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PERT管道介绍

作者:现金信誉平台 日期:2020-09-04 16:09

  PERT管道介绍_建筑/土木_工程科技_专业资料。地板采暖是我国近年来从欧洲引进的一种新兴的采暖方式,它以节能、节约空间和更高的舒 适度等 明显的优点赢得了许多客户的欢迎,塑料管材在地板采暖的推广应用中起了推动作 用。根据 Globalpipe 的统

  地板采暖是我国近年来从欧洲引进的一种新兴的采暖方式,它以节能、节约空间和更高的舒 适度等 明显的优点赢得了许多客户的欢迎,塑料管材在地板采暖的推广应用中起了推动作 用。根据 Globalpipe 的统计,在欧洲自来水、散热器、地板采暖使用管 材的比例是 1.45: 1.35:1,地板采暖的管材使用量和自来水的管材使用量相近,这个市场值得管材企业努力 去开发。目前我国地板采暖管材以 PEX(交 联聚乙烯)管为主, PP-R(无规共聚聚丙烯)、 PP-B(抗冲击聚丙烯)和 PB(聚丁烯-1)等管材也参与了市场的竞争。本文介绍了一种新级 别的 PE(聚乙烯)材料,它在 高温下的长期强度有了显著地提高,非常适合使用于地板采 暖,并且比较了各种管材在地板采暖领域的应用的优缺点。 地板采暖的使用条件和对管材独特的使用方式要求所应用的管材具有的一定的特点: 1.长期耐温耐压性能:我国的地板采暖设计一般采用 40-60℃的热水,设计压力一般 为 0.4-0.6MPa。由于在不同的季节管材所承受的温度和压力不同,很难计算管材在这种条 件下的许用应力。为了方便设计人员对管材的壁厚进行选择,国际 标准对地板采暖的使用 条件进行了计算和简化,形成了 ISO10508:1995《用于冷热水系统的热塑性塑料管材和管 件》中规定的使用条件级别 4,即在设 计温度 20℃下使用 2.5 年,40℃下使用 20 年,60℃ 下使用 25 年,在最高温度 70℃下使用 2.5 年,在故障温度 100℃下使用 100 小时,总的使 用 寿命为 50 年,这种使用条件要求管材具有一定的长期耐温耐压性能。 2.高可靠性:由于地板采暖属于隐蔽工程,将管道打在砼内,管材的使用寿命要求基 本要同房屋 同步,一旦出现问题,对于出现问题的点不容易判断,而且造成的损失要远远 高于管材本身的价值,所以要求管材具有高可靠性。这一方面要求管材本身的质量要可 靠, 另一方面要求管材的抗划痕和抗冲击等施工性能要好,因为施工过程管材难免受到一些摩擦 和冲击。 3.高柔韧性:为了确保管道系统的可靠性,地板采暖管材一般不应有接头,这样就要 求使用整根的管材,要求管材足够柔软,容易施工。 PE-RT 管材原料简介 普通 PE 管材耐热较差,一般用于常温冷水的输送。根据美国塑料管材协会 PPI (Plastic Pipe Institute)的规定,其最高使用温度仅为 140°F 即 60℃。PPI 规定如果要将聚乙 烯使用温度列为 60℃以上时,需要作为“特例”,经过 PPI 董事会表决决定。为了提高 PE 的 耐热性能而开发的 PEX——交联聚乙烯管材,把线形大分子链之间通过某些交联剂联结起来, 这的确使管材获得了很好的耐热效 果,但是同时又带来了生产成本的提高和维修、卫生性 能方面等等一系列的问题。而且由于交联的作用,管材由热塑性管材变成了热固性管材,一 些废弃的管材(包 括工厂中不合格的管材或者施工中产生的小管段等)无法回收,使 PEX 管材给环保带来了一定的负面影响。 PE 的柔韧性和性价比非常适于管材使用,为了研制可以在高温下使用的聚乙烯管 材料,研究人员进行了大量的研究和实验。2002 年 3 月,美国陶氏化学的 DOWLEX 2344E 率先通过了世界著名的塑料管材检测机构 Bodycotepolymer 的测试,正式宣告聚乙烯管材只 能做冷水管历史结束,同时也宣告了一个新的 聚乙烯管材原料等级的诞生。这是热水用聚 乙烯管材原料研究的重大突破,这种新材料就是——PE-RT,而实际上在此之前 DOWLEX 2344E 已经有 18 年管道系统中的实际应用经验。韩国 SK 的 DX800 也在最近通过了 Bodycotepolymer 的长期测试,成为第二种合格的 PE-RT 管材原料。 PERT 即耐热聚乙烯,是 Polyethylene of raised temperature resistance 的英文缩写, 是一种可以用于热水管的非交联的聚乙烯,也有人突出了其非交联的特性,叫它“耐高温非 交联聚乙烯”。它是一种采用特殊的 分子设计和合成工艺生产的一种中密度聚乙烯,它采用 乙烯和辛烯共聚的方法,通过控制侧链的数量和分布得到独特的分子结构,来提高 PE 的耐 热性。由于辛烯短 支链的存在使 PE 的大分子不能结晶在一个片状晶体中,而是贯穿在几个 晶体中,形成了晶体之间的联结,它保留了 PE 的良好的柔韧性,高热传导性和惰性,同时 使 之耐压性更好,这种改性方法和目前市场上常见的 PPR 类似。PE-RT 管可以用于 ISO10508 中规定的热水管的所有使用级别。PE-RT 原料的主要 物理性能指标如下: 物理性能 单位 测试方法 典型值 熔融指数,190℃,2.16Kg g/10min ISO1133 0.7 熔融指数,190℃,5Kg g/10min ISO1133 2.2 密度 g/cm3 ISO1183 0.933 维卡软化点 ℃ ISO3069(方法 A) 122 热传导系数,60℃ W/m k DIN52612-1 0.40 热膨胀系数 1/k DIN53752A (20-70℃) 1.95×10-4 拉伸屈服强度 MPa ISO527 15 拉伸断裂强度 MPa ISO527 40 断裂伸长率 % ISO527 700 缺口冲击强度,23℃ KJ/m2 ISO180 无破裂 缺口冲击强度,-40℃ KJ/m2 ISO180 9 弯曲模量 MPa ISO178 550 注:机械性能测试使用 2mm 厚的压缩样条,拉伸速度 50mm/min。 PEX、PB 和 PE-RT 在地板采暖中应用比较 有的厂家宣传自己的管材时对管材性能理解存在着误区。比如“使用范围 -70——110℃”,-70℃和 110℃的温度对于建筑用管材又有多少实际意义呢? 再比如“该管 材可以使用 200 年”,一个建筑物的设计寿命只有 50 年,水管的寿命 200 年意义何在?要正 确地理解塑料管的性能优劣,并不是某一个特定的性 能指标越高越好,对于单个的性能指 标而言,只要够用就行了,管材的优劣关键在于各项性能指标的均衡。如果一个或数个性能 指标很好,但是另一个关键性能极 差,这种材料很可能无法使用,除了性能之外还要考虑 性价比。用于地板采暖的各种管材的性能价格比较如下: 1. 长期耐温耐压能力: 对于 ISO10508:1995《用于冷热水系统的热塑性塑料管材和管件》中的使用级别 4 即地板采暖,各种材料的设计应力的对比如下: 材料 PB PE-X PE-RT PP-R 设计应力 5.46MPa 4.00MPa 3.34 MPa 3.30 MPa 上面各种材料设计应力的顺序是 PB>PEX>PERT>PPR,仅仅从设计应力上讲,可以 认 为 PB 管的壁厚在同样的温度和环应力条件下可以比其他管材薄,在地板采暖的条件下 甚至可以采用 1.3mm 的壁厚。然而地板采暖工程上在选用管材壁厚时,出 于高可靠性的要 求,还应考虑生产和施工时可能产生的缺陷以及是否容易弯曲施工。根据北京市标准《低温 热水地板辐射供暖应用技术规程》,“各类管材的壁厚均 不宜<1.7mm”。根据德国标准 DIN4726《用于温水地板采暖系统的塑料管道——基本要求》(Pipelines of plastic materials used in warm water floor heating systems; general requirements)的规定,“对于管径≥15mm 的(PEX、 PP-R、PP-B 和 PB)管材的壁厚至少应为 2mm”。在国家标准 GB/T18742《冷热水用聚丙烯管 道系统》中,所有规格管材的最小壁厚也不小于 2.0mm,这显然并不是出于耐压能力的考 虑,而是考虑到热熔连接的可靠性和可能的划痕等因素对管材的影响。特别是对划痕比较敏 感的 PB 管,更不能做的太 薄。综上所述,对于可靠性要求很高的地板采暖的管材,最小 的壁厚不应小于 2.0mm,所以 PB 和 PEX 管的耐压优势在管材口径小而且温度和压力条件又 不苛 刻的地板采暖得不到充分的体现。虽然各种管材的耐温耐压性有一定差别,但是在低 温地板采暖的使用中,各种管材的壁厚是一样的,最常用的是 2.0mm,在这 个壁厚下各种 管材都完全可以满足低温地板采暖的需要,PB 管在耐压性能上的优势不能抵消其在价格上 的劣势。 2. 从弯曲模量的数据来比较管材的柔软性, PEX-b(某国产硅烷交联管材料)≥800 MPa;PEX-a(某韩国过氧化物交联管材料)550-850 MPa;PE-RT:550 MPa(某进口 PE-RT 原料);PB:350 MPa;PP-R 一般为 800 MPa 以上,而 PP-B 一般为 1500MPa 左右。可见最 柔软的是 PB 管,而 PE-RT 比硅烷交联管柔软,和过氧化物交联的 PEX-a 差不多,PP-R 比 较 难弯曲,PP-B 是最难弯曲施工的。PB、PE-RT 和 PEX 施工时特别是在冬季施工,不需要特殊 的工具或者加热即可弯曲,施工成本低,而且弯曲部位产 生的内应力要比较低,对管材的 使用寿命影响小。同时因为管材柔软容易固定,对固定管材用的铁丝网的要求比较低,可以 节约成本。 3. PE-RT、PB、和 PEX 的耐低温冲击性都比较好,而 PP-R 和 PP-B 的耐低温冲击性比 较差。PE-RT 管材在-40℃时的抗冲击性与 PP-R 管材 0℃时的抗冲击性相近。耐低温冲击性好 的管材冬季施工时管材不易受到冲击而破裂,增加了施工安排的灵活性。 4. 从各种管材热传导系数来看,PEX、PERT 管为 0.40W/m k,PPR 管为 0.22W/m k, PB 管为 0.17 W/m k,PEX 和 PERT 管的导热性比 PP-R 和 PB 管高大约一倍。和热水输送用的 管材需要材料好的保温性不同,用于地板采暖的管材需要好的导热性,这样加热 速度更快, 相应的采暖运行费用比较低。从导热性来看,在各种管材中 PE-RT 和 PEX 是比较适合地板采 暖的使用的。 5. 和 PE-RT、PB、PP-R 等其他几种热塑性管材不同,PEX 管的耐热耐压性能不是靠材 料本身而是靠交联来保证,所以一旦交联度出现问题,其使用性能将 严重下降。PEX 由于 PEX 管材生产时需要交联,生产工艺相对复杂,对厂家工艺控制水平要求较高,质量受工艺 的影响比较大。由于 PEX-a 使用的原料是粉 料,需要在生产时与抗氧化剂和交联剂等助剂 混合,所以混合的质量就成了控制交联均匀度的关键。如果混合不均匀,交联剂和抗氧化剂 等助剂分散不好,则管材交 联的均匀度可想而知,管材的可靠性自然会严重下降,管材可 能会产生薄弱点。我国交联管的标准中没有交联均匀度的控制指标,只控制管材的交联度, 造成了质量 上的隐患。热塑性管材加工工艺简单,加工中对管材质量的影响因素少,管材 性能由材料自身来提供,只要有合适的设备,产品质量的可靠性比较高。由于 PEX 管 材不 可回用,一旦出现有的厂家舍不得将不合格品废掉,以次充好的现象,结果将不堪设想。对 于要求高可靠性的地板采暖懂得管材而言,热塑性的管材应该更加符 合使用的需要。 6. PE-RT、PB、PP-R 等热塑性原料在生产或使用过程中产生的可以回收,不污染环境, 比 PEX 具有较高的环保性。随着民众环保意识的觉醒和国家环保力 度的加大,符合更高环 保要求的产品在未来的竞争中将拥有更大的市场。而 PEX-b 管中使用的引发剂对生产员工也 会产生不良的影响,对劳动保护也会产生负面 影响。PEX-b 管由于其残留影响人体健康, 99 年 1 月欧洲共同体禁止在供水管中使用,这种现象也应该引起我们的重视。 7. 塑料管埋设在砼内,虽然施工要求很精细,对装修地面也有要求,但在施工过程 中和房屋装修的过程中,无意的局部破坏是难免的。一旦出现局部破坏的情 况,PE-RT 和 PB 类管材能够热熔连接,很容易补救,而且其接头的耐久性能同管材一样。而交联聚乙烯 解决的唯一途径是用金属接头连接,这样在砼内便埋下 了隐患,收缩、腐蚀要不了多少年 就会出现渗水。国外一些国家明确规定金属接头不允许暗敷,只能明装,上海明确规定金属 接头不允许进墙,所以采用可热熔的管 材做地板采暖是有一定的优势的,结合我国的施工 队伍素质尚待提高的现状,采用非交联的材料更有现实的意义。 8. 各种原料的价格如下,PB(BASELL)4 万元/吨,PEX-b 1.4 万元/吨,PE-RT 1.5-1.7 万元/吨,PEX-a 0.9 万元/吨。由于 PEX-b 管材的加工费用比较高,所以管材的价格情况一般 是 PB>>PEX-b>PE-RT>PEX-a,可见 PE-RT 的价格介于 PEX-a 和 PEX-b 之间。在地板采暖 施工中,管材价格仅占整个成本的一半左 右,如果管材价格相差 20%(比如 0.4 元),仅仅 相当于整个成本相差约 1.8 元,对于整个房屋的成本而言更是微不足道,如果房屋价格为 3600 元/平 米,则只增加 0.05%,即万分之五。如果以万分之五的代价换来更高的可靠性, 每一个业主都是完全乐意的。 结论: 从 PE-RT 管材的各项性能和性价比综合起来看,是最适合于地板采暖的管材 品种之一。由于 PEX 管传统的优势,将来 PE-RT 管与 PEX 管将要成为市场的主流,而在竞争 中 PE-RT 管应该更有优势。 各种管材应用的情况 目前在我国的地板采暖系统中,使用的管材以 PEX 和 PP-R 管为主,另外还有少量的 PP-B 和 PB 管。下面分别介绍一些各种管材在国内的生产和应用情况。 一、PEX 管:PEX 管主要可以分为 PEX-a,PEX-b,PEX-c 三种,分别是过氧化 物交联 聚乙烯,硅烷交联聚乙烯和辐射交联聚乙烯管材。因为 PEX 管相对柔软,耐温耐压性、导热 性,抗冲击性较好,所以目前其在我国地板采暖系统中使用比较 多。前几年 PEX-b 即硅烷 交联聚乙烯管材生产量和使用量比较大,而 PEX-c 因为设备投资大,在国内没有很多发展。 硅烷交联需要额外的设备(锅炉)和场 地(交联池),投资增加,交联时间长,影响规模生 产,生产成本高。硅烷交联时交联度不易控制,往往需要一定的经验,因而往往影响管材机 械性能。PEX-b 管的柔软性稍差一点,在地板采暖中使用是一个缺点。硅烷交联原料价格比 较高,所以其正规厂家的管材价格在市场上的价格也比较高。 近几年兴起了 PEX-a 即过氧化物交联聚乙烯管材,其原料供应商以韩国的一些厂家为 主,虽然 PEX-a 管材生产速度较慢,但是因为其原料价格很低,其管材价格仍然比较便宜, 而且在性能上也不错(主要是其比 PEX-b 柔软而且毒性比较低),所以在 PEX 管中 PEX-a 是 最有竞争力的。目前国内 PEX 管材生产能力严重过剩,据说达到了销售量的 3-5 倍。 二、PB 管:因为 PB 管在上述的几种管材有最高的承压能力和最好的柔软性,所以在 国内 PB 管 占据着一部分高档的市场,在北京等地有一些使用。PB 原料的主要来源是 BASELL, 这个公司是 SHELL 和 BASF 的合资公司,另外有一家日本公司 Mitsui 也有生产。从性能上看 PB 管本身也有一些缺点,施工上的疏忽容易造成管材的破裂。PB 管的透氧率比较高,用于 热水管时容易造成系统的腐蚀,不 适合于采暖系统。最重要的是 PB 的价格昂贵,用户难 以承受。 在国内 PB 被比喻成塑料中的黄金,但是 PB 管在国际上在声誉却不太好,网站上 PB 管的不利情 况一片充斥。在欧洲 PB 管虽然经过了许多年的发展,PB 管的市场分额始终没 有突破性的进展,始终在市场上处于配角的地位。在欧洲的 PB 管道系统协会—— PBPSA 的 网站上,我们可以看到,就连他们也承认,在 90 年代中期,因为 PB 管道系统的问题,SHELL 受到了控诉,被迫花了大量的钱来应付有关的诉讼,所以 PBPSA 的成员也不在向美国销售 PB-1 管,如今美国 PB 管的市场几乎丧失殆尽。在美国的 PB 原料 工厂将逐步关闭,而 BASELL 将起用其在欧洲的新工厂。在 PE-RT 这种柔软的热塑性管材参与地板采暖市场的竞争的情况 下,估计 PB 只能在极少部分的市 场销售,难以有很大的起色。 三、PP-R 和 PP-B 管:因为 PP-R 管韧性较差,在地板采暖领域没有性能优势,所以在 地 板采暖领域的应用正在下降。PPB 管耐温耐压性比 PP-R 管差,所以同样的使用条件下管 材的壁厚要大。根据国标 GB/T18742《冷热水用聚丙烯管道系 统》,在地板采暖(使用级别 4)的设计压力为 0.4MPa 和 0.6MPa 时,选用的 PP-B 管系列分别是 S4 和 S3.2,而 PP-R 都是 S5。对于 20 的 管材而言,PP-B 要分别用 2.3 和 2.8 的壁厚,而 PP-R 只需要 2.0 的壁厚,可 见要保证同样的耐压性,使用 PP-B 管的壁厚要厚很多。加之 PP-B 本身的柔软性就差,在壁 厚大的情况下更难以安装,所以 PP-B 不适合于地板采暖。 四、PE-RT(见下一章) PE-RT 在欧洲和我国的发展状况 一、欧洲的情况 我国北方地区和欧洲的纬度相近,而且欧洲在塑料管使用方面是世界的先驱,所以研 究欧洲的情况对我们会有很多启示,我国管材的发展可以参考欧洲的经验。下表是欧洲 PEX+PE-MD/PE-RT 在供水和采暖的用量(百万米)(资料来源 KWD -globalpipe): 年 PE-RT 管材用量 其他管材用量 总量 1996 50 280 330 1997 73 298 371 1998 90 310 400 1999 125 335 460 2000 162 330 492 2001 210 290 500 2002 265 255 520 从上表可以看出,以前在欧洲的供暖市场是 PEX 管一支独秀,从 1996 年起 PE-RT 管 异军 突起,其市场占有率从 15.2%迅速上升到 2002 年的 51%,现在是 PEX 管和 PERT 管平 分秋色,而且后者仍然保持着很快的上升趋势,与此同时 PP- R、PB、CPVC 一直在市场上分 额不大。PE-RT 管材在欧洲已经成功地用于地板采暖,墙面采暖和融雪系统和散热器采暖中。 在欧洲 PERT 管的配套标准 比较齐全,包括产品的标准和应用的标准都已经齐全,可以说已 经成为一种成熟的管道系统。主要的标准有: DIN4721:2001《高温地板采暖系统及散热器采暖系统用塑料管道——耐热聚乙烯 (PE-RT)》 Plastic piping systems for warm water floor heating and radiator connections——Polyethylene of raised temperature resistance(PE-RT) DIN16833:2001《耐热聚乙烯管道(PE—RT)——一般质量要求,检验》 Polyethylene pipes of raised temperature resistance——General quality requirements, testing DIN16834:2001《耐热聚乙烯管道(PE—RT)——尺寸》 Polyethylene pipes of raised temperature resistance——Dimensions ISO/WD 24033《耐热聚乙烯管道(PE—RT)——时间和温度对预期强度的作用》(ISO 工作草案) Polyethylene of raised temperature resistance (PE—RT)pipes——effect of time and temperature on the expected strength 由于 PE-RT 的发展势头很猛,KWD-globalpipe 对 PE-X 管制造商(尤其是用 于地板采 暖和散热器连接)提出了题为“欧洲:PEX 在加热领域进入困难时期”的警告——PEX 管材的 厂家“应该作好思想准备迎接前面的困难时期,除非他们 有足够的资金,并且能够迅速应对 最近在行业中出现的危险趋势”。在中欧,主要的 PE-RT 管材的供应商是 HPG,Unatherm 和 Cronatherm(都是德国)和 Multitherm(奥地利)。 二、国内的情况 目前国内塑管行业对于 PE-RT 管道都了解得比较少,在我们公司的客户调查中,没有 一个客户 听说过 PE-RT 管。国内也有个别厂家做过 PE-RT 管,但是市场一直没得到很好的 开发。通过上面的性价比分析,可以知道 PERT 管在地板采暖市场有着巨 大的性能优势,市 场发展存在着很大的潜力。PE-RT 管市场只是刚刚开始,存在着巨大的潜在的市场,但是这 个市场不会自己去形成,要靠生产厂家去积极的推 广,它才会由潜在的市场变成现实的市 场。 2002 年建设部发布了 CJ/T175—2002《冷热水耐热聚乙烯(PE—RT)管道系统》,这个 标准是参照德国标准制订的,标准的水平比较高。这个标准对于推动我国 PE-RT 管材的推广 应用将会起到积极的作用。 三、金潮产品的简介 为了适应我国地板采暖市场向高可靠性、高环保性的方向发展,让国内客户能够分享 到世界最新材 料技术的成果,金潮管业采用进口原料和先进的德国巴顿菲尔生产线,推出 了新一代地板采暖管材——金潮 PE-RT 地板采暖管材。金潮管业为地板采暖提供了系 统解 决方案,主干管采用 PP-R 管,保留了 PP-R 管的优势,以有效地利用其刚性好——管道较 为美观和保温性好的特点,减少了保温材料的成本;埋地敷设的盘管采用 PERT 管,以有效 地利 用其适合于地板采暖盘管的特性,构成一个更合理的系统。 结束语 近十几年来,塑料管材真正地进入了人们的视野,改变了以往人们对塑料管材的印象。 对于塑料管 材的认识也从“塑料管不生锈”到认识了其长期的耐压性能,塑料管材也不再是 容易老化脆化和劣质廉价品的代名词。塑料管的不腐蚀,柔韧,热熔连接不泄露,重 量轻, 容易运输和现场操作等优点已经成为了业内人士的常识。人们对塑料管材抱着一种更加开放 的心态,愿意去积极的尝试新的塑料管材,政府和主管部门也加大 了塑料管材的推广力度。 但是同时也出现一部分人或者厂家盲目的夸大塑料管的性能,使施工和设计人员也产生了一 些错觉,盲目扩大其使用范围,施工时野蛮施 工,出现了一些不应该发生的事故。所以, 目前业界应该对新型塑料管抱一种理性的态度,既不是完全否定,也不是盲目夸大,这是一 个认识的跨越,实事求是的认 识和使用才有利于新产品的健康成长。 经过上面的分析,我们可以认为 PE-RT 是最适合于地板采暖的管材品种之一,具有着 得天独厚 的优势,未来的地板采暖市场将是 PE-RT 和 PEX-a 的天下,其它管材的竞争力不 强。国内的有识之士早就指出:在欧洲 PE-RT 管“经过近 20 年的研 发,投放市场仅数年, 其市场占有率大大高于 PP-R、PB、PP-H 和 PP-B 管,而仅次于 PEX 管,更主要的还在于其热 强度、抗应力开裂性、抗蠕变能力 均不低于 PEX 管,完全是热塑性的,不仅废料可以回收 利用,管材也可很容易的进行焊接连接,又是 PEX 管所不可以比拟的。据预测,数年后 DOWLeX2344E 管很可能后来居上,接近或超越 PEX 管。”可以预见,PE-RT 管的发展将是继 PP-R 管之后管材市场的又一个市场机会 耐热塑料 PE-RT、PP-R、PB、PEX 管在地板采暖中的应用与发展 马彩芹 (河北宝硕 管材有限公司,保定 071051) 摘要:本文通过对地板采暖用管材 PE-RT、PP-R、PB、PEX 和 PE-RT 的性能比较,充分说明 PE-RT 管在地板采暖系统中有独特优势,是一种值 得推广的耐 高温环保材料。 关键词:PE-RT 地板采暖 施工优势 一、 引言 地板采暖是近年从国外引 进的一种新兴的采暖方式,它以节能、节约空间和更高的舒适度的优点赢得了许多用户的欢 迎。耐高温塑料管材在地板采暖的推广应用起了 推动作用。目前国内地板采暖管材有 PE-RT、 PP-R、PB、PEX;其中 PE-RT 是最近出现的。本文对这几种管材在地板采暖领域应用的优缺点 进行了 比较。地板采暖的使用条件和对管材独特的使用方式要求所用的管材具有一定的特 点: 1.长期耐温耐压性能:我国的地板采暖设计一般采用 40-60℃的热水,设计压力一般为 0.4-0.6Mpa。由于在不同的季节管材所承受的温度与压力不 同,很难计算其在这种情况下 的使用应力。一般采用 ISO 10508:1995《用于冷热水系统的热塑性塑料管材和管件》的规 定,按使用条件选用其中的四个应用等级,见表 1。 表 1 使用条件级别 应用等 级 设计温 度 TD ℃ 在 TD 下的使用寿命 年 最高设计温度 Tmax ℃ 在最高设计温度下的使用时间 年 故障温度 Tmal ℃ 在故障温度 Tmal 下的使用时间 h 典型应用范围 级 别 1 60 49 80 1 95 100 供应热水 (60℃) 级 别 2 70 49 80 1 95 100 供应热水 (70℃) 级别 4 20 40 60 2.5 20 25 70 2.5 100 100 地板采暖和低温散热器采暖 级别 5 20 60 80 14 25 10 90 1 100 100 高温散热 器 采暖 注: ⑴、 当 TD、Tmax、Tmal 超出本表所给出的值时,不能用本表。⑵、表中所 列各使用条件级别的管道系统应同时满足 20℃、1MPa 条件下输送冷水 50 年使 用寿命的要 求。 2.高可靠性:由于地板采暖属于隐蔽工程,管材的使用寿命要求要与房屋同步,一旦 出现问题,对于出现问题的点不容易判断,而且造成的损失要远远高于管材本 身的价值, 所以要求管材具有高可靠性。这一方面要求管材本身的质量要可靠,另一方面要求管材的抗 划痕和抗冲击等施工性能要好,因为施工过程管材难免受到一 些摩擦和冲击。 3.高柔韧性 (即弯曲性好):为了确保管道系统的可靠性,地板采暖管材一般不应有接头,这样就要求 使用整根的管材,要求管材足够柔软,容易施工。 二、PE-RT、PP-R、PB、PEX 管在地板采 暖中的性能价格比较 1.长期耐温耐压能力:对于 ISO 10508:1995《用于冷热水系统的热塑 性塑料塑料管材和管件》中的使用等级 4 即地板采暖,各种材料的设计应力对比如下: 材 料 PB PE-X PP-R PE-RT 设计应力 5.46MPa 4.00 MPa 3.34 MPa 3.30 MPa 仅从设计应力上讲, 可以认为 PB 管的壁厚在同样的温度和环应力条件下可以比其他管薄。然而地板采暖工程上 选用管材时,处于高可靠性的要求,还应考虑生产和 施工时可能产生的缺陷。德国标准 DIN4726《用于低温地板采暖系统的塑料管道——基本要求》规定“对于管径≥15mm 的管材 的壁厚至少应为 2.0mm”;国家标准 GB/T《冷热水用聚丙烯管道系统》中规定“所有规格管 材的最小壁厚不应小于 2.0mm”。这显然不是处于耐压能力的考虑,而是考 虑到热熔和划痕 等因素的影响。特别是对划痕比较敏感的 PB 管,更不能做的太薄。所以 PB、PE-X 的耐压优 势在地板采暖得不到充分体现。可见,虽然各种管 材的耐压耐温性有一定差别,但是在低 温地板采暖的使用中,各种管材的壁厚是一样的,最常用的是 2.0mm,在这个壁厚下各种 管材都完全可以满足低温地板采 暖的需要。PB 管在耐压性能上的优势不能充分体现,抵消 不了其在价格上的劣势。 2.柔韧性: 材料 PB PEX-b PEX-a PP-B PP-R PE-RT 弯曲摸量 350MPa ≥800 MPa 350-850 MPa 1500 MPa ≥800 MPa 550MPa 可见最柔软的是 PB 管,PE-RT 和 PE-Xa 差不多,PP-R 次之,PP-B 最难弯曲。PB、PE-RT 和 PEX-a 刚中带柔,具有较好的韧 性,弯曲特 别省力,且可以采用较小的曲率半径。特别是在冬季施工时,不需要特殊的工 具或者加热即可弯曲,施工成本低,而且弯曲部位产生的内应力要比较低,对管材的使 用 寿命影响小。同时管材柔软易固定,对固定管材用的材料要求比较低,可以节约施工成本。 PE-RT 作为地板辐射供暖系统的加热盘管时,这个特点给施工带来 了极大的方便。此外, 其特有的“应力松驰性能”在管道弯曲处的应力能很快得到释放,从而可以避免在长期使用过 程中由于应力集中而在弯曲处出现破裂的现象。 3.抗冲击性能: PB、PE-RT 和 PEX 的耐低 温冲击性都比较好,而 PP-R 和 PP-B 的耐低温冲击性比较差。PE-RT 管材在-40℃时的抗冲击 性和 PP-R 管材 0℃ 时的抗冲击性相近。耐低温冲击性比较好的管材冬季低温环境施工时管 材不易受到冲击而破裂,增加了施工安排的灵活性。 4.热传导性: 材料 PB PE-X PP-R PE-RT 热传导系数(w/m.K) 0.17 0.40 0.22 0.40 PE-RT 的热传导系数与 PEX 相当,远高于 PP-R 和 PB,在采暖应用中可以提高热传导效率,。对地板辐射供暖来说,在相同条件下,盘管的导 热系数高, 就意味着单位地板面积的散热量提高,其结果是可以减少盘管长度,降低造价, 并且降低了系统运行费用。 5.成型加工性: 和 PE-RT、PB、PP-R 等其他几种热塑性管材不 同,PEX 管的耐热耐压性能不是靠材料本身而是靠交联来保证,所以一旦交联度出现问题, 其使用性能将 严重下降。PEX 由于 PEX 管材生产时需要交联,生产工艺相对复杂,对厂家 工艺控制水平要求较高,质量受工艺的影响比较大,相应的增加了综合成本。同时, 交联 度不易控制均匀,现场监测也有难度,可能产生由不均匀造成的薄弱点;目前市场上良莠不 齐,鱼龙混杂,质量很难控制。 PP-R、PE-RT 和 PB 为热塑性管材,加工工艺简单,加工中 对管材质量的影响因素少,管材性能由材料自身来提供,只要有合适的设备,产品质量的可 靠性 比较高。 6.可回收性: 由于 PEX 管材不可回用,一旦出现有的厂家舍不得将不合格 品废掉,以次充好的现象,结果将不堪设想。对于要求高可靠性的地板采暖懂得管材而言, 热塑性的管 材应该更加符合使用的需要。 PE-RT 和 PP-R 在生产过程中产生的废弃边角料 和不合格的管材和管件均可在制造商的企业内再次加工利用,不会对环境造成污染,具有较 高的环保性。随着民众环保意识 的觉醒和国家环保力度的加大,符合高环保要求的产品在 未来的市场竞争中将拥有更大的市场。 7.管道的连接问题: 管材通常有两种连接方法:“热 熔”式连接和机械式连接。热熔式连接是指在接头和管材上都使用相同的聚合物材料,采用 特制的连接设备,把接头和管材加热至一 定温度并熔合在一起,形成一个均匀、永久性的 水密连接。施工时只需严格遵从特定的加热时间和温度参数,就可保证连接可靠。机械式连 接是指采用机械的压力连 接管材和接头。主要有环式连接和压缩连接两种机械式连接方法, 易造成局部缩径,水流阻力增加,渗漏等现象。 众所周知,地板辐射供暖系统的加热盘管, 通常大部分是浇捣在细石混凝土填充层内的,所以渗漏是绝对不允许的。为此,施工规程中 都明确规定埋置在填充层内的 加热盘管上,不允许有可拆卸接头。这个规定无疑是十分正 确的,也是必须的。问题是在实践中,往往会有一些意外的事情发生,例如在建筑装修过程 中,无意中损 坏了盘管,现实中这种情况是屡见不鲜的。怎么办呢?把填充层全部揭掉, 重新更换盘管,往往是不可能这么做的。常规的处理方法是做局部修补处理——加一个可 拆 卸接头(而规定不允许)。采用热熔连接的 PP-R、PB 和 PE-RT 管材就可使此问题就迎刃而解。 为了在总体上对各类耐热塑料管有一个全面的了解,兹将各种耐热塑料管的综合性能在表中 作一汇总比较。品 种 比较内容 交联聚 乙烯管 耐高温 聚乙烯管 聚乙烯管 聚丁烯管 代 号 PEXa PE-RT PP-H PB PEXb PP-B PEXc PP-R 110℃/8760h 试验 通 过 通 过 通 过 通 过 输 送热水时的壁厚 较 薄 较 薄 较 厚 较 薄 低温下的韧性 很 好 极 好 PP-H 极差 PP-B 很好 PP-C 较差 很 好 热 强 度 很 高 较 高 低 很 高 加工性能 不 便 方 便 方 便 方 便 回收利用的可能性 不 可 可 可 不 可 卫生性能 PEXa 优 优 优 优 PEXb 差 PEXc 优 热熔连接 不 可 可 可 不 好 气 味 有 无 无 有 施工方便程度 方 便 最 方 便 很 方 便 不 方 便 综合成本 较 高 最 低 较 低 很 高 结论:从 PE-RT 管材的各项性能综合来 看,是最适于地板采暖的管材。 三、应用情况 1、国外的情况 (1)近年来欧洲在冷热水 输送、地板供暖和散热器供暖领域里,PE-RT 管的应用呈大幅度上升趋势,越来越广泛。下 面借用数据表格来说明。 欧洲 PE-RT 在冷热水输送、地板供暖和散热器供暖领域的用量 百 万米 年份 PE-X(以 PE-Xa 为主) PE-RT 总量 1996 190 50 330 1997 208 73 371 1998 224 90 400 1999 231 125 460 2000 228 162 492 2001 219 190 500 2002 203 225 520 从上表分析可以 看到:从 1996 年起 PE-RT 异军突起,其市场占有率逐年上升,而且 PE-RT 仍保持强劲的上 升势头。 ⑵期刊 Globalpipe 对于 2003、2004 年欧洲地板采暖管道系统情况的报道,归纳介 绍于下表:(为了说明发展趋势,列入 2001 年的数据): 欧洲 2003 年地板采暖管道系统应 用情况 百万米 ------ PE-RT PE-X 铝塑管 PB 2004 年欧洲--地板采暖 203.3 197.5 27.1 13.7 2003 年欧洲--地板采暖 187.3 183.6 27.1 13.7 2001 年欧洲--地板采暖 146.8 176.0 19.1 23.1 从数据中可以看到:在地板采暖领域,PEX 和 PE-RT 仍然占首位,还是有明显优势。该报道 中没有提供 PP 的数据。报道说,在欧洲的生活及采暖领域 PP- R 已经衰落,但因为生产简 单和低廉在东欧的生活用水领域还有增长。PB 在很多市场下降,但是在英国有些增长。 2. 国内情况 目前在我国的地板采暖系统中,使用的管材以 PEX 和 PPR 管为主,还有少量的 PB 管,PE-RT 管是近年刚在中国使用,国人对 PE-RT 了解的还比较少。 下面分别加以介绍。 ⑴ PEX:管主要分为 PEX-a、PEX-b、PEX-c 三种。因为 PEX 管相对柔软、耐温耐压、导热性好、 抗冲击性好,所以在中国地板采暖系统使用较 多;其中 PEX-A 是其中最有竞争力的。⑵PB: 因为 PB 管在上述的几种管材中有最高的承压能力和最好的柔软性,所以占据者部分高档市 场。但是 PB 管在国际上的声誉却不大好。这是因为在欧美曾有 几次 PB 管出事故的报道(可 能与 PB 的耐划痕能力差有关)。在 PE-RT 参与地板采暖市场的竞争下,估计 PB 管只能有极 少的分额,难有大的起色。 ⑶PP-R 和 PP-B 管:因 PP-R 和 PP-B 管韧性较差,在地板采暖领 域无性能优势,不适于地板采暖,所以在地板采暖的应用正在下降。 ⑷PE-RT:PE-RT 因其 优异的性能和性价比,一出现就受到客户的欢迎。尤其在地板采暖领域,正在逐步占领市场。 为了适应我国地板采暖市场向高可靠、 高环保性的方向发展,宝硕管业采用进口原料和先 进的德国巴顿菲尔生产线,推出了地板采暖管材---宝硕 PE-RT 地板采暖管材,并提供设计、 安装施工等系 统服务。 四、结束语 由于 PE-RT 管不仅具有施工方便、能修补等特点,而 且具有优异的性价比。可以认为 PE-RT 是最适于地板采暖的管材之一。一出现就受到了人们 的青睐,在 供暖领域里,尤其是地板辐射供暖方面,正在逐步取代传统的 PEX 管、PAP 管 和 PB 管等,我国已有数家企业引进了 PE-RT 管的生产线。应该指出,对于耐 热塑料管的选 择,并不是温度越高、热强度(设计环应力)越大就是越好。管材的优劣关键在于各项性能 指标的均衡和性价比,正确的选择应该是既能满足使用条件 的要求,且有一定的安全裕量, 但又不过分的大材小用而造成浪费,中国的名言“物尽其用,人尽其材”同样也适用于管材选 择。随着人们认识的深化,预计 PE- RT 在供暖领域里的应用将越来越普及。可以预见,PE-RT 管的发展是塑料生产厂家的一个市场机会。

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