汞、砷、三氯甲烷、挥发酚、钡、总有机碳( t o c ) 、苯 乙烯、苯烯氰等卫生安全指标，正规的管材加工企业均应该在国家相关部门的监督下进行生 产，相应地企业必须具备管材的抽检合格报告，在材料进场验收时须经监理工程师核查确认。 ( 2 ) 各管材卫生性能分析 杜达安1 4 1 等于2 0 0 2 - - - 2 0 0 4 年针对多种新型的给水管材进行了卫生检测，其中：p v c 管 1 0 0 份；p p r 管5 6 份：p e 管3 0 份；内衬p v c 镀锌铜管1 5 份；铝塑管3 5 份；薄壁铜管( 包 括外衬塑料铜管) 1 8 份；薄壁不锈钢管( 包括外衬塑料管) 2 9 份，管材的超标情况详见表 2 1 ，2 - 2 。 表2 1 管材总体超标情况 管材管件类型检测份数超标份数超标率( ) p v c1 0 03 43 4 0 p p - r5 6 81 4 3 p e3 041 3 - 3 内衬塑料镀锌铜管 1 542 6 7 铝塑管 3 91 02 5 6 薄壁铜管 1 8 1 1 6 1 1 薄壁不锈钢管 2 9 1 24 1 4 合计 2 8 78 32 8 9 表2 - 2 各管材检测超标项目情况 不同类型管材管件的超标率 项目 内衬塑料薄壁不锈 p v cp p rp e 铝塑管薄壁铜管 镀锌铜管钢管 色度 o oo oo o0 o0 0o o 0 o 6 东南大学硕上学位论文 浑浊度 2 o0 06 70 00 0 0 0 ，0 0 臭和味0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 0 耗氧量 2 oo o3 3o o5 10 00 0 。 镉 2 00 00 00 02 60 0；0 0 铬0 o1 80 00 00 00 02 7 6 铝4 o0 00 0 0 0 0 00 06 9 铅 1 7 o1 86 76 77 71 1 16 9 三氯甲烷 2 1 07 16 71 3 31 7 90 oo o 挥发酚类 2 o1 83 30 02 60 00 0 铁 - - o o1 0 3 锰 - o o1 0 3 铜 - 3 8 93 4 锌 - - 1 1 1o o 钡 4 00 00 01 3 3 镍 - - 1 1 12 0 1 四氯化碳 o oo 00 00 02 6 锡3 o1 8o 0o 0 注：“- ”为无该检测数据。 表中大量数据表明： p v c 管材的铅和三氯甲烷这两项超标比较严重，这与国外a b d e l 1 l a hs a d i k i l 5 】做的试验 结果相一致。其后果相当严重，一方面p v c 管材的原材料是聚氯乙烯，管材表面的单体氯 乙烯( v c m ) 容易析出，在水中余氯的还原作用下生成氯仿，具有致肝癌的危险1 6 1 ；另一方 面，铅的超标与使用铅盐作为稳定剂有直接的关系，接触铅对人体的造血、神经和消化功能 等系统有直接严重的危害 7 1 。虽然2 0 0 4 年建设部公告中明确指出在全国范围内供水用p v c 管必须是使用非铅盐稳定剂生产的，但是由于目前塑料管道市场鱼龙混杂，国家相关部门监 管不到位，很多小厂家的不合格p v c 给水管材和管件充斥着村镇的建材市场。 与p v c 管相比，p p - r 管和p e 管材的原材料属聚烯烃，其分子由碳、氢元素组成，无 毒性，所以其卫生性能明显较好，属于绿色建材。单就这一点来说，其卫生性能好于p v c 管材，可用做村镇住宅的给水塑料管材。 与塑料管材相比，金属管材的有机物析出量基本为零，对水中的有机物含量影响较小。 但是由于其金属材质，故薄壁铜管的铜超标率为3 8 9 ；不锈钢的铬超标率为2 7 6 ，镍超 标率为2 0 1 ，超标原因是产品所使用的原料和生产工艺不合要求。铜管的主要成分为铜和 锌，不锈钢管主要成分为铁、铬、镍，产品原料中易含有铅等杂质，在生产工艺中如果不采 取必要的表面处理技术，金属与浸泡水直接接触极易发生微量的化学反应，形成金属元素的 析出。在管材的使用初期，这些金属离子对管内壁附着的生物膜的生物构成有一定的影响， 7 第二章关键技术研究一管材的选型及其质量控制 反而起着杀菌的作用，但大约2 0 0 天之后，其材料性能逐渐稳定，出水水质与p e 管的出水 水质相刚8 l 。 复合管主要是集中了望料管和金属管的优点，值得关注的是内衬塑料镀锌铜管的钡的超 标率比较高，但其他检测项目水平较低，总体上来说其供水卫生性能还是比较好的。 2 1 2 2 可靠性 给水管道是有压管道，因此其可靠性能至关重要，所选用的管材应能经得起振动冲击、 水锤和热胀冷缩，并经受时间的考验，不漏水、不爆裂。 给水管材的耐腐蚀性、抗冲击性和抗老化性等物理化学指标是其可靠性的主要内容。本 文从使用温度、工作压力、热膨胀系数、弹性模量、寿命、倔强比和管道连接方式几个方面 进行了管道的性能比较分析。 在这几个物理量中：使用温度反应了管材所能适应的环境温度，当温度超出了适应温度 的范围时管材的物理性质会产生变化，造成管网的漏失；工作压力是反映管道内部受力情况 的物理量，如果管道长时间在超出工作压力的条件下工作，则很容易出现爆管事故，从而造 成漏失率增大；热膨胀系数反映随着温度变化管道长度的变化情况，如果其值过大则表明在 温度变化较大的情况下管道很容易发生长度的变化，从而在连接处造成损坏带来管网漏失； 弹性模量是表示管道在受力条件下其长度的变化情况，其数值指发生单位长度变化时所需要 施加的力的大小；连接方式是管道施工的关键，不同的连接方式下，管道发生漏失的情况和 原因也不一样；寿命是管道性质的综合表现形式，反映了管道的好坏。表2 3 为常用几种管 材的物理性能比较。 表2 3 常用管材物理性能比较 管材 铜管不锈钢管p e 管 p p r 麓置铸 u p v c 项八 铁管 使用温度 范：极 范围极广 6 。 j 叠。很广 4 5 ( 长期使用) 1 6 ( 冷水)1 5 ( 冷水) 工作压力 1 0 - 1 62 5 0 4 5 一i 0 1 6 ( m p a ) 1 0 ( 热水) 1 0 ( 热水) 热膨胀系 0 0 1 80 0 1 20 2 20 1 4 - - 0 1 6 o 0 7 数m m ( m ) 1 弹性模量 l - i 1 0 72 ix1 0 76 0 xi 0 4 8 0 1 0 4 3 5 xl o ， ( n c m 2 ) 倔强比( 金属) - o 5 o 5 5 一0 6 - - o 6 5 寿命( 年) 5 0 1 0 07 0 1 0 0 3 0 5 0 5 05 0 8 东南大学硕士学位论文 维卡软化 温度 法兰及 承插及 连接方式压接连 卡譬、竺苎 电熔连接热熔连接法兰连 弹竺警封 。 及法兰连接 或粘接 接接 首先，金属管材和非金属管材的物理性能比较：两类管材在温度和工作压力上相差不是 很大。主要区别在于热膨胀系数、弹性模量和连接方式上。金属管材的热膨胀系数是非金属 管材的1 1 0 1 4 ，说明非金属管道在与金属管道同样受热时，非金属管道的变形较大，特别 是在管道连接处容易损坏，发生管道漏损事故。金属管材的弹性模量是非金属管材的 1 0 0 , - - 1 0 0 0 倍，说明要发生相同程度弯曲变化，金属管道所需要施加的力较大，所以在承受 同等大小的外部荷载情况下，非金属管材的管道更容易发生变形，即金属管道的机械强度较 高，不易发生由外力引起的管道破损，因此不容易发生管道漏失。在连接方式上，金属管道 的连接方式多为法兰等刚性连接方式，相对于非金属管道的电熔和粘接，其机械强度较大， 不容易在连接处发生变形，从而减小漏损事故。从这个方面讲，金属管材的物理性能要优于 非金属管材。 其次，金属管材本身的物理性能分析比较：在球墨铸铁管、钢管和铜管三种金属管道中， 球墨铸铁管的倔强比为o 6 o 6 5 ，而不锈钢管的倔强比仅为o 5 o 5 5 ，说明在金属基本强度 利用率方面，球墨铸铁管比钢管要高。另外，球墨铸铁管的硬度要高于钢管，因此，球墨铸 铁管承受小能量多次冲击的能力高于钢管。铜管是金属管材中有较大优势的管材，具有坚固、 耐磨、耐腐蚀、密封性能好等优点，但是因为其价格较高，所以铜管一般用于热水供给或高 级建筑的冷水供给。 最后，非金属管材本身的物理性能分析比较：在u p v c 管和p e 管两种塑料管材中，u p v c 管弹性模量较大，但其抗冲击性较差，拉伸强度及韧性差，脆性高，软化温度低容易遇热变 形，被视为“刚性管”，适用明装。反之，p e 管弹性模量则要小得多，柔韧性好，其断裂伸 长率超过5 0 0 ，被视为“柔性管”，暗装最好。其强度低也会带来一定的缺点。如遇到尖 石、金属碰撞挤压等应力集中处，易产生凹坑，直至穿孔。p p r 管软化温度为1 4 0 ，耐 温性能好，重量轻，强度好，耐腐蚀，无毒，可回收，采用热熔连接，但其管壁较厚。塑料 管管内外壁光滑，摩擦系数极低，并且不会出现镀锌钢管因锈蚀而导致过水面积减小的情况。 2 1 2 3 造价 价格是村镇居民衡量选择管材的一个很重要的因素，如果单从管材价格来说，u p v c 价 格最低，p e 次之，p p - r 稍贵，铜管和不锈钢管最贵。但是衡量总造价是一个综合性的问题， 不能单纯比较管材的价格，还要包括管件、施工费用等。表2 _ 4 【9 】为一栋6 层住宅建筑的造 价比较，包括了给水管道和管道支架，其阀门、龙头、卫生洁具等均未包括在内，计算范围 从室外进户的第一个阀门算起。 9 第二章关键技术研究管材的选型及其质量控制 表2 - 4 一个6 层建筑的五种给水管材预算比较 管材名称 篓篓鬻篙 给水管给水管热水管热水管 总造价 材料费 积造价 造价材料费造价材料费 薄壁铜管 9 3 9 5 45 1 8 9 53 0 1 41 8 9 16 1 09 7 94 5 0 p p - r 管 8 0 9 5 631 2 9 52 5 9 71 5 4 93 4 58 3 32 5 0 u p v c 管 2 9 3 2 71 5 3 8 69 4 14 9 91 7 1 衬p v c 镀 6 7 1 4 94 7 3 9 52 1 5 41 2 1 16 4 4 锌钢管 薄壁不锈 1 6 5 7 2 41 0 2 2 2 85 3 1 82 5 0 11 4 3 41 9 1 51 0 7 9 钢管 注：前5 项预算不包括热水管道； 造价中包括主材费和安装费，管道材料中包括管材和配件费用。 从上表可以看出，总造价由低到高的次序是：l r p v c 管、衬p v c 镀锌钢管、p p r 管、 薄壁铜管、薄壁不锈钢管；同时还可以看出给水管材在单位面积内的造价并不高，平均在 2 0 元左右，其中p p - r 管和衬p v c 镀锌钢管价位适中，接近平均水平。 2 1 3 利用模糊综合评价法确定适宜村镇住宅用给水管材 2 1 3 1 模糊综合评价法 模糊综合评价以模糊数学为基础，应用模糊关系合成的原理，将一些边界不清，不易定 量的因素定量化，进行综合评价的一种方法【姗。 对于给水管材，主要指标有上节所说的三个，即：卫生安全、可靠性和造价，而人们经 常用“好坏”、“长短”、“多少”、“难易”等一些定性的模糊词语来形容管材的性能，当将三 个指标综合起来作比较评价时，这些模糊性的词语很难做出一个晟好的抉择。而模糊数学正 是用定量的方法处理定性问题，依据它所建立的给水管材评价模型具有科学的内涵与正确的 理论依据，使原本模糊的、互不相关的指标，定量化及有机的结合起来，形成综合评判指标， 使得定性评价更趋于科学、合理。 针对评判对象的全体，根据它们的特性，建立评判函数，求出一个评判矩阵，给每个对 象确定一个评判指标，再据此择优排序【i 。进行模糊综合评价的基本步骤如下： 1 0 东南大学硕上学位论文 ( 1 ) 确定因素集。设有n 个影响因素，则因素集： u = u l ，u 2 u i k 1 ，u n ) 其中l l i ( 滓l ，2 ，n ) 表示对该事物有影响的第i 个因素。 ( 2 ) 确定评价集。评价结果分为m 个等级，则： v 2 v l ，v 2 v j v “，v n ) 。t 三 其中a i 是因素u i 的权重，一s to a i 1 且a j = l 。 c = e b ，g ( v j ) 第二章关键技术研究一管材的选型及其质量控制 管材长期使用不会对水质造成管材寿命大于或等于建筑主 l ( 优)佴i _ i 伺l - j 活i j 迦, , r l 、一7 且管材不产生任何体结构寿命，且在寿命期限内 前誊二具有最 锈蚀或老化不需任何维护 佳的寿命周期费 2 ( 良) 3 ( 中) 4 ( 差) ( 3 ) 确定因素评价矩阵：确定因素评价矩阵实质就是给出一个从因素集u 到评价集v 的一个模糊映射，即定出每个因素对各评价等级的隶属度。本论文根据需要成立了由四人组 成的专家小组，每位组员根据表2 - 5 对每一个因素u i ( i = l ，2 ，3 ) 评定出m ( j = l ，2 ，3 ，4 ) 中的一个且 仅一个等级，若4 位专家中评定u i 为v j 等级的有k 个人，则对u i 的评价结果是一模糊集： 即( 等，等，等，等) 砘- ，啦，助，哟 其中岛= 4 ，则因素评价矩阵为： r 气卫生安全性能，可靠程度，造价) = l ，r 2 ，r 3 ) t _ ( r i i ) 3 = ir 2 l r 2 2r 2 3 气 f 吒l ，i 2 ，；3 ，i 4 k r 3 1 吩2r 3 3r 3 4 薄壁钢管的评价矩阵为： p p r 管的评价矩阵为： r-：。詈15：0；茎。墨5三 1 2 东南大学硕士学位论文 u p v c 管的评价矩阵为： 衬p v c 镀锌管的评价矩阵为： 薄壁不锈钢管的评价矩阵为： r = 。兰5 。三5 壹三 ，0 7 5 0 2 50o 、 r = 1oooi f 0 0 2 5 0 7 5 0 ) ( 4 ) 确定各因素的权重集。根据卫生安全、可靠性和造价三个因素的重要性，对其赋 予不同的权重： a = 卫生安全，可靠性，造价) = 0 4 ，0 3 ，0 3 ) ( 5