PP-R穩(wěn)態(tài)管在地溝采暖管網(wǎng)中的應用

彭一丁

(長春市熱力集團，長春 130051)

0 引言

近幾年來，很多老城區(qū)居民樓的地溝環(huán)境惡劣潮濕，由于下水道損漏，污水糞便橫流，由于地溝內(nèi)采暖用管網(wǎng)長時間處于此種環(huán)境，腐蝕泄漏情況比較嚴重.但有的產(chǎn)權(quán)單位和物業(yè)公司置之不理，更有許多樓棟已多年無人管理.按照《長春市供熱管理條例》中的要求，供熱企業(yè)負責到用戶的入戶閥門，明確了地溝內(nèi)采暖管網(wǎng)由供熱企業(yè)負責管理.在建筑建設(shè)中，樓棟內(nèi)地溝采暖管網(wǎng)都是金屬管道，基本上都是鋼制管道.根據(jù)我們掌握的情況，地溝管腐蝕的主要原因有:地溝管道長期浸泡在下水中;地溝管道防腐保溫脫落;年久失修，無人管理等.在供暖期每日都會發(fā)生地溝內(nèi)供熱管網(wǎng)搶修的情況.地溝管問題已成為供熱企業(yè)的一個比較棘手并急需解決的問題.

1 解決方法

近幾年，主要采取了地溝管網(wǎng)外移、地溝管網(wǎng)更換PP—R塑鋁穩(wěn)態(tài)管(簡稱PP—R穩(wěn)態(tài)管)、地溝管道直接更換3種方法.

(1)地溝外移. 地溝內(nèi)原有的供熱管網(wǎng)移至樓外.適用于地溝有水難以處理、地溝內(nèi)沒有施工空間、樓外有外移空間的樓棟;

(2)地溝管道直接更換. 適用于地溝內(nèi)干凈沒有污物，地溝內(nèi)有足夠的空間能夠進行施工;

(3)更換PP—R穩(wěn)態(tài)管. 適用于地溝有水難以處理，地溝內(nèi)有施工空間、樓外沒有外移空間的樓棟.

2005年開始，PP—R穩(wěn)態(tài)管這種新材料面世，并有了將原有地溝內(nèi)供熱管網(wǎng)更換PP—R穩(wěn)態(tài)管的想法，通過幾年的實踐，地溝管更換為PP—R塑鋁穩(wěn)態(tài)管的方法已普遍運用在地溝工程中［1］.

2 PP—R穩(wěn)態(tài)管的經(jīng)濟分析

圖1 結(jié)構(gòu)示意圖

PP—R穩(wěn)態(tài)管是一種五層結(jié)構(gòu)的復合管材，是將PP-R管與鋁層在高溫下通過特制熱熔膠有機結(jié)合，形成了聚丙烯-熱熔膠-鋁層-熱熔膠-聚丙烯的特殊復合結(jié)構(gòu)，內(nèi)外層的PP-R材料可以保證材料在給水應用中的衛(wèi)生性能，其中內(nèi)層PP-R尺寸接近于普通PP-R管，是主要的承壓體，而中間的鋁層起加強保護作用，通過五層的有機結(jié)合達到穩(wěn)定的物理力學性能，使復合管具有了高剛度、高耐溫、高韌性、低線性膨脹系數(shù)的三高一低的特性，彌補了普通PP-R管道在立管、明裝管和熱水管應用中易變形等局限性，是普通PP-R管道一次重大的全面升級.其結(jié)構(gòu)示意圖見圖1.

2.1 PP—R管道熱量損失經(jīng)濟分析

為了準確測定PP—R穩(wěn)態(tài)管材保溫節(jié)能的特性，將3種不同類型的管材(鐵管、PP—R穩(wěn)態(tài)管、聚氨酯發(fā)泡保溫后鐵管)在空氣和水兩種環(huán)境的熱損失進行計算.

計算公式如下:

計算公式將引用普郎特準則、努謝爾特準則、格拉曉夫準則計算出不同環(huán)境、不同表面溫度中的αn，αw空，αw水值代入到公式(2)中，求出傳熱系數(shù)K［3］.

以擬改造的曙光路人大1#樓為測算對象，1#樓建筑面積4 700 m2.通過測算，該樓循環(huán)水量為: G=14.1 T/H，該樓進戶管道管徑d=DN 80，平均比摩阻△P=110.8 Pa/m，流速w=0.77 m/s

假設(shè):t管內(nèi)介質(zhì)溫度=45℃，t環(huán)境=15℃，t管外水=10℃，PP—R穩(wěn)態(tài)t表面溫度=20℃

解:求管內(nèi)換熱系數(shù)α［3］n

①定性溫度tm=t管內(nèi)介質(zhì)溫度=45℃

經(jīng)查表可得:水導熱系數(shù)λ=64.15*10-2W/m2℃;普郎特準則Pr=3.925;流體的運動粘滯系數(shù)v=0.607 5*10-6m2/s

② Re=w*d/v=0.77*0.089/0.607 5*10-6=112 806.6

因為112 806.6＞104管內(nèi)流動為旺盛的紊流，故可應用努謝爾特準則，計算Nu數(shù):

③ αn'=Nu*λ/d=416.3*64.15*10-2/0.089=3 000.63 W/m2℃

假設(shè)l/d＞1，修正系數(shù)Cl=1，αn'=Clαn=3 000.63 W/m2℃

無論管道為何種材質(zhì)，t管內(nèi)介質(zhì)溫度=45℃不發(fā)生變化，故:

計算PP—R管道在空氣中的換熱系數(shù)αw空

已知條件:t管內(nèi)介質(zhì)溫度=45℃，t環(huán)境=15℃，PP—R穩(wěn)態(tài)t表面溫度=20℃

解:定性溫度tm=1/2(t表面溫度+t環(huán)境)=1/2(20+15)=17.5℃

經(jīng)查表可得:空氣導熱系數(shù)λ=2.555*10-2W/m℃［3］，普郎特準Pr=0.704，流體的運動粘滯系數(shù)v=14.835*10-6m2/s

應用格拉曉夫準則用符號Gr表示［3］

β為流體的膨脹系數(shù);1/kg為重力加速度m/s2

取公式Nu=C(Gr*Pr)n，C=0.53，n=1/4，Nu=15.85

將計算得出的αn，αw空代入公式(2)中求出KPP—R穩(wěn)態(tài)管:

同理計算PP—R管道在水中的換熱系數(shù)αw水.

參照同樣的公式，計算出鐵管在水中、空氣中的αw水，αw空;保溫管在水中、空氣中的αw水，αw空.P-R管道、鐵管保溫管在空氣中、水中的熱量損失詳見表1，表2.

表1 P—R管道、鐵管、保溫管在空氣中的熱量損失

表2 P—R管道、鐵管、保溫管在水中的熱量損失

通過計算，PP—R穩(wěn)態(tài)管在空氣和水兩種環(huán)境中熱損失值介于鐵管與保溫管之間.

3 地溝外移與更換PP—R塑鋁穩(wěn)態(tài)管的造價對比

以1#樓為例，此樓建筑面積4 700 m2，為居民住宅樓，建于1995年.整個工程需要更換地溝管網(wǎng):DN 80 120 m2;DN 65 40 m2;DN 50 68 m2;DN 80閥門2個;DN 50閥門8個.地溝外移施工工程造價預算:材料費約為32 000元，人工費11 000元，取費后總的工程造價約為59 000元(含市政道路恢復費).按照更換PP—R穩(wěn)態(tài)管工程造價預算，材料費約為47 000元，人工費11 000元，取費后總的工程造價約為71 000元.

通過概算發(fā)現(xiàn)，兩種方式的投資費用相差一些，但鐵管的使用壽命大約15年，而PP—R穩(wěn)態(tài)管的使用壽命在沒有外力破環(huán)的情況下最少能夠達到30年，使用壽命是鐵管的2倍.多年來，在集團公司內(nèi)部已經(jīng)有百余棟樓進行了此種改造，在運行中沒有出現(xiàn)過故障.可見，使用PP—R穩(wěn)態(tài)管雖然在初投資上較高，但在日后運行維護成本很低，而且使用壽命得到了延長［4］.

4 本年度運行情況測試

試驗產(chǎn)品:PP—R穩(wěn)態(tài)管

試驗時間:2012年-2013年度采暖期

試驗結(jié)果及參數(shù)見表3.

表3 試驗參數(shù)

以上數(shù)據(jù)與測試前PP—R管道經(jīng)濟分析相吻合.在管道介質(zhì)溫度與管道外表溫度溫差在20℃時，KPP—R=23.42 W/m2·℃，QPP—R=23.42*20*A=468·AW同等條件下在保溫環(huán)境惡劣的情況下鐵管熱量損耗為K鐵管=386.05 W/m2·℃，Q鐵管=386.05*20*A=7 721·AW.通過上式計算可以看出:在同等條件下，PP—R管道與鐵管相比，PP—R管道的熱量損耗要比鐵管小16倍.

由于普通PP—R管線性膨脹系數(shù)較大，一般不在供熱系統(tǒng)中的主干管網(wǎng)使用，主要使用在室內(nèi)明裝供熱管網(wǎng)上.而PP—R穩(wěn)態(tài)管的線性膨脹系數(shù)是普通PP—R管的1/5(普通PP-R管為0.15 mm/mK)，接近于金屬管，管道無明顯熱脹冷縮.PP-R塑鋁穩(wěn)態(tài)管仍然采用熱熔連接方法，連接前用專用卷削工具剝?nèi)ネ飧蹭X塑復合層，然后與同材質(zhì)的PP-R管件進行熱熔連接，保證了管材和管件的一體化，連接部位無滲漏之憂［5］.

5 結(jié)論

綜合上述的論證與實際情況，地溝更換PP—R塑鋁穩(wěn)態(tài)管無論是在施工難度、工程投資、運行維護、保溫性能、使用壽命，還是運行安全上，都有比較明顯的優(yōu)勢，可以在施工難度大，地溝無法外移而且有下水的地溝內(nèi)使用.

［1］劉大惠，王熙東.PP—R鋁塑穩(wěn)態(tài)管在采暖系統(tǒng)中的應用［J］.建筑與工程，2009(3):640-641.

［2］章熙民，任澤霈，梅飛鳴，陳鐘頎.傳熱學(第四版)［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，1999:29-35，102-113.

［3］賀 平，孫 剛.供熱工程(第四版)［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，1999:11-17.

［4］孫 巖.PPR塑鋁穩(wěn)態(tài)管施工中的應用與管理［J］.建筑設(shè)計管理，2012(9):6-77.

［5］丁玉良.PP-R穩(wěn)態(tài)管線膨脹系數(shù)測定及對比分析［J］.科技信息(科學教研)，2007(20):21-22.