從節(jié)能角度分析綠色建筑中常用塑料給水管材的選用

郭萬(wàn)鵬

（中機(jī)中聯(lián)工程有限公司，重慶 400039）

從節(jié)能角度分析綠色建筑中常用塑料給水管材的選用

郭萬(wàn)鵬

（中機(jī)中聯(lián)工程有限公司，重慶 400039）

該文計(jì)算出綠色建筑中常用各種管徑的塑料給水管材與相應(yīng)公稱直徑的PE63級(jí)（PN=1.0MPa）給水用聚乙烯管單位長(zhǎng)度水頭損失的比值K，對(duì)比分析各種規(guī)格塑料給水管材的K值，從節(jié)能角度出發(fā)結(jié)合綠色建筑冷水及中水給水系統(tǒng)，提出選用塑料給水管材的合理化建議。

綠色建筑；塑料給水管材；給排水；管材；建筑設(shè)備；建筑設(shè)計(jì)；建筑節(jié)能

0 引言

我國(guó)水資源短缺而人口眾多,建筑行業(yè)越來(lái)越提倡修建綠色建筑，節(jié)水節(jié)能就越發(fā)重要。塑料類管材具有清潔衛(wèi)生、不易腐蝕、施工運(yùn)輸方便、性價(jià)比高的優(yōu)點(diǎn),既可以節(jié)水節(jié)能，還可以滿足人們對(duì)生活水質(zhì)的要求。因此，建筑給排水管材“以塑代鋼”就成為一個(gè)發(fā)展的趨勢(shì)。

有關(guān)綠色建筑節(jié)水節(jié)能的文獻(xiàn)近年來(lái)頻頻出現(xiàn)，尤其在供水分區(qū)、供水方式、熱水系統(tǒng)及中水系統(tǒng)的研究探討較多，管材選用方面的研究也日益增多，但結(jié)合綠色建筑及中水系統(tǒng)的給水管材選用方面探討較少。文章從節(jié)能的角度出發(fā)，從水頭損失計(jì)算著手，結(jié)合中水系統(tǒng)，探討綠色建筑中常用塑料給水管材的選用，以期提供借鑒。

表1 幾種常用塑料給水管材各種規(guī)格的計(jì)算內(nèi)徑(單位：mm)

1 常用塑料給水管材及其水力工況分析

塑料管材是高科技復(fù)合而成的化學(xué)建材。常用塑料給水管有UPVC給水管、UPVC給水管、鋁塑復(fù)合管（RAP管）、聚乙烯（PE）給水管材等。

按現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，塑料管材用公稱外徑（De）表示其產(chǎn)品規(guī)格，其值等于外徑。各種規(guī)格塑料管材質(zhì)、公稱壓力的不同致使相近或相同規(guī)格給水管材計(jì)算內(nèi)徑產(chǎn)生差異（如表1）。因用于建筑給水，故表中的塑料管材公稱外徑取20～110mm。

由表1可看出，相近或相同規(guī)格的各種給水管材之間的水力工況也有一定的，甚至較大的差異。管渠水頭損失的計(jì)算公式有很多，如謝才公式、達(dá)西公式等。這里采用海澄-威廉公式[5]（即式（1），該公式適用于較光滑的圓管滿流管紊流的給水管道沿程水頭損失計(jì)算）。水力計(jì)算時(shí)，根據(jù)所用管材合理確定海澄-威廉系數(shù)。

式中：i——管道單位長(zhǎng)度水頭損失（kPa/m）；

dj——管道計(jì)算內(nèi)徑（m）;

qg——給水設(shè)計(jì)流量（m3/s）;

Ch——海澄-威廉系數(shù)。

各種塑料管、內(nèi)襯（涂）塑管Ch=140；

銅管、不銹鋼管Ch=130；

內(nèi)襯水泥、樹脂的鑄鐵管Ch=130；

普通鋼管、鑄鐵管Ch=100。

為了便于各種塑料管材之間水力工況的對(duì)比分析，各種管材均以PE63級(jí)（PN=1.0MPa）給水用聚乙烯管為參照，即設(shè)計(jì)流量qg、海澄-威廉系數(shù)Ch相同時(shí)，根據(jù)公式（2）計(jì)算出兩種管材在相同或相近管徑時(shí)的單位長(zhǎng)度水頭損失比值K（見表2）。

表2 幾種常用塑料給水管材與PE63級(jí)（PN=1.0MPa）給水用聚乙烯管單位長(zhǎng)度水頭損失的比值K

式中：K——兩種塑料給水管材在相同設(shè)計(jì)流量、相同或相近管徑時(shí)單位長(zhǎng)度水頭損失的比值。

im——各種常用塑料給水管材單位長(zhǎng)度水頭損失（kPa/m）。

iPE63——PE63級(jí)（PN=1.0MPa）給水用聚乙烯管單位長(zhǎng)度水頭損失（kPa/m）。

dj——各種常用塑料給水管材的計(jì)算內(nèi)徑（m）。

dPE63——PE63級(jí)（PN=1.0MPa）給水用聚乙烯管的計(jì)算內(nèi)徑（m）。

圖1 K值對(duì)比分析圖

2 各種塑料給水管材輸水能耗對(duì)比分析

根據(jù)表2中K值數(shù)據(jù)，以建筑常用塑料給水管公稱直徑為橫坐標(biāo)，以比值為縱坐標(biāo)，作出相應(yīng)的K值散點(diǎn)圖，直觀觀察分析各規(guī)格塑料給水管K值變化趨勢(shì)及其與其他塑料給水管的差別。

由表2及圖1中的K值對(duì)比分析可知：

（1） PP-RS4系列 （PN=1.25MPa）塑料管材隨著管徑的增大，K值基本逐漸增大，且均大于1。這表明PPR-S4系列（PN=1.25MPa）塑料給水管在與PE63級(jí) （PN=1.0MPa）給水用聚乙烯管設(shè)計(jì)流量相同、管徑相同或相近時(shí)，其單位長(zhǎng)度水頭損失比PE63級(jí) （PN=1.0MPa）的大，且隨管徑增大，水頭損失增大。但De20的PPRS4系列（PN=1.25MPa）塑料給水管K值等于1.00，說(shuō)明其水力工況與同規(guī)格PE63級(jí)（PN=1.0MPa）給水用聚乙烯管相同。

（2） PP-RS5系列（PN=1.0MPa）和PE80級(jí)（PN=1.25MPa）塑料管材隨著管徑的增大，K值基本不變，基本等于1（除De20等個(gè)別較小管徑）。這表明PP-RS5系列（PN=1.0MPa）和PE80級(jí)（PN=1.25MPa）塑料給水管在與PE63級(jí)（PN=1.0MPa）給水用聚乙烯管設(shè)計(jì)流量相同、管徑相同或相近時(shí)，其單位長(zhǎng)度水頭損失與PE63級(jí)（PN=1.0MPa）的基本相同，且隨管徑增大，水頭損失基本不變（除De20等個(gè)別較小管徑）。但De20的PP-RS5系列（PN=1.0MPa）塑料給水管K值小于1.00，說(shuō)明其水力工況好于同規(guī)格PE63級(jí)（PN=1.0MPa）給水用聚乙烯管。De32的PE80級(jí)（PN=1.25MPa）塑料給水管K值大于1.00，說(shuō)明其水力工況差于同規(guī)格PE63級(jí)（PN=1.0MPa）給水用聚乙烯管。

（3）PVC-U給水塑料管材隨著管徑的增大，K值先逐漸減小后逐漸增大，公稱管徑為75mm時(shí)K值相對(duì)最大，但各K值均小于1。這表明PVC-U塑料給水管在與PE63級(jí)（PN=1.0MPa）給水用聚乙烯管設(shè)計(jì)流量相同、管徑相同或相近時(shí)，其單位長(zhǎng)度水頭損失均比PE63級(jí)（PN=1.0MPa）的小，且隨管徑增大，水頭損失先減小后增大，在公稱管徑為75mm時(shí)相對(duì)最大。

（4）對(duì)于PP-R塑料給水管，同一公稱直徑時(shí)S10系列(PN=1.1MPa)管比S4系列(PN=1.25MPa)K值小，說(shuō)明其水力工況好于S4系列(PN=1.25MPa)，設(shè)計(jì)流量相同、管徑相同或相近時(shí)，其單位長(zhǎng)度水頭損失相對(duì)較小，比S4系列 (PN=1.25MPa)減少約22%。

（5） 從圖1可看出，PE80級(jí)（PN=1.25MPa）給水用聚乙烯管各規(guī)格管徑K值基本為1.00（除De32管），說(shuō)明對(duì)于PE塑料給水管，同一公稱直徑時(shí)PE63級(jí)（PN=1.0MPa）管與PE80級(jí)（PN=1.25MPa）管水力工況相近，設(shè)計(jì)流量相同、管徑相同或相近時(shí)，二者的單位長(zhǎng)度水頭損失基本相同。

（6）從圖1可看出，對(duì)于PVC-U管塑料給水管，同一公稱直徑時(shí)K值大小排序?yàn)椋篠6.3系列 (PN=1.6MPa)管＞S8系列 (PN=1.25MPa)管＞S10系列(PN=1.1MPa)，說(shuō)明設(shè)計(jì)流量相同、管徑相同或相近時(shí)，單位長(zhǎng)度水頭損失由大到小依次為：S6.3系列(PN=1.6MPa)管＞S8系列 (PN=1.25MPa)管＞S10系列 (PN=1.1MPa)。S10系列(PN=1.1MPa)給水塑料管水力工況相對(duì)最好，S6.3系列(PN=1.6MPa)給水塑料管水力工況最差，S8系列(PN=1.25MPa)管居于二者之間，其水頭損失相互之間分別減少約12%～15%。

3 結(jié)論與建議

由以上的對(duì)比分析可得出：

（1）PVC-U系列塑料給水管材水力工況好于PE系列塑料給水管材，PE系列塑料給水管材水力工況好于PP-R塑料給水管材。

（2）在PP-R系列塑料給水管材中，PP-RS5系列 （PN=1.0MPa）管材的水力工況好于PP-RS4系列（PN=1.25MPa）塑料給水管材。

（3）在PVC-U系列塑料給水管材中，S10系列(PN=1.1MPa)給水塑料管水力工況相對(duì)最好，S6.3系列(PN=1.6MPa)給水塑料管水力工況最差，S8系列(PN=1.25MPa)管居于二者之間。

根據(jù)前文各種管材水力工況的對(duì)比分析，提出一些建議：

（1）計(jì)算管道水頭損失時(shí)，切忌隨意套查水力計(jì)算表，否則會(huì)影響水頭損失計(jì)算結(jié)果的正確性，導(dǎo)致系統(tǒng)供水壓力、加壓設(shè)備及管材的錯(cuò)誤選擇，致使系統(tǒng)供水壓力過(guò)大造成浪費(fèi)，亦或系統(tǒng)壓力不足影響用戶正常使用及使用舒適性。

（2）當(dāng)設(shè)計(jì)時(shí)選用PP-R塑料管作為建筑給水管材時(shí)，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的使用要求，合理的選擇符合系統(tǒng)工作壓力的PP-R系列管材，避免出現(xiàn)使用PP-RS4系列（PN=1.25MPa）塑料給水管材代替PP-RS5系列（PN=1.0MPa）管材的“大馬拉小車”現(xiàn)象，導(dǎo)致建筑給水管材水力損失增大約29%，造成供水系統(tǒng)能量浪費(fèi)，也致使建筑初期管材投資浪費(fèi)，違背綠色節(jié)能的理念。

（3） PE63級(jí)（PN=1.0MPa）給水用聚乙烯管和PE80級(jí)（PN=1.25MPa）塑料管的水力工況及水頭損失基本相同（除De32規(guī)格管），故當(dāng)設(shè)計(jì)時(shí)選用PE塑料管作為建筑給水管材時(shí)，其公稱壓力滿足系統(tǒng)供水要求均可。但若建筑內(nèi)設(shè)計(jì)使用De32規(guī)格管材較多時(shí)，可考慮使用PE63級(jí)（PN=1.0MPa）給水用聚乙烯管，因?yàn)镻E63級(jí)（PN=1.0MPa）給水用聚乙烯De32管較PE80級(jí)（PN=1.25MPa）塑料管水頭損失小，水力工況好。

（4）當(dāng)綠色建筑中設(shè)有中水系統(tǒng)時(shí)，其中水給水系統(tǒng)建議選用PVC-U塑料給水管材，其水力工況相較于同規(guī)格PE管及PP-R管的較好，水頭損失少，減少建筑初期投資。且建筑中水不供飲用或不與人體直接接觸，故PVC-U塑料管材產(chǎn)生的微污染及對(duì)人體健康的影響可忽略不考慮。需要選用公稱壓力PN≥1.6MPa的中水塑料給水管時(shí)，建議選用PVC-US6.3系列(PN=1.6MPa)管；需要選用公稱壓力1.6MPa≥PN≥1.25MPa的中水塑料給水管時(shí)，建議選用PVC-US8系列(PN=1.25MPa)管；需要選用公稱壓力1.25MPa≥PN≥1.1MPa的中水塑料給水管時(shí)，建議選用PVC-US10系列(PN=1.1MPa)管。同時(shí)，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的使用要求，合理的選擇符合系統(tǒng)工作壓力的PVC-U系列管材，避免出現(xiàn)使用PVC-US6.3系列(PN=1.6MPa)（或PVC-US8系列(PN=1.25MPa)管材）塑料給水管材代替PVC-US8系列(PN=1.25MPa)（或PVC-US10系列(PN=1.1MPa)管材）管材的“大馬拉小車”現(xiàn)象，導(dǎo)致建筑給水管材水力損失增大約14%～17%，造成供水系統(tǒng)能量浪費(fèi)，也致使建筑初期管材投資浪費(fèi)，違背綠色節(jié)能的理念。

（5）給水管線應(yīng)盡量按照順?biāo)较颍疃搪窂竭M(jìn)行敷設(shè)。

[1]吳襄，段忠清．建筑給排水塑料管材經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析[J]．山西建筑，2008，34(13)： 190-191．

[2]中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局．GB/T 13663-2000給水用聚乙烯（PE）管材[S]．北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2000．

[3]中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局．GB/T 18742.2-2002冷熱水用聚丙烯管道系統(tǒng)·第2部分：管材[S]．北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2002．

[4]中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局．GB/T 10002.1-2006給水用硬聚氯乙烯（PVC-U）管材[S]．北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2002．

[5]中華人民共和國(guó)建設(shè)部．GB 50015-2003建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范[S]．北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2009．

[6]陳禮洪，程宏偉．從節(jié)能的角度分析給水管材的選用[J]．給水排水，2008，34(增刊)：6-7．

[7]中國(guó)建筑設(shè)計(jì)研究院．建筑給水排水設(shè)計(jì)手冊(cè)第二版（上冊(cè)）[M]．北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008，78-79．

Analysison Selection of Common Plastic Feedwater Pipe in Green Building from the Aspectof Energy-saving

The paper calculates the ratio"K"of unit lengthwater head lossof PE63 plastic water supply pipe of various diametersused in green building and the corresponding nom inal diameter(PN=1.0MPa)polyethylene pipes,various specificationsof plastic water supply pipe K value are compared and analyzed.Reasonable suggestionson selection of plastic feedwater pipeare presented from the aspectof energy saving combined with cold water and reclaimed water supply system of green building.

green building;plastic feedwater pipe;water supply and drainage;pipematerial;construction device;architectural design;architectural energy conservation

TU81

A

1671-9107（2014）11-0045-03

10.3969/j.issn.1671-9107.2014.11.045

2014-10-16

郭萬(wàn)鵬（1990-），男，重慶人，本科生，助理工程師，主要從事建筑給排水設(shè)計(jì)工作。

孫蘇