Winterisierung 101: Die Wissenschaft der gefrorenen Rohre

Als professioneller Ingenieur untersuche ich oft Bauteile, die ausgefallen sind. Und ich bin immer wieder von der Tatsache betroffen, dass die meisten Häuser, die durch gefrorene Rohre beschädigt wurden, neu gebaut werden. Dies hat mich dazu gebracht, mich zu fragen, was die Leute, die diese Häuser bauten, nicht berücksichtigten, als sie Gebäude bauten, die sich später als anfällig erweisen würden.

Wir alle wissen, dass mehrere Tage und Nächte ungewöhnlich kalten Wetters oft dazu führen, dass Rohre einfrieren und brechen. Die daraus resultierenden Ausfälle führen oft dazu, dass Wasser aus dem gebrochenen Rohr fließt, bis es jemand bemerkt, das geeignete Absperrventil findet und den Durchfluss stoppt. Der daraus resultierende Schaden kann teuer zu reparieren sein.

Die einfachste Antwort auf die Frage, warum dies geschieht, ist, weil das Wasser zu kalt wurde. Aber das erklärt nicht, wie Rohre anfällig sein können oder was einige Rohre einfrieren und brechen lässt, während andere dies nicht tun. Mein einfaches Verständnis ist, dass Wasser in Apipe gefriert und sich ausdehnt, es drückt nach außen an den Rohrwänden, bis sie sich dehnen und platzen.

Aber eine Studie der University of Illinois in Urbana-Champaign zeigt, dass dies zwar passieren kann, aber selten der Fall ist. Laut der Studie ist es üblicher, dass sich das Eis innerhalb des Rohrs bildet und versucht, sich entlang der Rohrlänge auszudehnen.

Wasser ist inkompressibel, also dort, wo Wasser zwischen dem expandierenden Eis und einer geschlossenen Vorrichtung eingeschlossen ist, steigt der Druck an, bis die Pipetten platzen. Der Bruch tritt am schwächsten Teil des Rohres auf, das die raffinierte Flüssigkeit hält. Daher, die rohr mostlikely platzt weg von der tatsächlichen einfrieren lage, und wasser druck in einem begrenzten volumen ist acritically wichtiger teil der zugrunde liegenden ursache.

Einige Lösungen
Der beste Weg, um ein Einfrieren eines Rohrs zu verhindern, besteht darin, es warm genug zu halten, damit das darin enthaltene Wasser über dem Gefrierpunkt bleibt.

Die gebräuchlichste Art, ein Rohr zu erwärmen, besteht darin, es der warmen Innenluft auszusetzen, meistens indem Rohre in Innenwänden angeordnet werden — wo die Temperatur auf beiden Seiten der Wand normalerweise deutlich über dem Gefrierpunkt liegt. Alternativ, wenn ein Rohr in eine Außenwand gehen muss, kann ein Baumeister das Rohr so lokalisieren, dass es zwischen dem warmen Raum und der Wandisolierung liegt. In diesem Fall, obwohl das Rohr kühler ist als der angrenzende Raum, solange es genug gibtisolierung an der Außenseite des Rohrs, um es warm zu halten, wird es wahrscheinlich nicht einfrieren.

Schließlich muss unter bestimmten Umständen eine Begleitheizung an einem Rohr installiert werden, um es direkt zu heizen. Heat Trace ist ein Widerstandsheizband, das sich um das Rohr wickelt und Strom verwendet, um es warm zu halten — eine Art elektrische Heizung für das Rohr. Leider ist dies teuer zu installierenund betreiben, und wird unwirksam, wenn es einen Stromausfall gibt.

Für Rohre, die nicht aktiv warm gehalten werden, ist es möglichniedrige Kühlung durch Isolierung des Rohres. Die Isolierung verhindert auf zwei Arten das Einfrieren. Erstens verlangsamt die Isolierung den Prozess der leitfähigen Kühlung – das heißt, Wasser verliert Wärme direkt an die Rohrwände und die Rohrwände verlieren Wärme direkt an die Umgebungsluft. Zweitens kann die Isolierung auch einen Schutz gegen konvektive Kühlung bieten, dh Kühlung, die durch kalte Luft entsteht, die auf das Rohr bläst und Wärme beschleunigt wegträgt. Wo ein Rohr einem Luftleck ausgesetzt ist, erhöht die kalte Luft, die gegen das Rohr bläst, schnell die Abkühlgeschwindigkeit und erhöht anschließend die Verwundbarkeit des Rohrs zum Einfrieren, eine Art Wind-Chill-Effekt.

Eine andere Möglichkeit, ein Platzen zu verhindern, besteht darin, den Druck zu entlastenauf beiden Seiten eines Gefrierpunkts. In manyinstances können Wasserhähne im Freien winterized, indem man ein Ventil insidethe Haus, irgendwo entlang der Länge des Rohres schließt und dann das outdoortap öffnet. Auch wenn der wasserhahn isopened nur lange genug, um teilweise ablauf die linie, sobald es geschlossen ist, therewill ergebnis ein volumen von luft zwischen die wasserhahn und die wasser, dass bleibt indie rohr. In diesem Fall neigt das expandierende Eis dazu, das Luftvolumen zu komprimieren und zu verhindern, dass der Druck die Festigkeit des Rohrs und seiner Verbindungen überschreitet.