从节能角度分析绿色建筑中常用塑料给水管材的选用

郭万鹏

（中机中联工程有限公司，重庆 400039）

从节能角度分析绿色建筑中常用塑料给水管材的选用

郭万鹏

（中机中联工程有限公司，重庆 400039）

该文计算出绿色建筑中常用各种管径的塑料给水管材与相应公称直径的PE63级（PN=1.0MPa）给水用聚乙烯管单位长度水头损失的比值K，对比分析各种规格塑料给水管材的K值，从节能角度出发结合绿色建筑冷水及中水给水系统，提出选用塑料给水管材的合理化建议。

绿色建筑；塑料给水管材；给排水；管材；建筑设备；建筑设计；建筑节能

0 引言

我国水资源短缺而人口众多,建筑行业越来越提倡修建绿色建筑，节水节能就越发重要。塑料类管材具有清洁卫生、不易腐蚀、施工运输方便、性价比高的优点,既可以节水节能，还可以满足人们对生活水质的要求。因此，建筑给排水管材“以塑代钢”就成为一个发展的趋势。

有关绿色建筑节水节能的文献近年来频频出现，尤其在供水分区、供水方式、热水系统及中水系统的研究探讨较多，管材选用方面的研究也日益增多，但结合绿色建筑及中水系统的给水管材选用方面探讨较少。文章从节能的角度出发，从水头损失计算着手，结合中水系统，探讨绿色建筑中常用塑料给水管材的选用，以期提供借鉴。

表1 几种常用塑料给水管材各种规格的计算内径(单位：mm)

1 常用塑料给水管材及其水力工况分析

塑料管材是高科技复合而成的化学建材。常用塑料给水管有UPVC给水管、UPVC给水管、铝塑复合管（RAP管）、聚乙烯（PE）给水管材等。

按现行国家标准，塑料管材用公称外径（De）表示其产品规格，其值等于外径。各种规格塑料管材质、公称压力的不同致使相近或相同规格给水管材计算内径产生差异（如表1）。因用于建筑给水，故表中的塑料管材公称外径取20～110mm。

由表1可看出，相近或相同规格的各种给水管材之间的水力工况也有一定的，甚至较大的差异。管渠水头损失的计算公式有很多，如谢才公式、达西公式等。这里采用海澄-威廉公式[5]（即式（1），该公式适用于较光滑的圆管满流管紊流的给水管道沿程水头损失计算）。水力计算时，根据所用管材合理确定海澄-威廉系数。

式中：i——管道单位长度水头损失（kPa/m）；

dj——管道计算内径（m）;

qg——给水设计流量（m3/s）;

Ch——海澄-威廉系数。

各种塑料管、内衬（涂）塑管Ch=140；

铜管、不锈钢管Ch=130；

内衬水泥、树脂的铸铁管Ch=130；

普通钢管、铸铁管Ch=100。

为了便于各种塑料管材之间水力工况的对比分析，各种管材均以PE63级（PN=1.0MPa）给水用聚乙烯管为参照，即设计流量qg、海澄-威廉系数Ch相同时，根据公式（2）计算出两种管材在相同或相近管径时的单位长度水头损失比值K（见表2）。

表2 几种常用塑料给水管材与PE63级（PN=1.0MPa）给水用聚乙烯管单位长度水头损失的比值K

式中：K——两种塑料给水管材在相同设计流量、相同或相近管径时单位长度水头损失的比值。

im——各种常用塑料给水管材单位长度水头损失（kPa/m）。

iPE63——PE63级（PN=1.0MPa）给水用聚乙烯管单位长度水头损失（kPa/m）。

dj——各种常用塑料给水管材的计算内径（m）。

dPE63——PE63级（PN=1.0MPa）给水用聚乙烯管的计算内径（m）。

图1 K值对比分析图

2 各种塑料给水管材输水能耗对比分析

根据表2中K值数据，以建筑常用塑料给水管公称直径为横坐标，以比值为纵坐标，作出相应的K值散点图，直观观察分析各规格塑料给水管K值变化趋势及其与其他塑料给水管的差别。

由表2及图1中的K值对比分析可知：

（1） PP-RS4系列 （PN=1.25MPa）塑料管材随着管径的增大，K值基本逐渐增大，且均大于1。这表明PPR-S4系列（PN=1.25MPa）塑料给水管在与PE63级 （PN=1.0MPa）给水用聚乙烯管设计流量相同、管径相同或相近时，其单位长度水头损失比PE63级 （PN=1.0MPa）的大，且随管径增大，水头损失增大。但De20的PPRS4系列（PN=1.25MPa）塑料给水管K值等于1.00，说明其水力工况与同规格PE63级（PN=1.0MPa）给水用聚乙烯管相同。

（2） PP-RS5系列（PN=1.0MPa）和PE80级（PN=1.25MPa）塑料管材随着管径的增大，K值基本不变，基本等于1（除De20等个别较小管径）。这表明PP-RS5系列（PN=1.0MPa）和PE80级（PN=1.25MPa）塑料给水管在与PE63级（PN=1.0MPa）给水用聚乙烯管设计流量相同、管径相同或相近时，其单位长度水头损失与PE63级（PN=1.0MPa）的基本相同，且随管径增大，水头损失基本不变（除De20等个别较小管径）。但De20的PP-RS5系列（PN=1.0MPa）塑料给水管K值小于1.00，说明其水力工况好于同规格PE63级（PN=1.0MPa）给水用聚乙烯管。De32的PE80级（PN=1.25MPa）塑料给水管K值大于1.00，说明其水力工况差于同规格PE63级（PN=1.0MPa）给水用聚乙烯管。

（3）PVC-U给水塑料管材随着管径的增大，K值先逐渐减小后逐渐增大，公称管径为75mm时K值相对最大，但各K值均小于1。这表明PVC-U塑料给水管在与PE63级（PN=1.0MPa）给水用聚乙烯管设计流量相同、管径相同或相近时，其单位长度水头损失均比PE63级（PN=1.0MPa）的小，且随管径增大，水头损失先减小后增大，在公称管径为75mm时相对最大。

（4）对于PP-R塑料给水管，同一公称直径时S10系列(PN=1.1MPa)管比S4系列(PN=1.25MPa)K值小，说明其水力工况好于S4系列(PN=1.25MPa)，设计流量相同、管径相同或相近时，其单位长度水头损失相对较小，比S4系列 (PN=1.25MPa)减少约22%。

（5） 从图1可看出，PE80级（PN=1.25MPa）给水用聚乙烯管各规格管径K值基本为1.00（除De32管），说明对于PE塑料给水管，同一公称直径时PE63级（PN=1.0MPa）管与PE80级（PN=1.25MPa）管水力工况相近，设计流量相同、管径相同或相近时，二者的单位长度水头损失基本相同。

（6）从图1可看出，对于PVC-U管塑料给水管，同一公称直径时K值大小排序为：S6.3系列 (PN=1.6MPa)管＞S8系列 (PN=1.25MPa)管＞S10系列(PN=1.1MPa)，说明设计流量相同、管径相同或相近时，单位长度水头损失由大到小依次为：S6.3系列(PN=1.6MPa)管＞S8系列 (PN=1.25MPa)管＞S10系列 (PN=1.1MPa)。S10系列(PN=1.1MPa)给水塑料管水力工况相对最好，S6.3系列(PN=1.6MPa)给水塑料管水力工况最差，S8系列(PN=1.25MPa)管居于二者之间，其水头损失相互之间分别减少约12%～15%。

3 结论与建议

由以上的对比分析可得出：

（1）PVC-U系列塑料给水管材水力工况好于PE系列塑料给水管材，PE系列塑料给水管材水力工况好于PP-R塑料给水管材。

（2）在PP-R系列塑料给水管材中，PP-RS5系列 （PN=1.0MPa）管材的水力工况好于PP-RS4系列（PN=1.25MPa）塑料给水管材。

（3）在PVC-U系列塑料给水管材中，S10系列(PN=1.1MPa)给水塑料管水力工况相对最好，S6.3系列(PN=1.6MPa)给水塑料管水力工况最差，S8系列(PN=1.25MPa)管居于二者之间。

根据前文各种管材水力工况的对比分析，提出一些建议：

（1）计算管道水头损失时，切忌随意套查水力计算表，否则会影响水头损失计算结果的正确性，导致系统供水压力、加压设备及管材的错误选择，致使系统供水压力过大造成浪费，亦或系统压力不足影响用户正常使用及使用舒适性。

（2）当设计时选用PP-R塑料管作为建筑给水管材时，应根据系统的使用要求，合理的选择符合系统工作压力的PP-R系列管材，避免出现使用PP-RS4系列（PN=1.25MPa）塑料给水管材代替PP-RS5系列（PN=1.0MPa）管材的“大马拉小车”现象，导致建筑给水管材水力损失增大约29%，造成供水系统能量浪费，也致使建筑初期管材投资浪费，违背绿色节能的理念。

（3） PE63级（PN=1.0MPa）给水用聚乙烯管和PE80级（PN=1.25MPa）塑料管的水力工况及水头损失基本相同（除De32规格管），故当设计时选用PE塑料管作为建筑给水管材时，其公称压力满足系统供水要求均可。但若建筑内设计使用De32规格管材较多时，可考虑使用PE63级（PN=1.0MPa）给水用聚乙烯管，因为PE63级（PN=1.0MPa）给水用聚乙烯De32管较PE80级（PN=1.25MPa）塑料管水头损失小，水力工况好。

（4）当绿色建筑中设有中水系统时，其中水给水系统建议选用PVC-U塑料给水管材，其水力工况相较于同规格PE管及PP-R管的较好，水头损失少，减少建筑初期投资。且建筑中水不供饮用或不与人体直接接触，故PVC-U塑料管材产生的微污染及对人体健康的影响可忽略不考虑。需要选用公称压力PN≥1.6MPa的中水塑料给水管时，建议选用PVC-US6.3系列(PN=1.6MPa)管；需要选用公称压力1.6MPa≥PN≥1.25MPa的中水塑料给水管时，建议选用PVC-US8系列(PN=1.25MPa)管；需要选用公称压力1.25MPa≥PN≥1.1MPa的中水塑料给水管时，建议选用PVC-US10系列(PN=1.1MPa)管。同时，应根据系统的使用要求，合理的选择符合系统工作压力的PVC-U系列管材，避免出现使用PVC-US6.3系列(PN=1.6MPa)（或PVC-US8系列(PN=1.25MPa)管材）塑料给水管材代替PVC-US8系列(PN=1.25MPa)（或PVC-US10系列(PN=1.1MPa)管材）管材的“大马拉小车”现象，导致建筑给水管材水力损失增大约14%～17%，造成供水系统能量浪费，也致使建筑初期管材投资浪费，违背绿色节能的理念。

（5）给水管线应尽量按照顺水方向，最短路径进行敷设。

[1]吴襄，段忠清．建筑给排水塑料管材经济技术分析[J]．山西建筑，2008，34(13)： 190-191．

[2]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局．GB/T 13663-2000给水用聚乙烯（PE）管材[S]．北京：中国标准出版社，2000．

[3]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局．GB/T 18742.2-2002冷热水用聚丙烯管道系统·第2部分：管材[S]．北京：中国标准出版社，2002．

[4]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局．GB/T 10002.1-2006给水用硬聚氯乙烯（PVC-U）管材[S]．北京：中国标准出版社，2002．

[5]中华人民共和国建设部．GB 50015-2003建筑给水排水设计规范[S]．北京：中国计划出版社，2009．

[6]陈礼洪，程宏伟．从节能的角度分析给水管材的选用[J]．给水排水，2008，34(增刊)：6-7．

[7]中国建筑设计研究院．建筑给水排水设计手册第二版（上册）[M]．北京：中国建筑工业出版社，2008，78-79．

Analysison Selection of Common Plastic Feedwater Pipe in Green Building from the Aspectof Energy-saving

The paper calculates the ratio"K"of unit lengthwater head lossof PE63 plastic water supply pipe of various diametersused in green building and the corresponding nom inal diameter(PN=1.0MPa)polyethylene pipes,various specificationsof plastic water supply pipe K value are compared and analyzed.Reasonable suggestionson selection of plastic feedwater pipeare presented from the aspectof energy saving combined with cold water and reclaimed water supply system of green building.

green building;plastic feedwater pipe;water supply and drainage;pipematerial;construction device;architectural design;architectural energy conservation

TU81

A

1671-9107（2014）11-0045-03

10.3969/j.issn.1671-9107.2014.11.045

2014-10-16

郭万鹏（1990-），男，重庆人，本科生，助理工程师，主要从事建筑给排水设计工作。

孙苏