暖通工程中塑料管材的應(yīng)用研究

徐春茂

【摘要】暖通工程是建筑工程施工的主要工程，其施工質(zhì)量對居民生活的舒適性有很大影響，傳統(tǒng)鋼制管材，不但質(zhì)量大，而且笨重，供熱效果欠佳。而塑料管材則能有效解決這一問題，還能降低成本，被廣泛應(yīng)用在暖通工程施工中?；诖?，本文結(jié)合理論實(shí)踐，先分析了目前暖通工程中常用的塑料管材，并提出具體的應(yīng)用思路，希望對我國暖通工程事業(yè)持續(xù)發(fā)展有一定幫助。

【關(guān)鍵詞】暖通工程;塑料管材;交聯(lián)鋁塑復(fù)合管;聚乙烯管

在人們生活水平不斷提升的背景下，節(jié)能意識不斷加強(qiáng)，暖通工程也會發(fā)生了極大的變化，供暖方式多采用地板輻射供暖，此種供暖方式，不但增加了低品位能源的利用率，熱舒適性更好等優(yōu)勢，而且還能進(jìn)行更好的熱計(jì)量，具有良好的發(fā)展前景。塑料管材的發(fā)明和應(yīng)用，在一定程度上推動了供暖方式的發(fā)展和變革，發(fā)展基本上實(shí)現(xiàn)了“以塑代鋼”，塑料管材在供暖系統(tǒng)中優(yōu)越性也愈發(fā)突出。

1、目前供暖工程中常用的塑料管材

目前在市面上流動的塑料管材種類繁多，在暖通工程中應(yīng)用時(shí)，需要綜合考慮軟化溫度、熱穩(wěn)定性、強(qiáng)度等，因此，適用于暖通工程中的塑料管材主要有以下幾種：

1.1交聯(lián)式鋁塑復(fù)合管

此種塑料管材內(nèi)層密度和外層密度都在0.97g/cm2以上聚乙燃，中間作為增強(qiáng)的鋁管，在管材每層中間都通過熱熔膠粘結(jié)到一起。主要應(yīng)用在暖通工程加熱管道中，在具體應(yīng)用過程中，為最大限度上滿足的輸送70℃～95℃的高溫水的要求，管道內(nèi)部和外層都是交聯(lián)聚乙烯，簡稱為XPAP。

1.2交聯(lián)聚乙烯管

由密度在0.394g/cm2的聚乙烯聚合而成，再通過物理方法，將春線形的大分子通過交聯(lián)的方法，形成三維網(wǎng)狀的大分子結(jié)構(gòu)，簡稱為PE-X。

1.3聚丙烯管

主要由聚丙烯樹脂，添加適量助劑，再通過擠壓成型的方法制成 則熱塑料管材，簡稱為PB管管材。

1.4嵌段共聚聚丙烯管

此種塑料管材為典型的Ⅱ型聚丙烯管，在不同國家，有不同的稱呼，如：在德國被稱之為PP-B，在韓國被稱之為PP-C。雖然此種塑料管材的柔性方面略差，但耐用性和抗沖擊力非常好。在我國此種塑料管材主要應(yīng)用在北方暖通工程施工中，即使室外溫度達(dá)到0℃，也不會發(fā)生脆裂問題【1】。

2、暖通工程中塑料管材的應(yīng)用

2.1強(qiáng)度驗(yàn)算

無論是金屬管材，還是塑料管材，受到內(nèi)壓時(shí)，管壁上的每個(gè)點(diǎn)，都會同時(shí)受到三個(gè)方面的應(yīng)力，包括：軸向應(yīng)力、徑向應(yīng)力和環(huán)向應(yīng)力。此種環(huán)向形成應(yīng)力最大。在選擇塑料管材時(shí)，需要對環(huán)向應(yīng)力的耐壓強(qiáng)度進(jìn)行全面系統(tǒng)的分析，以保證其能滿足暖通工程的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范要求，環(huán)向應(yīng)力的計(jì)算公式如下：

此公式中，表示塑料管材所承受的環(huán)向應(yīng)力（MPa）;D表示塑料管材的管徑（mm）;P表示管內(nèi)壓力（MPa）;E表示塑料管材的壁厚（mm）。

從此公式中可以看出，塑料管材允許的最大環(huán)向應(yīng)力為，應(yīng)當(dāng)不小于管道所能承受的環(huán)向應(yīng)力。將上述公式進(jìn)行變式可得出以下公式：

從公式中可以看出，塑料管材的厚度和允許最大環(huán)向應(yīng)力的一次方成反比，而和管材的公眾壓力及管徑的一次方成正比。

和金屬管材相比在力學(xué)性質(zhì)上，塑料管材的使用溫度對允許設(shè)計(jì)應(yīng)力的影響比較大，并且在冷態(tài)基礎(chǔ)上，承壓能力不能用做判斷長期使用的耐久性，其使用壽命更多的取決于溫度對管材的累計(jì)破壞作用。

2.2塑料管材的選擇

塑料管材強(qiáng)度計(jì)算公式如下：

此公式中：是塑料管材允許設(shè)計(jì)應(yīng)力和管材應(yīng)用系統(tǒng)工作壓力的比值，而中則主要表示了管道尺寸相關(guān)的參數(shù)。如果令和的值為S，S就是塑料管材的尺寸系列【2】，在環(huán)向允許設(shè)計(jì)應(yīng)力和系統(tǒng)工作壓力既定條件下，直接計(jì)算并確定出應(yīng)選的S系列，也可以獲知不同塑料管材管徑所以對應(yīng)的壁厚。目前，在暖通工程施工中，塑料管材主要分為8個(gè)系列，但在具體生產(chǎn)中，每種材質(zhì)的塑料管材，只會生產(chǎn)三個(gè)或者四個(gè)系列產(chǎn)品，常用范圍尺寸系統(tǒng)的管壁厚度如表1所示：

2.3塑料管材許用設(shè)計(jì)應(yīng)力

塑料管材在選擇之前，需要對相應(yīng)工作壓力條件下的S系列和壁厚進(jìn)行系統(tǒng)分析。通常情況下，PB管材的許用設(shè)計(jì)應(yīng)力，會隨著時(shí)間的不斷推移而發(fā)生下降的趨勢。尤其是會隨著溫度的升高，而發(fā)生急速降低，最后發(fā)生失效。而其他種類的塑料管材和PB管有相似的規(guī)律【3】。塑料管材在暖通工程中使用時(shí)，無法始終作用在相同溫度條件下，比如：供暖工程管道的溫度，在非不需要供暖時(shí)間中，其溫度和室溫基本相同。而在供暖期間中，會因?yàn)橘|(zhì)調(diào)節(jié)而受到不同溫度的作用。因此，PB管所對應(yīng)的不同溫度其蠕變特性呈現(xiàn)曲線狀，因此，無法直接作為確定許用設(shè)計(jì)應(yīng)力的主要依據(jù)，需要先對不同使用條件下溫度作用頻率進(jìn)行系統(tǒng)化分析，最后才能確定使用等級。

結(jié)語：

綜上所述，本文結(jié)合理論實(shí)踐，研究了暖通工程中塑料管材的應(yīng)用，研究結(jié)果表明，塑料管材具有質(zhì)量更加輕盈、保溫隔熱效果更好、生產(chǎn)制造工藝更加簡單等優(yōu)勢，逐步取代了鋼制管材。將其應(yīng)用到暖通工程中，需要高度重視強(qiáng)度驗(yàn)算、塑料管材的選擇、塑料管材許用設(shè)計(jì)應(yīng)力等方面內(nèi)容，才能滿足暖通工程設(shè)計(jì)要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐森.建筑及室外排水工程中常用塑料管材性能及施工安裝要點(diǎn)探討[J].建筑知識，2017（11）：185-186.

[2]毛志毅，滕藤，徐一飛，等.紅外光譜法鑒別塑料管材中的再生塑料[J].理化檢驗(yàn)：化學(xué)分冊，2017（53）：1374.

[3]劉志華.塑料管材管件的檢測與應(yīng)用分析[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2018，278（32）：95.