Winterization 101: Nauka o zamarzniętych rurach

jako profesjonalny inżynier często badam elementy budowlane, które zawiodły. I zawsze uderza mnie fakt, że większość domów uszkodzonych przez zamarznięte rury to nowa konstrukcja. To skłoniło mnie do zastanowienia się, co ludzie budujący te domy nie wzięli pod uwagę, ponieważ budowle, które później okazałyby się podatne na zagrożenia.

wszyscy wiemy, że kilka dni i nocy niezwykle zimnej pogody często skutkuje zamarzaniem i łamaniem rur. Powstałe awarie często powodują, że woda wypływa z pękniętej rury, dopóki ktoś jej nie zauważy, nie znajdzie odpowiedniego zaworu odcinającego i nie zatrzyma przepływu. Powstałe uszkodzenia mogą być kosztowne w naprawie.

najprostsza odpowiedź na pytanie, dlaczego tak się dzieje, to dlatego, że rura jest zbyt zimna. Ale to nie wyjaśnia, w jaki sposób rury mogą być podatne na uszkodzenia, ani co sprawia, że niektóre rury zamarzają i pękają, podczas gdy inne nie. Moje proste zrozumienie jest takie, że gdy woda w apipe zamarza i rozszerza się, wypycha na zewnątrz ściany rur, dopóki nie rozciągną się i nie pękną.

ale badanie z University of Illinois w Urbana-Champaign wskazuje, że chociaż może się to zdarzyć, rzadko tak się dzieje. Według badań, lód tworzy się w rurze i próbuje się rozszerzać wzdłuż jej długości.

woda jest niezciśnięta, więc tam, gdzie woda jest zamknięta między opadającym lodem a zamkniętym urządzeniem, ciśnienie wzrasta aż do piperuptures. Pęknięcie nastąpi w najsłabszej części rury utrzymującej płyn. Dlatego rura najczęściej pęka od rzeczywistego miejsca zamarzania, a ciśnienie wody w ograniczonej objętości jest krytycznie ważną częścią przyczyny.

niektóre rozwiązania
to powiedziawszy, najlepszym sposobem, aby zapobiec zamarzaniu rury, jest utrzymanie jej wystarczająco ciepłej, aby woda w środku pozostała powyżej punktu zamarzania.

najczęstszym sposobem ogrzania rury jest wystawienie jej na działanie ciepłego powietrza wewnętrznego, najczęściej poprzez umieszczenie rur w ścianach wewnętrznych – gdzie temperatura po obu stronach ściany jest zwykle znacznie wyższa niż temperatura. Alternatywnie, jeśli rura musibyć w ścianie zewnętrznej, budowniczy może zlokalizować rurę tak, aby leżała między ciepłym pomieszczeniem a izolacją ściany. W tym przypadku, nawet jeśli rura będzie chłodniejsza niż w sąsiednim pomieszczeniu, tak długo, jak jest wystarczająco dużo izolacji Na zewnątrz rury, aby utrzymać ją w cieple, prawdopodobnie nie zamarznie.

wreszcie, w pewnych okolicznościach, może być konieczne zainstalowanie śladu ciepła na pipecie, aby podgrzać go bezpośrednio. Heat trace to oporowa taśma grzewcza, która owija się wokół rury i wykorzystuje energię elektryczną do utrzymywania ciepła-rodzaj elektrycznego grzejnika dla rury. Niestety, instalacja jest kosztowna i działa, a staje się nieskuteczna, jeśli wystąpi przerwa w zasilaniu.

w przypadku rur, które nie są aktywnie utrzymywane w cieple, możliwe jest niskie Chłodzenie przez izolację rury. Izolacja pomaga zapobiegać zamarzaniu na dwa sposoby. Po pierwsze, izolacja działa poprzez spowolnienie przewodzącego chłodzenia—to znaczy, że woda traci ciepło bezpośrednio na ściankach rur, a ściany rur tracą ciepło bezpośrednio na otaczające powietrze. Po drugie,izolacja może również zapewnić ochronę przed chłodzeniem konwekcyjnym, czyli chłodzeniem wynikającym z nawiewu zimnego powietrza na rurę i odprowadzania ciepła z przyspieszonym tempem. W przypadku gdy rura jest narażona na wyciek powietrza, zimne powietrze nawiewane przez rurę znacznie zwiększy szybkość chłodzenia, a następnie zwiększy odporność rury na zamarzanie, rodzaj efektu wiatru-chłodu.

innym sposobem zapobiegania pękaniu jest zmniejszenie ciśnienia po obu stronach zamrożenia. W wielu przypadkach zewnętrzne baterie wodne mogą być zimowane przez zamknięcie zaworu wewnątrz domu, gdzieś wzdłuż długości rury, a następnie otwarcie outdoortap. Nawet jeśli kran jest otwarty tylko na tyle długo, aby częściowo opróżnić przewód, po jego zamknięciu spowoduje to objętość powietrza między kranem a wodą, która pozostaje w rurze. W takim przypadku rozszerzający się lód będzie miał tendencję do ściskania objętości powietrza i zwiększania ciśnienia przed przekroczeniem wytrzymałości rury i jej połączeń.