冬の101：冷凍パイプの科学

プロのエンジニアとして、私はしばしば失敗した建物の部品を調べます。 そして、私はいつも驚いています冷凍パイプによって損傷した住宅の大部分が新しい建設であるという事実。 これは、これらの家を建てる人々が後に脆弱であることを証明する建物を建設することを考慮しなかったのだろうかと私を驚かせました。

私たちは皆、異常に寒い天候の数日と夜がしばしばパイプの凍結と破損を引き起こすことを知っています。 結果として生じる故障は、誰かがそれに気づき、適切な遮断弁を見つけ、流れを止めるまで、壊れたパイプから水を流すことをしばしば引き起こす。 結果として生じる損傷は、修理するのに高価である。

なぜこれが起こるのかという質問に対する最も簡単な答えは、パイプが寒すぎたからです。 しかし、それはパイプがどのように脆弱であるか、またはいくつかのパイプが凍結して壊れ、他のパイプが凍結しないかを説明していません。 私の簡単な理解は、アピペの水が凍って膨張すると、伸びて破裂するまでパイプの壁を外側に押し出すということです。

しかし、イリノイ大学アーバナ＝シャンペーン校の研究によると、これは可能であるが、まれにそうではないことが示されている。 研究によると、氷がパイプ内に形成され、パイプの長さに沿って拡大しようとすることはより一般的である。

水は非圧縮性であるため、膨張した氷と閉じた固定具の間に水が閉じ込められている場合、圧力はpiperupturesまで増加します。 破裂は、液体を保持するパイプの最も弱い部分で発生します。 従って、管は実際の氷結の位置からmostlikely破烈し、限られた容積の水圧は根本的な原因のacritically重要な部分です。

いくつかの解決策
そうは言っても、パイプが凍結するのを防ぐ最善の方法は、内部の水が凍結点の上に残るように十分に暖かく保つことです。

パイプを暖める最も一般的な方法は、内部の空気にさらされたままにすることであり、ほとんどの場合、パイプを内壁内に配置することで、壁の両 また、パイプが外壁になければならない場合は、暖かい部屋と壁の断熱材の間にあるように、ビルダーはパイプを見つけることができます。 この場合、パイプは隣接する部屋よりも冷たくなりますが、パイプの外側に十分な断熱がある限り、暖かく保つために凍結する可能性はありません。

最後に、特定の状況では、パイプにヒートトレースを設置して直接加熱する必要がある場合があります。 熱跡は管のまわりで包み、keepitに電気を暖かい使用するaresistanceの暖房テープです—一種の管のための電気ヒーター。 残念なことに、これはインストールするのに高価です停電があると動作し、効果がなくなります。

積極的に保温されていないパイプの場合は、パイプを絶縁することによって低温にすることができます。 断熱材は、2つの方法で凍結を防ぐのに役立ちます。 最初に、絶縁材は伝導性の冷却のtherateを遅らせることによって働きます—すなわち、管の壁に熱を直接失う水、および周囲の空気に熱を直接失う管の壁。 第二に、断熱材はまた、対流冷却、すなわち冷たい空気がパイプに吹き付けられ、加速された速度で熱を運ぶことに起因する冷却に対して保護を提供 Whereaの管は空気漏出に、管に対して吹く冷気willrapidly冷却の率を高め、凍結に続いて管のvulnerability、一種の風冷えの効果を高めます露出されます。

破裂を防ぐ別の方法は、凍結の両側で圧力を緩和することです。 多くの場合、屋外の水栓は、パイプの長さに沿ってどこかにある家の中の弁を閉じてから、屋外の蛇口を開くことによって冬になることがあります。 タップが部分的にラインを排水するのに十分な長さだけ開いていても、一度閉じられると、蛇口とパイプに残っている水との間の空気量が生じる。 この場合、膨張する氷は空気量を圧縮する傾向があり、圧力がパイプの強度を超えることを防止し、その接続。