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摘要：随着人们生活水平、环保意识的提高以及对健康的关注，在给排水领域掀起了一场建材行业的绿色革命。据大量水质监测数据表明：导致管网水质恶化的主要原因是建筑物内给水管道的锈蚀严重。特别采用冷镀锌钢管后，一般使用寿命不到 5 年就锈蚀，铁腥味严重，造成一种社会问题。限制、淘汰传统的镀锌钢管用于生活供水系统，取而代之的是环保的、健康的、新型管材的推广和使用。塑料管材与传统金属管道相比，具有自重轻、耐腐蚀、耐压强度高、卫生安全、水流阻力小、节约能源、节省金属、改善生活环境、使用寿命长、安装方便等特点，受到了管道工程界的青睐并占据了相当重要的位置，形成一种势不可挡的发展趋势。
关键词：给水管材；节能环保环保；选用
前言：节能环保是我国一项长期基本国策。各行各业的节能环保中，建筑节能环保首当其冲。建筑给排水专业节能主要体现在建筑给水系统运行中所浪费的不合理的无效能耗。有关建筑给水排水节能环保文献在供水系统合理分区、供水方式及热水系统的运行方式、设计参数合理选择、保温、热源选择等方面研究探讨较多，而在管材选用方面却鲜见介绍。本文从水头损失计算着手，谈谈给水管材的选用对建筑给水节能环保的影响，以供同行商讨。
一、常用给水管材水力工况分析
塑料管材是高科技复合而成的化学建材。常用塑料给水管有 UPVC 给水管、UPVC 给水管、铝塑复合管（RAP 管）、聚乙烯（PE）给水管材等。按现行国家标准，塑料管材用公称外径（De）表示其产品规格，其值等于外径。各种规格塑料管材质、公称压力的不同致使相近或相同规格给水管材计算内径产生差异（如表 1）。因用于建筑给水，故表中的塑料管材公称外径取 20～110mm。
根据有关国家标准，钢管及其复合管、铜管采用公称直径（DN）表示其产品规格，其值近似于内径的参考尺寸；塑料管材以公称外径（De）表示其产品规格，其值等于外径。由于各种规格管道材质或公称压力不同，使得相近或相同规格各种规格给水管材的计算内径有较大差异（如表 1），另外，不同的管材之间的粗糙系数也可能不同。因此，相近或相同规格各种给水管材之间的水力工况也有差异。
对于管材水头损失计算，国内外有不同的水力计算公式。作为工程设计，专业技术人员通常以执行现行设计规范推荐的水力计算公式来进行水头损失计算。现行 《建筑给水排水设计规范 》（GB50015—2003）（以下称 “建规 ”）关于管道沿程水头损失的计算推荐采用海澄 -威廉公式（即式（1）），水力计算时，设计人员根据所选择的管材合理确定海澄 -威廉系数。
式中，i为管道单位长度水头损失（kPa· m-1）；dj为管道计算内径（m）；qg 为设计流量（m
3·s-1）；C为海澄 -威廉系数。各种塑料管、内衬（涂）塑管 C=140；铜管、不锈钢管 C=130；衬水泥、树脂的铸铁管 C=130；普通钢管、铸铁管 C=100。为便于各种管材之间水力工况对比分析，各种管材均以镀锌钢管为参照，即相同设计流量 qg时，根据公式（2）求得 2种管材在相同或相近管径时单位长度水头损失的比值 K。表 2为常用各种管材与镀锌钢管单位长度水头损失对比的 K值表。此外，可根据表 2中的 K值进一步推得表中任意 2种管材在相同设计流量、相同或相近管径时单位长度水头损失的比值关系。
式中，K为 2种管材在相同设计流量、相同或相近管径时单位长度水头损失的比值；im 为各种常用管材单位长度水头损失（kPa· m-1）；i钢 为镀锌钢管单位长度水头损失（kPa· m-1）；Cm 为各种常用管材的海澄 -威廉系数；C钢 为镀锌钢管的海澄 -威廉系数；djm 为各种常用管材的计算内径（m）；dj钢 为镀锌钢管的计算内径（m）。
各种管材输水能耗对比分析由表 2及图1可知：
(1)PP-R、PE管材随着管径增大，比值逐渐增大，公称直径 DN≥100 mm时，比值均大于 1；
(2)对 PP-R管，同一公称直径 S5系列（PN=1.0 MPa）管比 S4系列（PN=1.25 MPa）水力工况好，水头损失减少约 27% ～ 29%；
（3）对PE管，同一公称直径 PE63级（PN=1.0 MPa）管与 PE80级（PN=1.25 MPa）管水力工况相近；
（4）公称直径 DN≤50 mm时，PP-R、PE管的水力工况比衬塑钢管、铜管好，特别是与公称直径 DN≤25 mm规格的衬塑钢管比，水头损失减少约 50%以上，公称直径 DN≥70 mm时，衬塑钢管、铜管的水力工况比 PP-R、PE管好，水头的损失可减少 30%以上。
表 2的比值仅反映各种管材沿程水头损失之间的关系，对于给水管道系统水头损失水力计算，还应考虑管道的局部水头损失，而局部水头损失的主要影响因素是管道的连接方式及形成局部水头损失配件数，对于这一点 “建规 ”第 3.6.11条对局部水头损失计算作了明确规定。上述管材中，PP-R采用承插热熔连接，三通分水时，局部损失可按沿程损失 70% ～ 80%计，分水器分水时，局部损失可按沿程损失 35% ～ 40%计；PE管若采用卡套连接，其局部水头损失与 PP-R管相近，若采用对熔连接，三通分水时，局部损失可按沿程损失 25% ～ 30%计，分水器分水时，局部损失可按沿程损失 35% ～ 40%计；铝塑复合管采用卡套连接，其局部水头损失与 PP-R管相近；衬塑钢管小管采用螺纹连接，大管一般采用卡箍连接，其局部损失可按沿程损失 25% ～ 30%计；铜管一般采用钎焊连接，其局部损失可按沿程损失 25% ～30%计。
二、合理化建议
根据上述给水管材水力工况的分析，在不考虑给水管材初期投资费用的前提下，从节能角度对建筑给水管材的选用提出以下建议：
（1）由于相近或相同规格各种规格给水管材的计算内径有较大差异，在进行管道水头损失水力计算时，应严格对应所选管材的物理参数（如公称压力、计算内径等）进行水头损失水力计算，不能随意套查水力计算表，否则，将影响水头损失计算结果的正确性，其直接结果是导致系统供水压力过大造成浪费，或系统压力不足影响使用的舒适性。
（2）当设计选用 PP-R给水管材时，应根据系统使用的要求，合理选用能满足系统工作压力要求的 PP-R管，避免 “大马拉小车 ”现象（如用PN=1.25 MPa的 PP-R管替代 PN=1.0 MPa管），这样不但初期 管材投资浪费，还会增加27% ～ 29%水头损失，浪费能量。
（3）当给水系统需要选用公称压力 PN≥1.25 MPa的给水塑料管时，建议选用 PE80材质的 PE给水管，不宜选用 PN≥1.25 MPa的 PP-R给水管材，这样相比可减少 27% ～ 30%水头损失。
（4）当所选管材管径 DN≥70 mm时，建议选用衬塑钢管，相比 PP-R、PE管可减少 30%以上的水头损失。
（5）给水管路布置时，应尽可能简短顺直，避免不必要的转弯而增加局部水头损失，浪费能量。
（6）在管道连接方式方面，尽可能不用局部水头损失大的连接方式，如 PP-R管建议分水器分水，而不宜采用承插热熔连接，PE管建议采用对熔连接或三通分水，这样可减少约 20%以上的水头损失。
三、给排水管材的选用
给排水管材的选用看似简单，但与日常生活息息相关，需谨慎选择，要综合考虑多方面的因素，选择最适宜的管材。一般来说，选择管材主要考虑以下四个方面：
3.1性能可靠性
管材选择不当极易导致后续的渗水、漏水现象，带来巨大的间接经济损失，因此，性能可靠性是管材选择考虑的首要因素。判断管材性能可靠的标准主要有三个方面：一是在特定的压力和温度下有足够的机械强度，满足供排水的要求；二是具有良好的耐腐蚀性，不会对管材中的水质造成破坏；三是符合工程成本的预算。只有保证管材质量才能保证工程质量。
3.2安全卫生性
安全与健康是人们最重视的两大问题，管材尤其是供水管材的安全卫生性就成为管材选用关注的焦点。好的管材不仅不会对水质造成二次污染，而且对水质中的微生物具有抑制清除的功效。未添加改性剂，化学性质比较稳定的塑料管以及金属管安全性较高。
3.3投资经济性
给排水管材的选用，除考虑管材的性能与安全外，还要考虑管材的投资成本，在满足需要的基础上，尽量选择价格低廉的材料以降低工程成本。作为最优质供水材料的铜管未在我国大面积使用的主要瓶颈就是成本高。但是需要注意，不能将一次性投资作为管材经济性选择的唯一标准，还需要综合考虑管材的使用年限、安装成本以及后续的维修保养成本。
3.4重复利用性
绿色环保性也是给排水管材的选择要考虑的因素。尽量选择可重复利用性高的材料，避免对环境产生新的污染。铜管、铸铁管的可回收利用率较高，对于塑料管而言，多数能回收，但也有部分不能回收而且不能降解，需谨慎使用。
结束语
市面上给排水管材众多，PPR、铝塑复合管、铜管、PVC-U、铸铁管……，其选用并非易事，首先需要了解各种给排水管材的优劣，并进行对比分析，在综合考虑管材性能、安全、经济、环保条件后谨慎选择适宜的给排水管材才是明智之举。
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［5］苑朋伟，齐宝才.浅谈新型塑料给水管材在工程中的使用.科技资讯，2009.7
论文作者:李坤权
论文发表刊物:《基层建设》2018年第3期
论文发表时间:2018/5/28
标签：管材论文; 水头论文; 损失论文; 公称论文; 水力论文; 局部论文; 工况论文; 《基层建设》2018年第3期论文;