健康、節(jié)能、環(huán)保、衛(wèi)生時(shí)2014年的主題。普通PE-RT地暖管以建筑地面為熱能輻射面，將60%的熱能(8~13μm的遠(yuǎn)紅外線)以輻射方式傳遞與室內(nèi)空間，將40%的熱能以對(duì)流方式傳遞與室內(nèi)空間，具有舒適、室內(nèi)溫度均勻恒定、節(jié)省室內(nèi)空間的特點(diǎn)，有一定治療保健的功能。 一般說(shuō)來(lái)，低溫地板輻射采暖系統(tǒng)與建筑物同壽命(50年以上)，并且其隱蔽部分在50年中是免維護(hù)的(人為因素除外)，這是低溫地板輻射采暖系統(tǒng)得以廣泛應(yīng)用的重要原因之一。
地暖管50年的使用壽命是有條件的，主要取決于加熱管的壽命。目前，塑料管材的種類、品質(zhì)繁多，性能各異，是不是所有的塑料管材都能保證這一點(diǎn)呢?
對(duì)于以上問題各國(guó)在學(xué)術(shù)上極為關(guān)注的問題。 由于低溫地板輻射采暖工程屬于隱蔽工程，加之系統(tǒng)中通過的是60℃的熱水，這就意味著當(dāng)加熱管由于質(zhì)量問題出現(xiàn)爆管時(shí)，建筑物的地面也就隨之被破壞，使得造成的損失是巨大的，因此，這就需要用于低溫地板輻射采暖系統(tǒng)的加熱管比普通建筑用的塑料管有著更高的要求，需要系統(tǒng)對(duì)加熱管的種類、品質(zhì)、制造工藝、質(zhì)量都要進(jìn)行更嚴(yán)格的選擇，只有這樣低溫地板輻射采暖系統(tǒng)50年的壽命才能得以實(shí)現(xiàn)。 目前，市場(chǎng)上可用于低溫地板輻射采暖管材主要有PE-X管(交聯(lián)聚乙烯管)、PP-R管(三型無(wú)規(guī)共聚聚丙烯管)、PERT管(耐高溫聚乙烯管)、PB管(聚丁烯管)，鋁塑管等，這幾種管材在低溫地板輻射采暖系統(tǒng)中都有應(yīng)用，并且各有特點(diǎn)，其他的塑料管材如CPVC、PPH、ABS、PE等由于性能無(wú)法滿足低溫地板輻射采暖系統(tǒng)的要求而不能應(yīng)用，盡管鋁塑復(fù)合管在《低溫?zé)崴匕遢椛涔┡瘧?yīng)用技術(shù)規(guī)程》中也被列入可用管材，但由于鋁塑復(fù)合管中的復(fù)合劑-熱熔膠的抗老化性能是一個(gè)未知數(shù)，無(wú)法確定其使用壽命，因此，我們建議最好不用。 下面我們對(duì)各種加熱管材的主要性能簡(jiǎn)單做一個(gè)評(píng)價(jià)。
加熱管材的性能指標(biāo)是一個(gè)完整的指標(biāo)體系，不能就其某一個(gè)指標(biāo)來(lái)判定能否在低溫地板輻射采暖工程中使用，能否保證其有50年的壽命。有些企業(yè)只對(duì)產(chǎn)品做一些短期的物理檢測(cè)，就聲稱其可以使用50年，這是不科學(xué)的。有些企業(yè)在不說(shuō)明保證多長(zhǎng)壽命的情況下稱其產(chǎn)品能耐多高的溫度也是沒有意義的。應(yīng)該對(duì)管材的壓力指標(biāo)、溫度指標(biāo)、使用時(shí)間等指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)才是科學(xué)的、有意義的。實(shí)際上塑料管材在相同的壓力下，工作溫度不同，其壽命不同;在相同的溫度下，壓力不同，壽命不同。但是，50年的壽命是不可能通過實(shí)際的實(shí)驗(yàn)方法來(lái)驗(yàn)證的。因此，在國(guó)際ISO9080標(biāo)準(zhǔn)中提出了“時(shí)溫等效變換法”的驗(yàn)證方法來(lái)證明這一點(diǎn)，其方法是：通過提高實(shí)驗(yàn)溫度和實(shí)驗(yàn)壓力求得壽命來(lái)推算低溫使用條件下管材的實(shí)際壽命。由測(cè)試溫度與實(shí)際使用溫度之間的溫差⊿T確定外推因子Ke，實(shí)驗(yàn)得到的最大試驗(yàn)時(shí)間Tmax和Ke的乘積就是容許外推計(jì)算所能達(dá)到的最長(zhǎng)壽命。
表1 不同溫差下的外推極限因子Ke 溫差 10 15 20 25 30 35 40 60 Ke 2.5 4 6 12 18 30 50 100 根據(jù)塑料管材的性能評(píng)價(jià)原理，我國(guó)化學(xué)建材檢測(cè)中心以及國(guó)內(nèi)的一些大型塑料管材廠家從2001年起開始對(duì)塑料管材進(jìn)行8760試驗(yàn)，這項(xiàng)試驗(yàn)是對(duì)塑料管材使用壽命綜合評(píng)價(jià)的重要方法，理所當(dāng)然，作為低溫地板輻射采暖系統(tǒng)用加熱管是首當(dāng)其充應(yīng)作這項(xiàng)試驗(yàn)的產(chǎn)品。
表2 各種塑料管材的熱強(qiáng)度(8760試驗(yàn)) 管材 PEX PERT PB PP-R 試壓溫度 110℃ 110℃ 110℃ 110℃ 實(shí)驗(yàn)時(shí)間 8760h 8760h 8760h 8760h 環(huán)應(yīng)力 2.5Mpa 1.9Mpa 2.4Mpa 1.9Mpa 標(biāo)準(zhǔn) ISO/DISI5875 DIN4721 ISO/DISI5876 ISO/DISI5874 上表中之所以將實(shí)驗(yàn)溫度選為110℃這一較高的溫度，將實(shí)驗(yàn)時(shí)間選為8760h這一較長(zhǎng)的時(shí)間，是因?yàn)楦鶕?jù)時(shí)溫等效變換法，8760h為一年，當(dāng)使用溫度為70℃是，溫差為40℃，外推因子為50，從而可推算出在70℃條件下的使用壽命為：50×8760=438000h，正好為50年。
從上表中我們可以看到，PE-X管具有最好的耐熱強(qiáng)度。從這個(gè)意義上講，在低溫地板采暖系統(tǒng)中選擇PE-X管作為加熱管是科學(xué)的，同時(shí)，在上述幾種管材中PE-X管也是較便宜的，因此，在低溫地板采暖系統(tǒng)中選擇PE-X管作為加熱管也是最經(jīng)濟(jì)的。 有關(guān)這一點(diǎn)我們還可以從幾種管材的蠕變特性曲線(圖1)中看出。蠕變特性曲線是管材長(zhǎng)期抗應(yīng)力和耐高溫性能的綜合體現(xiàn)，最實(shí)際的反映了管材的使用壽命。
從四種管材的蠕變特性曲線中可以看出：PE-X管從高溫到低溫、從一年到一百年的范圍內(nèi)，都沒有出現(xiàn)拐點(diǎn)(即環(huán)應(yīng)力的急劇下降)。隨著時(shí)間的增加，同一溫度下的PE-X管的環(huán)應(yīng)力下降得很小(與其它幾種管材相比);不同溫度下，環(huán)應(yīng)力下降程度也較其它幾種管材小得多。從中可以得出結(jié)論：PE-X管能很好的適應(yīng)高溫度、高壓力下的長(zhǎng)期使用。其它幾種管材在高于60℃是，均在不同的時(shí)間段(最長(zhǎng)的僅為十幾年，最短的不到一年)出現(xiàn)環(huán)應(yīng)力急劇下降的拐點(diǎn)，隨著溫度的提高，出現(xiàn)拐點(diǎn)的時(shí)間大大提前，PERT在高溫情況下，14年左右就出現(xiàn)了拐點(diǎn)，PB雖應(yīng)力水平較高，但其從高溫到低溫都出現(xiàn)了拐點(diǎn)，如在90℃下2000小時(shí)(不到三個(gè)月)左右就出現(xiàn)了拐點(diǎn)。而且價(jià)格極高。PPR管在70℃以上時(shí)也較早的出現(xiàn)了拐點(diǎn)。拐點(diǎn)的出現(xiàn)與否和早晚是管材的抗蠕變性能高低的一個(gè)重要反映，也是管材壽命的重要反映。
為什么會(huì)出現(xiàn)這種情況呢?我們知道，高分子塑料分為熱塑性塑料和熱固性塑料兩種。從理論上講，熱塑性塑料是一種熔體，它沒有固定的熔點(diǎn)，成型后還可熔化，它的蠕變期較短。而熱固性塑料屬晶體，成型后不會(huì)熔化，它的蠕變期非常長(zhǎng)，在一百年中性能幾乎不變。在目前常用的塑料管材中，PP-R、PERT、PB屬于熱塑性塑料，而PE-X(交聯(lián)聚乙烯)屬于熱固性塑料。 PE-X(交聯(lián)聚乙烯)是由高密度聚乙烯(PE)加入交聯(lián)劑或在射線輻照下，在一定的條件下大分子鏈形成游離基相互連接形成平面或立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)而形成的。其方法有三種，一是硅烷交聯(lián)法;二是過氧化物交聯(lián)法;三是輻射交聯(lián)法。
普通PERT地暖管與PEX地暖管實(shí)現(xiàn)條件及產(chǎn)品的優(yōu)缺點(diǎn)：
一、硅烷交聯(lián)法是在聚乙烯中加入硅烷劑，成型后在水解過程中完成立體網(wǎng)狀的交聯(lián)過程，這種交聯(lián)方法所要求條件較低，只要有水和一定溫度就可完成，即使在使用中也可繼續(xù)交聯(lián)直到達(dá)到飽和交聯(lián)，所形成的PE-X為立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。硅烷交聯(lián)從工藝上分為一步法和二步法工藝，其原料的保管與包裝要求較高，否則，原料在保管期就有可能發(fā)生預(yù)交聯(lián)而報(bào)廢，同時(shí)原料的保管期很短(6個(gè)月)。硅烷交聯(lián)法是一個(gè)先成型后交聯(lián)的過程。其產(chǎn)品特點(diǎn)是表面強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度較高，但耐水性較差，產(chǎn)品交聯(lián)度會(huì)隨時(shí)間游動(dòng)，形成的產(chǎn)品稱為PE-Xb。
二、過氧化物交聯(lián)法是在聚乙烯中加入過氧化物交聯(lián)劑，在一定溫度(230℃)的作用下逐漸完成平面網(wǎng)狀的交聯(lián)過程。這種交聯(lián)方法所要求的交聯(lián)條件較高， 一旦成型后交聯(lián)度不會(huì)發(fā)生變化。它是一個(gè)先交聯(lián)后成型的過程。其產(chǎn)品特點(diǎn)是表面光潔度好，柔韌度好，但耐酸性差。所形成的產(chǎn)品稱為PE-Xa。
三、輻照交聯(lián)法是一個(gè)物理交聯(lián)方法，與前相比不同是在交聯(lián)過程中勿需化合物的參與，它是將由高密度聚乙烯成型的管材產(chǎn)品經(jīng)αβγ射線或電子束輻照后，使聚乙烯大分子主鏈形成新的游離基，游離基間再結(jié)合即形成交聯(lián)。這種交聯(lián)方法所要求的條件極高，交聯(lián)非常穩(wěn)定，但它有一個(gè)特點(diǎn)：產(chǎn)品表皮交聯(lián)度高，隨著深度增加，交聯(lián)度越來(lái)越低。此方法不宜生產(chǎn)壁厚過厚的產(chǎn)品 。所形成的產(chǎn)品稱為PE-Xc。
綜合上述：選擇PE-X管材作為低溫地板輻射采暖系統(tǒng)的加熱管是科學(xué)的、經(jīng)濟(jì)的。
