При каком давлении не замерзает вода в водопроводе

Содержание статьи

Какая температура замерзания воды под давлением и для чего это необходимо знать?

Замерзает ли?

foto18847-2 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.

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
	0,1
-1	1
-2	30
-3	40
-4	50
-5	60
-10	110
-22	210

Как происходит процесс?

foto18847-3 Снижение температуры замерзания при увеличении давления имеет физическое обоснование.

Пресная жидкость при замерзании расширяется примерно на 10%. У соленой морской воды расширение будет меньшим, но оно все равно происходит.

Поэтому, когда внешнее давление растет, то температура замерзания снижается. Суть процесса замерзания состоит в кристаллизации воды.

Но в отличие от других жидкостей, вязкость воды при увеличении давления уменьшается. Что и обусловило более медленные процессы кристаллизации.

Это объясняется структурными особенностями молекул и некоторыми механизмами взаимодействия между ними. Для того, чтобы процесс начался, нужен центр кристаллизации, состоящий из нескольких десятков молекул.

В природных условиях пресная вода всегда содержит примеси — пылинки, молекулы соли и т.д. Все они могут стать центрами кристаллизации, поэтому процесс будет протекать быстрее, чем при тех же условиях, но в очищенной воде в лабораторных условиях.

Каково давление замерзающей жидкости?

Давление замерзающей воды обусловлено тем, что происходит ее расширение. Однако давление она оказывает и в жидком виде, просто при отрицательных температурах оно увеличивается примерно на 10%.

Как влияет тип воды?

foto18847-4 Дистиллированная влага в принципе замерзает медленнее даже при нормальном атмосферном давлении. В отличие от других видов пресной воды, она не содержит сторонних примесей.

В ней отсутствуют ядра кристаллизации, и поэтому она замерзает только при очень низких температурах — эксперименты показали, что при -42°С.

Физики называют такую жидкость переохлажденной. Любопытно, что если постучать по сосуду с такой дистиллированной водой, она практически моментально превратится в лед.

В лабораторных условиях проводились эксперименты, при которых давление увеличивали до очень высоких значений, так что дистиллят замерзал только при -70°С.

Наличие любых примесей, в том числе и тех, что находятся в минеральной воде, повышает температуру замерзания, даже, если прочие условия остаются теми же.

Что касается остальных растворов, то здесь, помимо давления, важную роль играет еще и плотность — например, у соленой воды она намного выше.

Но при этом при отрицательных температурах частицы соли как бы выталкиваются. И если растопить многолетний морской лед, то окажется, что он состоит из пресной воды, даже пригодной для питья.

Применение знаний в быту человека

foto18847-5 В основном сведения о температуре замерзания воды нужны тем, кто сталкивается с прокладкой водопровода.

Как правило, ее замерзание в таких случаях проходит не на подземном участке трубы, а над поверхностью почвы, и далее идет процесс кристаллизации уже в наземном участке.

Чтобы этого не происходило, поскольку замерзание и расширение воды выводит из строя всю систему и нарушает целостность труб, принимают активные и пассивные меры — от утепления трубы до специально обустроенной системы обогрева.

Но очень важно с самого начала правильно сделать расчеты, подбирая производительность оборудования и диаметр труб таким образом, чтобы создать такое давление, при котором вода не будет замерзать при климатических условиях, характерных для этого региона.

Сведения об этих показателях и их соотношениях также нужны тем, кто занимается прокладкой отопительных систем. Важны они и для автомобилистов, которым приходится часто сталкиваться с замерзанием жидкости в радиаторе.

Заключение

Температура замерзания воды под давлением — вопрос более сложный, чем могло бы показаться на первый взгляд. Иногда даже в быту для ее расчета нужно применять громоздкие формулы или готовые таблицы соотношений.

А какова Ваша оценка данной статье?

Источник

Отрицательные температуры и угроза замерзания воды в дачном водопроводе

И вот, начались отрицательные температуры. Сегодня под утро обещают до -3, и уже сейчас на термометре 0.

Выпал снег, и появилась угроза замерзания воды в садовом водопроводе:

Компостная куча и деревья в снегу:

Ветви ели и электрические провода в снегу:

Все сливают воду из летних водопроводов. Я пока не слил, и на то у меня есть две причины — побудительная и рассудительная. Побудительная — не хочется несколько дней до намеченного отъезда в город пользоваться холодным рукомойником. А рассудительная причина объясняет, почему этого можно действительно не делать.

Начну с того, что на даче я живу только в тёплое время года, когда температуры воздуха исключительно положительные. Дом у меня хотя и утеплённый, но по своим теплоизоляционным характеристикам не предназначен для зимнего проживания. Да, он утеплён слоями пенопласта и фольгированной изоляцией, но это утепление недостаточно для существенных температурных минусов. Поэтому и с водопроводом я особенно не стал заморачиваться. Погружной насос в колодце накачивает воду в гидроаккумулятор, находящийся в неотапливаемом хозблоке, по трубе ПНД диаметром 32 мм, а раздача на восемь точек на участке идёт трубами ПНД диаметром 25 мм. Трубы, где они не мешают, лежат прямо на поверхности земли, а в других местах просто слегка углублены в грунт.

Из школьного курса физики я точно знаю, что точка перехода воды из жидкого состояния в твёрдое находится на отметке 0 градусов. Но что-то мне подсказывало, что температура замерзания воды в трубе будет немного ниже. Чётко объяснить причину такого ощущения я не мог, и полез в Интернет, чтобы узнать точно, при какой температуре вода в трубах реально замерзает. И действительно, я нашёл информацию, что для замерзания воды в трубе нужны температуры -5 — -7 градусов, стоящие в течение несколько дней! Не знаю, насколько это правда, но это означало, что, по крайней мере, одну ночь при температуре -3 водопровод точно должен выдержать.

То, что чёрная пластиковая труба ПНД идёт в верхнем плодородном слое земли, в котором продолжают происходить процессы гниения с непременным выделением тепла, внушает мне дополнительный оптимизм. Ну и, наконец, я особенно ничем не рискую — труба ПНД переносит достаточное количество циклов замерзания-оттаивания воды в ней. Максимум что может произойти — ослабнут фитинги, но их всегда можно подкрутить. Гидроаккумулятор стоит хоть в неотапливаемом, но закрытом помещении, что тоже должно способствовать его защите от небольшого минуса. В общем, я решил пока что воду не сливать. Хотя тревожат закрытые шаровые краны, те, что на улице. Пожалуй, это единственное слабое место. Если они не переживут ночь, придётся думать дальше. Но эксперимент есть эксперимент. Завтра отпишусь о результатах (если будет время в перерывах между проливами труб кипятком )))

P.S.: Знаю ещё, что не замерзает текущая вода. Видимо потому, что не успевает выстроится кристаллическая решётка. Ну и если речь о водопроводе, то новые порции воды всегда на несколько градусов теплее нуля. Так, на дне колодца температура воды около +4 градусов. Так что при экстремальном минусе можно немного приоткрыть краники на концах раздаточных водопроводных линий. Главное, чтобы вода в колодце не кончилась )))

А вот статическое давление на температуру замерзания влияет очень слабо. Так, чтобы точку замерзания сместить на 1 градус ниже нуля, нужно 130 атмосфер. В водопроводе же всего около 3 атмосфер. Так что часто встречающийся в Интернете и безбожно растиражированный бред про незамерзающие из-за давления колонки в деревнях — полная чушь. В колонке выше глубины промерзания грунта воды просто нет. Она там появляется только при нажатии на рычаг, и стекает обратно при его отпускании. Чтобы убедиться в этом, достаточно посчитать количество времени, проходящее между нажатием на рычаг и появлением из колонки воды, или просто изучить конструкцию колонки в Интернете.

UPD 18.10.2014 18:10:

Отчитываюсь. Ночью было -1,5 градуса.

Трубы ПНД диаметром 32 и 25 мм, проложенные просто по земле, а также слега присыпанные землёй не замёрзли. То же и с трубами рядом со стенами неотапливаемых помещений, расположенных у меня до высоты 150 см. То есть трубы ПНД никакие не замёрзли нигде несмотря на полное отсутствие в них движения воды.
Закрытые шаровые краны 15 мм (1/2″) замёрзли, но их не порвало. Очень быстро оттаили после полива их сверху горячей водой.
Узкие гибкие подводки и керамические краны рукомойника замёрзли, но тоже быстро оттаили после полива их сверху горячей водой.
Гидроаккумулятор 50 литров в неотапливаемом помещении не замёрз.
Температура в 30-литровом бойлере, установленном в неотапливаемом душе, за ночь упала с 75 до 45 градусов.

Таким образом констатирую, что несмотря на критичную температуру -1,5 градуса, система выдержала. А вот на участке catslover ситуация иная. Там труба ПНД 25 мм, проложенная в 2 метрах над землёй не замёрзла, а такая же труба, проложенная по забору в 50-80 см над землёй — замёрзла. Возможно, в полуметре над землёй температура ниже, чем на высоте 2 метров, а у самой земли температура снова поднимается за счёт выделения тепла из недр, тепла, накопленного за день, а также за счёт выделения тепла в процессе гниения органики в плодородном слое.

Сейчас температура держится у отметки -0,5 градусов. Ещё утром все шаровые краны и краны уличного умывальника я немножко приоткрыл, чтобы из них тоненькой струйкой сочилась вода. За день они не замёрзли. Надеюсь, что в таком режиме они переживут и ночь. Расход воды небольшой, колодец опустошиться не должен. О том, как система переживёт вторую ночь отрицательных температур, отпишусь завтра.

UPD 19.10.2014 02:10:

В общем, эксперимент пришлось прервать из-за отсутствия достаточного количества воды в колодце )))

У меня из 8 точек разбора воды 7 находятся на улице. Поскольку они все были приоткрыты во избежание порчи шаровых кранов, то за день они высосали у меня весь колодец! Осень была довольно сухая, и дебет колодца сейчас весьма низок. В итоге я слил таки всю воду из системы и вытащил насос.

В следующем году думаю докупить 15 метров ПНД 25 мм и пару шаровых, и разделить всю свою систему на 2 части — дом и всё остальное. При минусах буду сливать всё, кроме линии на дом. Если 7 струек выкачали колодец за 10 часов, то одна струйка выкачает его за 3 дня. Возможно, в этом случае дебет колодца будет достаточным для того, чтобы он успевал восполнять выкаченное. Вот так )

UPD 19.10.2014 17:10:

Интересное наблюдение. Ночью было -7,5 градусов. На бочках лёд около 2 сантиметров, причём и сверху, и на стенках. А вот на дне нет! Значит, тепло от земли идёт. Стало быть, правильно я водопровод по земле проложил, а не по забору. А ведь хотел по забору…

Источник

незамерзающий водопровод на даче

Решил сделать так чтобы водопроводом на даче можно было пользоваться и зимой.

С точки зрения стойкости к замерзанию водопровод условно делится на 3 участка. И везде свои способы борьбы за незамерзаемость.

1.Источник водоснабжения (колодец или скважина)

2 Трубопровод до дома

3 Ввод в дом

У меня скважина с погружным насосом на глубине около 20м. Замерзания здесь нет по определению.

На втором участке либо прокладывают трубу в траншею с глубиной не менее глубины промерзания грунта(1.5 м в подмосковье) или прокладывают неглубоко или даже по верху, но с возможностью после закачки воды в дом, сливаться воде из труб обратно в источник.

Для этого нужно прокладывать трубы с небольшим уклоном в сторону источника, ну и принять меры, чтобы обратный клапан(у кого есть) не мешал этому процессу.

Еще один способ фигурирует на многих сайтах. Никто его никогда не использовал, но почему то пропагандируют, переписывая друг у друга. Вот он.

«Если врезать в водопровод небольшой ресивер и до отъезда с дачи нагнетать в него давление, равное 3-5 атмосферам, то вода в трубах не будет замерзать. Чтобы привести систему в рабочее состояние, требуется только стравить данное давление».

Да, точка замерзания воды понижается с увеличением давления. Но насколько? Оказывается, только на 1 град. при возрастании давления на 300атм. При таком давлении водопровод не замерзнет от холода потому, что он не выдержит подобного давления и взорвется.

При давлении же 5-10атм вода как замерзала так и будет замерзать при 0ºC сколько бы об этом не писали в инете. В чем то эти заклинания напоминают Чумака заряжавшего воду в программах телевидения. Но человеку можно что то внушить, вода же будет замерзать как обычно сколько бы её не заклинать.

Третий участок заслуживает более подробного описания. Трубопровод проложен на достаточной глубине и не промерзает там, но при входе в подвал имеется проблемный участок водопровода, который проходит через зону отрицательных температур.

Труба водопровода поднимается здесь из траншеи (1.5м), проходит холодный подвал

(еще 2-3м) и попадает в жилую зону. Длина этого проблемного участка водопровода составляет 3-5 М.

Этот участок даже при очень хорошей теплоизоляции, но сильных морозах и при отсутствии регулярного во дозабора может замерзнуть. Значит, для этого участка нужна теплоизоляция и небольшой подогрев для гарантии. Надо понимать, что теплоизоляция просто увеличивает время промерзания, но не предотвращает его.

Кроме того, в доме могут быть водоводы и накопительные емкости для воды, расположенные в неотапливаемом помещении, которые тоже требуют теплоизоляции и подогрева.

Как предохранить эти проблемные участки водопровода от промерзания?

Рассмотрим случай, когда водопровод постоянно заполнен водой и часть его находится в зоне отрицательных температур.

Вода в трубе на проблемном участке отдаёт свое тепло окружающему пространству. Температура её при этом понижается и при достижении 0 ºC она замерзает. Чтобы этого не случилось надо :

1. Создать хорошую теплоизоляцию вокруг трубы (только на проблемном участке), чтобы свести теплоотдачу к минимуму и уменьшить расход энергии на подогрев. Но при любой теплоизоляции энергопотери останутся, просто величина их снизится до приемлемого уровня.

2. Подвести к этому участку трубы (или к воде в трубе) тепловую энергию не меньшую по величине, чем величина энергопотерь. Это достаточное условия незамерзания.

Если бы по трубе постоянно протекала вода из источника, то она с собой приносила бы тепловую энергию, которая в принципе, могла бы компенсировать теплопотери.

Но на практике не бывает постоянного водоразбора в течение суток. Ночью краны закрыты и вода в трубе стоит. Так что зимние ночи самое опасное время с т.з. замерзания водопровода.

Какую же мощность требуется подвести к трубе диаметром 20-25мм, чтобы исключить замерзание воды. Считается что при хорошей теплоизоляции в средней полосе России достаточно подвести 7-10вт на каждый метр трубы. Если участок трубы, склонный к замерзанию составляет 5 м, то требуется всего 50вт.

Для расчета величины теплопотерь можно использовать калькулятор https://www.promizol.com/calculator/

Для подвода тепла компенсирующего теплопотери обычно предлагается использовать греющий кабель. Греющий кабель который везде рекламируют предназначен совсем для других целей, поэтому стоит немалых денег и потребляет много энергии(неэкономичен). А электроэнергия сейчас дорогая.

А нам требуется всего 50-70вт. Для решения этой задачи решено было использовать недорогие, экономные и безопасные греющие секции совместно с термоизоляцией трубопровода.

Безопасные в смысле невозможности поражения электрическим током, поскольку используется низкое безопасное напряжение.

Секции экономные так как при их разработке руководствовались принципом разумной достаточности — подавать столько энергии сколько необходимо на проблемном участке. Длина трубопровода обогреваемая одной секцией от 2м до 8м. Стандартная удельная мощность секций 10вт/м

Секция на трубе обернута алюминиевым скотчем и заключена в теплоизоляционную оболочку.

Адаптер питания для секций.

Более подробная информация, где приобрести и толковые советы по устройству незамерзающего водопровода https://oselok.narod.ru/

Источник

Незамерзающий водопровод на даче без подогрева

Проводить выходные на даче не только летом, но и зимой, хотели бы многие. Утеплить и обогреть дачный дом сейчас не сложно. Огромное количество материалов и технологий позволяют практически любой дом сделать зимним. И хочется не только тепла, но и всего того, к чему мы привыкли в городе: горячей воды, канализации, нормального туалета, душа. Для летнего дома сейчас предлагают много автономных систем, обеспечивающих работу водопровода и канализации. А как быть зимой? Вода в мороз замерзает и разрывает всё, где она осталась.

Если расходы на постоянное отопление вас не пугают, и вы готовы поддерживать в доме плюсовую температуру круглый год, всё будет работать. Хотя остается вопрос — что будет с водой в мороз при отключении электричества? А такое в любом загородном поселке бывает достаточно часто. Можно поставить резервный дизель генератор, автоматически включающийся при пропадании напряжения в сети. Однако реализовать это уже не так просто и совсем не дёшево! Не говоря уже о необходимости выделить отдельное помещение под такую домашнюю электростанцию, обслуживать ее и хранить запасы солярки.

А если не хочется постоянно платить за отопление дома в котором зимой редко кто живет?

Когда передо мной встал этот вопрос, я полез искать ответ в Интернет, но толкового решения так и не нашёл. Большинство сайтов предлагали использовать для зимнего водопровода греющий кабель, внутри или снаружи трубы. Но у меня опять возникли два вопроса:

1) Значит нужно будет греть водопроводные трубы электрическим кабелем всю зиму?

2) Что будет, если электричество отключится хотя бы на день?

Я не планировал жить на даче зимой постоянно, а хотел приезжать лишь иногда, на выходные. Вариант с подогревом дома или самих труб мне не нравился из-за постоянных расходов на электричество! Как же быть? Не хотелось всё время греть то, что нужно лишь иногда. Тогда, чтобы найти решение этой задачи, я решил сформулировать свои основные требования:

· Мне нужна система водоснабжения, не требующая подогрева в моё отсутствие.

· Система должна быть проста и экономична.

· Она должна быстро включаться в рабочее состояние.

· Она должна легко и просто выключаться, когда я уезжаю, и не боятся промерзания.

Оказалось, что решить все эти задачи совсем не сложно. Главное, обеспечить полный и быстрый слив воды из всей системы водоснабжения. Несколько придуманных мною хитростей не стоящих больших материальных затрат и стандартное оборудование позволили реализовать идею такого водоснабжения, не нуждающегося в резервном электропитании и постоянном подогреве.

Вот уже 10 лет, как я использую свой водопровод круглый год.

Фрагмент моего дачного туалета

За это время он обрёл много дополнительных усовершенствований, но рассказать обо всех в одной статье просто невозможно. По этому начну с главного, благодаря чему эта идея смогла реализоваться.

Рассмотрим схему устройства простейшего незамерзающего водопровода с холодной водой:

Холодный всесезонный водопровод

Самое важное:

1. Насос должен находиться под водой, ниже уровня ее промерзания.

Если у вас скважина, вас эта проблема не беспокоит.

Если у вас колодец, используем погружной насос (мощность его должна быть достаточна для поднятия воды на нужную высоту и обеспечение требуемого давления в системе водопровода). Насос, находящийся на дне колодца, не должен оказаться в области промерзания, что зависит от уровня и глубины воды в колодце. В противном случае необходимо утеплить колодец и на всякий случай подвести к насосу греющий кабель для его разморозки в сильные морозы. Водопроводная труба от колодца к дому должна быть проложена ниже глубины возможного промерзания грунта для вашего региона. На вводе трубы в дом в нее на всякий случай также можно установить греющий кабель.

2. Чтобы водопровод в доме не боялся промерзания, он должен быстро и легко сливаться.

Начиная монтаж водопровода нужно выбрать самую низкую начальную точку (обычно это место ввода водопроводной трубы из колодца в дом) и установить в этом месте кран для слива водопроводной воды из системы в канализацию. От этой точки разводим трубы далее с постоянным небольшим уклоном вверх. Для стекания воды из всей системы водоснабжения к этой точке достаточно уклона в 1…3 градуса. Главное, при разводке водопровода не допускать перепадов вниз и вверх, в которых вода при сливе может задержаться.

2. Необходимо слить остатки воды в колодец, минуя обратный клапан.

Параллельно обратному клапану делаем кран, открывая который сливаем остатки воды обратно в колодец. Это делается для того, чтобы остатки воды в системе не заморозили сам обратный клапан и не вывели его из строя.

Кроме этих важных особенностей конструкция водопровода должна иметь расширительный бак (устанавливать строго вертикально!) и реле давления с манометром, примерно такого вида:

Теперь приезжая в мороз на дачу, остается просто включить насос и можно пользоваться водой. Покидая дачу, необходимо слить всю воду из системы водоснабжения. Для этого нужно выполнить несколько простых действий:

— отключить греющий кабель на вводе в дом (если был включен)

— выключить насос

— открыть слив в канализацию

— через 1…2 минуты открыть слив в колодец

— подождать 5 минут и закрыть оба сливных крана.

Теперь, в вашей водопроводной системе не осталось воды, и она не боится промерзания.

Для чего нужны греющие кабели?

В очень сильный мороз после запуска водопровода вода может начать замерзать в трубах непрогретого дома. Также нужно заглянуть в колодец и, если ваш насос всё же замёрз, перед включением его стоит отогреть.

Греющий кабель на вводе в дом может выполнять ещё одну важную функцию. Зимой из-за перепада температур на улице и в доме на трубах водопровода образуется конденсат. Чтобы избежать этой проблемы, необходимо оборачивать трубы в теплоизоляцию

и время проживания зимой оставлять греющий кабель на вводе в дом включенным .

Надеюсь мой опыт будет полезен тем, кто хочет улучшить свои условия дачной жизни, не обременяя себя большими затратами. У меня остается еще много секретов, которые я с удовольствием буду раскрывать вам в дальнейшем. Подписывайтесь на канал, пробуйте реализовать мои идеи и рассказывайте о своих.

Источник