热水采暖系统常用管材综合性能评价-暖通百科网

热水采暖系统常用管材综合性能评价

引言

目前，塑料管和复合管是采暖系统中常用的两大类管材。常用的塑料管材有交联聚乙烯管、耐高温非交联聚乙烯管、改性聚丙烯管材、嵌段共聚聚丙烯管、氯化聚氯乙烯管材、聚丁烯管材；常用的复合管材主要是交联铝塑复合管。本文分别对上述几种管材在地板辐射采暖和散热器采暖系统中的性能及应用情况进行系统的研究。

1　塑料管材

1.1 交联聚乙烯管材（PE-X）

交联聚乙烯管材的英文全称为Cross linked polyethylene pipe，它是聚乙烯通过物理或化学的方法进行交联，聚乙烯分子结构由线性转变为网状，从而使它的热强度、耐热老化性、耐腐蚀性能、抗蠕变性能都得到较大提高。交联聚乙烯管材具有很好的水力条件，流动噪音较低；管材自身重量轻且施工安装方便；抗震性能优越；燃烧后只产生水和二氧化碳, 不释放有害物质，是无污染、环保的绿色管材。近年来，我国交联聚乙烯管材生产规模不断发展，现在年产量已达到4万吨（2007），接近铝塑复合管的产量。并且由于其价格的优势，发展速度将超过铝塑复合管，成为建筑行业内冷热水塑料管材中仅次于PP-R 、PP-B管材的“大”品种。

1.2 耐高温非交联聚乙烯管（PE-RT）

耐高温非交联聚乙烯管英文全称为Polyethylene raised temperature resistance pipe，它是专门为冷热水用管材而设计的一种中密度（乙烯－1－辛烯）共聚物，是适合高温应用环境的崭新的聚乙烯管材。PE-RT管具备了超强的耐温性、持久的耐静压强度和优良的抗冲击强度。并且由于此种管材生产过程无需交联，所具有的良好的柔韧性使其铺设时方便经济，在采暖应用中可以节约大量能源。PE-RT管材凭借其优异的物理性能及加工性能，在德国、奥地利、瑞士、日本、荷兰等国家和地区代替了80%以上的PE-X管材市场^［¹^］。随着2002年《中国冷热水用耐热聚乙烯管道系统行业标准（CJT175－2002）标准》的制定，中国的PE-RT管材市场也在急剧上升，PE-RT管材已成为目前国内市场最理想、最新型的地板采暖管材。

1.3 改性聚丙烯管材（PP-R）

改性聚丙烯管材的英文全称为Polypropylene -ethylene random copolymer pipe，它是采用先进的气相共聚法，使PE(5%左右)在PP的分子链中随机地均匀聚合而产生，具有更好的低温抗冲击性能和长期蠕变性能。其分子仅由碳、氢元素组成，具有较好的卫生标准，可用于直饮水系统；耐腐蚀性好，对水中所有离子不起化学作用，不会锈蚀；管材的导热系数为0.21W/m·k，仅为钢管的1/200，一般情况下不需保温，用于热水管道时保温节能效果明显；具有较好的耐热性，管材最高工作温度可达95℃，在1.0MPa压力下长期使用温度为70℃；在温度变化时产生的膨胀力也较小，适合嵌墙和地坪面层内的直埋暗敷；使用寿命长，常温下使用寿命可达100年以上；安装方便，连接可靠；管材生产过程简单，设备投资少；质量轻，重量仅为钢管的1/9，紫铜管的1/10，减轻了工人的施工强度；管道阻力小，管内壁平滑，不会结垢，沿程摩擦阻力比铜管道小；管材、管件可回收再利用，在生产、施工过程中对环境无污染，是一种新型绿色、环保、节能管材。PP-R管材在欧洲应用较为普遍，主要应用于冷热水系统、直饮水系统、采暖系统（包括地板辐射采暖）。目前意大利每年民用PP-R管材达30Mm，交联聚乙烯管（PEX）17Mm，聚丁烯（PB）3Mm，铝塑复合管为2Mm。

PP-R管材不足之处主要是其刚性和抗冲击性能比金属管道差，在贮运、施工过程中要注意；它的线膨胀系数较大，为0.14～0.16 mm/m·k，在设计和施工中要特别重视支架的设置，合理地选用伸缩器，正确地敷设管道；抗紫外线性能差，在阳光的长期直接照射下会老化；材料许用应力低，管壁厚较大，直接影响材料成本；在相同外径下，有效流通截面比其他管材小；目前国内生产PP-R管材原料基本上从欧洲进口，价格居高不下也是影响其在国内广泛使用的原因之一。

1.4 嵌段共聚聚丙烯管(PP-B)

嵌段共聚聚丙烯管材的英文全称为Polypropylene block copolymer pipe，它是丙烯和乙烯嵌段共聚物,添加适量助剂经挤出成型的热塑性加热管。PP-B管材不含有害成分，化学性能稳定，无毒无味，价格相对其他采暖塑料管材较低，但其耐热、耐压性能与PP-R管材的差距很大^［²^］。PP-B管材在韩国的壁挂式加热炉地板辐射采暖系统中应用较为普遍。由于其弯曲模量高，铺设难度也相对较大，目前该品种在国内的市场占有率很低，一般应用于温度相对较低的热水管道系统，不适合应用于压力较高的地板辐射采暖系统。

1.5 氯化聚氯乙烯管材（CPVC）

氯化聚氯乙烯管材的英文全称为Chlorinated polyvinyl chloride pipe，它是PVC（聚氯乙烯）氯化的产物。CPVC材料制得的管材与PVC管材相比，具有一系列优势。首先是它的使用温度范围广，一般PVC管材安全使用温度为60℃，而CPVC管材在95℃下使用时仍可保持足够的机械强度；其次它管壁光滑，输送流体时摩擦阻力和附着力比PVC管材更小，具有良好的水力特性；再次，它具有优异的耐化学腐蚀性、阻燃性和力学性能，在恶劣的工况条件下具有更长的使用寿命；并且质量轻，相当于钢管1/5，铜管的1/6；安装方便等。由于CPVC管材的上述特点使之具有很高的使用价值，常常可代替金属或其他价格更贵的工程塑料，主要用于自来水管、热水管和采暖供热管，但目前国内生产较少^［²^］，材料来源还有待于进一步开发。

1.6 聚丁烯管材（PB）

聚丁烯管材的英文全称为Polybutylene pipe，它由丁烯（C4H8）聚合而成，具有很高的持久性、化学稳定性和可塑性，无味、无毒、无嗅，是目前世界上最尖端的化学材料之一。PB管内壁光滑，流动阻力小，而且不像金属管那样沉积水垢，造成水质污染。从环保角度来看，聚丁烯的分子结构不含卤化物，可以百分百的回收，是国家环保产品的绿色管材。PB材料柔韧易弯曲的特性，使得其在地板辐射采暖工程中非常容易进行布管。而PB管道耐温性好，耐压温度高的特性，可以用于连接暖气片，输送高温热水，在高温供暖领域同样具有独特的优势。

2 复合管材

2.1 交联铝塑复合管（XPAP）

交联铝塑复合管的英文全称为Cross linked polyethylene aluminum compound pipe。热水系统中所用的铝塑复合管，是以交联聚乙烯作为管的内外层，中间芯层夹以焊接铝管，在铝管的内外表面涂覆胶粘剂与塑料层粘接，通过复合共挤成型的具有五层结构的复合管材。铝塑复合管具有良好的耐腐蚀性，可抵御强酸碱等大多强腐蚀化学液体；阻隔性好，密度小，同样管径及长度的管材，铝塑复合管约为钢管质量的1/7；不回弹，可任意由直变弯并保持变化后的形状，这一特点对于成盘收卷的铝塑管用于室内明管施工尤为方便。据有关资料介绍，在工业发达国家，铝塑复合管在管材使用中的占有率约为15%。

3 综合性能　

上述各种热水采暖管材在价格、使用寿命、热工性能、耐腐蚀性、施工性能等诸方面各有其特点。因此，他们的综合性能评价是十分重要的。本文作者通过查阅资料、市场调查及调研，将各种管材综合性能进行评价，结果列表如下（见表1）。

通过表1可得看出：

（1）当管材应用于采暖系统并输送高温水时，可以选用耐高温的交联聚乙烯管（PE-X）、聚丁烯管（PB）和交联铝塑复合管（XPAP）。但是，当供暖系统采用钢制散热器等易腐蚀构件时，PE-X管和PB管应设有阻氧层，防止渗入氧而加速对系统的氧化腐蚀^［³^］。由于地板辐射供暖热媒的设计温度不超过60℃，因此上述管材均可用于地板辐射采暖系统。

（2）热膨胀系数即指1米管材在加热温度升高1摄氏度时其长度的变化。XPAP管的热膨胀系数在上述管材中是最小的，由于地板辐射采暖是将管道埋于地下，其热膨胀受到限制，所以其热膨胀性一般不会对地板采暖结构造成影响；但应用于常规采暖系统时，XPAP管是上述管材中温度升高时变化最小的，因此使用起来更加安全可靠。

表1 各种管材主要特性参数综合比较

管材性能	PE-X	PE-RT	PP-R	PP-B	CPVC	PB	XPAP
使用温度（℃）	-70～95	-40～90	-15～80	-20～60	-40～95	-20～95	-70～95
密度(g/cm³)	0.95	0.93	0.9	0.9	1.55	0.93	1.3
热膨胀系数（mm/m℃）	0.15	1.95	0.16	0.125	0.08	0.13	0.036
导热系数(w/m·k)	0.35	0.4	0.21	0.22	0.14	0.17	0.45
弹性模量 (N/㎜2)	600	600	500	350	3500	400	－
卫生性能	卫生	绿色产品	绿色产品	绿色产品	绿色产品	绿色产品	卫生
布管方式	并联式暗敷	串联式暗敷	串联式明、暗敷	串联式明、暗敷	串联式暗敷	暗敷	明、暗敷
连接工艺	承插夹紧连接	热熔连接	热熔或电熔连接	热熔或电熔连接	溶剂胶接	热熔或电熔连接	承插夹紧连接
使用寿命	约50年	约50年	约100年	约50年	70年	约50年	约50年
适用范围[3]	冷、热水地板辐射散热器采暖	冷、热水饮用水	冷、热水饮用水空调	冷、热水地板辐射散热器采暖	冷、热水饮用水	冷、热水饮用水空调	冷、热水直饮水地板辐射散热器采暖

（3）XPAP管的导热系数为0.45 W/（m·K），远高于其他管材，当应用于地板辐射领域时，由于其热阻最小，与常用的PEX管、PE-RT管、PP-R管相比，在地板辐射采暖应用中可以提高热传导效率。PE-RT管的导热系数略低于XPAP管，但由于其价格低，因此比XPAP管具有更广泛的市场。

（4）弹性模量是指在材料弹性范围内应力与应变之比，弹性模量越小，材料弹性就越大，桡曲性就越好，施工越容易。反之，弹性模量越大，施工就越困难。上述管材中，弹性模量较小的是PP-B管和PB管，二者的弹性远好于其他管材，但由于PP-B管在国内不多见且产品质量参差不齐，因此PB管在采暖系统施工性能上更具有优越性。

（5）PE-RT管、PP-R管、PP-B管和PB管原料可以回收利用，是绿色环保建材，而PE-X管和XPAP管，其物料无法再次回收利用。

（6）上述管材的连接方式各不相同，PE-RT管、PP-R管和PP-B管均采用热熔连接，具有较高的连接可靠性，在管道敷设过程中，如发现破损管道可直接热熔连接，不必更换整根管道，而PE-X管和XPAP管采用承差夹紧连接，连接用管件均为锻造黄铜，管件成本高，连接紧密型差。

4 经济性分析

上面总结的是各种管材的性能指标，但在实际工程应用中，管材的经济性是至关重要的。下面本文作者分别通过低温地板辐射采暖系统和散热器热水采暖系统两个工程实例,对各种管材经济性进行分析。

4.1 低温地板辐射采暖方式

本文以一套一百平米的平层住宅为例进行分析，其中每种管材用量为500米，规格均为五分管，采用FPQ-3型分水器一个。地板由以下三部分组成：负荷分配层、塑料管道层以及绝热隔湿层。其中复合分配层为40mm厚的细石混凝土，绝热隔湿层为25mm厚的苯板加铝箔，塑料管道层按上述七种管材分别计算。除去塑料管道层的成本价格及其施工费用列于表2中。

表2 地板成本构成

项目	材料	费用（元/m2）	合计（元/m2）
复合分配层	细石混凝土	40	75
绝热格式层	苯板+铝箔	15
施工费用		20

根据经济评价方法，对上述七种管材应用于低温地板辐射采暖系统的造价进行计算，价格对比见下图。

图1 地板辐射采暖管材价格比较

从图1可以看出， PB管和XPAP管由于造价偏高，适用于高档住宅小区等对卫生条件要求较高的场所；而PP-R、PP-B管虽然在综合性能方面不及PE-X管和PE-RT管，但由于其低廉的价格，在地板辐射采暖系统中还是占有很大的市场份额；CPVC管材由于在国内的生产厂家有限，因此并未普及；而PE-RT管虽然在价格上高于PE-X管，但是它无论在耐低温特性、抗化学腐蚀性、抗酸碱性和环保性方面，与PE-X管相比，都具有很高的性价比，也是国内目前大力推广，作为替代PE-X管的一种应用于暖通空调领域的新型管材。PE-X管在欧洲是建筑内冷热水管道中应用量最大的品种，要占到建筑内冷热水塑料管道市场的50％左右。由于近几年来我国低温地面辐射采暖发展较快，因此PE-X管近年来也发展较快，其作为地板采暖管材中最广泛应用的品种，地位依然不可动摇。

4.2 散热器采暖系统

目前，散热器采暖系统常用管材有交联聚乙烯管、聚丁烯管、无规则共聚聚丙烯管、嵌段共聚聚丙烯管和交联铝塑复合管^［⁴^］。

本文以一个93平米的的平层住宅户型为例进行分析。采用柱翼745型的散热器，采暖支管长55米，管径均为DN25，人工费、管件费及其管材费见下表3。

表3 散热器采暖管材综合费用

管材名称	人工费（元）	弯头费（元）	管材费（元）	合计（元）
XPAP管	715	679.32	1547.7	3064.6
PB管	828.3	174.42	1179.75	2268.33
PE-X管	828.3	127.98	754.05	1771.26
PP-R管	828.3	116.37	637.45	1636.26
PP-B管	828.3	95.58	520.3	1491.16

图2 散热器采暖管材价格比较

从图2可以看出，上述五种管材中，XPAP管的人工费虽然最低，但是其连接管件的费用和管材费用最高，因此总造价最高；而塑料管中造价最高的，是目前应用于热水系统中材料等级最高端的PB管；其次是PEX管、PP-R管和PP-B管。但是PE-X管由于其连接管件费用和管材费用较高，在热水采暖系统中还未曾得到普及。PP-R管由于其卓越的性能和低廉的价格，在东北地区，尤其是采用分户计量的热水采暖系统中应用十分广泛。虽然PP-B管的造价最低，也可以用于热水采暖系统，但是由于该品种的原料在国内也没有通过合格验证的生产厂家，因此推广应用有一定难度。

5 结论

（1）在地板辐射采暖中，PE-X管是目前东北地区应用最广泛的管材之一。与其他地暖管材相比都有着不可替代的优势；PE-RT管的价格虽然比PE-X管高，但其广泛的应用领域和高效的热传导率，都是地暖管材中综合性能价格比最适合的管材；而 PP-R管和PP-B管低廉的价格和大量的工程应用实例，决定了这两种管材在普通住宅和小区工程的应用中占有很大的份额；PB管和XPAP管由于价格等因素决定，在地暖领域的普及率还有待提高；CPVC管由于国内生产厂家较少，目前在国内地暖领域还未得到广泛应用。

（2）在散热器采暖系统中，东北地区近年来多采用分户计量采暖的供热方式，PP-R管由于其优越的性价比，在分户采暖的暖气改造施工过程中得到了广泛的应用；与PP-R管性能相似的PP-B管因其在国内的生产厂家较少，因此在热水采暖系统中并未得到广泛应用；PB管在PP-R、PP-B和PE-X这三种塑料管中造价最高，管材质量最好，但其管材本身和配件价格过高，至今在东北地区还未见其用于暖气管道支管；而PE-X管虽然可以用于热水采暖，但是相比其他塑料管材而言价格较高，应用于散热器采暖系统中并没有更多的优势，目前普遍应用于地板辐射采暖；而XPAP复合管虽然人工费相比塑料管较低，但是其管件接头价格过高，管材本身价格也一直居高不下，因此只适用于高档住宅小区。

参考文献:

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