【精品】塑料采暖管道快速水力计算表

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耐热聚乙烯管道快速水力计算表
刘学来1，2 李永安1 李继志2
1、山东建筑大学
2、中国石油大学
摘要：根据塑料管道的特点，阐述了采暖塑料管道的选择原则及注意事项。

对塑料采暖管道水力计算进行了数学描述，通过计算机编程计算编制了耐热聚乙烯管道的水力计算表。

工程技术人员在实际工作中可以快速查询，方便应用。

关键词：塑料管材水力计算分级体系采暖
Plastic Heating Tubes Quick Hydraulic Calculating Table
Liu Xue-lai1 Li Yong-an1 Li Ji-zhi2
1. 2.China
Abstract According to plastic tubes characteristic, elaborated the heating plastic tubes selection principle and the matters needing attention. Has carried on mathematics description to the heating plastic tubes water power computation and has established the commonly used plastic tubes water power computation table through the computer programming computation. The tables may be used to the engineering personnel in practice.
Keywords plastic tubing ; hydraulic calculating ; graduation system ; heating
1、引言
塑料管道具有不锈蚀、施工简单、不结垢、环保、无污染、沿程阻力小等优点。

在50℃环境下，使用期限可达50年[1]。

国家建设部、经贸委、质量技术监督局和建材局在2000年6月联合下达《关于在住宅建筑中淘汰落后产品的通知》，要求逐步禁止镀锌钢管，推广以塑代钢。

随后各种新型塑料管道在建筑中应用越来越广泛。

在相应的国家和地方相关技术标准中也规定采用交联铝塑复合管（XPAP，PAP）、交联聚乙烯管（PE-X）、无规共聚聚乙烯管（PP-R）、聚丁烯（PB）、耐热聚乙烯（PE-RT）等管材用于建筑采暖和卫生热水等管道中。

而在这些标准中缺乏相应的管道计算数据，山东省《低温热水地板辐射采暖技术规程》中缺少PE-RT管道的水力计算数据，作者采用计算机计算技术，对PE-RT管道进行了分析计算，得出了PE-RT管道的快速水力计算表。

2、塑料管道用于建筑采暖或卫生热水工程的性能要求
2.1塑料管道的选择
塑料管道的使用寿命取决于不同的使用温度对管材的累积破坏作用。

实验表明，温度每升高10℃，其使用寿命就减少2.5倍。

这是由于热作用使管道环应力逐步下降，也就是发生管材的“蠕变”，以至不能满足使用压力而破坏。

因此，不能单用强度来选取管道。

在选取管道时，应按温度确定许用应力（是指考虑安全系数后的实际使用最大应力），计算所需壁厚，以确保塑料管道的承压和使用寿命[2]。

特别提出，塑料管道的许用应力会随时间的推移而下降，特别随作用温度的提高而急剧下降。

压力流体输送管道承受环应力、轴向应力和径向应力，这是复杂应力状态，其中环应力为主应力。

许用应力与管道壁厚、管径有关，其具体关系如下：
（1）
式中，为许用应力，MPa；P为管内压力，MPa；d为管径，mm；e为管道壁厚，mm。

采暖用塑料管道在使用期限内的流体温度是变化的，塑料管道相应于不同温度的蠕变特性也是变化的，也就是说不能选用某温度下的管道蠕变特性作为设计依据。

ISO10508《冷热水系统用热塑性塑料管材和管件》标准为塑料管道的使用建立了分级体表1 PE-X管使用条件
PE-X为例列于表1中。

2.2塑料管道的膨胀性
塑料管道有较大的纵向膨胀性，在安装不当时会出现蛇形等，故在安装时应考虑补偿或暗装于混凝土中。

在管道强度计算时，应充分考虑安全性，选用合适的安全系数[3]。

各种管道的线性膨胀系数见表2。

表2 常见塑料管道的线性膨胀系数
3、塑料采暖管道的水力计算
水力计算的目的是确定管道的规格，从而计算管道系统的阻力损失，以求得各管路系统水力平衡；最后确定水泵等加压设备的型号。

水力计算的流量计算基本公式[4]：
（2）
式中，G为流量，m3/s；v为流体流动速度，m/s。

可以看出，确定管径必须先确定水在管内的流量和流速。

3.1流量的确定
采暖管道是输送热量到建筑各房间的管道，其输送的热量即为建筑热负荷，根据：（3）
式中，Q为管道所输送的热水供应热量（建筑热负荷）（KW）；m为管道输送热水的质量流量（kg/s）；为水的密度（kg/m3）；为供水温度（℃）；为回水温度（℃）。

据此可以计算管道流量。

3.2管道内水流速的确定
流体在管道内流速过快，势必造成阻力增大，能耗增多，同时还会产生噪声，不经济；而太慢又会使管道直径过大，增加初投资，且管道占有建筑空间增大。

因此，确定合理的管道流速在水力计算中非常重要。

按照GB50019-2003《采暖通风与空气调节设计规范》[5]的规定，热水采暖系统民用建筑流速为1.2m/s。

3.3定性温度的确定
塑料管道常用于地板辐射采暖系统或空调系统供回水管路中，故取供水温度为60℃，回水温度为50℃，平均温度为55℃。

以55℃作为水的定性温度查取水的物性参数[2]：水的密度，比热c=4.19KJ/kg.k，水的运动粘滞系数。

3.4沿程阻力计算
采暖系统阻力由沿程阻力和局部阻力组成。

沿程阻力的计算公式[6]为
(4)
式中，为沿程阻力损失（Pa）；为沿程阻力系数，无因次；为管道长度（m）；d为管道内径（mm）；V为管道断面平均流速（m/s）；为水的密度（kg/m3）。

每米管长的沿程阻力损失称为比摩阻。

用R表示。

可以根据达西.维斯巴赫公式计算
(5)
管道的沿程阻力系数与管道的粗造度（k）、流体的流动状态有关[2]，根据
（6）
式中，Re为雷诺数；为运动粘滞系数（m2/s）。

取V＝1.2m/s，d＝13.4mm计算可以得出Re ＝31132.6处于紊流区。

根据文献[7]，对于塑料管道有
（7）其中：，，
4、水力计算表
根据以上的分析，采用计算机经过编程计算出了常用的塑料管道（PP－R）的水力计算表列于表3中。

5、结论
5.1 PE-RT耐高温聚乙烯管道具有长期耐压性能、柔软性、施工时不需要特殊的工具，加工成本相对较低；好的导热性，其导热系数为PP-R、PP-B管材的两倍；低温耐热冲击性好；环保性，PE-RT可以回收利用，不污染环境；加工简便，性能稳定；原料具有合格的蠕变曲线，而且其管材价格适中。

PE-RT做为新一代地板采暖的专用管材。

5.2塑料管道在工程中的应用越来越广泛，
与之相对应的计算数据在工程中非常需要，通过理论分析，并采用计算机计算技术较为完整的完成了常用PE-RT管道的采暖水力计算表，以填补工程设计所需空缺数据。

参考文献
1.邱林、王文海、郑树伟PE-X热/冷水管地板供热/供冷的应用研究J 塑料工业2006（6）P299-301
2. 刘学来，李永安.低温热水地板辐射采暖快速水力计算表J 华中科技大学学报（城市科学版）2002（3）37-39
3. 刘学来，李永安.地板辐射供暖设计施工中几个问题的探讨J 建筑技术2005.10（1）P776-777
4.蔡增基、龙天谕流体力学泵与风机（第四版）.M北京；中国建筑工业出版社，1999
5. GB50019-2003采暖、通风与空气调节设计规范. S 北京；中国建筑工业出版社2003
6. 陆耀庆.实用供暖空调设计手册M 北京：中国建筑工业出版社，1993
7. JGJ142-2004地面辐射供暖技术规程.S北京；中国计划出版社2004
刘学来，男，1965年9月生，博士研究生，教授，济南市临港开发区凤鸣路山东建筑大学热能工程学院邮政编码：250101 ，电话：（0531），传真：（0531），E-mail:
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