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地暖管材对空气源热泵采暖系统的重要性

texiangjia 最新新闻 2019-10-08 评论

  七色彩虹是漂亮的。地暖管也有多种的颜色,因此有商家来对此进行噱头营销,有人说绿色好,有人说白色好,也有人说灰色最正宗。事实上,颜色跟好坏没有半毛钱关系。根据GB/T 18742.2-2002第7.1条关于颜色的规定:一般为灰色,其他颜色可由供需双方根据市场营销策略确定。不管是灰色、绿色、白色还是红色,任何颜色均是加入不同色母的结果,与质量无关,目的是使管材不因为透光而滋生细菌。

  我们先了解一下我们暖通行业常用的地暖管材,地暖管材我们常见的有PEX管和PERT管,PEX管又称交联聚乙烯管,它是由聚乙烯料制成,将聚乙烯线性分子结构通过物理及化学方法变为三维网材络结构,从而使聚乙烯的性能得到提高。其中PEX下面又分PEXa、PEXb、PEXc、PEXd。

  一、PEXa就是在制造过程中,使用交联媒过氧化物,通过高温、高压在聚乙烯的长分子链之间形成化学键,即所谓的交联。又称过氧化物法或恩格尔法,这种交联法生产的管材被命名为PX-a。

  过氧化物交联法是在聚乙烯中加入过氧化物交联剂,在一定温度(230℃)的作用下逐渐完成平面网状的交联过程。这种交联方法所要求的交联条件较高, 一旦成型后交联度不会发生变化。它是一个先交联后成型的过程。其产品特点是表面光洁度好,柔韧度好,但耐酸性差。

  二、PEXb就是在生产挤出过程中,将硅烷混合到原料中。聚乙烯链与硅分子相结合,归类为PEXb,也叫硅烷法。

  硅烷交联法是在聚乙烯中加入硅烷剂,成型后在水解过程中完成立体网状的交联过程,这种交联方法所要求条件较低,只要有水和一定温度就可完成,即使在使用中也可继续交联直到达到饱和交联,所形成的PE-X为立体网状结构。硅烷交联从工艺上分为一步法和二步法工艺,其原料的保管与包装要求较高,否则,原料在保管期就有可能发生预交联而报废,同时原料的保管期很短(6个月)。硅烷交联法是一个先成型后交联的过程。其产品特点是表面强度和拉伸强度较高,但耐水性较差,产品交联度会随时间游动,材料中抗氧化剂的量是影响管材寿命的最重要的因素之一。

  三、PEXc就是用γ或β射线对聚乙烯进行辐射,从而在物理上形成交联,这种交联我们也叫辐射法。

  辐照交联法是一个物理交联方法,与前相比不同是在交联过程中勿需化合物的参与,它是将由高密度聚乙烯成型的管材产品经αβγ射线或电子束辐照后,使聚乙烯大分子主链形成新的游离基,游离基间再结合即形成交联。这种交联方法所要求的条件极高,交联非常稳定,与化学交联的PE-Xa管和PE-Xb管不同,物理交联的PE-Xc管无需化学添加剂就能达到与PE-Xa管、PE-Xb管一样的性能,它利用电子束来进行交联,不会出现交联的盲点,其耐压性和耐高温性非常好。

  PE-Xc管一直被行业公认为国内最好的地暖管道。极佳的物理性能赋予了它区别于普通产品的特性,所以近来受到了不少行业技术专家的追捧。

  四、PEXd是通过偶氮介质形成交联,被称为偶氮法,但是目前尚未被商业化生产。

  已商品化的PEX管目前为前三种,三种PEX管的性能是不完全相同的,主要表现在耐热性能(热强度)、抗蠕变能力和抗应力开裂性存在一定差异。一般来说,大分子结构中,二维网状结构的大分子,其热运动比较容易,三维体型结构的大分子,其热运动稍难。PEXa的大分子以二维网状结构为主,而PEXb与PEXc的大分子则以三维体型结构为主。因此,当采用同一种聚乙烯做基础原料,当交联度相同时,PEXb和PEXc的耐热性能、抗蠕变能力和抗应力开裂性要高于PEXa。提高PEXa的交联度,它们的这一差异就会缩小。

  五、PE-RT管,即耐热聚乙烯管,是一种可以用于热水的非交联的聚乙烯管,也有人突出了其非交联的特性,叫它“耐高温非交联聚乙烯管”。

  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管的耐热性,PE管的耐热最高温度为60°。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管的良好的柔韧性,高热传导性和惰性,同时使之耐压性更好,可长期用于60℃以下热水输送。其保留了PE的良好柔韧性、惰性,同时耐低温(-40℃)、抗冲击性好、耐压性更好,无毒、无味、无污染,绿色环保,可回收。

  PE-RT管可热熔连接,安装维修方便,但是即使可热熔连接的管材在地暖施工中,也不允许有接头。个别厂家宣传的PE-RT管材在地暖施工中可拼接,不必考虑整根定尺问题的说法是错误的。加热管的敷设须严格按JGJ142-2012《辐射供暖供冷技术规程》5.4.5条内容“埋设于填充层内的加热供冷管及输配管不应有接头。在铺设过程中管材出现损坏、渗漏等现象时,应整根更换,不应拼接使用”及5.4.6条关于施工验收后发现加热供冷管或输配管损坏,需要增设接头的按有关规定执行,在使用PE-RT管材的过程中,应严格按照该管材的使用条件、使用规范进行合理选用。私自提高PE-RT管材的使用条件和扩大其适用范围的做法都是极其错误的。按照国标GB/T28799-2012,PE-RT为耐热聚乙烯,根据材料特性分为PE-RT I 型和PE-RT II型。PE-RT 在地板采暖适用的4级条件下,PE-RT I型及II型材料的设计应力不及PE-X。相关技术参数可参见JGJ142-2012《辐射供暖供冷技术规程》附录C“管材选择”及附录E“加热供冷管管材物理力学性能”之内容。

  PE-RT管作为一种新材料,在国外的用量远低于PE-X管。目前日本、美国、加拿大以及欧洲不少国家仍然习惯用PE-X管作为采暖及室内给水管道。目前市场上个别商家在营销中对PE-RT管材是PE-X管材的替代品或PE-RT管材将取代PE-X管材等观点都是错误的,PE-RT管材与PE-X管材均可用于地暖和生活输送水系统。

  六、除了PEX管和PERT管之外,采暖和输送水管道还常用到铝塑复合管和PB管,铝塑复合管是最早替代铸铁管的供水管,其基本构成应为五层,即由内而外依次为塑料、热熔胶、铝合金、热熔胶、塑料。铝塑复合管有较好的保温性能,内外壁不易腐蚀,因内壁光滑,对流体阻力很小;又因为可随意弯曲,所以安装施工方便。作为供水管道,铝塑复合管有足够的强度。

  第一种是内外层为聚乙烯;第二种是内层为交联聚乙烯,外层为聚乙烯;第三种是内外层均为交联聚乙烯,中部层均为铝层。

  此类管材,由于其含有铝层,可增加耐内压强度,阻隔氧气、CO2等而避免对输水管道设备的锈蚀威胁,导热性好而减少热点集中,抗静电而屏蔽性好并有一定的阻燃作用,因此易被大众所接受。

  第二、第三种其塑料部分采用交联聚乙烯(PEX),分子间结构更稳定,比第一种更牢固,更适用于建筑给水、供暖系统。

  相对其他几种塑料管,铝塑复合管因为有其特长,国外应用的增长率比较高(据介绍美国1992-1995年递增率25%以上,德国1993-1995年递增率23%)。但是应用的总量还不是很大。

  国外在室内给水管(包括冷水热水)领域应用各种塑料管的实际比例据有关资料介绍,1994年欧洲室内管道安装长度为12.69亿m,其中金属管占67%,塑料管占33%,到1997年安装长度增长到16.05亿m,而其中金属占64%,塑料管占36%(5.77亿m)。

  七、 PB管,是一种高分子惰性聚合物, 是由丁烯-1合成的高分子综合体,它具有很高的耐温性,持久性、化学稳定性和可塑性,无味、无毒、无嗅,温度适用范围是-30℃至100℃,该材料重量轻;柔韧性好;耐腐蚀,用于压力管道时耐高温特性尤为突出,可在95℃下长期使用,最高使用温度可达110℃。管材表面粗糙度为0.007,不结垢,无需作保温,保护水质,使用效果很好,寿命长(可达50-100年),且有能长期耐老化特点,是目前世界上最尖端的化学材料之一。在世界上许多国家已经普遍使用。有塑料中的黄金的声誉。

  八、 PP-R管又叫三型聚丙烯管或无规共聚聚丙烯管,采用气相共聚工艺使5%左右PE在PP的分子链中随机地均匀聚合(无规共聚)而成为新一代管道材料,是欧洲90年代初开发应用的新型塑料管道的一种产品。采用无规共聚聚丙烯经挤出成为管材,注塑成为管件。它具有较好的抗冲击性能和长期蠕变性能。具有节能节材、环保、轻质高强、耐腐蚀、内壁光滑不结垢、施工和维修简便、使用寿命长等优点,广泛应用于建筑给排水、城乡给排水、城市燃气、电力和光缆护套、工业流体输送、农业灌溉等建筑业、市政、工业和农业领域。

  前一时期,国内市场上出现PP-C管材、管件,其安装方法与PP-R一致。不少人搞不清楚PP-R与PP-C有什么差别,造成不少误解和混乱。国际标准中,聚丙烯冷热水管分PP-H、PP-B、PP-R三种,没有PP-C。此三种PP管区别在于PP-H、PP-B和PP-R管材的刚度依次递减,冲击强度依次递增。

  三种PP管材中,管材抗冲击性能PP-RPP-BPP-H,管材热变形温度PP-HPP-BPP-R,管材刚性PP-HPP-BPP-R,管材常温爆破温度PP-HPP-B和PP-R,管材耐化学腐蚀性PP-HPP-B和PP-R。相对于其他PP管材,PP-R管材的突出优点是既改善了PP-H的低温脆性,又在较高温度下(60℃)具有良好的耐长期水压能力,特别是用于热水管使用时,长期强度均较PP-H和PP-B好。

  市场上的PP-C管实际上是PP-B管,其原料是嵌段共聚聚丙烯类管材专用料。PP-B管是冷热水管的一种,价格比较便宜,其耐热、耐压性能与PP-R的差距很大。

  九、PE管,化学中文名为聚乙烯塑料,最基础的一种塑料,塑料袋、保鲜膜等都是PE, PE具有优良的耐大多数生活和工业用化学品的特性,PE材料由于其强度高、耐高温、抗腐蚀、无毒、耐磨等特点,被广泛应用于给排水制造领域。因为它不会生锈,所以,是替代普通铁给水管的理想管材。因此PE管材在中国的市政管材市场中尤其在排污管和燃气管是其两个最大的应用市场。

  十、 PVC管,PVC材料为聚氯乙烯,可分为软PVC和硬PVC。其中硬PVC大约占市场的2/3,软PVC占1/3。软PVC一般用于地板、天花板以及皮革的表层,但由于软PVC中含有增塑剂(这也是软PVC与硬PVC的区别),物理性能较差(如上水管需要承受一定水压,软质PVC就不适合使用),所以其使用范围受到了局限。硬PVC不含增塑剂,因此易成型,物理性能佳,因此具有很大的开发应用价值。聚氯乙烯材料生产过程中,势必添加几种助剂,如稳定剂,增塑剂等等,倘若全部采用环保助剂,那PVC管材亦是无毒无味环保的制品。

  2010年PVC管道产量占到了总量的55%。但是近些年PVC管道市场受到各种因素的影响其市场份额在不断的下降,主要有三大方面:

  一是:PVC管道市场受到PE、PPR等其他塑料管道的冲击,被抢占了一定的市场份额;

  二是:含铅稳定剂在与食品类产品接触的PVC管材中的禁用,对PVC管道的发展有一定的负面影响;

  三是:当前,PVC管道发展处于高速发展期,行业产能不断扩张,很多中小型企业为抢占市场,降低成本,在配方中大量填充碳酸钙,以次充好,影响了PVC管道整个行业的形象,直接影响了PVC市场份额,加速了PVC市场份额的流失。

  但整体来看,虽然PVC管道份额在减少,但仍占据着塑料管道市场的霸主地位。并且塑料管道行业的诱人前景,仍是带动PVC管道行业发展的一大亮点。

  PVC管分为PVC给水管和排水管两种,用于市政给排水、工业给排水、民用给排水、灌溉、植被浇水等。

  还有一种PVC管叫PVC-U电力电缆保护管,是指以PVC树脂为主要原料,添加各种稳定剂而成的各种规格的硬质聚氯乙烯管材。具有耐腐蚀,耐高温,重量轻,工程造价低,使用寿命长等特点。主要用于电线、电信、电缆护套管。

  我们了解了这么多管材的知识后,最后我们再重点谈谈阻氧管在采暖系统中的重要性,目前市场上叫常见的阻氧管是PERT管,PERT管道虽具备了很多无法比拟的优越特性,但其稍高的透氧率会带来两方面的负面影响。一是热水管路中如果含有较多的氧,容易对系统中的金属管件等构件产生腐蚀,这对于联接金属暖气片的高温采暖系统尤为不利;二是虽然PERT管道内壁光滑不易结垢,但实践证明在使用3~5年后,管材的内壁会附着一层很薄的生物粘泥,当这层粘泥完全覆盖管内壁后,管壁会很快缩径,造成水流阻力加大,水流量锐减,天长日久,还会堵塞管道。粘泥的产生,是因为水中富含的氧导致了微生物大量繁殖,微生物死去经过堆积就形成了生物粘泥。

  为了克服高透氧率给整个采暖系统带来的负面影响,目前市场上出现了两种阻氧型管道,它们均采用很薄(只有0.1mm左右)的乙烯-乙烯醇共聚物(EVOH)树脂层作阻氧层。其中一种是3层结构的阻氧PERT管,即在PERT管道外均匀涂覆一层热熔胶和EVOH树脂层,其从外向内的结构是阻氧层/热熔胶/PERT树脂,20×2.0管材的3层壁厚设计尺寸通常为0.10/0.05/2.0㎜。由于EVOH树脂较易吸潮且吸潮后它的阻氧能力会大大降低。另外,施工时易划伤管材表面,这也是我前面提到不建议地暖铺装使用钢丝网的原因之一,这也会降低管材的阻氧性。因此这种3层结构的PERT管并不能称其为“真正意义的阻氧管”。

  另一种是5层共挤阻氧PERT管,其中内层PERT较厚,起承压作用,外层PERT较薄,起保护和熔接作用,结构为PERT树脂/热熔胶/阻氧层/热熔胶/PERT树脂,20×2.0管材的5层壁厚设计尺寸通常为0.60/0.05/0.10/0.05/1.40mm。从层结构不难看出,5层PERT管道的阻氧性较为理想,但加工难度大,设备成本高。根据测试结果,阻氧层的存在可将PERT单层管的透氧量减少99.6%,从而满足了德国标准 DIN 4726 对采暖用塑料管道的阻氧性要求。

  阻氧型PERT管道的生产比较复杂,对三层结构的阻氧管,可以选择1次共挤工艺或2次共挤涂覆工艺。2次共挤涂覆工艺的控制比较容易,模具的设计和制造比较简单,而且废品率也较低。因此,2次共挤涂覆工艺目前是生产三层结构阻氧型PERT管道的首选工艺,但该工艺也存在缺点,相对1次共挤工艺,2次共挤涂覆管材的涂覆层要厚一些。由于EVOH的价格还要比PERT几乎高出1倍,因此,涂覆层越厚,管材的生产成本也越高。但是出于生产容易等方面的考虑,目前国内企业多数使用2次共挤涂覆工艺来生产3层结构管,而对于5层结构管则只能采用1次共挤涂覆工艺。

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