銅管用于供暖系統的優越特性，使用成本分析和比較

　　銅管作為優質管材在高品質建筑供暖系統中被大量采用。本文將為你介紹銅管用于供暖系統的優越特性，對其在各種條件下的耐腐蝕性能及其它性能進行了分析，指出了銅管在設計及施工中應把握的問題。通過回訪客戶使用情況及市場調研，對銅管在建筑工程中的使用成本進行了分析和比較，建議在供暖工程中采用性價比優良的銅管。

一、銅管的耐腐蝕性能

1、氧化腐蝕

　　金、銀和銅等貴重金屬同屬化學元素周期表的IB族，該族元素的共同特點是化學穩定性很好。銅在常溫下，抗氧化性能較好，大氣中含有很多種氣體，其中含量較多的是氧氣、水蒸氣、CO2、SO2等。在這種條件下，銅的表面會緩慢地生成很薄的一層氧化銅或堿式碳酸銅和堿式硫酸銅的結合體，俗稱銅綠。銅綠自身的組織致密，與銅基體的結合緊密，從而形成防止基體金屬繼續腐蝕的保護膜。因此，銅長期處于大氣中不會被腐蝕損壞。

2、酸、堿腐蝕

　　金屬在水中的腐蝕，有電化學腐蝕和化學腐蝕兩種。以電化學為主，兩者互相關聯。電化學腐蝕是電極電位差引起的電子流動而產生的腐蝕，水中的電極電位是以氫離子的電位為零作基準對比而產生的。銅在水中的電極電位是正值，銅原子中的電子不會流向氫離子。因此，銅原子在水中是不會與水中電離的氫離子交換電子而發生放氫反應從而產生腐蝕的。銅只有在離子狀態，才有可能發生水合或與其它相關離子發生反應而產生腐蝕。所以，銅在水中不易失去電子而被腐蝕。

　　供暖用水進入鍋爐前要經過軟化處理，目的在于最大限度地除去水中的鈣、鎂離子，或將其減少到一定程度。最常用的軟化處理方法是離子交換法，這需要加入氯化鈉來進行反洗。這樣一來，就會有部分微量的氯隨著軟化水進入鍋爐及管道。氯進入水中后與水反應，生成活性氧和鹽酸（電離出H+和Cl -），氫離子和氯離子一般對銅都不產生腐蝕。然而，活性氧會氧化銅，使銅從原子狀變成離子狀，為銅的腐蝕創造條件。

　　氯與水反應：Cl2+H2O=2HCl+[O]

　　銅本身屬惰性金屬，一般條件下分子結構很難改變，因此腐蝕銅管的前提是活性氧含量要達到一定的濃度。經正常的軟化設備處理過的軟化水中，氯的含量很低，被分解后所形成的活性氧含量更是微乎其微，尚達不到對銅管形成腐蝕的濃度。所以，軟化水是否對銅產生腐蝕，關鍵在于軟化后水中的離子含量，特別是陰離子含量。應用時應按水質本身的情況進行具體分析，不能一概而論地認為是軟化水就會對銅產生腐蝕。

　　此外，自來水處理的過程中，有的地方還采用加入漂白粉的方式消毒，那么，自來水中的余氯對銅管會產生多大影響呢？國家飲用水標準的余氯量規定是<0.3mg/L。國外資料表明，含氯<0.5 mg/L就不會對銅產生腐蝕。這說明水中含有輕微的余氯不會對銅管產生明顯的腐蝕，但是不可否認它是銅產生腐蝕的重要因素之一，需要引起足夠的重視。所以，采暖循環水中的余氯含量應控制的低些為好。

　　銅在水溶液中是耐腐蝕的，但在微酸性溶液中的耐腐蝕性能又如何呢？所謂酸性水溶液就是水中的氫離子多了，即pH值小于7的情況。此時，銅的電極電位是正值，不會與氫離子交換電子而產生腐蝕，所以，銅在非氧化性酸溶液中是耐腐蝕的。據《金屬腐蝕與保護》一書中介紹，銅在60%以下的硫酸溶液中是耐腐蝕的；在40℃條件下，55%硫酸水溶液中的腐蝕僅0.07mm/年，在10%鹽酸水溶液中腐蝕僅0.08mm/年。由此可見，pH值為6.0以上的極微酸性水溶液對銅管來說腐蝕很小。也就是說，供暖用水的pH值控制在6.0以上，便完全可保證銅管的使用安全，而一般市政供暖水的pH值都在8.0以上。

　　銅在一般酸性水溶液中是耐腐蝕的，但當酸性水溶液中含有氧，特別是活性氧時，銅就會被氧化成銅離子，然后被腐蝕掉。所以，含有硝酸、鉻酸等氧化性酸的水溶液會對銅產生腐蝕。一般水中的含氧量比大氣中少的多，國家供暖用水的pH值標準是8.0～9.3之間，屬偏堿性的水。銅管在堿性水溶液中的耐腐蝕性更強，可以保證安全使用。

　　綜上所述，銅管在正常的酸性水和堿性水溶液中耐腐蝕性能是較好的，將銅管應用在采暖系統中是安全的。

3、沖刷腐蝕和點蝕

　　當水中含有氧、硫酸根、碳酸根、SO2、CO2等成分時，易使其產生一層極薄的氧化銅（銅綠）附著在銅的表面，防止銅管被深層腐蝕。如水中含有細沙粒和鐵制品的腐蝕產物（氫氧化鐵）的粒子時，這些顆粒流動沖擊銅的表面，會將保護膜沖掉，形成沖刷腐蝕。沖刷腐蝕多數發生在銅管的彎頭處。

　　但是，這種情況很少發生，一般地水都會經過沉淀、過濾處理，循環使用的水也要經過過濾處理，將其中的粒子去除后使用。

　　在整個供水系統中，通常還有許多鋼、鐵質的設備和零部件，鋼、鐵在微酸性溶液中會很快產生腐蝕，如果沒有過濾裝置，腐蝕產生的氫鐵化合物會在系統中流動時破壞銅管的表層保護膜，對銅管形成連續性沖刷腐蝕。為了避免沖刷腐蝕，建議在供暖系統管道的使用上，安裝焊接時盡量選用硬釬焊，焊條選用銅銀合金焊條，盡量避免使用錫焊及含鋅的焊條。整個采暖系統配套設施的選用上，盡量采用銅或銅合金產品，如紫銅、黃銅管件、黃銅閥門等，在配套末端散熱器的選擇上，建議選用經濟、實用、美觀的純銅散熱器或銅鋁復合散熱器，建議在循環系統加裝配套過濾器。

　　金屬在水中的腐蝕分全面腐蝕和局部腐蝕兩大類。金屬不怕全面均勻腐蝕，最怕局部腐蝕，也就是點蝕。點蝕是一種特殊的局部腐蝕，又稱坑蝕或孔蝕，導致金屬產生小孔。形成點蝕的因素很多，各種因素又互相影響。

　　銅在極個別情況下的熱水系統中偶爾也會產生點蝕，主要是由水質引起的。據有關報道，各國產生點蝕分兩大類，第一類是在硬水中產生，腐蝕產物是CaCO3和Cu（OH）2，內部含有CuO和CuCl2。第二類是在處理軟水中產生，腐蝕產物是CuSO4（OH）6和Cu2O，內部是Cu2O。銅產生點蝕的原因很多，從實例調查和實驗結果來看，比較統一的看法有以下幾點原因：

　　（1）硫酸根和碳酸氫根的比例

　　硫酸根離子和氯離子是腐蝕性陰離子，根據實驗數據和實例統計，當[SO42-]/[HCO3-]>1時容易產生點蝕，小于1不容易產生點蝕，最好是小于0.5。

　　（2）水的流速

　　水的流速過快會產生沖刷腐蝕，反之流速過慢也會產生點蝕。根據實驗，流速小于0.5m/s容易產生點蝕。這可能是因為附著在金屬表面的水層不動為氧化反應創造了條件。反之，水的流速越快，水內含的各種雜質破壞了銅表面的氧化層，對銅管的沖刷越厲害，當保護膜被沖刷掉后，又會形成新的保護膜，然后又被沖刷掉，又生成……，最終導致銅管被腐蝕掉。所以，建議將系統水的流速控制在0.6～1.0m/s。

　　（3）其它因素

　　如水中的溶解氧是促使銅管發生點蝕的因素之一，因此，應控制水中的氧含量。日本的《建筑用管道腐蝕對策指南》認為，水中如果存在大量硫化物、氧、氨，會產生較大的腐蝕性。

總之，盡管銅管用于供暖是公認的好材料，在熱水系統中發生點蝕的情況也極個別，但是也應引起注意。以往應用中的經驗值得借鑒，在使用的過程中，應當特別重視水質，使水質達到標準要求，保證系統設備及管道的使用壽命。

4、銅管的抗結垢性能

　　鈣、鎂等的碳酸鹽、硫酸鹽及其固體懸浮物以及化學、電化學腐蝕產物（如鐵銹）等是造成管道內壁結垢的物質基礎。管道內表面粗糙不光潔，包括加工過程形成管內壁粗糙度和腐蝕造成的斑點小洞，為這些物質創造了沉積結垢的條件。碳酸鹽與一般物質不同，其溶解度隨著溫度升高反而降低，造成鹽類析出，增加沉積。同時，溫度越高，管道的腐蝕反應越快，腐蝕產物越多，同樣加速結垢。銅管的生產工藝為冷拔無縫銅管，不僅管壁光潔，還具有殺死微生物的功能，鈣、鎂離子形成的沉淀物顆粒無法附著在銅管的管壁上，所以，金屬管道中，銅管是非常不易結垢的。其它金屬管道由于生產工藝不同，內壁不是很光滑，會不同程度地產生結垢現象，銅管和不銹鋼管要比鋼管和鍍鋅鋼管好得多。通常，在船的鋼板外表面鍍上一層銅，就是為了避免海水中微生物沉積在鋼板上影響船的航行速度。

5、銅管的耐溫度變化性能

　　眾所周知，銅管具有優異的耐高低溫差變化性能。銅管能在-200℃至200℃之間的溫度條件下，保證不產生彎曲現象、不變形，遇明火不燃燒，遇熱不會釋放出有毒氣體，在冷、熱水的極端溫度范圍內，耐熱均很好。

　　溫度變化（Δt）對熱水管道使用性能的影響，主要在于管道的熱脹冷縮特性以及由此產生的蠕變疲勞性方面。在這方面，塑料管道的熱膨脹系數較大，在熱水管道供水、停水之間，塑料管道的熱膨脹系數是銅管的十倍。當然，任何一種管道都存在熱脹冷縮的現象，銅管也不例外，只不過相對其它材質的管道而言，線性膨脹系數小了許多。銅管的線性膨脹系數為0.018mm/m·k，當溫度上升60℃時，1m長的銅管會增加1mm。在一定長度的直線管段上，由于溫度上升會造成管道產生熱應力，導致管道接口或支架的破壞。通常情況下，要求在工程安裝的時候，每10m長直線管段中要考慮采取相應的措施，如安裝伸縮結。不過一般情況下，直線管段一般都不會超過10m。根據解放軍某部住宅樓供暖系統管道施工安裝的實際經驗，安裝暗埋供暖及熱水管道時，為了確保安全，萬無一失，在每個彎頭處，加裝塑料或其它材質的彎頭管套也是有必要的。明裝管道若不超過10m，就可以不必考慮膨脹問題。

6、銅管的耐壓及抗老化性能 

　　銅管的韌性好，能承受較強的壓力。一般條件下，外徑為15mm，壁厚為0.7mm的銅管，能承壓4.8MPa，即能承受48kg的壓力。這就是現代高層建筑為什么都將銅管作為首選管材的原因。

　　銅管、不銹鋼管、普通鋼管、鍍鋅鋼管等金屬管道的機械性能，在水溫高低變化的條件下都能保持不變，故金屬管道的壓力承受能力也不會降低。

　　各種金屬都不存在老化問題。在正常使用時，長時間陽光下暴曬部分，不會因為暴曬的原因產生分子結構變化，也不會發生老化變脆等現象。

銅管應用設計和施工中應把握的問題 

　　由上面分析的銅管特性所決定，在銅管供暖系統的設計和施工中，應當注意把握以下幾個方面的問題： 

　　1）了解當地供暖水質（pH值），以便采取相應的措施，避免水質不合格而影響管道壽命。

　　2）為避免出現銅管沖刷腐蝕，在整個管道循環系統的配套設施方面，不得使用鑄鐵配件或閥門，不宜使用鋼管及其它非銅金屬管道與銅管配套使用，管件、附件宜采用銅制管件，銅管與鋼制設備相連接時，應采用銅合金配件（如鋼銅法蘭等）。

　　3）應注意管道的連接，如引入管、支出管接出及水表接口處應采用便于檢修的縲紋管件或法蘭連接，不宜暗埋。銅管暗埋部分，埋地管道安裝要采用硬釬焊方式焊接。

　　4）引入管穿過地下室外墻或地下建筑物墻壁時，應預留孔洞，臨時打通的孔應設管套，避免破壞管子表層，影響使用壽命。并應考慮建筑沉降等不利因素，管道不應穿越建筑物的沉降縫，伸縮縫，如必須穿越時，應設管道伸縮和簡切變形的補償裝置。

　　5）管道穿越樓板、承重墻時，應設鋼質、塑料管套，穿越樓板管套上端應高出室內地平50mm，下端與樓板地面持平，穿墻管套與兩邊墻面平齊。

　　6）由于銅管導熱系數較高，明裝部分供暖管道，為了避免燙傷，宜采用塑覆銅管，塑覆層既能保溫又可以隔熱，保證日常使用的安全。

　　7）施工過程中，要防止對銅管有腐蝕作用的酸、堿性物質接觸銅管，焊藥或焊膏使用時注意不要過量，焊接后應將多余的焊藥焊膏擦去，以免腐蝕銅管。

　　8）彎曲的管道調直時，外徑小于108mm的銅管，可采用冷調法，大于108mm的管道宜采用熱調法。調直后認真檢查，有凹陷、開裂、破損現象的管道禁止使用。

二、銅管的性能價格比分析

　　在人們的傳統概念中，銅是“貴金屬”，在建筑工程中應用銅管是大材小用，且成本太高。為了對銅管的性能價格比給予正確的評價，現結合工程實例和建材市場現狀加以分析。

1、銅管及其它管材在供水工程中的成本比較

　　上海現代建筑設計集團有限公司等有關單位，于2001年3月聯合進行了一項科研項目，題目為《住宅建筑各種給水管材的技術經濟分析及對比研究》。課題對PP-R管、PVC-U管、襯塑鋼管和銅管等6種有代表性的管材，本著公正、公平、公開的原則，分別就上海市的多層住宅和高層住宅進行了技術經濟比較。我們可以借鑒這項研究成果，因為銅管無論用于供水還是供暖，管道系統安裝施工的成本基本上是一致的。

　　計算依據是《全國統一安裝工程預算定額》，材料包括管材、管件、支架、閥門等，多層高層住宅以室外第一個閥門開始計算。

　　銅管給水系統在多層建筑總造價中，百分比只占3.24%；在高層建筑造價中百分比更低，只有1.63%。多層建筑銅管的單位面積造價為30.14元，比PP-R管僅高出4.17元；高層建筑銅管的單位面積造價為20.02元，比PP-R管僅高出3.61元。而且，安裝銅管還會帶來維修費用低、使用壽命長等優點，有利于滿足物業管理要求。從經濟和技術性能作綜合比較，對于價值數萬、數十萬的住宅來說，使用銅管物有所值。由此得出結論，開始富裕起來的中國人在給水、供暖系統中完全用得起銅管，銅管將越來越受到廣大用戶的青睞。

2、了解市場，樹立正確的銅資源觀

　　我國的銅礦產資源確實不算豐富，因此人們普遍感覺將銅管用在給水、供暖系統工程上有些不可思議，認為是大材小用、資源浪費。但目前的實際情況卻并非如此。我國已經加入WTO，可以共享國際市場資源。國際市場上，銅產量大于市場需求量。在國內，近10年來銅的銷量逐年增加，銅原料庫存也超過了10萬t，呈現出了供大于求的局面。以外徑15mm，壁厚為0.7mm的銅管為例，市場價格也就在每米14元左右，價格與其它材質的管材不相上下，完全可以為用戶接受。而從各種性能方面相比較，銅管具有其它材質的管材無可比擬的優越性。銅管優異的性價比，必將成為吸引用戶、房地產開發商及建筑商的一個重要因素。

　　貧銅國家的概念已是過去式，不應繼續成為推廣應用銅管的阻力。可以肯定地說，資源的全球化配置使銅的供給量完全可以滿足建筑市場的需要，銅管全面進入建筑供暖及給水領域已是大勢所趨。

三、建議在供暖工程中采用性價比優良的銅管

　　根據以上分析，可以認為銅管是現有管材中用于采暖及熱水供應系統中的最佳管道，其主要優點可歸納如下：

（1）銅管在所有熱水（包括采暖供熱、太陽能系統、生活熱水供應等）系統的水溫、水壓下可安全使用。

（2）銅管在一般淡水和海水中的耐腐蝕（化學、電化學腐蝕）性能良好。

（3）銅管用于供熱采暖系統，內壁不結水垢，用于建筑給水系統，還具有殺菌消毒的作用。

（4）優良的性能價格比。

（5）易于安裝施工，使用安全，無滲漏隱患。

（6）回收率高，環保性能優異，可100%回收利用。

　　隨著現代建筑行業的發展，具有優良性能價格比的銅管必將受到廣大商家和用戶的認可。2000年8月，建設部科技司與國家有色金屬工業局規劃發展司在北京聯合召開了銅管推廣應用可行性研討會；2002年8月，國家建設部召開金屬建材推廣應用新聞發布會，提出首先逐步在建筑給水工程中推廣應用銅管，并建議在上海、北京、重慶、廣東、四川、湖北、福建、江蘇、浙江、河南等省市建點，逐步推廣示范工程。

　　目前，北京的許多大型公用和民用普通住宅建筑工程，經過多方面的考察論證后，已經相繼選用銅管。在軍隊工程建設領域，從2001年起，部分住宅工程在給水和供暖系統工程中已開始使用銅管，使用效果得到了一致的認可。

　　為配合建筑工程銅材使用的需要，2002年北京市建委有關部門開始著手編制地方使用標準規范：《銅管在建筑給水工程中的應用技術規程》，并已于2003年1月1日正式頒布實施。《銅管在建筑供暖工程中的應用技術規程》也正在組織編制。

　　為了保證工程材料質量，規范市場，北京市建委組織北京城建科技促進會等有關單位，正在籌備成立“有色金屬建筑技術專業委員會”。國家相關部門鼓勵在經濟發達地區的住宅建筑及公共建筑給水及供暖系統中使用銅管，以提高我國住宅建筑檔次，與國際建筑水平接軌。可以預見，銅管在建筑給水及供暖工程中的市場占有率將會大大提高，銅管的應用前景將十分廣闊。

四、總結

　　綜上所述，銅管作為優良管材在供暖系統中已經得到廣泛應用，我們也建議在供暖工程中采用性價比優良的銅管。