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塑料类管材应用于住宅热介质管道的若干问题            【字体:
塑料类管材应用于住宅热介质管道的若干问题
作者:佚名    文章来源:不详    点击数:    更新时间:2008-6-22



文章摘要:1、适合于输送热介质的塑料类管材 1999年12月,建设部、国家经贸委、质量技监局和建材局,联合下达了《关于在住宅建设中淘汰落后产品的通知》,其中提到:自2000年6月1日起,在城镇新建住宅建设中,禁止使用冷镀锌钢管用于室内给水管道,并根据当地实际情况逐步限时禁止使用热镀锌钢管,推广应用铝塑复合管、交联聚乙烯(PE-X)管、三型无规共聚聚丙烯(PP-R)管等新型管材,有条件的地方也可推广应用铜管。......


  塑料类管材则不同,使用温度的影响极大,冷态下的承压能力不能用以判断在长期使用条件下的耐久性。其使用寿命主要取决于不同使用温度对管材的累积破坏作用,概略地说,温度每提高10℃,使用寿命约缩短2.5倍, 热作用使环应力逐步下降即发生管材的“蠕变”,以至不能满足使用压力而破坏。

  显然,应按使用温度确定许用应力,据以计算所需壁厚。同时,不能沿用钢管以公称直径标记设计管径的方法,应以“外径×壁厚”标记,并且考虑壁厚的显著差异选择管径。

  塑料类管材在不同温度下的等应变蠕变特性曲线,可见北京市标准《低温热水地板辐射供暖应用技术规程》的附录。附录中各类塑料管的环应力等应变蠕变特性曲线,来源于相关国际标准。从环应力特性曲线图可见,每一种塑料管材的许用应力,都会随时间的推移而下降,特别是随作用温度的升高而急剧下降。

  4、塑料类管材的使用条件分级由于管材在其全部使用期内,不可能始终是处在同一温度作用条件下, 必然存在不同温度的时间分布。

  例如:供暖系统管材在非供暖期内的温度会近似于室温,即使在供暖期内也会因进行质调节而受不同温度作用。因此,上述各种塑料类管材对应于不同温度的等应变蠕变特性曲线,显然不能直接作为设计选用的依据,需要先按不同使用条件的温度作用频率,确定使用条件分级。

  按国际标准ISO/10508:1995推荐的方法,对总设计使用周期为50年,奥、德、法地区典型使用条件的不同管材,统一划分的使用条件分级,如下表:

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 (Y)  ℃  时间 (Y)  ℃  时间 (h)  (举例)  应力安全系数  1.5  1.3  1.0     1  60  49  80  1  95  100  供60℃热水  2  70  49  80  1  95  100  供70℃热水  3  30
   40  20
   25  50  4.5  95  100  低温参数
地板辐射供暖  4  40
   60
   20  20
   25
   2.5  70  2.5  100  100  地板辐射供暖  5  60
   80
   20  25
   10
   14  90  1  100  100  85 / 60℃
散热器供暖 

  根据上表各使用条件分级不同温度的综合热作用,可计算出各种塑料类管材确保50年使用寿命的许用应力,其数值也收集在北京市标准《低温热水地板辐射供暖应用技术规程》的附录内。

  当然,使用条件分级并不是硬性规定,是按特定地区气候和典型使用条件计算所得的推荐性标准,因此,应按实际要求的使用寿命年限,并根据使用情况,分析使用寿命年限内不同温度的频率,合理确定使用条件分级。

  例如:对于北京地区一般低温热水地板辐射供暖工程,如按上述标准的4级选用管材和确定管壁厚,即在共50年的总使用周期中,运行温度20℃共历时2.5年,40℃共历时20年,60℃共历时25年,70℃共历时2.5年,100℃的意外运行条件不超过共100小时,显然是十分安全可靠的。

  5、散热器供暖系统使用条件分级的合理确定散热器供暖系统的运行水温高于地板辐射供暖,分户热计量户内系统将管道埋设在地面垫层内时,由于缺乏适宜的标准,北京市《集中供暖住宅分户热计量设计技术规程》中,只能提出对管材的性能指标要求和选择计算,应按不低于“使用条件分级”的5级。所谓5级是指:

  在50年的总使用寿命周期内,运行温度20℃共历时14年,60℃共历时25年,80℃共历时10年,最高运行温度90℃共历时1年(平均每年仅约7天),100℃的意外运行条件不超过共100小时。这种使用条件级别,反映了欧洲供暖期长和热媒温度低的特点,适合于热媒温度60-80℃、不高于90℃的运行工况。我国的具体条件与此有较大差异,对于通常热媒设计供水温度95℃的系统显然并不适合。“使用条件分级”的5级,约只适合北京地区热媒设计温度85/60℃的系统。因此,认为只要采用塑料类管材就可万无一失的认识是盲目的,在多种技术条件不能确保时,会留有许多隐患。

  最近,北京市建筑设计研究院根据北京地区的气象资料,针对热媒设计供水温度95℃的系统,提出了“使用条件分级”5A级的一组数据,较“使用条件分级”的5级,由于降低了各类塑料类管材的许用应力,在相同管径和压力下较需选用较大壁厚,按此计算,有些管材在较高压力的系统中,因无较大壁厚而不能采用。

  由于采暖期的长短不同,各地区会有较大的差别,不同的地区应经深入计算论证,提出当地的设计选用数据。为确保安全,在认真进行强度验算的基础上,要留有适度裕量。

  在确定当地设计选用数据时,还宜考虑以下有利和不利因素:

  有利因素是,由于各种原因系统实际配置的散热面积,均不同程度地偏大于理论所需散热面积,因此实际运行水温,均可低于设计水温,例如:对于设计水温95/70℃的系统,当偏大10%时,运行水温约可为90/65℃,当偏大20%时,运行水温约可为85/60℃,当偏大30%时,运行水温约可为82.5/57.5℃,当偏大40%时,运行水温约可为80/55℃。这是经理论推算和运行实践所证明的。

  一般系统的散热面积置,均会偏大20%-30%。

  不利因素是,目前的供暖期标准明显偏低,逐步延长供暖期,会是必然趋势,因此应考虑要能适应今后较长供暖期的热作用。

  各种塑料类管材的比较

  可从以下几个方面进行各类管材的比较。

  (1)许用应力排序。在相同的使用条件分级和有效使用寿命条件下,各类管材的许用应力,大致为以下排列顺序:交联铝塑复合管,聚丁烯管,交联聚乙烯管,无规共聚聚丙烯管。

  (2)按市场价格的高低排列,正好大体上也是上述顺序。并非一定要选用许用应力高的管材,例如:实际使用寿命不需50年、或使用温度较低、或工作压力较低,就有可能选择许用设计应力较小的管材。

  (3)关键还是各类管材的有效质量控制。据塑料工业业内人士分析,聚丁烯管和无规共聚聚丙烯管的质量, 主要通过原料的成份和品质控制。而交联聚乙烯管和交联铝塑复合管,除原料成份和品质外,其交联工艺对质量控制至关重要,正是交联工艺这一重要环节,使许多该类管材的质量失控。

  (4)聚丁烯管和无规共聚聚丙烯管,是可以再生的材料,对环保较为有利。这两种管材还可采用热熔接的连接工艺,节省昂贵的连接配件。

  (5)管材的氧渗透的问题,也应有所考虑, 与其它采暖系统共用同一集中热源水系统、且其它供

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