PERT、PEX、PP-R和PB管在地板采暖系統(tǒng)中應用的比較

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地板采暖是我國近年來從歐洲引進的一種新興的采暖方式 它以節(jié)能 節(jié)約空間和更 高的舒適度等 明顯的優(yōu)點贏得了許多客戶的歡迎 塑料管材在地板采暖的推廣應用中起了 推動作用 根據(jù) Globalpipe 的統(tǒng)計 在歐洲自來水 散熱器 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來水的管材使用量相近 這個市場值得管材企 業(yè)努力去開發(fā) 目前我國地板采暖管材以 PEX 交 聯(lián)聚乙烯 管為主 PP R 無規(guī)共聚 聚丙烯 PP B 抗沖擊聚丙烯 和 PB 聚丁烯 1 等管材也參與了市場的競爭 本文介 紹了一種新級別的 PE 聚乙烯 材料 它在 高溫下的長期強度有了顯著地提高 非常適 合使用于地板采暖 并且比較了各種管材在地板采暖領(lǐng)域的應用的優(yōu)缺點 地板采暖的使用條件和對管材獨特的使用方式要求所應用的管材具有的一定的特點 1 長期耐溫耐壓性能 我國的地板采暖設計一般采用40 60 的熱水 設計壓力一般為 0 4 0 6MPa 由于在不同的季節(jié)管材所承受的溫度和壓力不同 很難計算管材在這種條件 下的許用應力 為了方便設計人員對管材的壁厚進行選擇 國際 標準對地板采暖的使用條 件進行了計算和簡化 形成了 ISO10508 1995 用于冷熱水系統(tǒng)的熱塑性塑料管材和管件 中規(guī)定的使用條件級別4 即在設 計溫度20 下使用2 5年 40 下使用20年 60 下使用 25年 在最高溫度70 下使用 2 5年 在故障溫度100 下使用100小時 總的使用 壽命為 50年 這種使用條件要求管材具有一定的長期耐溫耐壓性能 2 高可靠性 由于地板采暖屬于隱蔽工程 將管道打在砼內(nèi) 管材的使用壽命要求基 本要同房屋 同步 一旦出現(xiàn)問題 對于出現(xiàn)問題的點不容易判斷 而且造成的損失要遠遠 高于管材本身的價值 所以要求管材具有高可靠性 這一方面要求管材本身的質(zhì)量要可 靠 另一方面要求管材的抗劃痕和抗沖擊等施工性能要好 因為施工過程管材難免受到一些摩 擦和沖擊 3 高柔韌性 為了確保管道系統(tǒng)的可靠性 地板采暖管材一般不應有接頭 這樣就要 求使用整根的管材 要求管材足夠柔軟 容易施工 PE RT 管材原料簡介 普通 PE 管材耐熱較差 一般用于常溫冷水的輸送 根據(jù)美國塑料管材協(xié)會 PPI Plastic Pipe Institute 的規(guī)定 其最高使用溫度僅為140 F 即60 PPI 規(guī)定如果要將 聚乙烯使用溫度列為60 以上時 需要作為 特例 經(jīng)過 PPI 董事會表決決定 為了提高 PE 的耐熱性能而開發(fā)的 PEX 交聯(lián)聚乙烯管材 把線形大分子鏈之間通過某些交聯(lián)劑 聯(lián)結(jié)起來 這的確使管材獲得了很好的耐熱效 果 但是同時又帶來了生產(chǎn)成本的提高和維 修 衛(wèi)生性能方面等等一系列的問題 而且由于交聯(lián)的作用 管材由熱塑性管材變成了熱 固性管材 一些廢棄的管材 包 括工廠中不合格的管材或者施工中產(chǎn)生的小管段等 無法 回收 使 PEX 管材給環(huán)保帶來了一定的負面影響 PE 的柔韌性和性價比非常適于管材使用 為了研制可以在高溫下使用的聚乙烯 管材料 研究人員進行了大量的研究和實驗 2002年3月 美國陶氏化學的 DOWLEX 2344E 率先通過了世界著名的塑料管材檢測機構(gòu) Bodycotepolymer 的測試 正式宣告聚乙烯 管材只能做冷水管歷史結(jié)束 同時也宣告了一個新的 聚乙烯管材原料等級的誕生 這是熱 水用聚乙烯管材原料研究的重大突破 這種新材料就是 PE RT 而實際上在此之前 DOWLEX 2344E 已經(jīng)有18年管道系統(tǒng)中的實際應用經(jīng)驗 韓國 SK 的 DX800也在最近通過 了 Bodycotepolymer 的長期測試 成為第二種合格的 PE RT 管材原料 PERT 即耐熱聚乙烯 是 Polyethylene of raised temperature resistance 的英文縮寫 是一種可以用于熱水管的非交聯(lián)的聚乙烯 也有人突出了其非交聯(lián)的特性 叫它 耐高溫非 交聯(lián)聚乙烯 它是一種采用特殊的 分子設計和合成工藝生產(chǎn)的一種中密度聚乙烯 它采 用乙烯和辛烯共聚的方法 通過控制側(cè)鏈的數(shù)量和分布得到獨特的分子結(jié)構(gòu) 來提高 PE 的耐熱性 由于辛烯短 支鏈的存在使 PE 的大分子不能結(jié)晶在一個片狀晶體中 而是貫穿 在幾個晶體中 形成了晶體之間的聯(lián)結(jié) 它保留了 PE 的良好的柔韌性 高熱傳導性和惰 性 同時 使之耐壓性更好 這種改性方法和目前市場上常見的 PPR 類似 PE RT 管可以 用于 ISO10508中規(guī)定的熱水管的所有使用級別 PE RT 原料的主要 物理性能指標如下 物理性能 單位 測試方法 典型值 熔融指數(shù) 190 2 16Kg g 10min ISO1133 0 7 熔融指數(shù) 190 5Kg g 10min ISO1133 2 2 密度 g cm3 ISO1183 0 933 維卡軟化點 ISO3069 方法 A 122 熱傳導系數(shù) 60 W m k DIN52612 1 0 40 熱膨脹系數(shù) 1 k DIN53752A 20 70 1 95 10 4 拉伸屈服強度 MPa ISO527 15 拉伸斷裂強度 MPa ISO527 40 斷裂伸長率 ISO527 700 缺口沖擊強度 23 KJ m2 ISO180 無破裂 缺口沖擊強度 40 KJ m2 ISO180 9 彎曲模量 MPa ISO178 550 注 機械性能測試使用2mm 厚的壓縮樣條 拉伸速度50mm min PEX PB 和 PE RT 在地板采暖中應用比較 有的廠家宣傳自己的管材時對管材性能理解存在著誤區(qū) 比如 使用范圍 70 110 70 和 110 的溫度對于建筑用管材又有多少實際意義呢 再比如 該管材可以使 用200年 一個建筑物的設計壽命只有50年 水管的壽命200年意義何在 要正確地理解塑 料管的性能優(yōu)劣 并不是某一個特定的性 能指標越高越好 對于單個的性能指標而言 只 要夠用就行了 管材的優(yōu)劣關(guān)鍵在于各項性能指標的均衡 如果一個或數(shù)個性能指標很好 但是另一個關(guān)鍵性能極 差 這種材料很可能無法使用 除了性能之外還要考慮性價比 用 于地板采暖的各種管材的性能價格比較如下 1 長期耐溫耐壓能力 對于 ISO10508 1995 用于冷熱水系統(tǒng)的熱塑性塑料管材和管件 中的使用級別4即 地板采暖 各種材料的設計應力的對比如下 材料 PB PE X PE RT PP R 設計應力 5 46MPa 4 00MPa 3 34 MPa 3 30 MPa 上面各種材料設計應力的順序是 PB PEX PERT PPR 僅僅從設計應力上講 可 以認 為 PB 管的壁厚在同樣的溫度和環(huán)應力條件下可以比其他管材薄 在地板采暖的條件 下甚至可以采用1 3mm 的壁厚 然而地板采暖工程上在選用管材壁厚時 出 于高可靠性 的要求 還應考慮生產(chǎn)和施工時可能產(chǎn)生的缺陷以及是否容易彎曲施工 根據(jù)北京市標準 低溫熱水地板輻射供暖應用技術(shù)規(guī)程 各類管材的壁厚均 不宜 1 7mm 根據(jù)德國標 準 DIN4726 用于溫水地板采暖系統(tǒng)的塑料管道 基本要求 Pipelines of plastic materials used in warm water floor heating systems general requirements 的規(guī)定 對于管徑 15mm的 PEX PP R PP B 和 PB 管材的壁厚至少應為2mm 在國家標準 GB T18742 冷熱水用聚丙烯管道系統(tǒng) 中 所有規(guī)格管材的最小壁厚也不小于 2 0mm 這顯然并不是出于耐壓能力的考慮 而是考慮到熱熔連接的可靠性和可能的劃痕等因素對 管材的影響 特別是對劃痕比較敏感的 PB 管 更不能做的太 薄 綜上所述 對于可靠性 要求很高的地板采暖的管材 最小的壁厚不應小于2 0mm 所以 PB 和 PEX 管的耐壓優(yōu)勢 在管材口徑小而且溫度和壓力條件又不苛 刻的地板采暖得不到充分的體現(xiàn) 雖然各種管材 的耐溫耐壓性有一定差別 但是在低溫地板采暖的使用中 各種管材的壁厚是一樣的 最 常用的是2 0mm 在這 個壁厚下各種管材都完全可以滿足低溫地板采暖的需要 PB 管在 耐壓性能上的優(yōu)勢不能抵消其在價格上的劣勢 2 從彎曲模量的數(shù)據(jù)來比較管材的柔軟性 PEX b 某國產(chǎn)硅烷交聯(lián)管材料 800 MPa PEX a 某韓國過氧化物交聯(lián)管材料 550 850 MPa PE RT 550 MPa 某進口 PE RT 原料 PB 350 MPa PP R 一般為800 MPa 以上 而 PP B 一般為1500MPa 左右 可 見最柔軟的是 PB 管 而 PE RT 比硅烷交聯(lián)管柔軟 和過氧化物交聯(lián)的 PEX a 差不多 PP R 比 較難彎曲 PP B 是最難彎曲施工的 PB PE RT 和 PEX 施工時特別是在冬季施 工 不需要特殊的工具或者加熱即可彎曲 施工成本低 而且彎曲部位產(chǎn) 生的內(nèi)應力要比 較低 對管材的使用壽命影響小 同時因為管材柔軟容易固定 對固定管材用的鐵絲網(wǎng)的 要求比較低 可以節(jié)約成本 3 PE RT PB 和 PEX 的耐低溫沖擊性都比較好 而 PP R 和 PP B 的耐低溫沖擊性 比較差 PE RT 管材在 40 時的抗沖擊性與 PP R 管材0 時的抗沖擊性相近 耐低溫沖擊 性好的管材冬季施工時管材不易受到?jīng)_擊而破裂 增加了施工安排的靈活性 4 從各種管材熱傳導系數(shù)來看 PEX PERT 管為0 40W m k PPR 管為0 22W m k PB 管為 0 17 W m k PEX 和 PERT 管的導熱性比 PP R 和 PB 管高大約一倍 和熱水輸 送用的管材需要材料好的保溫性不同 用于地板采暖的管材需要好的導熱性 這樣加熱 速 度更快 相應的采暖運行費用比較低 從導熱性來看 在各種管材中 PE RT 和 PEX 是比 較適合地板采暖的使用的 5 和 PE RT PB PP R 等其他幾種熱塑性管材不同 PEX 管的耐熱耐壓性能不是靠 材料本身而是靠交聯(lián)來保證 所以一旦交聯(lián)度出現(xiàn)問題 其使用性能將 嚴重下降 PEX 由于 PEX 管材生產(chǎn)時需要交聯(lián) 生產(chǎn)工藝相對復雜 對廠家工藝控制水平要求較高 質(zhì)量 受工藝的影響比較大 由于 PEX a 使用的原料是粉 料 需要在生產(chǎn)時與抗氧化劑和交聯(lián) 劑等助劑混合 所以混合的質(zhì)量就成了控制交聯(lián)均勻度的關(guān)鍵 如果混合不均勻 交聯(lián)劑 和抗氧化劑等助劑分散不好 則管材交 聯(lián)的均勻度可想而知 管材的可靠性自然會嚴重下 降 管材可能會產(chǎn)生薄弱點 我國交聯(lián)管的標準中沒有交聯(lián)均勻度的控制指標 只控制管 材的交聯(lián)度 造成了質(zhì)量 上的隱患 熱塑性管材加工工藝簡單 加工中對管材質(zhì)量的影響 因素少 管材性能由材料自身來提供 只要有合適的設備 產(chǎn)品質(zhì)量的可靠性比較高 由 于 PEX 管 材不可回用 一旦出現(xiàn)有的廠家舍不得將不合格品廢掉 以次充好的現(xiàn)象 結(jié) 果將不堪設想 對于要求高可靠性的地板采暖懂得管材而言 熱塑性的管材應該更加符 合 使用的需要 6 PE RT PB PP R 等熱塑性原料在生產(chǎn)或使用過程中產(chǎn)生的可以回收 不污染環(huán)境 比 PEX 具有較高的環(huán)保性 隨著民眾環(huán)保意識的覺醒和國家環(huán)保力 度的加大 符合更高 環(huán)保要求的產(chǎn)品在未來的競爭中將擁有更大的市場 而 PEX b 管中使用的引發(fā)劑對生產(chǎn)員 工也會產(chǎn)生不良的影響 對勞動保護也會產(chǎn)生負面 影響 PEX b 管由于其殘留影響人體健 康 99年1月歐洲共同體禁止在供水管中使用 這種現(xiàn)象也應該引起我們的重視 7 塑料管埋設在砼內(nèi) 雖然施工要求很精細 對裝修地面也有要求 但在施工過程中 和房屋裝修的過程中 無意的局部破壞是難免的 一旦出現(xiàn)局部破壞的情 況 PE RT 和 PB 類管材能夠熱熔連接 很容易補救 而且其接頭的耐久性能同管材一樣 而交聯(lián)聚乙烯 解決的唯一途徑是用金屬接頭連接 這樣在砼內(nèi)便埋下 了隱患 收縮 腐蝕要不了多少年 就會出現(xiàn)滲水 國外一些國家明確規(guī)定金屬接頭不允許暗敷 只能明裝 上海明確規(guī)定金 屬接頭不允許進墻 所以采用可熱熔的管 材做地板采暖是有一定的優(yōu)勢的 結(jié)合我國的施 工隊伍素質(zhì)尚待提高的現(xiàn)狀 采用非交聯(lián)的材料更有現(xiàn)實的意義 8 各種原料的價格如下 PB BASELL 4萬元 噸 PEX b 1 4萬元 噸 PE RT 1 5 1 7 萬元 噸 PEX a 0 9萬元 噸 由于 PEX b 管材的加工費用比較高 所以管材的價格情況一 般是 PB PEX b PE RT PEX a 可見 PE RT 的價格介于 PEX a 和 PEX b 之間 在 地板采暖施工中 管材價格僅占整個成本的一半左 右 如果管材價格相差 20 比如0 4 元 僅僅相當于整個成本相差約1 8元 對于整個房屋的成本而言更是微不足道 如果房 屋價格為3600元 平 米 則只增加 0 05 即萬分之五 如果以萬分之五的代價換來更高的 可靠性 每一個業(yè)主都是完全樂意的 結(jié)論 從 PE RT 管材的各項性能和性價比綜合起來看 是最適合于地板采暖的管材 品種之一 由于 PEX 管傳統(tǒng)的優(yōu)勢 將來 PE RT 管與 PEX 管將要成為市場的主流 而在 競爭中 PE RT 管應該更有優(yōu)勢 各種管材應用的情況 目前在我國的地板采暖系統(tǒng)中 使用的管材以 PEX 和 PP R 管為主 另外還有少量的 PP B 和 PB 管 下面分別介紹一些各種管材在國內(nèi)的生產(chǎn)和應用情況 一 PEX 管 PEX 管主要可以分為 PEX a PEX b PEX c 三種 分別是過氧化 物交 聯(lián)聚乙烯 硅烷交聯(lián)聚乙烯和輻射交聯(lián)聚乙烯管材 因為 PEX 管相對柔軟 耐溫耐壓性 導熱性 抗沖擊性較好 所以目前其在我國地板采暖系統(tǒng)中使用比較 多 前幾年 PEX b 即硅烷交聯(lián)聚乙烯管材生產(chǎn)量和使用量比較大 而 PEX c 因為設備投資大 在國內(nèi)沒有很 多發(fā)展 硅烷交聯(lián)需要額外的設備 鍋爐 和場 地 交聯(lián)池 投資增加 交聯(lián)時間長 影響規(guī)模生產(chǎn) 生產(chǎn)成本高 硅烷交聯(lián)時交聯(lián)度不易控制 往往需要一定的經(jīng)驗 因而往 往影響管材機械性能 PEX b 管的柔軟性稍差一點 在地板采暖中使用是一個缺點 硅烷 交聯(lián)原料價格比較高 所以其正規(guī)廠家的管材價格在市場上的價格也比較高 近幾年興起了 PEX a 即過氧化物交聯(lián)聚乙烯管材 其原料供應商以韓國的一些廠家為 主 雖然 PEX a 管材生產(chǎn)速度較慢 但是因為其原料價格很低 其管材價格仍然比較便宜 而且在性能上也不錯 主要是其比 PEX b 柔軟而且毒性比較低 所以在 PEX 管中 PEX a 是最有競爭力的 目前國內(nèi) PEX 管材生產(chǎn)能力嚴重過剩 據(jù)說達到了銷售量的3 5倍 二 PB 管 因為 PB 管在上述的幾種管材有最高的承壓能力和最好的柔軟性 所以在 國內(nèi) PB 管 占據(jù)著一部分高檔的市場 在北京等地有一些使用 PB 原料的主要來源是 BASELL 這個公司是 SHELL 和 BASF 的合資公司 另外有一家日本公司 Mitsui 也有生 產(chǎn) 從性能上看 PB 管本身也有一些缺點 施工上的疏忽容易造成管材的破裂 PB 管的透 氧率比較高 用于熱水管時容易造成系統(tǒng)的腐蝕 不 適合于采暖系統(tǒng) 最重要的是 PB 的 價格昂貴 用戶難以承受 在國內(nèi) PB 被比喻成塑料中的黃金 但是 PB 管在國際上在聲譽卻不太好 網(wǎng)站上 PB 管的不利情 況一片充斥 在歐洲 PB 管雖然經(jīng)過了許多年的發(fā)展 PB 管的市場分額始終 沒有突破性的進展 始終在市場上處于配角的地位 在歐洲的 PB 管道系統(tǒng)協(xié)會 PBPSA 的網(wǎng)站上 我們可以看到 就連他們也承認 在90 年代中期 因為 PB 管道系統(tǒng)的 問題 SHELL 受到了控訴 被迫花了大量的錢來應付有關(guān)的訴訟 所以 PBPSA 的成員也 不在向美國銷售 PB 1管 如今美國 PB 管的市場幾乎喪失殆盡 在美國的 PB 原料 工廠將 逐步關(guān)閉 而 BASELL 將起用其在歐洲的新工廠 在 PE RT 這種柔軟的熱塑性管材參與 地板采暖市場的競爭的情況下 估計 PB 只能在極少部分的市 場銷售 難以有很大的起色 三 PP R 和 PP B 管 因為 PP R 管韌性較差 在地板采暖領(lǐng)域沒有性能優(yōu)勢 所以 在地 板采暖領(lǐng)域的應用正在下降 PPB 管耐溫耐壓性比 PP R 管差 所以同樣的使用條件 下管材的壁厚要大 根據(jù)國標 GB T18742 冷熱水用聚丙烯管道系 統(tǒng) 在地板采暖 使 用級別4 的設計壓力為0 4MPa 和0 6MPa 時 選用的 PP B 管系列分別是 S4和 S3 2 而 PP R 都是 S5 對于20的 管材而言 PP B 要分別用2 3和2 8的壁厚 而 PP R 只需要2 0的 壁厚 可見要保證同樣的耐壓性 使用 PP B 管的壁厚要厚很多 加之 PP B 本身的柔軟性 就差 在壁厚大的情況下更難以安裝 所以 PP B 不適合于地板采暖 四 PE RT 見下一章 PE RT 在歐洲和我國的發(fā)展狀況 一 歐洲的情況 我國北方地區(qū)和歐洲的緯度相近 而且歐洲在塑料管使用方面是世界的先驅(qū) 所以研 究歐洲的情況對我們會有很多啟示 我國管材的發(fā)展可以參考歐洲的經(jīng)驗 下表是歐洲 PEX PE MD PE RT 在供水和采暖的用量 百萬米 資料來源 KWD globalpipe 年 PE RT 管材用 量 其他管材用量 總量 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 從上表可以看出 以前在歐洲的供暖市場是 PEX 管一支獨秀 從1996年起 PE RT 管 異軍 突起 其市場占有率從15 2 迅速上升到2002年的 51 現(xiàn)在是 PEX 管和 PERT 管平 分秋色 而且后者仍然保持著很快的上升趨勢 與此同時 PP R PB CPVC 一直在市場 上分額不大 PE RT 管材在歐洲已經(jīng)成功地用于地板采暖 墻面采暖和融雪系統(tǒng)和散熱器 采暖中 在歐洲 PERT 管的配套標準 比較齊全 包括產(chǎn)品的標準和應用的標準都已經(jīng)齊全 可以說已經(jīng)成為一種成熟的管道系統(tǒng) 主要的標準有 DIN4721 2001 高溫地板采暖系統(tǒng)及散熱器采暖系統(tǒng)用塑料管道 耐熱聚乙烯 PE RT Plastic piping systems for warm water floor heating and radiator connections Polyethylene of raised temperature resistance PE RT DIN16833 2001 耐熱聚乙烯管道 PE RT 一般質(zhì)量要求 檢驗 Polyethylene pipes of raised temperature resistance General quality requirements testing DIN16834 2001 耐熱聚乙烯管道 PE RT 尺寸 Polyethylene pipes of raised temperature resistance Dimensions ISO WD 24033 耐熱聚乙烯管道 PE RT 時間和溫度對預期強度的作用 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 的發(fā)展勢頭很猛 KWD globalpipe 對 PE X 管制造商 尤其是用 于地板 采暖和散熱器連接 提出了題為 歐洲 PEX 在加熱領(lǐng)域進入困難時期 的警告 PEX 管 材的廠家 應該作好思想準備迎接前面的困難時期 除非他們 有足夠的資金 并且能夠迅 速應對最近在行業(yè)中出現(xiàn)的危險趨勢 在中歐 主要的 PE RT 管材的供應商是 HPG Unatherm 和 Cronatherm 都是德國 和 Multitherm 奧地利 二 國內(nèi)的情況 目前國內(nèi)塑管行業(yè)對于 PE RT 管道都了解得比較少 在我們公司的客戶調(diào)查中 沒有 一個客戶 聽說過 PE RT 管 國內(nèi)也有個別廠家做過 PE RT 管 但是市場一直沒得到很好 的開發(fā) 通過上面的性價比分析 可以知道 PERT 管在地板采暖市場有著巨 大的性能優(yōu)勢 市場發(fā)展存在著很大的潛力 PE RT 管市場只是剛剛開始 存在著巨大的潛在的市場 但 是這個市場不會自己去形成 要靠生產(chǎn)廠家去積極的推 廣 它才會由潛在的市場變成現(xiàn)實 的市場 2002年建設部發(fā)布了 CJ T175 2002 冷熱水耐熱聚乙烯 PE RT 管道系統(tǒng) 這 個標準是參照德國標準制訂的 標準的水平比較高 這個標準對于推動我國 PE RT 管材的 推廣應用將會起到積極的作用 三 金潮產(chǎn)品的簡介 為了適應我國地板采暖市場向高可靠性 高環(huán)保性的方向發(fā)展 讓國內(nèi)客戶能夠分享 到世界最新材 料技術(shù)的成果 金潮管業(yè)采用進口原料和先進的德國巴頓菲爾生產(chǎn)線 推出 了新一代地板采暖管材 金潮 PE RT 地板采暖管材 金潮管業(yè)為地板采暖提供了系 統(tǒng) 解決方案 主干管采用 PP R 管 保留了 PP R 管的優(yōu)勢 以有效地利用其剛性好 管 道較為美觀和保溫性好的特點 減少了保溫材料的成本 埋地敷設的盤管采用 PERT 管 以有效地利 用其適合于地板采暖盤管的特性 構(gòu)成一個更合理的系統(tǒng) 結(jié)束語 近十幾年來 塑料管材真正地進入了人們的視野 改變了以往人們對塑料管材的印象 對于塑料管 材的認識也從 塑料管不生銹 到認識了其長期的耐壓性能 塑料管材也不再是 容易老化脆化和劣質(zhì)廉價品的代名詞 塑料管的不腐蝕 柔韌 熱熔連接不泄露 重 量輕 容易運輸和現(xiàn)場操作等優(yōu)點已經(jīng)成為了業(yè)內(nèi)人士的常識 人們對塑料管材抱著一種更加開 放的心態(tài) 愿意去積極的嘗試新的塑料管材 政府和主管部門也加大 了塑料管材的推廣力 度 但是同時也出現(xiàn)一部分人或者廠家盲目的夸大塑料管的性能 使施工和設計人員也產(chǎn) 生了一些錯覺 盲目擴大其使用范圍 施工時野蠻施 工 出現(xiàn)了一些不應該發(fā)生的事故 所以 目前業(yè)界應該對新型塑料管抱一種理性的態(tài)度 既不是完全否定 也不是盲目夸大 這是一個認識的跨越 實事求是的認 識和使用才有利于新產(chǎn)品的健康成長 經(jīng)過上面的分析 我們可以認為 PE RT 是最適合于地板采暖的管材品種之一 具有著 得天獨厚 的優(yōu)勢 未來的地板采暖市場將是 PE RT 和 PEX a 的天下 其它管材的競爭力 不強 國內(nèi)的有識之士早就指出 在歐洲 PE RT 管 經(jīng)過近20年的研 發(fā) 投放市場僅數(shù)年 其市場占有率大大高于 PP R PB PP H 和 PP B 管 而僅次于 PEX 管 更主要的還在于 其熱強度 抗應力開裂性 抗蠕變能力 均不低于 PEX 管 完全是熱塑性的 不僅廢料可 以回收利用 管材也可很容易的進行焊接連接 又是 PEX 管所不可以比擬的 據(jù)預測 數(shù) 年后 DOWLeX2344E 管很可能后來居上 接近或超越 PEX 管 可以預見 PE RT 管的發(fā) 展將是繼 PP R 管之后管材市場的又一個市場機會 耐熱塑料 PE RT PP R PB PEX 管在地板采暖中的應用與發(fā)展 馬彩芹 河北寶碩 管材有限公司 保定071051 摘要 本文通過對地板采暖用管材 PE RT PP R PB PEX 和 PE RT 的性能比較 充分說明 PE RT 管在地板采暖系統(tǒng)中有獨特優(yōu)勢 是一種值 得推 廣的耐高溫環(huán)保材料 關(guān)鍵詞 PE RT 地板采暖 施工優(yōu)勢 一 引言 地板采暖是近年 從國外引進的一種新興的采暖方式 它以節(jié)能 節(jié)約空間和更高的舒適度的優(yōu)點贏得了許 多用戶的歡迎 耐高溫塑料管材在地板采暖的推廣應用起了 推動作用 目前國內(nèi)地板采暖 管材有 PE RT PP R PB PEX 其中 PE RT 是最近出現(xiàn)的 本文對這幾種管材在地板采 暖領(lǐng)域應用的優(yōu)缺點進行了 比較 地板采暖的使用條件和對管材獨特的使用方式要求所 用的管材具有一定的特點 1 長期耐溫耐壓性能 我國的地板采暖設計一般采用 40 60 的熱 水 設計壓力一般為0 4 0 6Mpa 由于在不同的季節(jié)管材所承受的溫度與壓力不 同 很難計 算其在這種情況下的使用應力 一般采用 ISO 10508 1995 用于冷熱水系統(tǒng)的熱塑性塑 料管材和管件 的規(guī)定 按使用條件選用其中的四個應用等級 見表1 表1 使用條件級 別 應用等 級 設計溫度 TD 在 TD 下的使用壽命 年 最高設計溫度 Tmax 在最高設 計溫度下的使用時間 年 故障溫度 Tmal 在故障溫度 Tmal 下的使用時間 h 典型應用范 圍 級 別1 60 49 80 1 95 100 供應熱水 60 級 別2 70 49 80 1 95 100 供應熱水 70 級別4 20 40 60 2 5 20 25 70 2 5 100 100 地板采暖和低溫散熱器采暖 級別5 20 60 80 14 25 10 90 1 100 100 高溫散熱器 采暖 注 當 TD Tmax Tmal 超出本表所給出的值時 不能用本表 表中所列各使用條件級別的管道系統(tǒng)應同時滿足20 1MPa 條件下輸送 冷水50年使 用壽命的要求 2 高可靠性 由于地板采暖屬于隱蔽工程 管材的使用壽命 要求要與房屋同步 一旦出現(xiàn)問題 對于出現(xiàn)問題的點不容易判斷 而且造成的損失要遠 遠高于管材本 身的價值 所以要求管材具有高可靠性 這一方面要求管材本身的質(zhì)量要可 靠 另一方面要求管材的抗劃痕和抗沖擊等施工性能要好 因為施工過程管材難免受到一 些摩擦和沖擊 3 高柔韌性 即彎曲性好 為了確保管道系統(tǒng)的可靠性 地板采暖管材 一般不應有接頭 這樣就要求使用整根的管材 要求管材足夠柔軟 容易施工 二 PE RT PP R PB PEX 管在地板采暖中的性能價格比較 1 長期耐溫耐壓能力 對于 ISO 10508 1995 用于冷熱水系統(tǒng)的熱塑性塑料塑料管材和管件 中的使用等級4即地板采暖 各種材料的設計應力對比如下 材料 PB PE X PP R PE RT 設計應力 5 46MPa 4 00 MPa 3 34 MPa 3 30 MPa 僅從設計應力上講 可以認為 PB 管的壁厚在同樣的溫度和環(huán)應力條件 下可以比其他管薄 然而地板采暖工程上選用管材時 處于高可靠性的要求 還應考慮生 產(chǎn)和 施工時可能產(chǎn)生的缺陷 德國標準 DIN4726 用于低溫地板采暖系統(tǒng)的塑料管道 基本要求 規(guī)定 對于管徑 15mm 的管材的壁厚至少應為 2 0mm 國家標準 GB T 冷熱 水用聚丙烯管道系統(tǒng) 中規(guī)定 所有規(guī)格管材的最小壁厚不應小于2 0mm 這顯然不是處 于耐壓能力的考慮 而是考 慮到熱熔和劃痕等因素的影響 特別是對劃痕比較敏感的 PB 管 更不能做的太薄 所以 PB PE X 的耐壓優(yōu)勢在地板采暖得不到充分體現(xiàn) 可見 雖 然各種管 材的耐壓耐溫性有一定差別 但是在低溫地板采暖的使用中 各種管材的壁厚是 一樣的 最常用的是2 0mm 在這個壁厚下各種管材都完全可以滿足低溫地板采 暖的需要 PB 管在耐壓性能上的優(yōu)勢不能充分體現(xiàn) 抵消不了其在價格上的劣勢 2 柔韌性 材料 PB PEX b PEX a PP B PP R PE RT 彎曲摸量 350MPa 800 MPa 350 850 MPa 1500 MPa 800 MPa 550MPa 可見最柔軟的是 PB 管 PE RT 和 PE Xa 差不多 PP R 次之 PP B 最 難彎曲 PB PE RT 和 PEX a 剛中帶柔 具有較好的韌性 彎曲特 別省力 且可以采用 較小的曲率半徑 特別是在冬季施工時 不需要特殊的工具或者加熱即可彎曲 施工成本 低 而且彎曲部位產(chǎn)生的內(nèi)應力要比較低 對管材的使 用壽命影響小 同時管材柔軟易固 定 對固定管材用的材料要求比較低 可以節(jié)約施工成本 PE RT 作為地板輻射供暖系統(tǒng) 的加熱盤管時 這個特點給施工帶來 了極大的方便 此外 其特有的 應力松馳性能 在管 道彎曲處的應力能很快得到釋放 從而可以避免在長期使用過程中由于應力集中而在彎曲 處出現(xiàn)破裂的現(xiàn)象 3 抗沖擊性能 PB PE RT 和 PEX 的耐低溫沖擊性都比較好 而 PP R 和 PP B 的耐低溫沖擊性比較差 PE RT 管材在 40 時的抗沖擊性和 PP R 管材0 時的抗沖擊性相近 耐低溫沖擊性比較好的管材冬季低溫環(huán)境施工時管材不易受到?jīng)_擊而 破裂 增加了施工安排的靈活性 4 熱傳導性 材料 PB PE X PP R PE RT 熱傳導系數(shù) w m K 0 17 0 40 0 22 0 40 PE RT 的熱傳導系數(shù)與 PEX 相當 遠高于 PP R 和 PB 在 采暖應用中可以提高熱傳導效率 對地板輻射供暖來說 在相同條件下 盤管的導熱系數(shù) 高 就意味著單位地板面積的散熱量提高 其結(jié)果是可以減少盤管長度 降低造價 并且 降低了系統(tǒng)運行費用 5 成型加工性 和 PE RT PB PP R 等其他幾種熱塑性管材不同 PEX 管的耐熱耐壓性能不是靠材料本身而是靠交聯(lián)來保證 所以一旦交聯(lián)度出現(xiàn)問題 其 使用性能將 嚴重下降 PEX 由于 PEX 管材生產(chǎn)時需要交聯(lián) 生產(chǎn)工藝相對復雜 對廠家 工藝控制水平要求較高 質(zhì)量受工藝的影響比較大 相應的增加了綜合成本 同時 交聯(lián) 度不易控制均勻 現(xiàn)場監(jiān)測也有難度 可能產(chǎn)生由不均勻造成的薄弱點 目前市場上良莠 不齊 魚龍混雜 質(zhì)量很難控制 PP R PE RT 和 PB 為熱塑性管材 加工工藝簡單 加 工中對管材質(zhì)量的影響因素少 管材性能由材料自身來提供 只要有合適的設備 產(chǎn)品質(zhì) 量的可靠性 比較高 6 可回收性 由于 PEX 管材不可回用 一旦出現(xiàn)有的廠家舍不得 將不合格品廢掉 以次充好的現(xiàn)象 結(jié)果將不堪設想 對于要求高可靠性的地板采暖懂得 管材而言 熱塑性的管 材應該更加符合使用的需要 PE RT 和 PP R 在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生 的廢棄邊角料和不合格的管材和管件均可在制造商的企業(yè)內(nèi)再次加工利用 不會對環(huán)境造 成污染 具有較高的環(huán)保性 隨著民眾環(huán)保意識 的覺醒和國家環(huán)保力度的加大 符合高環(huán) 保要求的產(chǎn)品在未來的市場競爭中將擁有更大的市場 7 管道的連接問題 管材通常有 兩種連接方法 熱熔 式連接和機械式連接 熱熔式連接是指在接頭和管材上都使用相同 的聚合物材料 采用特制的連接設備 把接頭和管材加熱至一 定溫度并熔合在一起 形成 一個均勻 永久性的水密連接 施工時只需嚴格遵從特定的加熱時間和溫度參數(shù) 就可保 證連接可靠 機械式連接是指采用機械的壓力連 接管材和接頭 主要有環(huán)式連接和壓縮連 接兩種機械式連接方法 易造成局部縮徑 水流阻力增加 滲漏等現(xiàn)象 眾所周知 地板 輻射供暖系統(tǒng)的加熱盤管 通常大部分是澆搗在細石混凝土填充層內(nèi)的 所以滲漏是絕對 不允許的 為此 施工規(guī)程中都明確規(guī)定埋置在填充層內(nèi)的 加熱盤管上 不允許有可拆卸 接頭 這個規(guī)定無疑是十分正確的 也是必須的 問題是在實踐中 往往會有一些意外的 事情發(fā)生 例如在建筑裝修過程中 無意中損 壞了盤管 現(xiàn)實中這種情況是屢見不鮮的 怎么辦呢 把填充層全部揭掉 重新更換盤管 往往是不可能這么做的 常規(guī)的處理方法 是做局部修補處理 加一個可 拆卸接頭 而規(guī)定不允許 采用熱熔連接的 PP R PB 和 PE RT 管材就可使此問題就迎刃而解 為了在總體上對各類耐熱塑料管有一個全面的 了解 茲將各種耐熱塑料管的綜合性能在表中作一匯總比較 品 種 比較內(nèi)容 交聯(lián)聚 乙 烯管 耐高溫 聚乙烯管 聚乙烯管 聚丁烯管 代 號 PEXa PE RT PP H PB PEXb PP B PEXc PP R 110 8760h 試驗 通 過 通 過 通 過 通 過 輸送熱水時的壁厚 較 薄 較 薄 較 厚 較 薄 低溫下的韌性 很 好 極 好 PP H 極差 PP B 很好 PP C 較差 很 好 熱 強 度 很 高 較 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 衛(wèi)生性能 PEXa 優(yōu) 優(yōu) 優(yōu) 優(yōu) PEXb 差 PEXc 優(yōu) 熱熔連接 不 可 可 可 不 好 氣 味 有 無 無 有 施工方便程度 方 便 最 方 便 很 方 便 不 方 便 綜合成本 較 高 最 低 較 低 很 高 結(jié)論 從 PE RT 管材的各項性能綜合來看 是最適于地板采暖的管材 三 應用情況 1 國外的情況 1 近年來歐洲在冷熱水輸送 地板供暖和散熱器供暖領(lǐng) 域里 PE RT 管的應用呈大幅度上升趨勢 越來越廣泛 下面借用數(shù)據(jù)表格來說明 歐洲 PE RT 在冷熱水輸送 地板供暖和散熱器供暖領(lǐng)域的用量 百萬米 年份 PE X 以 PE Xa 為主 PE RT 總量 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 從上表分析可以看到 從 1996年起 PE RT 異軍突起 其市場占有率逐年上升 而且 PE RT 仍保持強勁的上升勢頭 期刊 Globalpipe 對于2003 2004年歐洲地板采暖管道系統(tǒng)情況的報道 歸納介紹于下表 為 了說明發(fā)展趨勢 列入2001年的數(shù)據(jù) 歐洲2003年地板采暖管道系統(tǒng)應用情況 百萬米 PE RT PE X 鋁塑管 PB 2004年歐洲 地板采暖 203 3 197 5 27 1 13 7 2003年歐洲 地 板采暖 187 3 183 6 27 1 13 7 2001年歐洲 地板采暖 146 8 176 0 19 1 23 1 從數(shù)據(jù)中可以看 到 在地板采暖領(lǐng)域 PEX 和 PE RT 仍然占首位 還是有明顯優(yōu)勢 該報道中沒有提供 PP 的數(shù)據(jù) 報道說 在歐洲的生活及采暖領(lǐng)域 PP R 已經(jīng)衰落 但因為生產(chǎn)簡單和低廉在 東歐的生活用水領(lǐng)域還有增長 PB 在很多市場下降 但是在英國有些增長 2 國內(nèi)情況 目前在我國的地板采暖系統(tǒng)中 使用的管材以 PEX 和 PPR 管為主 還有少量的 PB 管 PE RT 管是近年剛在中國使用 國人對 PE RT 了解的還比較少 下面分別加以介紹 PEX 管主要分為 PEX a PEX b PEX c 三種 因為 PEX 管相對柔軟 耐溫耐壓 導 熱性好 抗沖擊性好 所以在中國地板采暖系統(tǒng)使用較 多 其中 PEX A 是其中最有競爭 力的 PB 因為 PB 管在上述的幾種管材中有最高的承壓能力和最好的柔軟性 所以占 據(jù)者部分高檔市場 但是 PB 管在國際上的聲譽卻不大好 這是因為在歐美曾有 幾次 PB 管出事故的報道 可能與 PB 的耐劃痕能力差有關(guān) 在 PE RT 參與地板采暖市場的競爭下 估計 PB 管只能有極少的分額 難有大的起色 PP R 和 PP B 管 因 PP R 和 PP B 管韌 性較差 在地板采暖領(lǐng)域無性能優(yōu)勢 不適于地板采暖 所以在地板采暖的應用正在下降 PE RT PE RT 因其優(yōu)異的性能和性價比 一出現(xiàn)就受到客戶的歡迎 尤其在地板采暖 領(lǐng)域 正在逐步占領(lǐng)市場 為了適應我國地板采暖市場向高可靠 高環(huán)保性的方向發(fā)展 寶碩管業(yè)采用進口原料和先進的德國巴頓菲爾生產(chǎn)線 推出了地板采暖管材 寶碩 PE RT 地板采暖管材 并提供設計 安裝施工等系 統(tǒng)服務 四 結(jié)束語 由于 PE RT 管不僅具 有施工方便 能修補等特點 而且具有優(yōu)異的性價比 可以認為 PE RT 是最適于地板采暖 的管材之一 一出現(xiàn)就受到了人們的青睞 在 供暖領(lǐng)域里 尤其是地板輻射供暖方面 正 在逐步取代傳統(tǒng)的 PEX 管 PAP 管和 PB 管等 我國已有數(shù)家企業(yè)引進了 PE RT 管的生產(chǎn) 線 應該指出 對于耐 熱塑料管的選擇 并不是溫度越高 熱強度 設計環(huán)應力 越大就 是越好 管材的優(yōu)劣關(guān)鍵在于各項性能指標的均衡和性價比 正確的選擇應該是既能滿足 使用條件 的要求 且有一定的安全裕量 但又不過分的大材小用而造成浪費 中國的名言 物盡其用 人盡其材 同樣也適用于管材選擇 隨著人們認識的深化 預計 PE RT 在供暖 領(lǐng)域里的應用將越來越普及 可以預見 PE RT 管的發(fā)展是塑料生產(chǎn)廠家的一個市場機會