空调给水工程管材优选

□□ 崔 毅 (山西工程科技职业大学，山西 晋中 030619)

引言

在空调给水工程中，输送冷热媒的管道系统对建筑节能、低碳环保起着重要的作用。随着塑料类和塑料复合管材在输送冷热媒介质方面的适应性不断完善，为空调给水系统管材的选择提供了更为广泛的选择。塑料管由于具有耐腐蚀和施工便捷等特点已广泛应用于建筑给排水系统中[1]。对于空调给水工程中应用的管材，需要考虑热水温度和管道承压的适用性。焊接钢管、镀锌钢管和无缝钢管等金属管材由于价格适中、耐高温、承压能力强、自身强度和刚度大，被习惯性地用在建筑环境与能源工程中的室内外采暖管道系统、空调水系统、冷热源管道系统中[2]。但金属管材因存在电化学腐蚀，即使做了防腐处理，由于产品质量和施工细节不到位等问题，在管道运行过程中，仍不可避免地产生锈垢，造成泄漏等现象[3]。为了解决金属管的相关问题，塑料管在空调给水工程中的应用种类也不断丰富，能满足一定温度的热水使用的塑料管材有聚丙烯PPR管、聚丁烯PB管、交联聚乙烯PEX管和耐热聚乙烯PE-RT管等[4]，同时考虑塑料管道强度问题，塑料和金属复合管材也得到一定程度的应用，如交联铝塑复合XPAP管和钢塑复合管等。这些塑料管材及塑料复合管材目前主要应用情况为：地暖用耐热聚乙烯PE-RT管和交联聚乙烯PEX管，地上部分及散热器采暖用热水PPR和PB管[5]。随着塑料管制造工业的不断发展，耐高温和高压的新型CPVC管、PSP钢塑复合管出现，以及“碳中和”行动下空调系统“低温热源、高温冷源”的节能措施，为建筑空调给水工程管道塑料类管材的选用提供了更多的选择[6]。管材的选择要综合管道与管件安装的工程造价、管材特点、环保等多种因素[7]，有些因素是定量的，有些是定性的，这些因素之间相互影响和制约[8]。拟通过采用层次分析法分层逐级分析各种因素的重要性，为空调给水工程管材的优化评价提供量化科学的技术支持。

1 层次分析法

在工程设计及技术应用等活动中，通常涉及到对多个影响指标权重判断的综合分析评价，层次分析法便是综合分析评价的一种[9]。运用层次分析法进行管材选择，通过定量与定性的影响因素整合构建成有类属与并行关系的层次结构，同一类属关系的各并行因素对上层准则的重要性通过判断矩阵进行量化计算，处于层次结构底层方案层的各因素对于目标层的重要性通过层次结构间比重的累积计算确定，比重计算结果的排序即各方案层对目标层重要性的排序[10]。层次分析法通过影响因素分层、多层次递进模型构建和因素优劣比较排序等程序实现比选研究，对于定性因素的影响通常以专家的打分作为参考，在运用中经过一致性检验来判别专家意见的一致性[11]。

2 某写字楼空调末端水系统管道管材选用实例

2.1 工程概况

太原市某大厦总建筑面积为57 000 m2有余，地下建筑面积约为19 000 m2，地上建筑面积约为38 000 m2，地上1～4层为大空间商业区，5～12层为办公区，1～4层商场采用一次回风全空气系统，5～12层办公部分采用风机盘管加新风系统。该工程空调冷热源由直燃机房提供，夏季冷水供回水温度为7/12 ℃，冬季供回水温度为60/50 ℃，冷却水供回水温度为37/32 ℃，空调水系统采用两管制，立管为异程式系统，同层内管道为同程式系统，5～12层每层的空调冷热水的管径经计算有DN50 mm、DN40 mm、DN32 mm、DN25 mm和DN20 mm等5种规格，对应的管道长度为327.03 m、336.83 m、805.40 m、847.56 m和2 665.77 m。

2.2 层次分析因素指标构建

在考虑管道使用基本要求的压力和温度等条件下，可以采用金属管材镀锌钢管、塑料管材PPR热水塑料管、新型PSP钢塑复合管和新型PVC-C管。选取典型且足量的影响因素构建的层次分析结构模型如图1所示。定量指标有管道系统的建筑安装工程费和运行维护费，建筑安装工程费主要包括管道系统安装费用(管道安装和阀门安装等内容)和保温安装费用，该两项费用计算按清单计价模式，由对应的分项工程的综合单价乘以管道系统安装和保温安装的工程量得到，费用计算结果见表1。不同管材管道系统的运行维护费用通过对4家物业管理公司公建空调水系统年运行维护费用调研，运用算术平均计算单位空调建筑面积的运行维护费用，乘以该建筑5～12层空调系统建筑面积得到，计算结果见表1。4种管材选择的3项定量指标由层次分析法构建判断矩阵时，为方便采用1～9比值法进行两两对比，对4种管材对应的管道系统安装费用和运行维护费用采用相对比价，即(Mmax-M)/(Mmax-Mmin)，式中M代表相应费用，相对比价结果见表1。

图1 评价指标层次分析结构图

表1 管材安装及运行费用相对比值

现在使用的镀锌钢管为热镀锌钢管，锌层相对较厚，由于镀锌钢管的生产因素和施工因素，其阻氧性能相对塑料管差，即使采用耐腐蚀的镀锌钢管，仍会增加管道系统中金属设备及部件的腐蚀[12]。塑料管和钢塑复合管的耐腐蚀性和阻氧性要优于镀锌钢管。PSP钢塑复合管的塑料可以结合PPR、PERT、PE，针对该工程的温度和压力情况，PSP管中结合塑料采用PPR，所以PPR塑料管和PSP钢塑复合管的耐腐蚀性基本是一致的，PVC-C管本身阻氧性好，其耐腐性优于PPR管。镀锌钢管的安装，针对该工程5～12层楼层内的管道管径≤DN50 mm，连接方式采用螺纹连接，对于PPR管和PVC-C管，管道的连接方式为热熔连接，PSP钢塑复合管的连接方式为电磁双热熔连接，管道内外塑料结构一次熔接，施工高效便捷。综合4种管材的施工效率，螺纹连接的镀锌钢管，上手施工要求低，但在接口处易出现漏水情况，可能带来返工维修，总体施工效率比较低；PPR塑料管和PVC-C塑料管的热熔连接施工方便，接口连接稳定，但热熔连接容易出现热熔插入深度控制不当等情况，如熔接插入深度过大，会造成缩口严重，增加管道阻力，故在严格控制熔接插入深度的要求下，该连接方式施工效率会有所降低；PSP管的接口质量和施工效率相比之下是最高的。管道的热变形稳定性方面，镀锌钢管和PSP钢塑复合管优于塑料管，PSP管又比PPR管强度高，热稳定性好。

评价该工程供选4种管材的节能环保特性，应从管道的导热系数、管道使用综合能耗影响以及材质环保性等方面综合考虑，PVC-C管的导热系数约为1 W·m-1·K-1，PPR管的导热系数约为0.25 W·m-1·K-1。导热系数热损失小，相同管道保温处理下，塑料管的保温性能好，而且导热系数越小保温性能越好，PVC-C管的壁面相对光滑，阻力系数小，水泵运行能耗低，同时这种管材由于内壁光滑不容易滋生细菌，能够避免系统运行过程中管道内水对服务房间环境产生污染。

2.3 指标评价

目前居民生活水平显著提高，在暖通空调系统进行管材选择，不单单看经济投资，在保证技术安全可靠的大前提下，经济投资要和节能环保相向而行。为构建层次分析4种管材方案层对指标层10种因素两两比较的判断矩阵，在综合分析4种管材9种指标因素的特性基础上，邀请由业主专家1人、施工单位专家2人、设计单位专家1人共4人构成的评定小组按十分制进行打分，其结果见表2。

表2 专家评分表

根据管材选用经济、技术安全、节能环保等基本原则，结合专家打分情况，按层次分析法原理构建判断矩阵并进行计算，计算结果见表3～17。

表3 准则层各因素权重矩阵计算

表4 经济因素权重矩阵计算

表5 技术安全因素权重矩阵计算

表6 节能环保因素权重矩阵计算

表7 方案层D对指标层C1比较矩阵

表8 方案层D对指标层C2较阵

表9 方案层D对指标层C3比较矩阵

表10 方案层D对指标层C4比较矩阵

表11 方案层D对指标层C5比较矩阵

表12 方案层D对指标层C6比较矩阵

表13 方案层D对指标层C7比较矩阵

表14 方案层D对指标层C8比较矩阵

表15 方案层D对指标层C9比较矩阵

表16 方案层D对指标层C10比较矩阵

由表17可知，PSP钢塑复合管得分最高，绿色节能理念下的建筑暖通空调系统设计，除了经济与技术原因，可持续发展应是暖通空调管道系统管材选择必不可少的重要因素，PSP钢塑复合管兼具钢管和塑料管的特性，耐温、耐腐蚀、水垢少、运行阻力小，在应用中可降低管材成本，该管材即是该空调给水工程应用的管材。

表17 最终权重计算结果

3 结语

运用层次分析法对管材在太原某空调给水工程中的应用进行了科学评价，根据层次分析法的研究程序，基于建筑设计经济性、技术性、节能环保等基本考虑要求，架构了空调给水工程管材选择的评价体系，运用施工图预算清单计价与专家打分的方法综合计算了PPR管、PSP钢塑复合管、PVC-C管与镀锌钢管在暖通空调压力水管系统中的应用性得分，对某空调给水系统管材的选择应用进行了方案比选，结果表明：空调给水管道部分的安全工作直接影响着系统的正常运行，除了压力要求外，还需要考虑热水温度的适应性、管道管材的选择要综合初投资、运行维护、技术安全和绿色节能等多种因素，运用层次分析法，构建多因素的评价体系，评价体系科学而客观地反映管材选择中因素的重要程度。运用层次分析法进行管材的比选，定量的数据和专家的打分评价作为定性判断分析的依据，过程分析简单实用，但对于专家打分进行评价的定性因素，由于专家对既有认知的主观性，无法完全规避判断误差。