地暖用塑料管材的性能分析及选择

赵 萍， 许慧雯， 林 华

（石家庄职业技术学院 建筑工程系，河北 石家庄 050081）

地暖作为一种新的采暖方式，具有良好的热稳定性，并且热感舒适、卫生清洁、高效节能、系统维修方便、使用寿命长，因此在建筑中的应用越来越多.加热管是地暖的核心，常采用塑料管，但塑料管材对温度比较敏感，其所能承受的工作压力会随着作用温度的升高而急剧下降，而且随着工作时间的延长，承压能力还会进一步下降.又由于塑料管盘埋在地面以下的填充层内，如果选用不当，出现质量问题而爆管时，建筑物的地面也会随之破坏，因此，用于地暖的塑料管要比普通建筑用的塑料管有更高、更严格的要求.了解地暖用塑料管材的品种及其性能，并做出合理的选择，是实现地暖系统与建筑物同寿命的重要保证.

1 塑料管材的品种及性能

目前，新型塑料管材品种很多，但从塑料管材的原料、生产工艺及管材性能等方面考虑，适用于地暖的塑料管材主要有PE－X管（交联聚乙烯管）、XPAP管（铝塑复合管）、PB管（聚丁烯管）、PP－R管（无规共聚聚丙烯管）和PE－RT管（耐热聚乙烯管）.它们的物理和机械性能见表1.

2 管材性能分析

地暖要求所选用的塑料管应当具有长期的耐温、耐压性，高安全性，高柔韧性及可修复性.

2.1 管材的长期耐温、耐压性能

设计应力是一个涉及到管道能否安全运行、能否满足设计寿命的重要参数.从表1可看出，PB管、XPAP管、PE－X管、PE－RT管和PP－R管的设计应力依次减小.单从设计应力上来看，由于PB管的设计应力最大，在相同的温度和压力下，PB管的壁厚可以比其他管材的壁厚薄，在地板采暖的情况下甚至可以采用1.3mm的壁厚.然而《地面辐射供暖技术规程》规定，在选用管材壁厚时，为确保地暖系统的安全性，管径大于或等于15mm的管材，壁厚不应小于2.0mm；管径小于15mm的管材壁厚不应小于1.8mm；需进行热熔焊接的管材，壁厚不得小于1.9mm［1］.这显然不是仅由耐压能力来确定的，而是综合各种因素考虑的结果，如，需要考虑施工和运输过程可能造成的划痕（被划伤处产生应力集中，管容易爆裂）.所以，耐压性最好的PB管以及稍次的XPAP管、PE－X管的耐压优势在地暖系统中得不到充分的体现.

从地暖系统设计供水温度要求在60℃以下、供回水温差不宜大于10℃来看，五种管材都满足温度范围要求.即使在实际运行过程中产生短暂的高温环境，因为所有管材的温度适用范围都比最高循环温度高很多，因此，这些管材都有较大的安全余量.

在耐低温性能方面，PP－R管在5℃左右就表现出较明显的脆化，而其他管材的脆化温度都比PP－R管要低，XPAP管和PE－X管的脆化温度甚至可达－70℃.耐低温韧性好的管材，在冬季施工时，管材不易受到冲击而破裂；对于耐低温韧性差的管材，在5℃以下温度进行施工时，就必须釆取室内升温措施，特别是PP－R管，不仅要注意施工温度，在运输时也要采用保温措施，防止管材脆断.

PE－X管材是通过交联来提高聚乙烯的耐温、耐压性能，从而保证地暖加热管的使用寿命的，交联工艺对PE－X管材的质量控制至关重要.因此，这种管材对企业的交联工艺要求很高，一旦交联剂分散不均匀或交联度控制不一致，管材的耐温、耐压性能就会下降，往往会造成管材在使用过程中的早期破坏，给业主和开发商留下无穷隐患.

2.2 管材的柔软性

弹性模量是一个表示管材柔软性的重要参数.弹性模量越小，管材的柔软性就越好.从表1可看出，PB管的弹性模量最小，所以PB管最柔软，其次是PE－RT管、PE－X管和PP－R管，而XPAP管的柔软性最差.柔软的管材在铺设施工时，不需要特殊的工具，即使在冬季施工也不需预热处理便可弯曲，这就降低了盘管施工的难度，并且这些管材在弯曲部位由于不会产生过大的内应力，不会对管材的使用寿命造成影响.另外，柔软性好的管，无论采用塑料卡钉还是钢丝网固定都比较容易.所以，地暖系统采用PB管、PE－RT管和PE－X管这些柔软性好的管材，既可以节约施工成本，又可以缩短工期.

2.3 管材的导热性

导热系数是一个衡量材料导热性能优劣的参数.导热系数越大，材料传热的能力越强.用于地板采暖的管材需要有很强的导热性，导热性能越强，在相同的传热温差下，所需的散热面积越小，采暖运行的投资越低.由表1可见，XPAP管的导热系数最大，其次是PE－X管、PE－RT管、PP－R管和PB管.所以从传导热量的能力看，XPAP管、PE－X管和PE－RT管更适合地暖系统.

2.4 管材的阻氧性

地暖系统的循环水中较高的含氧量会对采暖设备和采暖管道造成氧腐蚀，特别是当水的流速较低、氧腐蚀产物无法被带走时，它会滞留在地暖系统的盘管管路中，日积月累，必然造成管路通径越来越狭窄，甚至堵塞而影响室内的供暖效果.为了采暖系统的安全和保证使用寿命，地暖应该推广阻氧型管道.塑料管道具有一定的渗氧性，从表1的渗氧率数据知，XPAP管是完全阻隔氧气渗透的，PE－RT管的氧渗透率很低，属于阻氧型管道.从这点看，XPAP管和PE－RT管更适合采暖系统.

2.5 管材的连接方式

按照《地面辐射供暖技术规程》规定，埋设于填充层内的加热管一般要整根铺设［1］.但在地暖施工过程或地面装修过程中，无意的局部破坏是难免的，管材一旦出现划伤损害的情况，就需要增设接头.PE－RT管、PP－R管和PB管能够热熔连接，补救容易，而且相同材质的管件与管材本体互熔，接头的耐久性同管材一样.XPAP管和PE－X管采用机械连接，管材和连接管件材料不同，热膨胀系数也不同，两者间的连接紧密性差，易造成渗漏现象，这就会在面层埋下隐患.当出现问题时，需要把填充层全部揭掉，重新更换加热管，这不仅增加了施工的难度和施工成本，往往也不太现实，所以采用可热熔的管材作为地暖管材具有明显的优势.

2.6 管材的环保性与价格

PE－RT管、PP－R管、PB管属于热塑性管材，而热塑性管材在生产和使用过程中产生的废料可以回收利用，不会对环境造成污染，具有较高的环保性.PE－X管属于热固性原料，一些废弃的管材（包括施工中产生的小段管或者工厂中不合格的管材等）无法再回收利用，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.XPAP管只有少部分能再回收利用.而随着人们环保意识的提高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必将拥有更大的市场.

按目前的市场价格，PB管和XPAP管较高，PE－RT管适中，PE－X管和PP－R管的价格较低廉，随着工艺的发展和市场的竞争，塑料管材的价格还会逐渐下降.

3 塑料管材的选择

通过对比分析，五种地暖用塑料管材的性能各有所长.任何一种管材的优劣均不能单看某一项或几项性能，而要看各项性能指标间是否均衡，也就是说，管材的性价比是选择的关键.既能让管材满足使用条件的要求，且有一定的安全余量，又不过分地大材小用，这就需要综合考虑工作温度、工作压力、施工方便程度、可维修性、环保性和投资费用等因素.

PB管虽是几种地暖管材中最柔软，在同样的使用条件下设计应力最大、可靠性最高的一种管材，但也是所有这些管材中原料价格最高、抗划痕能力相对较差的品种.PP－R管由于其耐低温冲击性能差，柔软性不太好，在地暖系统中没有性能优势可言，已很少使用.XPAP管材在使用时，要充分考虑铝层与塑料间粘结剂的耐热和老化问题，当粘接强度降低时，两层材料分离，管材的安全性会大大降低.PE－X和PE－RT材质的管材较适用于地暖.PE－RT管的综合性价比更突出，在地板采暖领域中更具有竞争力.但值得关注的是，PE－RT管的原料，目前在世界上仅有美国的DOW和韩国的SK两家公司生产，在国内有许多小型企业为降低原料成本，在PE－RT原料里掺假，因此，选用PE－RT管材时，一定要选用信誉好的企业的产品.

总之，对于地板采暖应根据“安全第一，经济适用为重”的原则，科学合理地选择塑料管材，只有结合自身的实际条件，符合实际要求，不超出应用范围，工程项目的各项管理工作到位，才能确保工程安全、经济，一次投入，终生受益.

［1］JGJ142－2004，地面辐射供暖技术规程 ［S］.