输配水管材的经济比选法的确定研究论文

　　1、研究背景
　　 同我国建筑给水排水专业的发展一样，我国给水管材也经历了品种单一、卫生标准低、缓慢发展的过去与品种多样、卫生标准提高快、更新发展迅速的现在。沿用了近三十多年的不镀锌钢管(黑铁管)，包括曾经被视作提高建筑标准档次象征之一的镀锌钢管，现在已经被多数省份部分(冷镀锌钢管)淘汰；为节省钢材，五十年代推广使用的钢筋混凝土管(又分为钢筋混凝土管、预应力钢筋混凝土管和自应力钢筋混凝土管)，可承受较高的工作压力(0．40－1．20MPa)、耐腐蚀、价格低廉(和金属管材相比)、经久耐用，不会减少水管的输水能力，但自重大，质地硬而脆，怕碰撞，接口易渗漏，管沟沟底平整坚实要求高，配件缺乏给日后维修增加难度，现在用量正逐渐减少；塑料管具有较好的防腐与抗震能力，有一定的抗拉抗弯曲的弹性，表面光滑水力条件好，耐冻性能比金属管强，重量轻等优点。由于管材承压力不够高，质脆易老化，而且价格昂贵，仅用于室内的小口径管道上。因此，只有了解各种管材的不同性质才能综合的考虑各种管材的使用性能，为推进我国管材事业的发展提供决策和依据。
　　2管材优选模式的建立及应用论文
　　在供水管路中由于水流在流动的过程中有管路阻力损失，水在管路中流动时，所消耗的能量，由沿程水头损失和局部水头损失两部分组成,为简化计算取局部水头损失为沿程水头损失的5%~10%算[1]，由水力学可知:
　　沿程水头损失：Hξ=（L/C2R）V2（1-2）
　　局部水头损失取：Hj=(5%～10%)Hξ
　　水头损失为：H=Hξ+Hj=KHξ
　　式中K---------考虑局部水头损失后的系数，取K=1.05～1.1
　　Hξ------沿程水头损失（M）
　　Hj--------局部水头损失（M）
　　H--------管道水头损失（M）
　　L----------管道长度（M）
　　V-----------管道中水流平均速度（M./S）
　　R----------水利半径（M）,圆管R=D/4,D为管道内径（M）
　　C---------谢才系数（M1/2/S）,R1/6/n,n为糙率系数与管道内径有关,按管道糙率表2选用
　　表1管道糙率参考表
　　 管道种类n
　　 塑料管（如PVC、PE管等）0.007～0.009
　　 石棉水泥管,新钢管、新铸铁管0．012
　　 铝合金管、镀锌管0．013
　　 使用多年的旧钢管、旧铸铁管、离心浇筑的混凝土管0．014
　　 普通混凝土管0．015
　　
　　将有关数值代入(1-2)式并简化得：
　　沿程水头损失为：Hξ=L/{[(D/4)1/6/n]2×(D/4)}×[Q2/(πD2/4)]≈10.29n2L(Q2/D16/3)
　　管道水头损失为：h=k×Hξ≈10.81n2L(Q2/D16/3)
　　则甲种管材的水头损失为：h1=k×Hξ1≈10.81n12L1(Q21/D116/3)(1-3)
　　同样设乙型管材管道过流时也存在水头损失，即：
　　h2=k*Hξ2≈10.29n22L2(Q22/D216/3)(1-4)
　　公式中的符号说明：
　　h1、h2——甲、乙型管材的水头损失（ｍ）
　　n1、n2——甲、乙型管材的糙率系数
　　L1、L2——甲、乙型管材的管道长度（ｍ）
　　Q1、Q2——甲、乙型管材的管中过流量（ｍ3/ｓ）
　　D1、D2——甲、乙型管材的管道内径（ｍ）
　　综上所述，依照上(1---3)和(1---4)公式变换可得不同情况下的异种管材、管径比选的结论，见异种管材比选公式表3。
　　
　　
　　
　　
　　
　　表2异种管材比选公式
　　 应用条件公式管材比选结论
　　
　　当时
　　
　　当时
　　
　　当时
　　
　　当时 
　　
　　2.1投资系数的确定论文
　　投资系数是指单位管长的投资系数，即包括管材出售价格、管材运输安装费、管壁厚度，管径大小，水管折旧和年运行管理，管道经济寿命等费用[2]（包括水管本身及其附件费用、管路开挖、回填、支镇墩费用等）。其中：折旧费应考虑各种管材的经济寿命。投资系数是一种与多种因素有关的函数，要依具体情况计算确定。
　　kT=∫(A,B,δ,Φ,η,α,Β)
　　kT管材的投资系数(元/m)
　　kT1甲种管材的投资系数(元/m)
　　kT2乙种管材的投资系数(元/m)
　　kT3丙种管材的投资系数(元/m)
　　 管材的优选模式一般分为两部分首先要针对管径确定其工程造价和运转电费。
　　 此外，硬聚氯乙烯排水管通常外壁为白色，且不用作上漆刷红丹等防腐处理，不存在如铸铁管外壁锈蚀脱落等问题，暗装入管井中时不需经常维修护理，明装则比铸铁管优点更为显著：易清洗，对视觉效果妨碍较少，极大改善了人们的生活。
　　 表4(带括号表示较少用)[3]：
　　 表3各种塑料给水管的用途
　　 用途特性
　　 
　　管道类型 城市供水 乡镇供水 建筑给冷水 建筑给热水 地板辐射采暖 
　　管道最大口径
　　（mm） 主要连接方式 刚度
　　UPVC硬聚氯乙烯实壁管 用 用 用   1000米以下 溶剂粘接/R-R(胶圈) 直管
　　CPVC氯化   (用) 用  200米以下 (TS)承口溶剂粘接 直管
　　HDPE高密度聚乙烯管 用 用 用   315 (电)热熔接 卷盘/直管
　　LDPE低密度聚乙烯管  用    110 (电)热熔接 卷盘/直管
　　VPB/PEX交联聚乙烯管   (用) 用 用 63 铜件挤压加紧 卷盘/直管
　　PAP铝塑复合管   (用) 用 用 63 铜件挤压加紧 卷盘/直管
　　PP聚丙烯管   (用)   630 (电)热熔接 直管
　　PP-B嵌段共聚聚丙烯管   用 (用) (用) 65 (电)热熔接 卷盘/直管
　　PP-R无规共聚聚丙烯管   (用) 用 用 110 (电)热熔接 卷盘/直管
　　PB聚丁烯管   (用) 用 用 32 挤压加紧/(电)热熔接 卷盘/直管
　　ABS实壁管   用   200 TS承口溶剂粘接 直管
　　GRP玻璃钢管 用 用    一般≤500 R-R(胶圈) 直管
　　衬塑或涂塑钢管PVC 用  用   150 螺纹 直管
　　孔网钢带塑料复合管(PE) 用  用   200 (电)热熔接 直管
　　衬塑铝管(PP)   用 (用)  65 挤压加紧式 直管
　　塑复钢管(PE)   (用) 用  54 焊接 直管
　　
　　2.2经济管径的确定
　　 参考表5经济流速范围
　　 表4经济流速范围表
　　管道种类流速（m/s）
　　 室外长距离管道、末端管道0．5～0.75
　　 水泵吸水管1.0～1.2
　　 水泵出水管1.5～2.0
　　 起端支管0.75～1.0
　　
　　由Q=ΩV=πD2V/4得
　　D=(4Q/Πv)1/2（1-10）
　　D-------经济管径（M）
　　Q-------管中过流量（M3/S）
　　V-------经济流速（M/S）
　　3管材的选价分析
　　3.1应用表3公式(1--5)选定管材的情况说明书
　　 已知h1=h2,Q1=Q2,L1=L2时选定管材，也即要求计算管段末端自由水头一致、管道水头损失相等，过流量相同，管长也相同情况下，甲、乙管材进行比选：如甲管经计算的经济管径为D1,选定管材的糙率为n1；乙管的管径为D2、管材的糙率为n1。D1,n1，n2为已知，则表3公式(1--5)得：
　　D1/D2=（n2/n1）8/3（1-5）
　　由上式可见：当n2>n1时D2<D1
　　当n2<n1时D2>D1
　　此时若符合:KT2×L2<kT1×L1，则选用D2型管材。
　　若符合:KT2×L2>kT1×L1，则选用D1型管材。
　　若符合:KT2×L2=kT1×L1，则选用D2型或D1型管材均可。
　　3.2应用表3公式(1--6)选定管材的情况说明
　　 已知h1=h2,D1=D2,L1=L2时选定管材，也即要求计算管段末端自由水头一致、管道水头损失相等，管径相同，管长也相同情况下，甲、乙管材进行比选：如甲管经计算的经济管径为D1，选定管材的糙率为n1；乙管的管径为D2、管材的糙率为n2。则根据表3公式(1--6)得：Q1/Q2=n2/n1（1-6）
　　由上式可见：当n2<n1时Q2<Q1
　　当n2>n1时Q2>Q1
　　当n2=n1时Q2=Q1
　　此种情形选定管材，可分四种情况考虑：
　　第一种情形：不考虑投资系数，只考虑过流量尽可能大些（比设计有裕度），则选用糙率小的管材。
　　第二种情形：不考虑投资系数，只考虑过流量尽可能小些（通过采取节约用水措施，比设计节省水量），则选用糙率大的管材。
　　第三种情形：甲、乙管材糙率系数相等，此时考虑投资系数小的管材。
　　第四种情形：考虑投资省的管材，则又分以下情况分析考虑：
　　若符合:KT2×L2<kT1×L1，则选用D2型管材。
　　若符合:KT2×L2>kT1×L1，则选用D1型管材。
　　若符合:KT2×L2=kT1×L1，则选用D1型或D2型管材均可。
　　3.3应用表3公式(1--7)选定管材的情况说明
　　 已知h1=h2,Q1=Q2,D1=D2时选定管材，也即要求计算管段末端自由水头一致、管道水头损失相等，过流量相同的情况下，甲、乙管材进行比选：如甲管经计算的经济管径为D1,选定管材的糙率为n1;乙管的管径为D2、管材的糙率为n2，则表3公式(1--7)得：
　　L1/L2=（n2/n1）2（1-7）
　　由上式可见：当n1>n2时L2>L1
　　当n1<n2时L2<L1
　　当n1=n2时L2=L1
　　此种情形选定管材，可分四种情况考虑：
　　第一种情形：只考虑管道长度尽可能长一些（比设计可能延长些），则选用糙率小的管材。
　　第二种情形：只考虑管道长度尽可能短一些（比设计长度短一些），则考虑选用投资系数较小的管材。
　　第三种情形：所选定的甲、乙管材长度相同，则又分以下三种情况考虑：
　　若符合:KT2×L2<kT1×L1，则选用D2型管材。
　　若符合:KT2×L2>kT1×L1，则选用D1型管材。
　　若符合:KT2×L2=kT1×L1，则选用D2型或D1型管材均可。
　　3.4应用表3公式(1--8)~（1--10）选定管材的情况说明
　　 已知D1=D2,Q1=Q2,L1=L2时选定管材，也即要求管径相同，过流量相同，管长也相同情况下，甲、乙管材进行比选：如甲管经计算的经济管径为D1,选定管材的糙率为n1；乙管的管径为D2、管材的糙率为n2。则列表3公式(1---8)~(1---10)如下：
　　若n1<n2时h1<h2
　　若n1>n2时h1>h2
　　若n1=n2时h1=h2
　　此种情形选定管材，可分四种情况考虑：
　　第一种情形：不考虑投资系数，只考虑水压较大些（比设计有裕度），即考虑计算的较小(糙率较小)的管材。
　　第二种情形：不管考虑投资系数，只考虑水压较小些（比设计水压小，但可满足用水户要求），即考虑计算的较大(糙率较大)的管材。
　　第三种情形：甲、乙管材糙率系数相等，此时考虑投资系数小的管材。
　　第四种情形：考虑投资省的管材，则又分以下情况分析考虑：
　　若符合:KT2×L2<kT1×L1，则选用D2型管材。
　　若符合:KT2×L2>kT1×L1，则选用D1型管材。
　　若符合：KT2×L2=kT1×L1，则选用D1型或D2型管材均可。
　　参考文献：
　　[1]方汝清.高层建筑应用聚氯乙烯排水管的比选措施.四川省建筑设计院,1995.90-92
　　[2]王永丰，塑料管材的发展及其给排水应用.北京：塑料工业协会，1999.35-40
　　[3]李公藩，塑料管道施工.北京：中国建材出版社，2001.19-21

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