地暖管道的性能区别

地暖管道的性能区别 ----------------------------精品word文档 值得下载 值得拥有---------------------------------------------- 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。以下有郑州弘途暖通申贺闯提供资料供参考，一八八三八二九肆伍O伍。 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 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 ----------------------------精品word文档 值得下载 值得拥有---------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------精品word文档 值得下载 值得拥有---------------------------------------------- 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》，“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 ----------------------------精品word文档 值得下载 值得拥有---------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------精品word文档 值得下载 值得拥有---------------------------------------------- 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 ----------------------------精品word文档 值得下载 值得拥有---------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------精品word文档 值得下载 值得拥有---------------------------------------------- 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。 ----------------------------精品word文档 值得下载 值得拥有---------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------精品word文档 值得下载 值得拥有---------------------------------------------- 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，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 ----------------------------精品word文档 值得下载 值得拥有---------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------精品word文档 值得下载 值得拥有---------------------------------------------- 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。 郑州弘途暖通 申贺闯 提供资料仅供参考。 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