塑料管材在供暖系统中的应用及评价

1、塑料管材在供暖系统中的应用及评价摘要 结合当前供暖系统发展的方向，分析评价塑料管材和特性，探讨各种塑料管材在供暖系统中的应用。关键词 塑料管材 供暖系统 特性分析 一、前言随着人民生活水平的提高、科学技术的发展以及节约能源意识的增强，供暖系统也相应的发生了很大的变化。具体表现为：供热的计费方法由过去的按面积收费，改为按实际用热量收费；供暖方式也多采用地板辐射供暖。这种供暖方式不仅具有能利用低品位能源、节约常规能源、热舒适性好和美观等多种优点，而且更有利于进行热计量，它是一种具很好发展前途和推广价值的供暖方式。塑料管材产品的促进了供暖系统的发展与变革，随着以塑代钢的推广，使塑料管材的优越性在供暖

2、系统中得以充分体现。二、根据供暖系统的分类，探讨适用于供暖系统的塑料管材1常规采暖常规采暖采用以对流散热为主的散热器，供回水温度一般为95/70。一些城市的设计规范已要求新建居民区采用计量供热，若由热计量表测量供热系统入户的流量和供回水温度（目前大多采用热计量表），则要求在供暖系统设计时，每一户都单独布置成一个环路，供回水立管一般布置在楼梯间或厨房的管道井中，由于水平系统的管道过门处理比较难，因此常将管道预埋于地板内。越来越多的预埋管道采用塑料管材，因为它克服了钢管的易腐蚀、连接处渗漏、施工复杂等不利情况，选用适当的塑料管材，在供回水温度95/70的条件下，其寿命可达3050年。塑料管材可根据

3、施工的需要弯曲成型，一般地下埋管不能有接头；并且由于塑料管内壁光滑，在相同的输水能力状况下，管径比较小，可降低建筑成本，减小楼板层厚度。2地板辐射供暖地板辐射供暖就是在地板下铺设加热管道，使地面成为一个辐射传热为主的加热面，根据卫生要求，地表面温度一般不应高于30，其辐射散热量占总供热量的60%左右1。供暖房间的空气温度分布均匀，形成符合人体舒适度要求的热环境，给人以足热头凉之感，同时降低了房间的热负荷。地板辐射供暖的供水温度一般不高于60，供回水平均温度为4050，因此可采用PP-R、PP-B或PE-X等物美价廉的塑料管材；同时，PP-R、PP-B管材可以二次熔焊，因此施工快捷方便。由于地下

4、埋管中没有接头（使用一根管），减少了维修的工作量。三、用于供暖系统的塑料管材及特性1塑料管材的分类目前塑料管材的种类很多，但从塑料管的软化温度、热稳定性和强度等方面考虑，适用于常规供暖和地板辐射供暖系统的塑料管材主要有下列5种2：（1）交联铝塑复合管（Cross linked polyethylene aluminium compound pipe）交联铝塑复合管的内层和外层均为密度大于0.94g/cm2的聚乙燃或聚乙烯聚合物，中间为增强铝管，每层中间用热熔胶紧密粘合形成一体管材；用做常规供暖的加热管时，为满足输送95/70的高温水，管内、外层均应为交联聚乙烯，通常记为XPAP。（2）交联聚乙

5、烯管（Cross linked polyethylene pipe）以密度大于0394g/cm2的聚乙燃或聚乙烯聚合物，添加适量的助剂，通过化学元素的或物理的方法，使春线形的大分子交联成三维网状的大分子结构，由此种材料制成的塑料管材，通常记为 PE-X。（3）聚丁烯管（Polybutylene pipe）由聚丁烯-1树脂添加适量的助刘，经挤压成型的热塑料管材，通常记为PB。（4）无夫共聚聚丙烯管（Modified polypropylene pipe）以丙烯和适量乙烯的无规共聚物，添加适量的助剂，经挤压成型的热塑料管材，通常记为PP-R。（5）嵌段共聚聚丙烯管（Modified polypro

6、pylene pipe）嵌段共聚聚丙烯管为II型聚丙烯管（PP Blook copolymer），在德国称其为PP-B，而韩国称其为PP-C1。PP-B的柔韧性不如PP-R，但是其耐低温冲击的能力却比PP-R强，因此PP-B管比较适合在北方使用，一般室外温度达到0时，管材也不会脆裂。PP-B管比PP-R管便宜，当热媒温度不超过60，系统压力小于0.6MPa时，可以采用PP-B管。2塑料管材特性（1）管材的等应变蠕变特性曲线（3）（见图-1）图-1 70条件下各种管材的等应变蠕变特性曲线图-1为各种管材在水温为70条件下等应变蠕变特性曲线，当水温提高时，在同等的压力条件下，温度每增加10，其寿命

7、以2.5倍的速率降低。（2）塑料管材的一般物理力学性能项目单位指标XPAPPBPE-XPP-R密度g/cm30.930.920.940.89-0.91纵向回缩率%2222工作压力Mpa1.50.80.80.8使用温度95706565蠕变性环应力Mpa2.215.56.0124.416.53.5温度95209520952095时间h10110311031103交联度硅烷%6565过氧化物%7070辐射%6060维卡软化温度105113123140搞拉强度Mpa23171727断裂延伸率%350280400700导热系数W/m.K0.450.330.410.37线性膨胀系数mm/m.K0.0250

8、.1300.2000.180 （3）管材按使用条件分级（时间：小时）使用条件等级正常操作温度最大操作温度异常温度典型应用范围时间时间时间160498019510供60热水270498019510供70热水33020504565100地板下的低温供暖402544020702.510100地板下的低温供暖和低温供暖6025202.55602.5901100100高温供暖80102014 四、不同塑料管材在工程应用中的对比分析1铝塑复合管按照塑料层PE是否交联，可分为普通铝塑复合管（适用于冷水）和交联铝塑复合管XPA（用于常规采暖）；在常规采暖中，XPAP得到广泛使用，这是由于与其它塑料管材相比，其

9、耐压能力高（常温下最小爆破压力为7Mpa）；工作温度高；使用寿命长；阻气性能好，氧气渗透率几乎为零，避免减少了塑料管材的降解作用，所以在塑料管道明装时大量采用XPAP。在安装时，XPAP管材还具有易弯曲，不反弹的特点。但其价格较PE-X、PP-R等管材高；由于XPAP和PE-X均不能二次熔焊，故一般采用机械卡式连接。此种接头在热胀冷缩时易产生拉拔作用，常会引起渗漏。2纯PE管经过交联得到PE-X管，有三种交联方式：辐射交联、过氧化物交联、硅烷交联（最常用）。PE-X的线性膨胀系数为镀锌钢管的好几倍，安装时应留有伸缩空间，必要时使用膨胀伸缩节补偿；若供水温度过高，不仅塑料管道加剧老化，耐用管道环

10、向膨胀可能对地板结构造成破坏；与其它塑料管材相比，它被更广泛应用于低温地板辐射采暖工程中。3聚丙烯管分为均聚（PP-H）、无规共聚（PP-R）和嵌段共聚（PP-B），PP-R、PP-B同PE-X相似，能进行低温热水的输送，其加工比PE-X容易；且PP-R可用来制造管径大于110mm的管道，这是PP-X与XPAP都难以做到的，其刚性比PP-X与XPAP都强，PP-R与PP-B最大的特点是连接管件或管段时，可采和热熔焊接，在水温不超过60，压力1Mpa的情况下，其使用寿命可达50年。4聚丁烯具有独特的抗蠕变（冷变形）性能，这为管材提供了额外的安全系数，它在化学性质上不活泼，能抗细菌、藻类、霉菌等，

11、因此，可做地下埋管使用，共许用应力为8Mpa，使用范围为95以下。 Impact of wind spectra on human thermal comfort 空气流动能增强人体表面与外界的热湿交换，大多数情况下吹风能改善较热环境下人体的热舒适状况。吹风影响热舒适研究可分两部分：一是研究当室温低于26时的风感；另一个是研究在较热环境中怎样通过吹风的补偿作用达到热舒适。本文主要讨论第二种情况。 一些研究15对吹风提出的主要参数是平均风速，以此作为判别热环境中吹风可接受性的依据不能充分描述吹风方式的多样性。调查发现现实生活中人们对随机及不确定的自然风的感受与对单调的机械风的感受有较大不同。描述

12、这两种吹风模式差别的一个主要参数就是风速的频谱。1 两种吹风方式频谱的比较 风速波动的标准差反映了波动的程度，但仍是一个总体参数，不能反映气流波动的细节。而频谱则描述了波动能量随风速波动的频率f的分布： （1）式中：E(f)是功率谱密度， 是风速波动的方差。 对自然风和由送风口或风扇送出的机械风采样整理得出的频谱示于图1。即使自然风平均速度有0.56m/s，其频谱在低频处仍比机械风平均速度为2.3m/s时大，说明两类不同的吹风模式在低频处有很大差别。而高频处情况正相反，机械风的功率谱密度大于自然风的功率谱密度。图1 自然风与机械风频谱对比 从图中可以看出自然风的频谱具有以下特点：1）自然风的频

13、谱具有相似的形式；2）频谱曲线在低频区斜率小，在高频区斜率大。 人们除了对自然风的正面评价外还有如有时太大有时太小等一些负面评价。这些评价除了与频谱随频率分布有关外，主要与频谱的频率上下限有关，因此吹风频谱对热舒适性的影响并不能简单的认为具有与自然风的频谱即可满足吹风的舒适性。怎能样合理利用自然风频谱的特性又避免其负面影响是本项研究的主要内容。2 实验方法2.1 实验设备 为了测试不同的吹风频谱对吹风舒适性的影响，开发出一种动态空调末端装置，该装置可以根据需要改变计算机控制信号以产生具有不同频谱分布的空气流动。其控制信号如下： （2）式中：a(k)是在0与之间均分分布的相互独立的随机数， ，E

14、(k)是给定的频谱分布；f=(fmax-fmin)/n，fmax和fmin分别控制信号的频率上、下限；t是时间间隔；f(k)=fmin (k-0.5) f；q(k)是在0与2之间均匀独立分布的随机数。 通过上述方法可产生具有给定频谱分布的随机序列，但此序列在时域上离散，因此是一个伪随机序列。还需对此序列作进一步处理以得到直随机序列。对此可通过两步来实现：1）对伪随机序列作随机倒序及延时；2）对倒序或延时的序列加窗及叠加。这一过程可用下式描述： (3)其中：i(t)是窗函数；x1(t),，xn(t)是经过倒序或延时的伪随机序列。 由上述方法产生的随机序列作为控制信号并辅以其它一些调节措施可使动态空调末端装置产生具有不同频谱分布的空气流动。2.2 实验方案 实验在清华大学人工环境室进行，其内部尺寸为3.4m4.8m3m. 该实验是等温吹风舒适性实验，吹风温度为28，空气相对湿度维持在45