Winterization 101: vetenskapen om frysta rör

som professionell ingenjör undersöker jag ofta byggnadskomponenter somhar misslyckats. Och jag är alltid slagen avdet faktum att majoriteten av bostäder som skadats av frusna rör är nybyggnation. Detta hasled mig att undra vad folk bygga dessa hus misslyckats med att överväga asthey konstruerade byggnader som senare skulle visa sig sårbar.

vi vet alla att flera dagar och nätter med ovanligt kallt väder ofta resulterar i att rör fryser och bryts. De resulterande misslyckandena orsakar ofta vatten att strömma från det trasiga röret tills någon märker det, finner den lämpliga avstängningsventilen och stoppar flödet. Den resulterande skadan kanvara dyr att reparera.

det enklaste svaret på frågan om varför detta händer är attröret blev för kallt. Men det förklarar inte hur rör kan vara sårbara, eller vad som får vissa rör att frysa och bryta medan andra inte gör det. Min enkla förståelse är att när vatten i apipe fryser och expanderar, skjuter det utåt på rörväggarna tills de sträcker sig och spricker.

men en studie från University of Illinois i Urbana-Champaign indikerar att även om detta kan hända, gör det sällan. Det är mer vanligt att isen bildas i röret och försöker expandera längs rörets längd, enligt studien.

vatten är inkompressibelt, så där vatten är begränsat mellanexpanderande is och en sluten fixtur ökar trycket tills piperupturerna. Brottet kommer att inträffa vid den svagaste delen av röret som hållerfinerad vätska. Därför röret mestsannolikt brister bort från den faktiska frysplatsen, och vattentrycket i en begränsad volym är acritically viktig del av den bakomliggande orsaken.

några lösningar
som sagt, det bästa sättet att förhindra att ett rör fryser är att hålla det tillräckligt varmt så att vattnet i det förblir över fryspunkten.

det vanligaste sättet att värma ett rör är att låta det utsättas för varm inre luft, oftast genom att placera rör i innerväggar—där temperaturen på båda sidor av väggen vanligtvis ligger långt överfrysning. Alternativt, om ett rör måstegå i en yttervägg, kan en byggare lokalisera röret så att det ligger mellandet varma rummet och väggisoleringen. I det här fallet, även om röret blir svalare än det intilliggande rummet, så länge det finns tillräckligtisolering på utsidan av röret för att hålla det varmt, kommer det sannolikt inte att frysa.

slutligen kan man under vissa omständigheter behöva installera värmespår på ett rör för att värma det direkt. Värmespår är enmotstånd värmeband som sveper runt röret och använder el för att hålla det varmt—en slags elektrisk värmare för röret. Tyvärr är det dyrt att installeraoch fungera, och blir ineffektivt om det finns strömavbrott.

för rör som inte aktivt hålls varma är det möjligt attlåg kylning genom att isolera röret. Isolering hjälper till att förhindra frysning på två sätt. För det första fungerar isoleringen genom att sakta ner den ledande kylningen—det vill säga vatten som förlorar värme direkt till rörväggarna och rörväggarna förlorar värme direkt till omgivande luft. För det andra kan isolering också ge skydd mot konvektiv kylning, det vill säga kylning som är resultatet av kall luft som blåser på röret och bärvärma bort i en accelererad takt. När ett rör utsätts för en luftläcka, kommer den kalla luften som blåser mot röret snabbt att öka kylhastigheten och därefter öka rörets sårbarhet för frysning, en slags vindkylningseffekt.

ett annat sätt att förhindra sprängning är att lindra trycketpå båda sidor av en frysning. I mångainstances, utomhus vattenkranar kan vinter genom att stänga en ventil insidethe huset, någonstans längs längden av röret, och sedan öppna outdoortap. Även om kranen äröppnad bara tillräckligt länge för att delvis tömma linjen, när den är stängd, kommer det att resultera i en volym luft mellan kranen och vattnet som finns kvar iröret. I detta fall tenderar den expanderande isen att komprimera luftvolymen ochförhindra trycket från att överskrida rörets styrka och dessanslutningar.