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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30～50年。塑料管材可根据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40～50℃，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 polypropylene 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℃，其寿命以2.5倍的速率降低。
（2）塑料管材的一般物理力学性能
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项目 |
单位 |
指标 |
|
XPAP |
PB |
PE-X |
PP-R |
|
密度 |
g/cm3 |
≥0.93 |
≥0.92 |
≥0.94 |
0.89-0.91 |
|
纵向回缩率 |
% |
≤2 |
≤2 |
≤2 |
≤2 |
|
工作压力 |
Mpa |
≤1.5 |
≤0.8 |
≤0.8 |
≤0.8 |
|
使用温度 |
℃ |
≤95 |
70 |
65 |
65 |
|
|
环应力 |
Mpa |
2.2 |
15.5 |
6.0 |
12 |
4.4 |
16.5 |
3.5 |
|
温度 |
℃ |
95 |
20 |
95 |
20 |
95 |
20 |
95 |
|
时间 |
h |
10 |
≥1 |
≥103 |
≥1 |
≥103 |
≥1 |
≥103 |
|
交
联
度 |
硅烷 |
% |
≥65 |
|
≥65 |
|
|
过氧化物 |
% |
≥70 |
≥70 |
|
辐射 |
% |
≥60 |
≥60 |
|
维卡软化温度 |
℃ |
≥105 |
113 |
123 |
140 |
|
搞拉强度 |
Mpa |
≥23 |
≥17 |
≥17 |
≥27 |
|
断裂延伸率 |
% |
≥350 |
≥280 |
≥400 |
≥700 |
|
导热系数 |
W/m.K |
≥0.45 |
≥0.33 |
≥0.41 |
≥0.37 |
|
线性膨胀系数 |
mm/m.K |
0.025 |
0.130 |
0.200 |
0.180 |
（3）管材按使用条件分级（时间：小时）
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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 |
|
1 |
60 |
49 |
80 |
1 |
95 |
10 |
供60℃热水 |
|
2 |
70 |
49 |
80 |
1 |
95 |
10 |
供70℃热水 |
|
3 |
30 |
20 |
50 |
4．5 |
65 |
100 |
地板下的低温供暖 |
|
40 |
25 |
|
|
|
|
|
4 |
40 |
20 |
70 |
2.5 |
10 |
100 |
地板下的低温供暖和低温供暖 |
|
60 |
25 |
|
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|
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|
20 |
2.5 |
|
|
|
|
|
5 |
60 |
2.5 |
90 |
1 |
100 |
100 |
高温供暖 |
|
80 |
10 |
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20 |
14 |
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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，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。
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