钢塑复合管的综合应用研究论文

钢塑复合管的综合应用研究论文（共4篇）

钢塑复合管的综合应用研究论文 篇1

钢塑复合管简介

钢塑复合管的发展技术背景

传统的金属管道存在着许多不足之处：管壁粗糙、笨重、接头多、易渗漏、使用寿命短、对水质污染严重等。同时，非金属管道在机械强度、抗冲击、抗老化等方面性能较差，管材热膨胀系数大，易产生快速开裂，管线连接处易拉脱，使其使用领域受到限制，也不是一种理想的管道材料。

有关行业及专家一直在为研制开发出一种兼具金属和塑料管材优点、综合性能优良的管材而努力。金属与塑料的复合管是一种金属/高聚物的宏观复合体系，金属基体通过界面结合承受管材所受内外压力，塑料基体在防腐蚀方面发挥作用。它既有金属的坚硬、刚直不易变形、耐热、耐压、抗静电等特点，又具有塑料的耐腐蚀、不生锈、不易产生垢渍、管壁光滑、保温性好、清洁无毒、质轻、施工简易、使用寿命长等特点。发展过程

钢塑复合管在国外前期采用钢管内衬或外套塑料管、钢管内外表面喷塑或塑料管加钢板筋结构。如日本积水株式会社早于1962年就开发出一种称为“LP”的复合管，其内层是PVC-U管，外层为钢管，钢管表面涂有环氧涂料保护层，内外层之间有聚氨酯泡沫层，以消除噪音，增加耐冲击力和隔热性等。美国也早已开发出以金属为加强筋的PVC管材。英国Bayer公司开发出一种金属/塑料（HDPE）套管，据称可承受100℃以上的高温。国外近几年开发出开孔钢管与热塑性塑料相复合结构的钢塑复合管，较好的解决了钢管衬套塑料管或表面喷涂层易脱落的问题，但也存在承压能力较低，管壁塑料层较厚的缺陷。美国专利中也介绍了几种金属编织或缠绕制造的复合管技术，但多数都未付诸实践，未见形成规格市场。铝塑复合管是20世纪80年代由德国UNICOR公司首先开发研制成功的，随后英国和荷兰也相继开发出五层共挤铝塑复合管。目前铝塑复合管技术较成熟，市场应用也很广泛。但铝塑复合管管径较小，通常在Φ63以下，另外强度也不够，使其使用范围受到很大限制。

国内钢塑复合管的趋势

在镀锌钢管不准用作给水管的决定出台之后，种种新的给水管材很快出现，其中金属与塑料组合、兼有两者长处而避开它们缺点的复合管是新管材开发的热点。近年，在市场上已出现多种复合管，除钢塑复合管压力管外，它们大致可分为以下几类：

1）孔网钢带聚乙烯复合管（PESI管）：产品结构是由PE包容分布有圆孔的钢管。因工艺所致，钢管层系一个不完整的焊管，塑料层也承担着一定的承压作用，因而当使用温度升高或塑料层老化，其承压能力必然下降。该管材连接现采用电热熔式连接管件。

2）不锈钢管衬里塑料管：由外层不锈钢（厚度0.50mm～0.60mm）、内层塑料和中间粘胶复合而成。内层塑料有PE和PVC-U两种。优点是外观豪华，除能作输水、输气管外，还可做室内外装饰和装饰结构。缺点是外层不锈钢层较薄，承压低、成本高。管件联接方式有两种：热熔固化胶接和螺纹卡套式连接。目前国内主要用于高档建筑室内装饰性、小口径输水

管道。

3）孔网钢丝骨架塑料复合管（PESI）管：孔网钢丝骨架塑料复合管是一种以缠绕并焊接成型的钢丝网作为加强骨架，以聚乙烯或聚丙烯等热塑性塑料为基体，包容为一体的钢塑复合管道。这种管道，钢丝网点焊质量不稳定，成本较高，塑料层也承担着承压作用。因而其使用安全性受温度和老化时间的影响。钢网编织与点焊部分设备数量多，生产速度低，另外施工过程中断管和连接分支管较困难。其管件为专用法兰连接方式和电热熔方式两种。

4）内衬（涂）塑钢管（SP管）：以焊接钢管（低压流体输送用焊接钢管、镀锌钢管）为主体，内壁以种种方法衬上PVC、PE塑料层，如聚乙烯粉末树脂衬里钢管（粉末树脂衬里钢管）、聚乙烯管衬里钢管（PE衬里钢管）、聚氯乙烯管衬里钢管（PVC衬里钢管）等。这几种复合管都存在着自身结构形成的不可避免的缺陷，由于对钢塑复合界面的粘结问题不能很好地解决，才采取了钢丝点焊和钢带打孔的方式来避免出现钢塑的复合粘结界面，从而避免了复合界面的开胶问题，但也对钢塑复合管的承压能力和使用寿命造成了一定的牺牲。武汉金牛经济发展有限公司开发研制成功的钢塑复合压力管是采用钢带辊压成型为钢管并进行氩弧对接焊，采用内外均为塑料层，中间为增强焊接钢管的复合结构，克服了钢管存在的易锈蚀、有污染、笨重、使用寿命短和塑料管存在的强度低、膨胀量大易变形的缺陷，而又具有钢管和塑料管的共同优点，如隔氧性好、有较高的刚性和较高的强度，埋地管容易探测等，使钢管与塑料管各自的优异性能得到充分的发挥，而又消除了各自存在的不可避免的缺陷。钢塑复合压力管与其它类型钢塑复合管相比，主承压层完全由复合其中的焊接钢管承担，其塑料层仅单纯发挥防腐保护作用，因此该钢塑管的承压能力基本不受温度变化和塑料层老化的影响。可广泛应用于建筑给水工程、石油、化工、制药、食品、矿山、燃气等领域。

到目前为止，该管材已经在全国范围内迅速推广，已有多家企业、院校开始生产或研制这种新型管材及其相应的生产设备。钢塑复合压力管以性能好、价格低、符合国家发展化学建材的产业政策等优点得到用户的赞誉。

钢塑复合压力管的性能

钢塑复合压力管即继承了金属管和塑料管的优点，又克服了它们各自的缺点，是集金属管和塑料管优点为一体的新型管材。具有以下特点：

1）优良的物理力学性能

作为供水、输气管道的钢塑复合压力管具有超过塑料管强度的较高强度、刚性、抗冲击性，具有类似钢管的低膨胀系数和抗蠕变性能，埋地管可以承受大大超过全塑管的外部压力。各种管材物理力学性能比较

项目钢塑复合压力管纯塑料管（PE、PP）镀锌钢管

抗拉强度（MPa）275-32034～38335

断裂伸长率（%）24～45＞60024

环刚度较好差好

耐腐蚀性能好好差

抗蠕变性能好差好

2）专利封口工艺形成的优异抗腐蚀性能

采用专利封口工艺，解决了管材整体的防腐效果不受端面腐蚀的影响，杜绝了类似的复合粘结管材因切断端面防腐效果差，形成“撕布效应”而影响整个系统防腐和流体输送的重大缺陷。

3）膨胀系数小

钢塑复合压力管线性膨胀系数小，有利于作为主干输水管道使用，可以大大克服塑料管材线性膨胀系数大不能做输水主立管的缺陷。

各种管材膨胀系数比较

管材类型纯塑料管材（PE、PPR）钢管（镀锌钢管、SP管）钢塑复合压力管

线膨胀系数 14～16×10-5/℃1.1～1.2×10-5/℃1.2～10×10-5/℃

4）阻力系数小

管壁光洁，流体阻力小，不结垢，在同等管径和压力条件下比金属管材水头损失低30%。

5）承压性能稳定

完整的钢管层为管体的主承压层，管材的承压能力不受塑料层性能变化的影响。聚乙烯塑料的机械强度受温度的影响较大，在其许用温度范围内，一般温度每提高10℃，其短期机械强度降低10%以上，高温情况下，蠕变速度会加快，脆性断裂会提前发生，在国际标准中对纯PE管的使用温度限制较低，最高不超过40℃。但钢塑复合压力管其承压强度按焊接钢管设计，未考虑塑料层在管材中起的承压性能，温度升高虽会造成整个管材实际承压能力有所降低，但不会使管材设计最大工作压力降低。

6）优异的管件性能

自行研制的带衬芯压接内密封刚性管件，具有优异的承压能力，抗拔脱，易安装。也可采用市场通用的球铁沟槽管件、承插管件，卡压（卡套）管件，具有易安装、易维修等优点。

7）具有自示踪性

钢塑复合压力管具有完整的钢带层，内外塑料层不干扰电磁波的穿透性，管材埋地深度一般也不会超过5米，所以可以用磁性金属探测器进行寻踪，不必另外埋设跟踪或保护标记，可避免挖掘性破坏，为抢救和维护提供极大的便利。

8）可挠性好

管材可以弯曲，从而使装卸、运输、安装的适应性及运行可靠性较高。地下安装可有效承

受由于沉降、滑移、车辆等造成的突发性冲击载荷。定尺单支钢塑复合压力管可以单向弯曲，节省了小角度转向弯头的用量（弯曲时应将管材焊缝置于弯曲弧的侧面）。

钢塑复合压力管弯曲半径应≥5Dn。

9）温度适应范围广

可在-40℃～95℃范围内使用。

10）导热系数低，保温性好

导热系数接近塑料管的导热系数，有极好的隔热保温性能。在我国大部分地区冬季使用外壁不需保温，夏季使用亦不结露。在条件有限的情况下甚至可以不作保温处理，对于主配水干管及回水管、屋面及室外可能结冻的管仍需保温，而对于埋墙地板敷设的配水支管不需考虑。管材的保温一般采用PVC/NBR闭孔橡塑海绵保温管、高发泡聚乙烯（PE）闭孔型保温管、硬聚氨酯泡沫塑料管和现场喷聚氨基多元脂发泡剂等。

11）重量轻，便于运输保管。

钢塑管与镀锌钢管重量比较

公称外径（Dn）mm钢塑复合压力管Kg/m公称口径mm普通镀锌钢管Kg/m501.12403.84631.52504.88751.99656.64902.75858.34

12）使用寿命长

塑料聚合物是链状高分子化合物在催化剂的作用下聚合成网状高分子化合物，一个聚乙烯分子中有几十万个碳原子和氢原子，由于受热、光照等原因，引起大分子链断裂和化学结构发生在害变化，形成塑料老化现象。钢材中的分子是有序紧密排列，分子量很小，一个铁分子中只有一个铁原子，钢材本身不会发生老化现象。大部分塑料抗紫外线性能差，在阳光直接照射下加快老化。钢塑复合压力管的外层塑料老化，不会影响管材的承压能力，钢带不会发生老化现象，内层塑料管因不受光照，也不易产生老化现象。由于中间钢管是强度支撑，且钢管不与流体接触，不会形成微电池，故不易产生氧化腐蚀。所以，钢塑复合压力管的使用寿命既大于钢管，又大于塑料管，博采钢管和塑料管两者之长，使用寿命超过50年。

13）绝缘性能好

钢是导体，塑料是绝缘体，高密度聚乙类的绝缘强度达到380伏/毫米，聚丙烯的绝缘强度达380伏/毫米，钢塑复合压力管的塑料厚度为1.6-5.5毫米，绝缘电压达到608-2090伏，故钢塑复合压力管做电缆保护管，中间钢管有强度，内外层塑料绝缘性能好。

钢塑复合管的综合应用研究论文 篇2

长期以来,钢塑复合管线采用电熔或热熔法兰等方式进行连接。电熔法兰连接是靠预埋在法兰内表面的电热丝通过专用焊接工具电加热使管件内表面与管材外圆界面产生聚合物熔融连接成的永久性连接,缺点是:管件内壁需预埋电热丝,管件的制造复杂,技术难度大,管件成品合格率降低,制造成本偏高,且无法解决复合管端面必须密封以防止钢丝骨架裸露在外而造成钢丝骨架腐蚀、与管材内外层分离脱层的难题[1]。热熔法兰连接是把聚乙烯塑料法兰放置在热熔机顶端,使聚乙烯法兰尾端对准双向热熔器的阳模,再安放半成品管材与热熔器的阴模对齐,同时通电加热,脱开阴阳模热熔器,立即通过液压油缸将管材插入聚乙烯法兰内径成型的连接[2],缺点是:加热时无法观测塑料的熔融状态,无法准确判断塑料熔融状态是否能够满足法兰与管材的连接强度;复合管管端有钢丝,在热熔前需经行管材封口处理,封口工序相对复杂,且封口的安全性能无法从根本上得以保证,可能影响到管材的整体安全性能;热熔法兰承压能力低,无法大面积推广[3]。以上两种连接方式具体施工存在连接工序多,成本高,施工速度慢等问题。

随着钢塑复合管的发展,尤其是在缺少电源的山区和施工线路环境较恶劣的场合,传统的连接方式已不能满足使用要求。为使安装变得快捷,简便,可靠,钢塑复合管快速接头将成为目前钢塑复合管道最经济、最快捷的管路连接方式。随着计算机技术和建模仿真技术的日益成熟,采用Autodesk Inventor对钢塑复合管建模,设计快速接头,仿真安装并对内应力进行模拟,判断连接件的失效位置,为提高钢塑复合管和接头设计的安全可靠性提供了强有力支持,对合理的钢塑复合管快速接头的结构设计显得至关重要。

1 钢塑复合管快速接头结构设计及应用

1.1 钢塑复合管快速接头设计

钢塑复合管快速接头结构如图1所示。钢塑复合管快速接头系统由管端带有连接凸头的钢塑复合管材及沟槽式管道连接件所组成。其中连接件由经整体喷漆或电泳防腐处理后的带有沟槽的卡箍及C型密封圈和具有防转动的圆头椭圆颈螺栓组件所组成。钢塑复合管快速接头管道连接系统的密封圈设计为C型结构,能形成三重防漏,外用沟槽式卡箍扣住钢塑复合管两端并包裹密封圈,实现钢塑复合管道的密封连接。钢塑复合管的端部具有与管材一体化的凸头结构。密封圈可根据不同的流体介质选用不同的材料。管接头卡箍本体材料采用高强球墨铸铁。钢塑复合管与其他管材或闸阀连接通过对开环采用法兰连接,其法兰盘上螺栓孔的直径及位置尺寸均与国标法兰相配。

1.2 钢塑复合管材与其他管材或闸阀连接结构设计

钢塑复合管材与其他管材或闸阀连接结构如图2所示。钢塑复合管与其他管材或设备、闸阀过渡连接通过与钢塑复合管端部凸头贴合的对开环,采用法兰连接,其法兰盘上螺栓孔的直径及位置尺寸均与国标法兰相配。螺栓采用圆头椭圆颈螺栓,螺母采用国标六角法兰面螺母,橡胶密封圈采用C型结构,其材料可根据不同的输送介质按照相应的国家标准选取。

2 钢塑复合管快速接头安装

2.1 钢塑复合管材及管件自接安装

钢塑复合管材及管件自接安装工序,如图3所示。首先安装C型密封圈,将C型密封圈套入钢塑复合管端部的凸头上,然后将另一管材与该端管口对齐,把密封圈移到两管端密封而处。然后安装快速接头,先将接头的螺栓松开,分成两块,并将其先后套在C型密封圈和钢塑复合管端部的凸头上,装上螺栓,对称轮流拧紧螺母即可。

2.2 钢塑复合管材及管件外接安装工序

钢塑复合管材及管件外接安装工序,如图4所示。首先,将活套法兰盘套入钢塑复合管上,再将对开环的内台阶贴合安放在钢塑复合管材端部的凸头上。然后,将活套法兰盘套入对开环的外台阶上。最后,将需外接带有法兰结构的其他管材或设备、闸阀的端部法兰与钢塑复合管端的活套法兰对齐,并在其结合部位放入密封垫后,均匀收紧螺栓即可。

3 钢塑复合管快速接头失效分析

钢塑复合管快速接头失效主要是卡箍,卡箍的失效分析是通过对断裂表面的机械受力和材料性能的研究实现的。采用Autodesk Inventor 2015软件仿真方法建立一个卡箍的三维模型,并对卡箍内应力和安全系数进行仿真,仿真结论为最小安全系数为3.88 ul,最大安全系数为15 ul。卡箍的三维模型和安全系数仿真结果如图5所示。卡箍断裂位置一般发生在连接根部,说明在连接根部内应力较大,安全系数最小,并最终导致卡箍韧性断裂。

4 钢塑复合管快速接头系统的性能特点

(1)结构合理

其设计结构具有三重保障,保证了钢塑复合管路连接的可靠性和持久性。橡胶密封圈采用独特的C型结构,使得管内压力越大,密封性能越好,且其材料可根据不同的输送介质按照相应的国家标准选取;卡箍的沟槽与钢塑复合管材的管端凸头全圆周啮合,保证了管端凸头受力的均匀性;卡箍的连接采用高强椭圆颈螺栓结构,其椭圆颈与卡箍本体上的椭圆孔相配,防止了紧固时螺栓的转动,保证了快捷方便的施工安装;卡箍本体选用具有高强度和高延伸率的球墨铸铁,确保了连接件的承压能力高于钢塑复合管材。

(2)安装快速

沟槽式管件和钢塑复合管之间不需焊接,不需二次施工处理,安装速度比普通法兰连接快3倍以上。

(3)结构简单

沟槽式连接的卡箍比法兰轻,连接螺栓数量少,舍弃了法兰接头的套对开环及对孔等复杂程序,其作业无需特殊技术,且作业人员只需一把扳手单侧操作即可完成管道的连接。

(4)使用安全

沟槽式连接件配管工程无需用电动火,只需机械组装。避免了因焊接漏料造成钢塑复合管路内径缩小现象,确保了工地的安全,减小了管路的流阻,特别适合于禁火工地。

(5)施工经济

沟槽式连接件与传统的法兰相比,施工的总费用可节约10%~20%。

(6)隔振明显

由于有C型橡胶密封圈的吸音和减震的作用,从而防止了管路震动的传播。

(7)占用空间小

沟槽连接件与普通法兰连接件相比占空间比例小,紧固螺栓无方向性,特别能克服因工作空间狭小带来的不便。

(8)系统可具柔性

系统采用柔性卡箍连接,允许钢塑复合管有一定的角度偏差及相对错位,其偏转角度最大在2°~3°,两管端之间留有3~5 mm间隙,可适应管道的膨胀、收缩。

(9)维护方便

维修或更换只需拆下卡箍及螺栓即可,便于管路的延伸、更换、转动方向等。

5 结论

采用Autodesk Inventor对钢塑复合管快速接头进行三维建模设计,并进行安装和失效仿真,根据卡箍安全系数仿真结论,卡箍最小安全系数为3.88 ul,最大安全系数为15 ul,完全符合相关标准和使用要求。本设计方法简单可行,提高了设计的效率,具有重要的指导意义和应用价值,设计产品经制造和现场使用,具有结构合理、安装快速、结构简单等特点。

参考文献

[1]索祝伟,孙运国.矿用钢塑复合管注塑管件连接技术的开发与应用[J].煤矿现代化,2014(4):89-92.

[2]甘国工.钢骨架增强复合塑料管的管端法兰及制造方法[P].中国专利:CN1880825A.

[3]屈凡非.钢塑复合管注塑管件法兰[P].中国专利:ZL201120348073.1.

[4]韩伟娜,李东阳,王冰.基于Autodesk Inventor的零件系列化设计[J].机械设计与制造,2007(5):89-91.

钢塑复合管的综合应用研究论文 篇3

关键词 间作 ；橡胶园 ；生态效益 ；林下经济

分类号 S794.1 ；S567.1+9

橡胶树分泌胶乳炼成的天然橡胶是中国四大工业原料中唯一可再生资源，是国家紧缺的重要战略物资。截止2013年，我国橡胶树的种植面积已达近70万hm2，其中海南省天然橡胶的种植面积达到53万hm2，是中国最大的天然橡胶种植区。然而，回顾60多年发展走过的艰辛历程，海南的台风、云南的低温寒害以及全国植胶区普遍发生的死皮病、白粉病、炭疽病等灾害，加上橡胶种植非生产期长、单位产值偏低、产品市场价格波动较大等一系列不利因素的影响，长期以来一直困扰和制约着我国天然橡胶产业的可持续健康发展[1]。同时，单一胶林模式不能充分开发利用当地自然资源和维护生态平衡。

间作是指一茬有两种或两种以上生育季节相近的作物，在同一块田地上成行或成带（多行）间隔种植的方式。间作可提高土地利用率以及水分利用率[2-3]，由间作形成的作物复合群体可增加对阳光的截取与吸收，减少光能的浪费；同时，两种作物根据各自优势间作可产生良好的互补作用。为了解决单一橡胶林地凸现出来的这些问题，同时充分发挥胶园的资源利用效率，提高胶园的综合效益，胶园间作已成为提高橡胶生产效益的一项重要措施[4]。其间作复合系统的主要模式有：橡胶-茶、橡胶-甘蔗、橡胶-菠萝、橡胶-胡椒、橡胶-咖啡、橡胶-肉桂、橡胶-砂仁、橡胶-益智、橡胶-茶-鸡等[5]。然而对于胶园间作研究多局限于生产力、生态、水分、化感作用、营养元素的生物循环与能量流动及经济效益上，而很少把它作为一个完整的复合生态系统来研究。本研究主要通过对成年胶园间作南药益智种植模式的综合评价，寻找出一种适宜海南胶园较大面积推广的胶园间作模式，在给农民带来较高经济效益同时，也能改善胶园气候小环境，有利于胶树生长的一种复合生态系统，这样既充分合理地利用了土地资源，又能提高胶园整体效益，为建立适合海南生态环境的胶园间作模式提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究区自然概况

试验区域地处于海南省琼中县红毛镇境内，该地区位于热带海洋季风区北缘，雨水充沛，气候温和。平均气温22℃，年平均日照时间1 600～2 000 h，年平均相对湿度为80%～85%，年平均降水量为2 200～2 444 mm。土壤属于砖红壤土，土层厚度约95～110 cm。

1.2 方法

1.2.1 试验设计

供试橡胶栽培品种为PR107，橡胶林段栽植橡胶时间为2000年，株行距3 m×6 m。本试验分为单作橡胶和橡胶-益智间作两种种植模式处理，每个处理各3次重复，共6个种植带（小区），随机区组排列。种植带的规格为12 m×30 m，在每个种植带四周设置保护行。2012年6月，将成年益智植株整株移栽的方式种植在6 m的橡胶行带下，每橡胶行带种植1行益智，益智株距1.5 m。益智植株株高1.5～2.0 m。试验期间，单作橡胶和橡胶-益智间作处理均按照橡胶树生产日常管理，期间不清理胶园杂草，种植至2014年6月益智果实收获。

1.2.2 测定方法

土壤养分和含水量的测定：用对角线5点取样法，分别在2012年6月和2014年6月对每个小区按S型布置10个点，分别采集0～20和20～40 cm 土层的土样，各自混合为一个样，用四分法缩至500 g左右，采用常规分析法进行分析化验。其中半微量开氏法测定全氮；速效钾含量测定用1 mol/L醋酸氨光焰光度计法；速效磷含量测定用碳酸氢钠提钼锑抗比色法；有机质含量测定用油浴加热—K2CrO7（重铬酸钾）容量法：pH值测定用pH计，含水量测定用烘干法。

杂草防效调查：每处理随机取4点，每点调查1 m×1 m样方。观测60、120、180和240 d橡胶园杂草的防除效果。

控草效果（%）=（单作橡胶区杂草株数-橡胶-益智间作区杂草株数）/单作橡胶区杂草株数×l00%

作物产量测定：由于间作在橡胶林下的是益智成年植株，2014年6月间作的益智产量恢复到了成年植株的产量，此时测定个处理益智产量。橡胶干胶产量按照该地区原有的割胶制度下测定年干胶产量。

2 结果与分析

2.1 胶园间作益智对土壤养分含量的影响

胶园间作2年后各处理的土壤养分含量如表1所示，橡胶-益智间作与对照相比较土壤有机质、全氮、速效磷和速效钾含量无显著差异。橡胶林下间作的益智对土壤养分的储存以及随收获果实移走部分养分，土壤养分会下降，但是橡胶-益智间作模式下，土壤养分含量并没有显著下降，可能一方面是橡胶树施肥管理弥补了土壤养分的转移；另一方面是间作益智后提高了土壤保肥能力。王世敏[6]研究成龄橡胶间作益智试验发现，间作胶园的土壤肥力有提高的趋势；周再知[7]在橡胶与砂仁间作复合生态系统营养元素循环的研究间也表明，种砂仁可明显增加林分植物库中营养元素的含量，间作林中营养元素总积存量达3 447.07 kg/hm2，是纯胶林的2.53倍。见表1。

2.2 胶园间作益智对土壤含水量和pH值的影响

间作益智后土壤的含水量比对照区的略有升高。0～20 cm土层的土壤含水量增加了21.4%；20～40 cm土层的土壤含水量增加了27.1%。其原因主要有：块根系植物益智能够更好地起到涵养水分的作用；在种益智时挖的种植穴对降雨也有节流作用，加强了土壤对水分的涵养能力。土壤水分与橡胶树的生长和产胶都有直接的关系，因此间作后土壤含水量的升高有利于橡胶树生长。见表2。

2.3 胶园间作益智对胶园杂草防控效果

间作益智对胶园杂草生长影响研究表明，胶园间种益智在一定程度上抑制了杂草的生长。间种后60 d与对照比较杂草抑制率达到了42.3%；随着益智植株分蘖生长，益智植株占据了橡胶树行间的大部分空间，间种240 d时对杂草抑制率达到了75.2%。对杂草的生长具有很好的抑制作用。胶园间作益智对杂草抑制作用主要有以下几种方式完成的：一是益智植株具有发达的根系和地上茎遮荫作用，对光、热、水的竞争明显高于胶园杂草，使其他杂草籽粒在土壤中萌发受到抑制；二是生态位先占原理，即益智植株抢先占据了幼龄胶园的空白生境，其他杂草难以侵入。

生产实践证明，实行间作、套种或混作，既可充分利用光能、土地面积、空间和有效生长期，又能克服病、虫、草对单一栽培作物的危害，从而提高几种作物单位面积的产量，是栽培上的良法[8]。小麦与鹰嘴豆间作，不但可以增加土地利用效率，而且能够显著降低田间杂草密度和生物量[9]。在墨西哥，香蕉间作大豆或玉米，不仅能增加玉米和大豆产量，还能有效的控制杂草，减少化学除草剂的使用[10]。在尼日利亚西南地区，当地普遍使用的甘薯与玉米间作模式可以有效的降低玉米田间杂草的密度和干重，并且能够增加玉米的产量[11]。因此，研究探索对杂草抑制效果比较明显的间套作体系是农田杂草控制的生态途径之一。见图1。

2.4 胶园间作益智的经济效应

橡胶园间作益智两年后，每公顷收获益智干果270 kg，按照2014年益智干果80元/kg计算，橡胶园每公顷因间作益智增加经济收入约2.16万元，除去投入成本种苗费和人工费共计7 500元，纯收入增加1.41万元。2014年干胶价格为14元/kg，间作胶园收获的干胶经济收入仅为2.205万元/hm2。橡胶园间作益智后经济收入增加了64%，显著提高了橡胶园经济收入。而且间作益智只需要第一年投入种苗费，以后20～30年只需要做好田间管理，是一项投入成本低，收入持久稳定的产业。近年胶价持续低迷，由2011年的3.6万元/t降到现在的1.4万元/t，胶价的走低和劳动力成本的增加导致胶农经济收入低，严重影响了橡胶产业的发展壮大。通过胶园间作益智提高胶园经济收益，弥补胶价低迷对胶农造成的经济损失，保障了橡胶产业健康发展。见表3。

3 讨论与结论

橡胶-益智间作复合生态系统提高了胶园土地利用效率，提高了胶园生态系统的整体效益。在海南垦区，水热光等自然资源丰富，坡地、林地是橡胶园种植利用的主要土地资源，实施胶园间种南药益智是橡胶产业与特色南药的有机结合。本文通过开展橡胶林下间作益智试验表明，成年胶园间作益智后土壤有机质、全氮、速效磷和速效钾含量无显著差异；0～20 和20～40 cm土壤层含水量分别提高了21.4%和27.1%；间作益智对胶园杂草具有很好的抑制作用，间作240 d时对杂草抑制率达到了75.2%；胶园间种益智能够显著提高胶园经济收入，间作2年后每公顷增加经济收入约2.16万元，增幅达到64%。

我国橡胶树的种植面积已达近70万hm2，利用林下空间进行胶园间作也已有几十年的历史，其中胶-茶间作、胶-南药间作模式更是成功的典范。但从90年代后胶园间作便一直在走下坡路，但随着市场物资不断丰富，胶园间作生产在规模效益、产品品质上受到挑战，由于相关市场开发不足等原因，一些间作生产如橡胶-茶叶、橡胶-益智等逐渐退出了舞台[4，12]。随着人们生活水平的提高和保健意识的增强，作为药食同源的南药益智被开发出一系列产品，导致益智价格近年来一路攀升，这些因素使得胶园间作益智的生产模式迎来了新的发展契机。

胶园间作要因地制宜，并结合市场需求多元化发展，如橡胶-益智、橡胶-砂仁、橡胶-茶等多种模式，通过间作不同组合构成的多种作物、多层次、多功能的人工复合群体，有效地发挥林中的光、肥、水、气、热等资源的生产潜力，使间作中各作物在空间与水肥上相互利用与相互补充，可获得比单作更好的效果与经济效益。

参考文献

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钢塑复合管的综合应用研究论文 篇4

1.1 研究原由

医院在空调设计标准上, 存在许多特殊之处, 例如:医院手术室耗能为一般空调系统的5~10倍, 其他不同类型、等级和功能的房间也比常规建筑空调能耗要多[1]。

1.2 课题综合策划

针对综合医院建筑耗能现实, 本文着重开展以下几方面应用研究:

1.2.1 综合节能体系

上海作为典型的夏热冬冷地区, 既要满足冬季保温又要考虑夏季隔热。策划综合节能体系应突出以下原则[2]:

1) 幕墙导热性能处理原则

减少太阳辐射得热和空气渗透热损失, 提高密封性能, 传热系数降到3.0W/ (m2·K) 以下。

2) 建筑外窗面积不宜过大

窗墙面积比不应大于0.45。窗的传热系数K和玻璃的遮阳系数SC应符合相关规定, 玻璃可见光透射比不应小于0.65。外窗可开启面积不应小于窗面积的30%。

3) 有天然水资源或地热源可供利用时, 可采用水 (地) 源热泵供冷供热。

1.2.2 复合能源系统规划

针对综合医院建筑的用能特点, 可区分对待洁净空间与普通空间, 构建多源空调系统;同时, 结合上海地区夏热冬冷气候特征, 利用绿色环保能源形成复合热水系统, 以满足医院高峰时段和日均热水需求。

1.2.3 BA系统

在条件许可情况下, 将空调、通风、给排水、强弱电的控制及监测纳入一个BA系统, 并根据使用区域和时段优化设置系统运行参数。

1.2.4 玻镁复合风管风阀安装新技术

针对玻镁复合板这一节能环保产品, 如何创造一种全新风阀安装技术以回避现有国家标准施工方法的缺陷, 成为本文重点关注问题之一。

2 方案策划与关键技术

2.1 应用项目概况

上海中冶职工医院门急诊综合楼改扩建项目 (以下简称中冶医院项目) 由地下2层车库、16层主楼和5层裙房组成, 总建筑面积34 257.47m2 (见图1) 。

2.2 主要技术路线

2.2.1 以余热回收为主导的热平衡方式

1) 土壤换热不平衡

地源热泵系统可以实现夏季制冷和冬季供热。系统制冷时, 地埋管系统向土壤释放热量;系统制热时, 地埋管系统从土壤吸取热量。当释热量和取热量不相等时, 就会造成土壤换热不平衡现象。

(1) 释热量

地源热泵系统释热量等于土壤吸热量, 与建筑设计冷负荷相对应。释热量=∑[空调分区冷负荷× (1+1/EER) ]+∑输送过程获得热量+∑水泵释热量。

(2) 取热量

地源热泵系统取热量等于土壤释热量, 与建筑设计热负荷相对应。取热量=∑[空调分区热负荷× (1-1/COP) ]+∑输送过程失热量-∑水泵释热量。

(3) 热量不平衡率

通常使用不平衡率来衡量土壤不平衡程度, 当不平衡率达到20%以上时, 系统设计需考虑热平衡措施。即:热量不平衡率= (释热量-取热量) /max{释热量, 取热量}。

基于中冶医院项目地源热泵系统制冷和供热参数, 综合考虑典型负荷率工况后系统释热量和取热量, 得到土壤热不平衡率为47.2%, 必须采取热平衡措施以保证系统可持续性运行。

2) 余热回收地源热泵机组方案

选用余热回收地源热泵机组生产热水, 增加系统热负荷, 保持释热量和取热量平衡。经过计算, 余热回收地源热泵机组每天可提供85.4m3热水 (55℃) , 大于新增每日热水 (55℃) 量, 定额测算最高日用水量为74.5m3。

2.2.2 太阳能集热循环系统

由于余热回收地源热泵机组提供的热水量基本按照小时数均匀分布, 而新增最大小时用水量达到12.4m3, 因而可能存在某些高峰时段热水供应不足。提供绿色环保的太阳能集热循环系统补充热水供应是不二选择, 最终算得日均热水量为8t。

3 关键技术创新点

3.1 综合节能系统

通过统筹兼顾建筑热工、采暖、通风和空调之间能耗特征和节能潜力[2], 中冶医院项目综合节能系统具体指标如下:

1) 外围护采用高级氟碳喷涂铝板、天然大理石材和Low-E玻璃幕墙体系。其中:

(1) 屋面

屋面保温采用40mm厚XPS板, 传热系数K=0.65 (限值0.7) W/ (m2·K) 。

(2) 不透明幕墙 (内有实体外墙) 及其外保温

采用200mm厚加气混凝土砌块加30mm厚EPS板, 平均传热系数K=0.72 (限值1.1) W/ (m2·K) 。

(3) 自然通风的架空楼板和外挑楼板

板底设置40mm厚EPS板和5mm厚聚合物抗裂砂浆, 传热系数K=0.97 (限值1.3) W/ (m2·K) 。

(4) 外窗 (包括透明幕墙)

采用断热铝合金型材龙骨, 玻璃选用6+12A+6 (LOW-E) 中空低辐射镀膜玻璃, 南、北、东、西窗墙面积比分别为0.45、0.34、0.48和0.41, 传热系数K≤2.8 (限值3.2) W/ (m2·K) , 遮阳系数为0.45, 均小于限值为0.5、0.6、0.5和0.5。

(5) 地面

采用钢筋混凝土楼板, 热阻值为1.3 (m2·K) /W。

2) 外窗设计

外窗可开启面积取定位窗面积的1/3 (>限值30%) , 通过开启通风措施来获得热舒适性和良好的室内空气品质。

3) 空调制冷供热系统

通过土壤热物性测试[3], 判定地源热泵系统可覆盖约17 000m2服务范围, 其余区域由空气源热泵和VRV空调系统完成制冷供热。

3.2 多源空调系统

针对中冶医院项目在空间、时间和需求3方面的用能差异, 最终将新建门急诊综合楼从空间上划分为洁净、行政与医疗以及机房三类区域, 构建风冷、地源热泵和VRV三位一体的多源空调系统。具体如下所述:

1) 风冷净化空调系统 (为中心供应室和手术部制冷供暖)

5层手术部采用1台涡旋式风冷热泵机组, EER为2.89, COP为2.86。7层中心供应室采用2台 (1用1备) 涡旋式风冷热泵机组, EER为2.4, COP为2.57。

2) 风冷热泵普通空调系统 (为行政与门诊区域制冷供暖)

2、3、4层门诊、14~16层行政办公区域采用风冷热泵系统, EER为5.79, COP为5.82, 风冷热泵空调系统COP为4.3。

3) 地源热泵空调系统 (为急诊、病房区域制冷供暖)

1层急诊、3、4、5层以及6~13层病房区域空调系统冷热源为地源热泵机组, 采用2台部分热回收地源热泵机组 (EER为5.86, COP为6.13) 和1台高温地源热泵机组 (COP为4.48) 。该机组可在10%~100%制冷 (热) 量之间实现无级调节, 地源热泵空调系统COP为4.8。

4) VRV空调系统 (为机房区域制冷供暖)

14层计算机房和电话机房采用1台独立VRV空调室外机, EER为2.67, COP为3。

3.3 复合热水系统

医院的生活热水由地源热泵热回收机组、高温地源热泵机组及太阳能集热循环系统组成, 整个医院热水系统不设锅炉房。

太阳能集热器面积约100m2, 日平均产水量8t。单台地源热泵部分回收热量为194.5k W, 另配1台螺杆式高温地源热泵机组 (每小时产55℃热水约8t) , 高温制热量为481k W。空调制冷季节地源热泵热回收系统利用冷凝废热提供免费生活热水, 地源热泵热回收系统每天可提供260t热水。非制冷的过渡季节和供热季节, 生活热水由地源热泵热水机提供, 地源热泵热水机制热能力528k W, 可根据实际需求与太阳能集热循环系统配合生产热水。

3.4 BA系统

中冶医院项目BA系统控制范围包括冷热源系统 (包括冷水机组与冷冻站2个子监控系统) 、空调通风系统 (包括空气处理及新风设备、送/排风机和空调3个子监控系统) 以及电气设备系统 (包括配电、照明、电梯和给排水4个子监控系统) , 最终通过系统网络接收和发送指令实现监控和联动。

3.5 插入内置式玻镁复合风管风阀

基于传统插入安装法和过渡法易形成冷桥造成结露问题[4], 本文针对玻镁复合风管风阀提出一种全新安装方法, 即一种插入内置式玻镁复合风管风阀。具体实施步骤见图2。

4 综合成果总结

4.1 技术先进

太阳能集热循环系统可实现自动上水, 在无人值守情况下智能运行, 从而保证热水供应的稳定性、可靠性。

通过集中监测和控制, BA系统及时知道何时何地出现何种故障, 使事故消除在萌芽状态;通过及时启停相关设备, 避免设备不必要运行, 又可以节省系统运行能耗。

使用内翻边法兰风阀实现插入内置法安装玻镁复合风管风阀, 不仅解决了传统安装方法易形成冷桥造成结露弊端, 而且简化了玻镁复合风管风阀安装工艺流程, 减少了风阀部分保温材料, 节约了投资。

4.2 绿色生态

较之常规空调系统, 地源热泵 (自含式系统) 减少25%制冷剂的充灌量, 且泄漏几率大为减少。地源热泵系统只需利用地球表面浅层地热资源, 没有燃烧、排烟及废弃物, 没有冷却塔、过滤或其它室外设备, 没有中央空调集中占地问题, 节省空间的同时改善了建筑物外部形象, 因而可以产生附加生态效益。

太阳能集热循环系统吸收太阳能辐射转换成热能, 安全可靠、美观、无污染。

4.3 资源节约

通过统筹兼顾建筑热工、采暖、通风和空调等方面能耗特征和节能潜力, 中冶医院项目经上海市节能办组织多位建筑节能专家论证, 综合节能系统最终定论综合节能指标达到65%, 远远超过国家新建居住建筑和公共建筑50%的节能标准。

1) 资源可再生利用

地源热泵系统不会把热量、水蒸气及细菌等排入大气环境, 符合当前可持续发展的战略要求。

2) 投资少费用低

地源热泵系统可用于供暖、空调, 还可提供生活热水, 一机多用。使用寿命长, 均在20a左右, 维护费用低。

3) 能效比高

地源热泵消耗lk W能量, 用户可以得到4.3k W以上热量或冷量, 这多出来能量就是来自地热资源。以中冶医院项目为例, 地源热泵系统和太阳能集热循环系统产生的经济效益相当明显 (见表1) 。

另外, 通过设计合理的按需控制和时间调度, 中冶医院项目BA系统在投运以后产生了良好的中长期回报:就中央空调系统而言, 从统计数据来看, 节省能耗超过25%, 节省人力约50%。

4.4 理念创新

综合节能系统、多源空调系统和复合热水系统三项创新技术归根结底阐述了一种“兼收并蓄”的节能理念, 即:从能源消耗空间入手, 解决围护系统与空调系统在建筑热工性能上统一问题;从能源消耗特征入手, 统筹兼顾洁净、行政与普通医疗以及机房三类区域, 进而实现风冷、地源热泵和VRV三位一体的多源空调系统;从能源消耗媒介入手, 以热水供应系统串联地源热泵余热回收和太阳能集热循环两大系统, 复合热水系统将节能理念始终贯彻于包含制冷、供热和过渡季节的全年运行时段。

参考文献

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