Winterisatie 101: De wetenschap van bevroren pijpen

als professioneel ingenieur onderzoek ik vaak gebouwcomponenten die zijn mislukt. En ik ben altijd getroffen door het feit dat de meeste huizen die beschadigd zijn door bevroren buizen nieuwbouw zijn. Dit heeft me tot de vraag gebracht wat de mensen die deze huizen bouwden niet beschouwden alsze gebouwde gebouwen die later kwetsbaar zouden blijken.

we weten allemaal dat verscheidene dagen en nachten van ongewoon koud weer vaak leiden tot het bevriezen en breken van leidingen. De resulterende mislukkingen vaakoorkomen dat water uit de kapotte pijp stroomt totdat iemand het opmerkt, de passende afsluitklep vindt en de stroom stopt. De resulterende schade kan duur zijn om te herstellen.

het eenvoudigste antwoord op de vraag waarom dit gebeurt is omdat de pijp te koud werd. Maar dat verklaart niet hoe pijpen kwetsbaar kunnen zijn, of waarom sommige pijpen bevriezen en breken terwijl andere dat niet doen. Mijn eenvoudige begrip is dat als water in apipe bevriest en uitzet, het naar buiten duwt op de pijpwanden totdat ze strekken en barsten.

maar een studie van de Universiteit van Illinois in Urbana-Champaign geeft aan dat dit wel kan gebeuren, maar zelden. Het is meer gebruikelijk dat het ijs zich binnen de pijp vormt en probeert uit te breiden langs de lengte van de pijp, volgens de studie.

Water is niet drukbaar, dus wanneer water tussen het uitdijende ijs en een gesloten armatuur wordt opgesloten, neemt de druk toe tot de piperupturen. De breuk zal optreden op het zwakste deel van de pijp met de geconfineerde vloeistof. Daarom is de pijp meestwaarschijnlijk barst uit de buurt van de werkelijke bevriezen locatie, en waterdruk in een beperkt volume is acritisch belangrijk onderdeel van de onderliggende oorzaak.

sommige oplossingen
de beste manier om te voorkomen dat een leiding bevriest, is deze warm genoeg te houden zodat het water binnen boven het vriespunt blijft.

de meest voorkomende manier om een leiding te verwarmen is door deze bloot te stellen aan warme binnenlucht, meestal door leidingen binnen binnenmuren te plaatsen—waar de temperatuur aan beide zijden van de muur meestal ruim boven het vriespunt ligt. Als alternatief, als een pijp moetga in een buitenmuur, kan een bouwer de pijp te lokaliseren, zodat het ligt tussende warme kamer en de wandisolatie. In dit geval, ook al is de pijp koeler dan de aangrenzende kamer, zolang er voldoende isolatie aan de buitenkant van de pijp om het warm te houden, zal het waarschijnlijk niet bevriezen.

ten slotte kan het onder bepaalde omstandigheden nodig zijn warmtesporen op een pipet te installeren om deze rechtstreeks te verwarmen. Heat trace is aresistance verwarming tape die wikkelt rond de buis en maakt gebruik van elektriciteit om warm te houden—een soort elektrische kachel voor de buis. Helaas, dit is duur om te installeren werken, en wordt ineffectief als er een stroomuitval.

voor leidingen die niet actief warm worden gehouden, is het mogelijk de koeling te beperken door de leiding te isoleren. Isolatie helpt bevriezing op twee manieren te voorkomen. Ten eerste,de isolatie werkt door het vertragen therate van geleidende koeling—dat wil zeggen, water verliezen warmte direct aan de buiswanden, en de buiswanden verliezen warmte direct aan de omringende lucht. Ten tweede kan isolatie ook bescherming bieden tegen convectieve koeling, dat wil zeggen koeling die het gevolg is van koude lucht die op de pijp blaast en het wegvoeren van warmte in een versneld tempo. Wanneer een pijp wordt blootgesteld aan een luchtlek, zal de koude lucht die tegen de pijp blaast, de koelsnelheid snel verhogen en vervolgens de vulnerability van de pijp verhogen tot bevriezing, een soort wind-chill-effect.

een andere manier om barsten te voorkomen is het verlichten van de druk aan beide zijden van een bevriezing. In veel omstandigheden kan buitenwater kranen worden winterized door het sluiten van een klep binnenhet huis, ergens langs de lengte van de buis, en vervolgens het openen van de buitenkap. Zelfs als de kraan slechts lang genoeg wordt geopend om de leiding gedeeltelijk af te voeren, zodra deze gesloten is, zal er een volume lucht tussen de kraan en het water dat in de buis blijft resulteren. In dit geval zal het uitdijende ijs de neiging hebben om het luchtvolume te comprimeren en te voorkomen dat de druk de sterkte van de pijp en zijn aansluitingen overschrijdt.