Решения против замръзване на тръби

В райони с по-студени климатични условия е обичайна практика през сервизните тръби и плитко разположените тръбопроводи постоянно да се пропуска вода с нисък дебит, за да се предотврати замръзване. Както е известно, когато замръзне, водата увеличава своя обем и ако няма достатъчно свободно пространство за това разширение, тръбата може да се спука. Периодът, през който през тръбите постоянно трябва да протича воден поток в страните с умерен климат, е от началото на ноември до края на март.

Тази практика обаче не е препоръчителна за водоснабдителни дружества, при които капацитетът на източника е ограничен, третирането или доставката са скъпи, или при които обемът на излишните количества отпадъчни води ще повлияе отрицателно върху ефективността и/или разходите за пречистване. Изпомпването и обработката на вода, която ще се пропилее единствено за поддържане на тръбите, изисква енергия и следователно може да излезе скъпо на крайния потребител. Освен това водата, която се използва за поддръжка на тръбите през зимата, често се изпуска в санитарната канализационна система, което води до намаляване времето за контакт, необходимо за ефективно биологично третиране на отпадъчните води.

Съществуват редица възможности, които трябва да бъдат проучени във връзка с намирането на решение за предотвратяване замръзването на водоснабдителните тръби, без това да е свързано с допълнителен разход на вода. Трябва да бъдат анализирани различни аспекти, за да се направи оценка на рентабилността на тези възможности: финансов (намаляване на разходите на общината и собствениците на сградите за капиталови компоненти и операции), екологичен (намаляване на консумацията на водни и енергийни ресурси, редуциране емисиите на парникови газове вследствие понижено потребление на енергия), социален (предотвратяване на аварии в домакинствата и общинската собственост) и други.

В зависимост от местните метеорологични особености и дълбочината на замръзване на почвата, водопроводите често се поставят така, че или да се намират под нивото на замръзване на почвата, или на плитко, с поставена изолация за защита от замръзване. Разходите за монтаж на водопроводните тръби се повишават с увеличаване на дълбочината на заравяне поради по-големите обеми на изкопните работи и/или използването на специализирани строителни методи. Плътността и проводимостта на почвените частици, както и влагосъдържанието, оказват влияние върху общата топлопроводимост на почвата. Например тъй като глинестите почви имат по-висока изолираща способност и в повечето случаи съдържат повече влага от тинестите и песъчливите почви, дълбочината на проникване на замръзването при тях обикновено е по-голяма. Специфичните особености на процеса на топлопренос в почвите са сложни и за да се определи подходящата дълбочина на поставяне на водопроводите, е необходима консултация с квалифициран специалист.

Почистването на снега по пътищата намалява топлоизолацията, която осигурява снежната покривка, а там, където земята се отъпква от трафика, студената влага прониква още по-дълбоко в почвата. Когато местните условия не позволяват по-голяма дълбочина на заравяне на тръбите, то подходът за предотвратяване на замръзването им може да бъде поставяне на термоизолация. Два вида изолация се използват най-често – твърди полистиренови плоскости или полиуретан. Обикновено се изисква твърдите полистиренови плоскости да са с ширина минимум 1,2 м над размера на тръбата. По-малките тръби замръзват по-бързо от по-големите поради намалената специфична и латентна топлина на водата в тръбата. Като алтернативен вариант, при който времето, необходимо на тръбата да замръзне, е увеличено, се предлагат предварително сглобени водопроводи с полиуретаново изолационно покритие. Чрез намаляване на дълбочината на заравяне на водопровода, цената на тези по-скъпи тръби може да бъде компенсирана в определена степен от редуцираните разходи за изкопни работи.

Най-разпространени практики
Риск от замръзване на тръбите възниква, когато температурата на водата в тях падне под 1°C. Препоръчителният дебит за пропускане на вода против замръзване зависи от конфигурацията на водоснабдителната система като цяло и може да варира за различните райони в зависимост от местните условия.

Отворен пускателен кран. Най-простият метод за предотвратяване замръзването на тръбите през зимата в битови условия е пускателният кран да се остави постоянно отворен. Това също така е и най-разточителният метод. Количеството на изразходваната вода може да варира в широки граници в зависимост от това колко силна е струята на водата, която е оставена да тече. Ефективният дебит за предотвратяване на замръзването за всеки сервизен водопровод зависи от редица фактори, включително диаметъра и дължината на тръбите, минималната температура във водопровода и минималната температура на въздуха. Типична сервизна линия с диаметър 19 мм с дължина 10 м може да бъде поддържана при -10°C с дебит на водата от приблизително четири литра в минута.

Ръчен изпускателен вентил. При тази алтернатива в близост до главния вентил за спиране на водата в домакинството към водоснабдителната тръба се поставят Т-образен елемент и вентил, свързани към отточната тръба. За да се предотврати кръстосаното свързване към санитарната канализация, между края на тръбата и преливния ръб на отводнителния канал трябва да има въздушна междина. По този начин може да се отдели определена част от водопровода, по която превантивно да се пропуска водата, а също така и да се контролира колко често да се отваря вентилът. Това ще елиминира необходимостта от пропускане на вода с цел предотвратяване на замръзването през цялата зима в случаите, когато температурите се задържат под 1°C само за няколко седмици.

Автоматичен изпускателен вентил. Автоматичният изпускателен вентил се монтира подобно на ръчния и принципът му на действие се основава на температурата на водата във водопровода. Вентилът включва термично задвижващ се механизъм, който се свива, когато е изложен на по-ниска температура на водата. Това свиване позволява вентилът да се отвори, за да може водата да премине. При повишаване на температурата на водата, протичаща през вентила, термичният материал се разширява и затваря отвора. По този начин студената вода в крайна сметка се източва от системата и се заменя с по-топла вода от захранващия водопровод. Това решение предоставя неелектрическа, термично контролирана система за защита от замръзване. Зададените температурни стойности варират в зависимост от задвижващото устройство, но обикновено са в диапазона от 1,6 до 4,4°C. При тази система е необходимо водата във водопровода да се задържи с температура по-висока от 4,4°C, за да може сервизната линия да се затопли.

Нагревателни кабели
Инсталирането на нагревателни кабели към водопроводите е проста и широко разпространена мярка за предотвратяване на замръзването им през зимата. Методът може да включва или обвиване на тръбата с нагревателна лента в случаите на вече монтирана инсталация, или поставяне на нагревателен кабел в тръба или канал до водопровода. Предлагат се саморегулиращи се нагревателни кабели, които се интегрират в изолацията около сервизната тръба, за да се редуцира енергопотреблението. За ретрофит проекти на пазара са налични продукти, които могат да бъдат монтирани в сервизния водопровод. Недостатъкът на този метод е, че е трудно да се определи ефективността му, докато тръбите не замръзнат. От друга страна, ако управляващият термостат не функционира правилно, консумацията на енергия може да се завиши значително, което да доведе и до съответно увеличаване на разходите.

Рециркулационен метод
Рециркулационната система за защита на водоснабдителните тръби от замръзване изисква използването на рециркулационна помпа в сградата и монтирането на рециркулационна линия обратно към водопровода. Водата достига до помещенията благодарение на водното налягане от главния тръбопровод. На входа на водопровода се инсталира Т-образен елемент, а рециркулационната помпа се монтира на разклонението, по което водата се връща обратно към главния водопровод през отделна линия.

Тази система работи най-добре, когато водата в основния водопровод е подгряна и затопля сервизната линия. За отопляваните домакинства алтернатива на системата за рециркулация е метод на пропускане на водата, улавянето й в резервоар и връщането й във водопровода, позволяващ лесна модернизация на съществуващите услуги. След навлизане в сградата, водата постъпва в задържащия резервоар, където се затопля от околната топлина. При достигане на предварително зададено температурно ниво помпата се включва и изпомпва затоплената вода обратно към сервизната линия и водопровода през възвратен вентил. Цикълът на работа на помпата е приблизително пет минути на час. В случаи на прекъсване на електрозахранването има преливна линия, свързана с отводнителния канал. Тъй като тази система разчита на циркулираща вода между обществените и частните водоснабдителни инсталации, възникването на проблеми, породени от тази взаимосвързаност, е неизбежно.