□□ 崔 毅 (山西工程科技職業(yè)大學(xué)，山西 晉中 030619)

引言

在空調(diào)給水工程中，輸送冷熱媒的管道系統(tǒng)對建筑節(jié)能、低碳環(huán)保起著重要的作用。隨著塑料類和塑料復(fù)合管材在輸送冷熱媒介質(zhì)方面的適應(yīng)性不斷完善，為空調(diào)給水系統(tǒng)管材的選擇提供了更為廣泛的選擇。塑料管由于具有耐腐蝕和施工便捷等特點已廣泛應(yīng)用于建筑給排水系統(tǒng)中[1]。對于空調(diào)給水工程中應(yīng)用的管材，需要考慮熱水溫度和管道承壓的適用性。焊接鋼管、鍍鋅鋼管和無縫鋼管等金屬管材由于價格適中、耐高溫、承壓能力強(qiáng)、自身強(qiáng)度和剛度大，被習(xí)慣性地用在建筑環(huán)境與能源工程中的室內(nèi)外采暖管道系統(tǒng)、空調(diào)水系統(tǒng)、冷熱源管道系統(tǒng)中[2]。但金屬管材因存在電化學(xué)腐蝕，即使做了防腐處理，由于產(chǎn)品質(zhì)量和施工細(xì)節(jié)不到位等問題，在管道運(yùn)行過程中，仍不可避免地產(chǎn)生銹垢，造成泄漏等現(xiàn)象[3]。為了解決金屬管的相關(guān)問題，塑料管在空調(diào)給水工程中的應(yīng)用種類也不斷豐富，能滿足一定溫度的熱水使用的塑料管材有聚丙烯PPR管、聚丁烯PB管、交聯(lián)聚乙烯PEX管和耐熱聚乙烯PE-RT管等[4]，同時考慮塑料管道強(qiáng)度問題，塑料和金屬復(fù)合管材也得到一定程度的應(yīng)用，如交聯(lián)鋁塑復(fù)合XPAP管和鋼塑復(fù)合管等。這些塑料管材及塑料復(fù)合管材目前主要應(yīng)用情況為：地暖用耐熱聚乙烯PE-RT管和交聯(lián)聚乙烯PEX管，地上部分及散熱器采暖用熱水PPR和PB管[5]。隨著塑料管制造工業(yè)的不斷發(fā)展，耐高溫和高壓的新型CPVC管、PSP鋼塑復(fù)合管出現(xiàn)，以及“碳中和”行動下空調(diào)系統(tǒng)“低溫?zé)嵩础⒏邷乩湓础钡墓?jié)能措施，為建筑空調(diào)給水工程管道塑料類管材的選用提供了更多的選擇[6]。管材的選擇要綜合管道與管件安裝的工程造價、管材特點、環(huán)保等多種因素[7]，有些因素是定量的，有些是定性的，這些因素之間相互影響和制約[8]。擬通過采用層次分析法分層逐級分析各種因素的重要性，為空調(diào)給水工程管材的優(yōu)化評價提供量化科學(xué)的技術(shù)支持。

1 層次分析法

在工程設(shè)計及技術(shù)應(yīng)用等活動中，通常涉及到對多個影響指標(biāo)權(quán)重判斷的綜合分析評價，層次分析法便是綜合分析評價的一種[9]。運(yùn)用層次分析法進(jìn)行管材選擇，通過定量與定性的影響因素整合構(gòu)建成有類屬與并行關(guān)系的層次結(jié)構(gòu)，同一類屬關(guān)系的各并行因素對上層準(zhǔn)則的重要性通過判斷矩陣進(jìn)行量化計算，處于層次結(jié)構(gòu)底層方案層的各因素對于目標(biāo)層的重要性通過層次結(jié)構(gòu)間比重的累積計算確定，比重計算結(jié)果的排序即各方案層對目標(biāo)層重要性的排序[10]。層次分析法通過影響因素分層、多層次遞進(jìn)模型構(gòu)建和因素優(yōu)劣比較排序等程序?qū)崿F(xiàn)比選研究，對于定性因素的影響通常以專家的打分作為參考，在運(yùn)用中經(jīng)過一致性檢驗來判別專家意見的一致性[11]。

2 某寫字樓空調(diào)末端水系統(tǒng)管道管材選用實例

2.1 工程概況

太原市某大廈總建筑面積為57 000 m2有余，地下建筑面積約為19 000 m2，地上建筑面積約為38 000 m2，地上1～4層為大空間商業(yè)區(qū)，5～12層為辦公區(qū)，1～4層商場采用一次回風(fēng)全空氣系統(tǒng)，5～12層辦公部分采用風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)系統(tǒng)。該工程空調(diào)冷熱源由直燃機(jī)房提供，夏季冷水供回水溫度為7/12 ℃，冬季供回水溫度為60/50 ℃，冷卻水供回水溫度為37/32 ℃，空調(diào)水系統(tǒng)采用兩管制，立管為異程式系統(tǒng)，同層內(nèi)管道為同程式系統(tǒng)，5～12層每層的空調(diào)冷熱水的管徑經(jīng)計算有DN50 mm、DN40 mm、DN32 mm、DN25 mm和DN20 mm等5種規(guī)格，對應(yīng)的管道長度為327.03 m、336.83 m、805.40 m、847.56 m和2 665.77 m。

2.2 層次分析因素指標(biāo)構(gòu)建

在考慮管道使用基本要求的壓力和溫度等條件下，可以采用金屬管材鍍鋅鋼管、塑料管材PPR熱水塑料管、新型PSP鋼塑復(fù)合管和新型PVC-C管。選取典型且足量的影響因素構(gòu)建的層次分析結(jié)構(gòu)模型如圖1所示。定量指標(biāo)有管道系統(tǒng)的建筑安裝工程費(fèi)和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)，建筑安裝工程費(fèi)主要包括管道系統(tǒng)安裝費(fèi)用(管道安裝和閥門安裝等內(nèi)容)和保溫安裝費(fèi)用，該兩項費(fèi)用計算按清單計價模式，由對應(yīng)的分項工程的綜合單價乘以管道系統(tǒng)安裝和保溫安裝的工程量得到，費(fèi)用計算結(jié)果見表1。不同管材管道系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用通過對4家物業(yè)管理公司公建空調(diào)水系統(tǒng)年運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用調(diào)研，運(yùn)用算術(shù)平均計算單位空調(diào)建筑面積的運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用，乘以該建筑5～12層空調(diào)系統(tǒng)建筑面積得到，計算結(jié)果見表1。4種管材選擇的3項定量指標(biāo)由層次分析法構(gòu)建判斷矩陣時，為方便采用1～9比值法進(jìn)行兩兩對比，對4種管材對應(yīng)的管道系統(tǒng)安裝費(fèi)用和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用采用相對比價，即(Mmax-M)/(Mmax-Mmin)，式中M代表相應(yīng)費(fèi)用，相對比價結(jié)果見表1。

圖1 評價指標(biāo)層次分析結(jié)構(gòu)圖

表1 管材安裝及運(yùn)行費(fèi)用相對比值

現(xiàn)在使用的鍍鋅鋼管為熱鍍鋅鋼管，鋅層相對較厚，由于鍍鋅鋼管的生產(chǎn)因素和施工因素，其阻氧性能相對塑料管差，即使采用耐腐蝕的鍍鋅鋼管，仍會增加管道系統(tǒng)中金屬設(shè)備及部件的腐蝕[12]。塑料管和鋼塑復(fù)合管的耐腐蝕性和阻氧性要優(yōu)于鍍鋅鋼管。PSP鋼塑復(fù)合管的塑料可以結(jié)合PPR、PERT、PE，針對該工程的溫度和壓力情況，PSP管中結(jié)合塑料采用PPR，所以PPR塑料管和PSP鋼塑復(fù)合管的耐腐蝕性基本是一致的，PVC-C管本身阻氧性好，其耐腐性優(yōu)于PPR管。鍍鋅鋼管的安裝，針對該工程5～12層樓層內(nèi)的管道管徑≤DN50 mm，連接方式采用螺紋連接，對于PPR管和PVC-C管，管道的連接方式為熱熔連接，PSP鋼塑復(fù)合管的連接方式為電磁雙熱熔連接，管道內(nèi)外塑料結(jié)構(gòu)一次熔接，施工高效便捷。綜合4種管材的施工效率，螺紋連接的鍍鋅鋼管，上手施工要求低，但在接口處易出現(xiàn)漏水情況，可能帶來返工維修，總體施工效率比較低；PPR塑料管和PVC-C塑料管的熱熔連接施工方便，接口連接穩(wěn)定，但熱熔連接容易出現(xiàn)熱熔插入深度控制不當(dāng)?shù)惹闆r，如熔接插入深度過大，會造成縮口嚴(yán)重，增加管道阻力，故在嚴(yán)格控制熔接插入深度的要求下，該連接方式施工效率會有所降低；PSP管的接口質(zhì)量和施工效率相比之下是最高的。管道的熱變形穩(wěn)定性方面，鍍鋅鋼管和PSP鋼塑復(fù)合管優(yōu)于塑料管，PSP管又比PPR管強(qiáng)度高，熱穩(wěn)定性好。

評價該工程供選4種管材的節(jié)能環(huán)保特性，應(yīng)從管道的導(dǎo)熱系數(shù)、管道使用綜合能耗影響以及材質(zhì)環(huán)保性等方面綜合考慮，PVC-C管的導(dǎo)熱系數(shù)約為1 W·m-1·K-1，PPR管的導(dǎo)熱系數(shù)約為0.25 W·m-1·K-1。導(dǎo)熱系數(shù)熱損失小，相同管道保溫處理下，塑料管的保溫性能好，而且導(dǎo)熱系數(shù)越小保溫性能越好，PVC-C管的壁面相對光滑，阻力系數(shù)小，水泵運(yùn)行能耗低，同時這種管材由于內(nèi)壁光滑不容易滋生細(xì)菌，能夠避免系統(tǒng)運(yùn)行過程中管道內(nèi)水對服務(wù)房間環(huán)境產(chǎn)生污染。

2.3 指標(biāo)評價

目前居民生活水平顯著提高，在暖通空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行管材選擇，不單單看經(jīng)濟(jì)投資，在保證技術(shù)安全可靠的大前提下，經(jīng)濟(jì)投資要和節(jié)能環(huán)保相向而行。為構(gòu)建層次分析4種管材方案層對指標(biāo)層10種因素兩兩比較的判斷矩陣，在綜合分析4種管材9種指標(biāo)因素的特性基礎(chǔ)上，邀請由業(yè)主專家1人、施工單位專家2人、設(shè)計單位專家1人共4人構(gòu)成的評定小組按十分制進(jìn)行打分，其結(jié)果見表2。

表2 專家評分表

根據(jù)管材選用經(jīng)濟(jì)、技術(shù)安全、節(jié)能環(huán)保等基本原則，結(jié)合專家打分情況，按層次分析法原理構(gòu)建判斷矩陣并進(jìn)行計算，計算結(jié)果見表3～17。

表3 準(zhǔn)則層各因素權(quán)重矩陣計算

表4 經(jīng)濟(jì)因素權(quán)重矩陣計算

表5 技術(shù)安全因素權(quán)重矩陣計算

表6 節(jié)能環(huán)保因素權(quán)重矩陣計算

表7 方案層D對指標(biāo)層C1比較矩陣

表8 方案層D對指標(biāo)層C2較陣

表9 方案層D對指標(biāo)層C3比較矩陣

表10 方案層D對指標(biāo)層C4比較矩陣

表11 方案層D對指標(biāo)層C5比較矩陣

表12 方案層D對指標(biāo)層C6比較矩陣

表13 方案層D對指標(biāo)層C7比較矩陣

表14 方案層D對指標(biāo)層C8比較矩陣

表15 方案層D對指標(biāo)層C9比較矩陣

表16 方案層D對指標(biāo)層C10比較矩陣

由表17可知，PSP鋼塑復(fù)合管得分最高，綠色節(jié)能理念下的建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計，除了經(jīng)濟(jì)與技術(shù)原因，可持續(xù)發(fā)展應(yīng)是暖通空調(diào)管道系統(tǒng)管材選擇必不可少的重要因素，PSP鋼塑復(fù)合管兼具鋼管和塑料管的特性，耐溫、耐腐蝕、水垢少、運(yùn)行阻力小，在應(yīng)用中可降低管材成本，該管材即是該空調(diào)給水工程應(yīng)用的管材。

表17 最終權(quán)重計算結(jié)果

3 結(jié)語

運(yùn)用層次分析法對管材在太原某空調(diào)給水工程中的應(yīng)用進(jìn)行了科學(xué)評價，根據(jù)層次分析法的研究程序，基于建筑設(shè)計經(jīng)濟(jì)性、技術(shù)性、節(jié)能環(huán)保等基本考慮要求，架構(gòu)了空調(diào)給水工程管材選擇的評價體系，運(yùn)用施工圖預(yù)算清單計價與專家打分的方法綜合計算了PPR管、PSP鋼塑復(fù)合管、PVC-C管與鍍鋅鋼管在暖通空調(diào)壓力水管系統(tǒng)中的應(yīng)用性得分，對某空調(diào)給水系統(tǒng)管材的選擇應(yīng)用進(jìn)行了方案比選，結(jié)果表明：空調(diào)給水管道部分的安全工作直接影響著系統(tǒng)的正常運(yùn)行，除了壓力要求外，還需要考慮熱水溫度的適應(yīng)性、管道管材的選擇要綜合初投資、運(yùn)行維護(hù)、技術(shù)安全和綠色節(jié)能等多種因素，運(yùn)用層次分析法，構(gòu)建多因素的評價體系，評價體系科學(xué)而客觀地反映管材選擇中因素的重要程度。運(yùn)用層次分析法進(jìn)行管材的比選，定量的數(shù)據(jù)和專家的打分評價作為定性判斷分析的依據(jù)，過程分析簡單實用，但對于專家打分進(jìn)行評價的定性因素，由于專家對既有認(rèn)知的主觀性，無法完全規(guī)避判斷誤差。