例如:供暖系統(tǒng)管材在非供暖期內的溫度會近似于室溫,即使在供暖期內也會因進行質調節(jié)而受不同溫度作用。因此,上述各種塑料類管材對應于不同溫度的等應變蠕變特性曲線,顯然不能直接作為設計選用的依據,需要先按不同使用條件的溫度作用頻率,確定使用條件分級。
按國際標準ISO/10508:1995推薦的方法,對總設計使用周期為50年,奧、德、法地區(qū)典型使用條件的不同管材,統(tǒng)一劃分的使用條件分級,如下表:
使用條件等級 正常操作溫度 最大操作溫度 異常溫度 典型應用范圍
使用條件等級 | 正常操作溫度 | 最大操作溫度 | 異常溫度 | 典型應用范圍 | |||
℃ | 時間 (Y) | ℃ | 時間 (Y) | ℃ | 時間 (h) | (舉例) | |
應力安全系數 | 1.5 | 1.3 | 1.0 | ||||
1 | 60 | 49 | 80 | 1 | 95 | 100 | 供60℃熱水 |
2 | 70 | 49 | 80 | 1 | 95 | 100 | 供70℃熱水 |
3 | 30 40 |
20 25 |
50 | 4.5 | 95 | 100 | 低溫參數 地板輻射供暖 |
4 | 40 60 20 |
20 25 2.5 |
70 | 2.5 | 100 | 100 | 地板輻射供暖 |
5 | 60 80 20 |
25 10 14 |
90 | 1 | 100 | 100 | 85 / 60℃ 散熱器供暖 |
當然,使用條件分級并不是硬性規(guī)定,是按特定地區(qū)氣候和典型使用條件計算所得的推薦性標準,因此,應按實際要求的使用壽命年限,并根據使用情況,分析使用壽命年限內不同溫度的頻率,合理確定使用條件分級。
例如:對于北京地區(qū)一般低溫熱水地板輻射供暖工程,如按上述標準的4級選用管材和確定管壁厚,即在共50年的總使用周期中,運行溫度20℃共歷時2.5年,40℃共歷時20年,60℃共歷時25年,70℃共歷時2.5年,100℃的意外運行條件不超過共100小時,顯然是十分安全可靠的。
5、散熱器供暖系統(tǒng)使用條件分級的合理確定散熱器供暖系統(tǒng)的運行水溫高于地板輻射供暖,分戶熱計量戶內系統(tǒng)將管道埋設在地面墊層內時,由于缺乏適宜的標準,北京市《集中供暖住宅分戶熱計量設計技術規(guī)程》中,只能提出對管材的性能指標要求和選擇計算,應按不低于“使用條件分級”的5級。所謂5級是指:
在50年的總使用壽命周期內,運行溫度20℃共歷時14年,60℃共歷時25年,80℃共歷時10年,最高運行溫度90℃共歷時1年(平均每年僅約7天),100℃的意外運行條件不超過共100小時。這種使用條件級別,反映了歐洲供暖期長和熱媒溫度低的特點,適合于熱媒溫度60-80℃、不高于90℃的運行工況。我國的具體條件與此有較大差異,對于通常熱媒設計供水溫度95℃的系統(tǒng)顯然并不適合。“使用條件分級”的5級,約只適合北京地區(qū)熱媒設計溫度85/60℃的系統(tǒng)。因此,認為只要采用塑料類管材就可萬無一失的認識是盲目的,在多種技術條件不能確保時,會留有許多隱患。
最近,北京市建筑設計研究院根據北京地區(qū)的氣象資料,針對熱媒設計供水溫度95℃的系統(tǒng),提出了“使用條件分級”5A級的一組數據,較“使用條件分級”的5級,由于降低了各類塑料類管材的許用應力,在相同管徑和壓力下較需選用較大壁厚,按此計算,有些管材在較高壓力的系統(tǒng)中,因無較大壁厚而不能采用。
由于采暖期的長短不同,各地區(qū)會有較大的差別,不同的地區(qū)應經深入計算論證,提出當地的設計選用數據。為確保安全,在認真進行強度驗算的基礎上,要留有適度裕量。
在確定當地設計選用數據時,還宜考慮以下有利和不利因素:
有利因素是,由于各種原因系統(tǒng)實際配置的散熱面積,均不同程度地偏大于理論所需散熱面積,因此實際運行水溫,均可低于設計水溫,例如:對于設計水溫95/70℃的系統(tǒng),當偏大10%時,運行水溫約可為90/65℃,當偏大20%時,運行水溫約可為85/60℃,當偏大30%時,運行水溫約可為82.5/57.5℃,當偏大40%時,運行水溫約可為80/55℃。這是經理論推算和運行實踐所證明的。
一般系統(tǒng)的散熱面積置,均會偏大20%-30%。
不利因素是,目前的供暖期標準明顯偏低,逐步延長供暖期,會是必然趨勢,因此應考慮要能適應今后較長供暖期的熱作用。
各種塑料類管材的比較
可從以下幾個方面進行各類管材的比較。
(1)許用應力排序。在相同的使用條件分級和有效使用壽命條件下,各類管材的許用應力,大致為以下排列順序:交聯(lián)鋁塑復合管,聚丁烯管,交聯(lián)聚乙烯管,無規(guī)共聚聚丙烯管。
(2)按市場價格的高低排列,正好大體上也是上述順序。并非一定要選用許用應力高的管材,例如:實際使用壽命不需50年、或使用溫度較低、或工作壓力較低,就有可能選擇許用設計應力較小的管材。
(3)關鍵還是各類管材的有效質量控制。據塑料工業(yè)業(yè)內人士分析,聚丁烯管和無規(guī)共聚聚丙烯管的質量, 主要通過原料的成份和品質控制。而交聯(lián)聚乙烯管和交聯(lián)鋁塑復合管,除原料成份和品質外,其交聯(lián)工藝對質量控制至關重要,正是交聯(lián)工藝這一重要環(huán)節(jié),使許多該類管材的質量失控。
(4)聚丁烯管和無規(guī)共聚聚丙烯管,是可以再生的材料,對環(huán)保較為有利。這兩種管材還可采用熱熔接的連接工藝,節(jié)省昂貴的連接配件。
(5)管材的氧滲透的問題,也應有所考慮, 與其它采暖系統(tǒng)共用同一集中熱源水系統(tǒng)、且其它供暖系統(tǒng)采用鋼制散熱器等易腐蝕構件時,聚丁烯管、交聯(lián)聚乙烯管和無規(guī)共聚聚丙烯管,宜有阻氧層,以有效防止?jié)B入氧而加速對系統(tǒng)的氧化腐蝕。而交聯(lián)鋁塑復合管的中間層為增強鋁管,可有效阻隔氧的滲透。
(6)管材的縱向線膨脹問題,對于熱管道應予以注意。鋼管的線膨脹系數為0.012 mm/m.K,塑料類管材線膨脹系數的概略值,按從小到大排列如下:
交聯(lián)鋁塑復合管 0.025
聚丁烯管 0.130
無規(guī)共聚聚丙烯管 0.180
交聯(lián)聚乙烯管 0.200
由于較大的縱向膨脹,使管道受熱后變形嚴重,因此不適合于明裝。而埋設于混凝土墊層內的管道縱向膨脹受限,會轉化為內應力,故在強度計算時需有適量安全系數。
(7)耐低溫性能問題,無規(guī)共聚聚丙烯管在﹣10℃環(huán)境條件下,會發(fā)生低溫脆化,易在運輸過程中損壞,而其它管材的脆化溫度,可低達﹣70℃。
因此, 應根據工程的耐用年限要求、使用條件等級、熱媒溫度和工作壓力、系統(tǒng)水質要求、材料供應條件、施工技術條件和投資費用等因素, 經綜合比較合理選擇采用管材。