健康、節(jié)能、環(huán)保、衛(wèi)生時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，有一定治療保健的功能。 一般說來，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呢?
對于以上問題各國在學(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，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現(xiàn)。 目前，市場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，其他的塑料管材如CPVC、PPH、ABS、PE等由于性能無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未知數(shù)，無法確定其使用壽命，因此，我們建議最好不用。 下面我們對各種加熱管材的主要性能簡單做一個評價。
加熱管材的性能指標(biāo)是一個完整的指標(biāo)體系，不能就其某一個指標(biāo)來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)只對產(chǎn)品做一些短期的物理檢測，就聲稱其可以使用50年，這是不科學(xué)的。有些企業(yè)在不說明保證多長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)該對管材的壓力指標(biāo)、溫度指標(biāo)、使用時間等指標(biāo)綜合評價才是科學(xué)的、有意義的。實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際的實驗方法來驗證的。因此，在國際ISO9080標(biāo)準(zhǔn)中提出了“時溫等效變換法”的驗證方法來證明這一點，其方法是：通過提高實驗溫度和實驗壓力求得壽命來推算低溫使用條件下管材的實際壽命。由測試溫度與實際使用溫度之間的溫差⊿T確定外推因子Ke，實驗得到的最大試驗時間Tmax和Ke的乘積就是容許外推計算所能達(dá)到的最長壽命。
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)塑料管材的性能評價原理，我國化學(xué)建材檢測中心以及國內(nèi)的一些大型塑料管材廠家從2001年起開始對塑料管材進(jìn)行8760試驗，這項試驗是對塑料管材使用壽命綜合評價的重要方法，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)作這項試驗的產(chǎn)品。
表2 各種塑料管材的熱強(qiáng)度(8760試驗) 管材 PEX PERT PB PP-R 試壓溫度 110℃ 110℃ 110℃ 110℃ 實驗時間 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 上表中之所以將實驗溫度選為110℃這一較高的溫度，將實驗時間選為8760h這一較長的時間，是因為根據(jù)時溫等效變換法，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，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期抗應(yīng)力和耐高溫性能的綜合體現(xiàn)，最實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(即環(huán)應(yīng)力的急劇下降)。隨著時間的增加，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、高壓力下的長期使用。其它幾種管材在高于60℃是，均在不同的時間段(最長的僅為十幾年，最短的不到一年)出現(xiàn)環(huán)應(yīng)力急劇下降的拐點，隨著溫度的提高，出現(xiàn)拐點的時間大大提前，PERT在高溫情況下，14年左右就出現(xiàn)了拐點，PB雖應(yīng)力水平較高，但其從高溫到低溫都出現(xiàn)了拐點，如在90℃下2000小時(不到三個月)左右就出現(xiàn)了拐點。而且價格極高。PPR管在70℃以上時也較早的出現(xiàn)了拐點。拐點的出現(xiàn)與否和早晚是管材的抗蠕變性能高低的一個重要反映，也是管材壽命的重要反映。
為什么會出現(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，成型后還可熔化，它的蠕變期較短。而熱固性塑料屬晶體，成型后不會熔化，它的蠕變期非常長，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地暖管實現(xiàn)條件及產(chǎn)品的優(yōu)缺點：
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)而報廢，同時原料的保管期很短(6個月)。硅烷交聯(lián)法是一個先成型后交聯(lián)的過程。其產(chǎn)品特點是表面強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度較高，但耐水性較差，產(chǎn)品交聯(lián)度會隨時間游動，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)度不會發(fā)生變化。它是一個先交聯(lián)后成型的過程。其產(chǎn)品特點是表面光潔度好，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，但它有一個特點：產(chǎn)品表皮交聯(lián)度高，隨著深度增加，交聯(lián)度越來越低。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。
