Из этой статьи вы узнаете, замерзает ли вода под давлением и какова температура замерзания, в зависимости от чего меняются показатели (смотрите таблицу соотношений), каково давление замерзающей жидкости и как эти знания применяются в быту.
Особенности прокладки ПНД труб в зимний период
Строительство практически во всех регионах нашей страны длится круглогодично, поэтому востребованность полиэтиленовой трубной продукции существует постоянно. Создание трубопроводов при минусовых температурах возможно, однако оно имеет свои нюансы, о которых поговорим в статье.
Виды домашних трубопроводов
По месту расположения коммуникации бывают внутренние или наружные. Больше всего подвержены замерзанию уличные трубопроводы, а если хозяева уехали на зиму и не слили воду, могут перемерзнуть и домашние системы.
Типичная конструкция водоснабжения в частной застройке состоит из скважины или колодца, подземного трубопровода, подключенного к внутренним коммуникациям. В качестве источника питания водой может выступать центральная магистраль или общая скважина на несколько домов.
Схема водоснабжения
Водоводы изготавливаются из различных материалов: стали, чугуна, термопластов, хризотилцемента, стеклопластика и т.д. Наибольшей популярностью в частном строительстве пользуются трубы из полипропилена, полиэтилена, металлопластика. Они долговечны, недороги и технологичны в монтаже.
Замерзает ли?
При атмосферном давлении в 760 мм рт.ст (или 0,101 МПа), вода превращается в лед уже при 0°С, как известно из школьного курса.
Но при уменьшении этого показателя меняется и точка кипения, и t°, при которой происходит превращение в лед – последняя как раз повышается.
В горах, где разреженный воздух, на определенной высоте она может уже составлять +2…+4°С. И наоборот, чем больше среда давит на воду, тем ниже находится точка замерзания на графиках.
Интересно, что при давлении в 611,73 Па совпадают температура кипения воды и плавления льда. Она составляет +0,01°С. Этот показатель называют тройной точкой воды из-за того, что она находится сразу в трех состояниях.
Считается, что при более низком показателе она просто не сможет сохранять жидкое состояние и будет превращаться в водяной пар. Причем температура плавления льда и точка замерзания воды обычно не совпадают, это разные величины.
Хотя для удобства бытовых расчетов их часто отождествляют, поскольку при 760 мм рт.ст. они как раз будут одинаковыми.
Но при этом нет такого давления, при котором бы вода совсем не замерзала. Другое дело, что в лабораторных условиях можно создать такую ситуацию, при которой вода будет замерзать только при -20…-40°С.
Кроме того, возможно получение и нестабильного состояния – переохлажденной жидкости. Но если в ней появится центр кристаллизации, она сразу же превратится в лед.
Способы утеплить источник воды на улице
При выборе материалов для утепления скважины необходимо учесть климатические условия местности, в которой расположена скважина. На выбор материалов непосредственное влияние оказывает уровень, на котором расположены грунтовые воды. Если местность отличается мягким климатом, для утепления скважины можно использовать опилки, солому или верховой торф.
Теплоизоляционный материал можно приобрести в любом строительном магазине
Чтобы утеплить скважинный столб, необходимо окружить короб, в который засыпают утеплитель.
Теплоизолятор нужно обязательно защитить от влаги, иначе он лишится своих теплоизоляционных свойств. Более суровый климат требует выбора материала с высокими техническими характеристиками. Скважину можно утеплить полистиролом, базальтовой ватой, пеноизолом, стекловатой, пенопластом.
Как утеплить скважину:
- Обшить стояк металлической сеткой с мелкими ячейками.
- Оснастить конструкцию металлическим кожухом, не забыв оставить свободное пространство, чтобы расположить утеплитель.
- Засыпать опилки или материал, который был выбран для утепления.
- Вентиль оснастить жестяным лотком, который должен выходить за переделы кожуха из металла. Важно выдержать уклон, предотвращающий попадание влаги.
Для качественного утепления можно использовать дополнительную систему подогрева. Для этого скважину нужно оснастить небольшим нагревателем и плавающим датчиком, который контролирует замерзание. Датчик сработает, как только на поверхности воды образуется ледяная корочка.
Особенности
Морозостойкий шланг для воды отличается способностью выдерживать низкие температуры без повреждения собственного материала. У данных изделий немало отличительных характеристик, благодаря которым морозоустойчивые шланги пользуются большой популярностью у покупателей. Например, они характеризуются надежностью в эксплуатации, отличаются стойкостью к механическим повреждениям (ударам), давлению, абразивному изнашиванию. Кроме того, такие изделия в зависимости от разновидности могут иметь стойкость к УФ-излучению и воздействию разных химических составов.
Это особо гибкие и прочные шланги, которые не меняют своей структуры как при низкой, так и при высокой температуре. Модификации могут состоять из трех слоев, посредством каждого из которых шланг получает необходимые свойства. Они отлично справляются с перекачкой воды. Однако в зависимости от разновидности далеко не каждое изделие способно выдержать сильный мороз.
Неплохо зарекомендовали себя морозоустойчивые шланги для питьевой воды, а также всасывающие модификации, которые можно прокладывать под землей. Такие изделия отличаются наличием армирующих колец, при этом материал устойчив к появлению и распространению ржавчины.В составе материалов для шлангов могут находиться специальные добавки, увеличивающие эластичность. Именно этим объясняется стойкость шлангов к растрескиванию и лопанию.
Пример. Расчет в Excel.
Условия задачи:
Проложенный по воздуху в неотапливаемом помещении участок стального водопровода без теплоизоляции длиной L=20 м выполнен из круглой трубы с наружным диаметром D=33,5 мм и с толщиной стенки s=2,8 мм. Температура окружающего воздуха (среды) tс=-10 °С. Скорость движения воздуха v=1 м/с. Температура воды на входе в трубопровод t1=+5 °С. Давление воды в трубопроводе P=0,1 МПа. Коэффициент температуропроводности воды а=0,000000143 м2/с. Температура замерзания воды t3=0 °С.
Требуется:
1. Найти время начала замерзания воды в трубе при отсутствии расхода.
2. Вычислить минимальный расход воды, при котором водопровод не замерзает.
Решение:
1. Для вычисления плотности, теплоемкости и теплопроводности воды воспользуемся программой из статьи «Теплофизические свойства воды». В исходные данные введем среднюю температуру воды из интересующего нас диапазона +5…0 °С.
Время остывания воды (труба полностью заполнена) до критической температуры замерзания при отсутствии расхода рассчитаем по программе из статьи «Время охлаждения (нагрева)». Все исходные данные для этого у нас есть из условий задачи и предыдущего первого расчета.
Первая часть задачи решена. Время охлаждения неподвижной воды в трубопроводе до 0 °С — около 21 минуты.
Обращаю внимание и напоминаю, что выполненный расчет носит оценочный характер! В частности, теплоемкость оболочки – стенки стальной трубы – этот расчет не учитывает.
Если бы скорость ветра в задаче была не 1 м/с, а, например, 10 м/с, то резко бы увеличился коэффициент теплоотдачи на границе «труба-воздух» α=45,6 Вт/(м2*К). И время до начала замерзания водопровода составило бы всего 4…5 минут! (В примечании к ячейке D3 программы приведены справочные данные, формулы и рекомендации по определению α.)
2. Минимальный теоретический расход воды, при котором водопровод не должен замерзать, рассчитаем с помощью программы из статьи «Расчет теплоотдачи трубы». Примем температуру воды на выходе из трубопровода t2=+1 °С. Это означает, что падение температуры воды на двадцати метрах не должно превысить |dtтрГГ|=4 °С.
Сравнительно небольшой проток 0,015 кг/с (или примерно 0,92 л/мин) воды с температурой t1=+5 °С на входе обеспечит мощность притока тепловой энергии PтрГГ=256,6 Вт, которой достаточно для поддержания системы в стационарном равновесном состоянии. При этом температура воды на выходе двадцатиметровой трубы будет равна t2=+1 °С.
Проверка:
Проверим выполненные расчеты по еще одной программе из статьи «Регистры отопления из труб».
Рассчитанная мощность Q=262 Вт приближенно равна теплоотдаче из предыдущего третьего расчета PтрГГ=256,6 Вт, а вычисленный коэффициент теплоотдачи α=9,6 Вт/(м2*К) равен коэффициенту теплоотдачи из второго расчета, где его в исходных данных мы определили по скорости движения воздуха.
Ответ:
1. Замерзает водопровод при отсутствии движения воды уже через 21 минуту.
2. При расходе воды около 1 л/мин (при средней скорости движения воды ~ 25 мм/с) водопровод из условий задачи в спокойном воздухе с температурой -10 °С не должен замерзнуть никогда.
Тонкости укладки труб ПНД зимой
Без сомнения, когда на улице стоит мороз, а систему водоснабжения сделать или восстановить необходимо, лучше использовать отрезки. В больших объёмах работ применимы и бухты, при прокладке которых нужно придерживаться определённых правил:
- В минус бухты ПНД разматывать на улице категорически запрещено. Непосредственно перед самим процессом монтажа материал стоит подержать сначала в тёплом помещении. Если его нет, то на строительной площадке непременно существует оборудованная палатка для сварки, в которой есть специальная катушка.
- Не обойтись при выполнении работ без газовой горелки. Вне зависимости от выбранного способа стыковки участков, торцы труб нужно обрабатывать с помощью горелки, чтобы придать им мягкость, пластичность и округлую форму.
- Поскольку на морозе труба ПНД теряет свою эластичность и гибкость, входить в бетонный колодец она будет под углом, и это нормально.
- Нужно быть готовым к тому, что справиться с негибкой полиэтиленовой трубой, намотанной в бухты, зимой сложно, поэтому бригада укладчиков должна состоять из 6-7 специалистов из-за трудоёмкости процесса.
- Если существует необходимость или есть желание, то во избежание промерзания магистрали в грунте, её нужно предварительно утеплить – пенопластовыми оболочками, стекловолокном или греющим кабелем.
Температура в зависимости от показателя
Чтобы четко определить температуру замерзания, нужно сначала понять, как связаны эти 2 параметра.
Как они взаимосвязаны?
При увеличении давления, температура замерзания снижается, при уменьшении – t° растет. Существуют специальные формулы, которые помогают рассчитать конкретное значение.
Таблица таких соотношений выглядит следующим образом:
| Температура, °С | Давление, мПа |
| 0 | 0,1 |
| -1 | 1 |
| -2 | 30 |
| -3 | 40 |
| -4 | 50 |
| -5 | 60 |
| -10 | 110 |
| -22 | 210 |
Меры по предотвращению замерзания
Обычно скважину располагают на расстоянии нескольких метров от дома. Она может быть также расположена в подвале, но и тогда нужно позаботиться о том, чтобы вода в ней не замерзла. Чаще всего замерзание воды происходит на участке, который называют «земля-воздух». Кристаллизация воды затрагивает воздушный участок трубы.
Специалисты называют меры, которые помогают избежать замерзания воды, пассивными и активными.
К пассивным мерам относят выбор материала для подводящей трубы. Он обязательно должен отличаться теплоизолирующими свойствами. Труба может быть сделана из полиэтилена, полипропилена или металлопластика. Крайне нежелательно, чтобы трубы были металлическими.
По замерзшему крану нельзя стучать, чтобы не повредить его
Пассивные меры:
- Диаметр подводящей трубы должен быть большим.
- Глубина траншеи должна быть равной средней глубине промерзания грунта в конкретной местности.
- Труба должна правильно наклоняться к скважине.
- Обязательным условием является утепление трубы.
Активный метод предполагает осмотр подземного участка и его устья и удаление пробок изо льда. Лучшая активная защита – использование греющего кабеля. Если в сильные морозы владельцы находятся в доме, необходимо следить за сливом воды несколько раз в день.
Глубина траншеи
Для того, чтобы выяснить, на какую глубину рационально укладывать трубопровод ПНД, требуется принимать во внимание объективные факторы, такие как рыхлость и структура почвы, глубина промерзания в регионе, максимальные температуры в сезон и прочие. По статистике в центральных областях России земля может промёрзнуть до 1,5 м вглубь, на севере – более 2,5 м. Критерии индивидуальны, поэтому лучше копать траншею с запасом.
Главный вопрос — как не разморозить емкость с водой
Один из популярных дедовских методов как не разморозить емкость с водой – это применение бревнышек. Для этого в емкость следует опустить бревнышки. Сегодня вместо таких бревен уже используют обычные бутылки из пластика. Их засыпают песком, закрывают на пробку и оставляют в емкости с водой на всю зиму.
Пластиковые бутылки следует оставлять полупустыми –засыпайте песок только наполовину
Есть ещё один метод как не разморозить емкость с водой. Для этого надо вырыть яму на 2 кубометра. Далее застилаем её в два слоя полиэтиленом. Он должен быть толстым и прочным. В яму опускаем ёмкость с водой и закапываем её. Допускается оставить на поверхности пару сантиметров ёмкости.
На сегодня эти два способа являются самыми распространёнными среди дачников.
Почему трубы замерзают
Риск замерзания воды в трубопроводе существует независимо от материала изготовления. Но в стальных конструкциях активное образование льда начинается раньше, чем в пластиковых. Это связано с высокой теплопроводностью металла, который намного быстрее остывает на морозе.
Так разрывает трубы на морозе
Замерзание воды в трубе наблюдается при температурах от -7°С. Провоцирующие факторы:
- прокладка трубопровода выше уровня промерзания почвы или на открытом воздухе;
- несоблюдение уклона, из-за чего трубы постоянно находятся в наполненном состоянии;
- неправильно функционирующие краны, вентили и клапана, задерживающие отток воды.
Очень неприятное явление — разрыв трубы, которое вызывается расширением воды при переходе из жидкой фазы в твердую. В этом случае приходится заменять поврежденный участок, что в условиях низких температур не самое простое мероприятие.
Причины
Как известно, лучше постараться предотвратить проблему, чем потом искать способы ее устранения. Как отмечают специалисты, чаще всего водопровод замерзает зимой по таким причинам:
- Были допущены ошибки во время проектирования водопроводной системы или монтажа;
- Трубы были проложены недостаточно глубоко под землей. Напомним, что норма – не менее двух метров под грунтом;
- Простои в трубе под землей. Постоянная циркуляция воды обеспечивает их отсутствие, поэтому меньше вероятности того, что жидкость замерзнет;
- Отсутствие теплоизоляции. Не стоит пренебрегать утеплением водопроводных коммуникаций, особенно если вы проживаете в регионах, для которых характерны низкие температуры в зимнее время года;
- Аномальные морозы. Нельзя не упомянуть естественный фактор того, почему может возникнуть такая ситуация: температура воздуха внезапно опустилась до низкой отметки, из–за чего водопроводные коммуникации промерзли, труба замерзла.
Чтобы избежать проблемы в будущем, нужно изначально позаботиться о правильной разработке системы водопровода. Если же трубы в земле все же замерзли, следуйте нижеприведенным инструкциям для их отогрева.
Выбирал пластиковые трубы на зиму на участок — рассказываю какие из них лопаются на морозе, а какие нет
Все, кто хотя бы немного «в теме», понимают, что дача без водопровода — как мужик без… двух золотых рук.
Но кроме рук, нужна еще и золотая голова, дабы определиться с типом нужных материалов, рассчитать их требуемое количество, разобраться, как монтировать и укладывать трубы.
Желательно запастись и золотым «магарычом» (он же «пузырь») для себя и двух друзей-помощников, ибо работа кропотливая, трудоемкая, занимающая много времени.
В этой статье я расскажу, как выбирал трубы себе на участок, чем руководствовался, и к чему пришел в итоге.
Историю прислал читатель блога Андрей.
Внешний обогрев
Безусловно, необходимость разрывать мерзлый грунт, чтобы добраться до трубы, является существенным недостатком данного способа. Однако для тех ситуаций, когда промерзший участок невелик, данный метод имеет право на существование.
Когда траншея раскопана, устанавливается тип материала трубопровода. Для работы с полимерными изделиями можно применять лишь нагревательные приборы электрического типа, выдающие температуру не более 100-100 ℃. Чтобы снизить теплопотери обогревателя и быстрее прогреть участок трубы, место работы покрывают слоем теплоизоляции.
С металлическими трубами процесс оттаивания пробки проходит быстрее, ведь тут можно использовать источник открытого огня – дрова, газовую горелку, паяльную лампу или любые другие приспособления, что, конечно, неприменимо к пластику.
Какие температуры выдерживают ПВХ и ПП трубы
Полипропиленовые трубы, на мой взгляд, самый сбалансированный вариант для водоснабжения дачи. Температура эксплуатации составляет от -200 до -750 С, но не забываем о возможности замерзания воды при нуле.
Поэтому ПП-трубы я рекомендую укладывать в землю ниже глубины промерзания грунта. Обязательно соблюдаем уклон для стока воды из трубы в слив.
Кто-то забыл выключить воду на морозе…
При правильном монтаже производители обещают 50-летний срок службы (но это не точно). Наружное водоснабжение я бы собирал из ПП-труб с добавлением катализатора, который делает их неуязвимыми к ультрафиолету.
Важно! Система из полипропиленовых труб спаивается навсегда, поэтому для организации летнего (разборного) полива не забудьте прикупить фитингов под пайку.
ПВХ-трубы это самый дешевый и ненадежный вариант, что я нашел. Преимуществ нет, за исключением низкой цены, а вот недостатков целый ворох:
- поливинилхлорид разлагается на солнце – становится хрупким и негибким;
- рабочая температура от -150 до +650С;
- качество производства сильно влияет на рабочие характеристики (можно нарваться на откровенное фуфло).
Из вышеперечисленного я понял, что ПВХ — выбор для скупого. А скупой, как мы знаем, платит дважды.
Преимущества профессионального мoнтaжа
В том случае, если вы решите выполнить мoнтaж отопительной или водопроводной системы, то стоит обратиться за квалифицированной помощью мастеров, занимающихся этим на протяжении продолжительного срока.
Специалисты рекомендуют продукцию Флексален для частного строительства. Чтобы проконсультироваться относительно процедуры проведения мoнтaжных работ и стоимости, вы можете связаться с нами по телефону. Замерщик произведет необходимые расчеты и составит проект, в соответствии с которым в дальнейшем и будут производиться дальнейшие мероприятия по обустройству oтoпления или системы вoдoснабжeния .
- Трубы Флексален 600 для создания надежной системы отопления
Инновационные трубы Флексален 600 представляют собой системы с одной или двумя трубами. Они используются для создания отопительных трубопроводов для р… - Трубы в изоляции по новейшей запатентованной технологии Флексален
В 21 веке самое время заботиться об экологии. Сократить выброс углерода в атмосферу можно, сведя к минимуму потерю тепла при выработке тепловой энерги… - Особенности и применение тепломагистралей Флексален
Тепломагистралями называют системы труб, которые применяют в оборудовании отопления, холодного или горячего водоснабжения, а также напорных и канализа… - Трубы в утеплителе «Flexalen»: причины лидерства на российском и международном рынке
Холдинг «Thermaflex» является признанным международным лидером в сфере производства и поставок термоизоляционных материалов, а также предварительно ут… - Создание водопроводных и обогревательных систем: уместны ли трубы Флексален?
Предизолированные трубы Флексален – это изделия, созданные в соответствии с инновационными технологиями. Они широко используются для обустройства труб… - Тепломагистраль (Флексален)
Особенности тепломагистрали Флексален От тепла в доме зависит хорошее самочувствие всех, кто там проживает. И поэтому к обустройству системы отопле… - Трубы Флексален 600: инновационные изделия для различных целей
Трубы для отопления Флексален 600 – это изделия для создания систем отопления. Они поставляются как в однотрубном, так и в двухтрубном исполнении. Сис… - Официальное представительство flexalen
О преимуществах использования тpубопроводов от производителя Flехalеn сказано достаточно многое. Являясь официальным представителем, мы готовы предлож… - Изменение цен на продукцию Флексален с 05.11.2018г.
Информируем о изменении розничного прайс-листа на продукцию Флексален с 05.11.2018г. Изменения коснулись только гибких теплоизолированных тpуб , комп… - Трубы в изоляции Флексален на рынке стран СНГ
Теплоизолированные трубы используются для организации наружных инженерных сетей в городах, небольших населенных пунктах, а также для индивидуальных ко…
Защита ПНД труб от замерзания
ПНД трубы сейчас стали использовать очень активно, в том числе и для водопровода. И, с точки зрения монтажа, такую тенденцию легко объяснить – трубопровод легко уложить, и служить он будет долго. Кроме того, стенки труб из ПНД не обрастают илом (чего, например, нельзя сказать о трубах из металла). Но возникает другая проблема. Это проблема быстрого промерзания труб.
В условиях нашей страны, где морозы привычное явление, важно обязательно защитить ПНД трубы от промерзания. Как же это можно сделать? Используйте саморегулирующийся либо резистивный кабель!
Чем резистивный кабель отличается от саморегулирующего?
- Резистивный кабель – это провод с постоянным сопротивлением (фиксированной погонной мощностью). В этом есть и плюсы, и минусы. С одной стороны, можно быть уверенным, что кабель будет поддерживать мощность по всей длине, обеспечить качественный обогрев прогрева инженерных сооружений даже в экстремальных условиях. С другой стороны, у него есть уязвимое место – это область перехлёста. При перегреве материал кабеля может начать мгновенно разрушаться. Вот почему резистивные кабели нельзя назвать долговечной продукцией.
- Саморегулирующийся кабель – это электропровод, мощность которого меняется в зависимости от температуры вокруг. Никаких уязвимостей – даже в зоне перехлёста нет. Но саморегулирующиеся кабели при этом востребованы далеко не всеми. Многих отпугивает стоимость.
Для северных регионов для защиты ПНД труб от замерзания чаще выбирают резистивные кабели, для южных – саморегулирующие.
Но, чтобы получить нужный результат, и от того, и от другого варианта электропровода, их важно грамотно уложить.