二十世纪七十年代以后，低温热水地面辐射供暖（以下称热水地暖）在欧美得到迅速普及，得益于塑料管材在热水地暖系统中的成功应用，尤其是PEX管。据统计：欧洲热水系统用塑料管材2000年的消费量如表1。
塑料热水管道市场，群雄纷争，PEX管能主导市场近30年稳居霸主地位，这在合成材料飞速发展的今天十分罕见。例如PB管，这是最早用于热水系统的一种塑料管。近30年来，其市场占有率始终徘徊在11%以下。曾被寄予很大希望的PP管，近30年来，由第一代的PP-H管（均聚聚丙烯管）到第二代的PP-B管（乙烯/丙烯嵌段共聚物管）到今天的PP-R管，（乙烯/丙烯无规共聚物管，也被称为第三代聚丙烯管或三型聚丙烯管），其应用范围仍限于生活冷热水系统，很难涉足于室内热水地暖系统。曾被十分看好的M/P管（铝塑复合管），近年其市场占有率也出现下降趋势，如图1：
PEX管是如何能独占鳌头，并经久不衰的呢？这其中安全性和经济性是两大关键因素。本文将着重讨论管道的安全性。
热水地暖系统中，管道的安全性主要指管道的耐热性，承压能力，抗应力开裂性，抗蠕变能力，耐老化性能及连接的可靠性等。
一、耐热性及承压能力
将这两个问题一并讨论，更接近于工程应用环境，实际上在热水地暖系统中，人们的着眼点是该塑料管材的热强度，热强度高的塑料管材可以在较高的温度下承受较大的管内压。这些数据可由各种塑料管材的相关标准中查到。表2列出了常用于热水系统的几种塑料管材的规定。
可以看出PEX管的环应力最高。在环应力为2.5Mpa，110℃的条件下，测试一年（8760h）管材不破坏，PB管仅次于PEX管，最差的为PP-B管。
环应力换算成试验系统压力可采用下式进行计算：
P = 2бе/ Dе
P：试验压力（MPa）
б：环应力（MPa）
е：管壁厚（mm）
D：管外径（mm）
假设管外径为16mm，壁厚为2mm，各种塑料管材在110℃下试验系统压力计算结果如表3。
热水地暖的运行条件远低于110℃,按ISO/DIS 10508标准，用条件分级中的4级
二、 抗应力开裂性及抗蠕变能力
这里所讨论的塑料管材的应力开裂性，主要指塑料管在应力的作用下所发生的龟裂，而导致塑料管材的破坏。这种破坏一般不会被很快发现，而是经过较长时间塑料管材发生了蠕变后才暴露出来。蠕变有时被称为“冷流”，是指材料受力不变，材料的应变随时间的增长而逐渐增大的现象，其数学表达式为：
ε=бf(t)
式中ε-应变，б-应力，f(t)加载时间的函数。
这一表达式说明对任何载荷任何材料ε只是时间（t）的函数，在较低的温度下，金属管材的蠕变是与时间无关的的，但当升高了温度后，金属管的蠕变就与时间有关了，这是由于它处于塑性状态的缘故，对塑料管而言，它在常温下其局部即呈塑性状态，并且因其弹性模量低，分子结构比较松散，其蠕变对温度和时间有着强烈的依赖性。为了方便说明问题，图2-图8给出了几种塑料管材的等应变蠕变曲线图。
1、所有曲线相对于横座标时间（t）存在一个斜率，这个斜率告诉我们，当应变不变（等应变）时，随着时间的增长，管壁能够承受的应力是逐渐下降的，也就是说，当管壁承受的应力（б）不变时，应变（ε）随时间（t）的增长而逐渐加大，符号ε=бf(t)的定义。斜率的大小，与材料的蠕变行为对时间的依赖性有关，斜率越大，说明该材料的蠕变性对时间的依赖性越大，反之就小。比较典型的是PEX管、PERT管和PB管（曲线拐点的左侧），这三种管材的曲线的斜率较小，因此可以说他们抗蠕变的能力是较好的。相比之下，PP-R、PP-B、PP-H和C-PVC的曲线斜率较大，抗蠕变的能力较弱。
图3 PERT管等应变蠕变曲线
2、同一种材料，不同温度下的蠕变曲线是平行的，温度越高，其在纵座标上的交点就越低，这就是塑料热强度对温度最敏感的一个很好的说明。平行线的间距对同种材料：当温差相同时，间距越大，说明该材料强度受温度的影响越大，反之就小。如PB管80-95℃（温差△T=15℃）△б=2Mpa（略大），而在95-110℃（△T=15℃）△б≥2.5Mpa，而PEX管80～95℃时，△б=1Mpa，95～110℃时，△б=1.5Mpa（略大）。对不同材料，当温度相同时，曲线在纵座标上的交点越高，说明材料的强度越高，反之就低。在这七组曲线中50℃以下，PB管、PP-R管、PP-H管、C-PVC管短时间持续强度都比PEX管高，而50℃以上它们多数都低于PEX管，持续时间越长，PEX管的优势越大，仅次于PERT管。
3、PB管、PP-R管、PP-H管的蠕变曲线上均带有一个拐点A。拐点A左侧，曲线的斜率小于拐点右侧。这个拐点A被称为物理拐点。还应有一个拐点B，被称为化学拐点，管材在B点以后发生了化学变化（老化），完全失去了使用价值，塑料管材在一定应力作用下，经过一定时间后，管材会由于变形逐渐加大，而导致破坏，在Ⅰ阶段管材破裂时先被拉伸后破裂，这是典型的韧性破坏，其原因是超负荷所致，管材所处环境温度和所输送介质的压力都有可能超负荷，如果不超负荷，则意味着管材可以历经很长时间不会被破坏。无疑管材运行在此阶段是最为安全的。在拐点A及以后，管材的破坏纯粹是脆性破裂，其原因就是拐点A产生的原因，管材表面划伤，管壁厚度的突然变化（如焊接口处），管材因蠕变造成颈缩，管材表面受到硬锐物的作用，管壁上产生的微小银纹等均会造成应力集中，而导致应力开裂，开裂缓慢增加或开裂快速传递等，因此曲线在此阶段其斜率急剧变大，管材在此阶段运行，存在着很大风险。在拐点B及以后的Ⅲ阶段，管材已因老化而失去使用价值。B点也就是管材寿命的终点。在这几种塑料管材中，抵抗应力破坏-抗应力开裂性最差的当属PB管，20℃时拐点A出现在11.4年左右，60℃时拐点A出现在1年左右，70℃时拐点A出现在5000h左右，而PEX管、PERT管的蠕变曲线上并未出现拐点，这说明它们抗应力开裂性很强，长期运用也是很安全的，这无疑也是PEX管主导热水地暖市场近30年的主要原因。
三、耐老化性能
目前大多数塑料暴露使用寿命可达20年以上，埋地使用寿命可达50年以上，热水地暖中塑料管材的设计寿命是50年。
可以造成塑料老化的原因很多，如热、氧、光、生物、电、金属离子等，但是用于热水地暖的管材耐老化性能主要应考虑热氧金属离子和水的影响，在制造、搬运和储存过程中也应考虑光的影响，对PB管还应防划伤，不仅在配方设计上要严格选择助剂品种，添加量要足够，在加工时还要分散均匀。做到了这几点，热水塑料管材的推导寿命均可达50年以上。
如何判断热水塑料管材推导使用能否达到50年，目前有许多方法，如天候试验，人工老化试验，热老化试验，臭氧老化试验，国际标准规定：用于热水系统的PO（聚烯烃）管材，必须进行110℃热稳定性的测试，用高温短时试验所获得的数据进行低温长时间工作寿命的推导，PO管材（包括PEX管、PB管、PP-R管、PERT管、PP-B管、PP-H管）的测试条件如表2。需要补充说明的是试验环境规定管内为水，管外为空气，这更接近工程应用的环境条件。假若管内外都是水，或者管内外都是空气，测试结果将会产生很大差别的。空气中氧的浓度要大大高于水中氧的浓度，水会抽提管材配方中所添加的助剂，降低其在管材中的浓度，但空气却不会发生对助剂的抽提作用，这些矛盾在短期都很难解决，即使解决了，还是不及管内水管外空气更具实际意义。
国际标准所规定的110℃8760h试验，若通过了，可以借以推导其在70℃下连续使用寿命50年。这里引入了一个叫做外推因子的K,K与温差△T的关系，一般来讲，每一个10℃的温差K=2.5～3，归纳入表6：
如果某种PO管材在110℃ 下通过了8760小时的测试,则可根据表6推导出其在90℃（△T=110-95=15℃）下通过4年的测试（K=4），在70℃下（△T=40℃）可通过50年（8760×5）=43.8万h)的测试（K=50）。如果110℃下未通过8760h（1年）的测试，而是3000h、5000h或7000h，或者使用条件不是95℃、70℃，而是60℃、50℃，均可采用表6提供的K进行推导，为方便计算，也可根据图10所提供的曲线查阅，如某种管材在110℃下只通过了5000h的测试，根据图10查得其在70℃下可通过250000h（28.5年）的测试，在60℃下可通过700000h（80年）的测试：
上述推导结果均为连续运行寿命，而热水地暖为间歇运行。表4是按欧洲统计结果制订的，可以看出在设计寿命50年内有45年（90%）的时间，热水地暖是在40-60℃下运行的，按我国的实际采暖期仅4-5个月，也就是说只有33-42%的时间是在供暖，因此在我国采用ISO/DIS 10508中的4级，其安全系数是很高的。按ISO/DIS 10508中4级计算，计算寿命50年的热水地暖把不同温度段换算成60℃的连续运行时间，仅为34.6年（303096小时），从图10上可以查到110℃下通过2200h的测试，即可达到ISO/DIS 10508中4级设计寿命50年的要求。
总之，塑料管的设计寿命达到50年，在使用纯正的主辅料、正常运行的设备、合理的生产工艺、严格的质量管理和有经验的专业技术人员的操作下是很容易实现的。
四、连接技术
在工程上，仅仅谈论塑料管材是不具有实际意义是，塑料管材最终必须连接成管道使用，因此连接技术在热水地暖系统中也是保证管道能否长期安全运行的一个重要方面。不同的连接方法，适用于不同的管道的连接。
1、热工具承插焊接：适用于热塑性塑料管道的连接如PB管道、PP-R管道、PP-B管道。这种连接方法密封性能十分可靠，但对管材及连接件的要求是壁厚不低于2mm，并且因焊接操作受人为影响很大，成功率比较低。
2、电阻丝热熔焊接：适用于大多数热塑性塑料管道的连接，密封性也是十分可靠的，并且不易受人为因素的影响，但价格较高，且容易造成应力集中，多用于大口径管道的连接。
3、机械锁紧式连接：适用于PEX管，PB管和PERT管。不适用于PP-R管、PP-H管和PP-B管。
4、粘接连接：此法适用于C-PVC管道的连接，但安装施工效率低，胶粘剂毒性大，劳动保护和环境保护都存在一些问题，因此推荐使用热工具承插焊接。
无论何种连接方法，国际标准规定了必须进行冷热循环实验和高低压力循环实验，只有通过了这些试验，才被认为管道是可以长期安全运行的。
综上所述，从管道的耐热性，承压能力，抗应力开裂性，抗蠕变能力，耐老化性能、连接的可靠性及经济性来看，PEX管具有很强的不可替代性。
