Испытания подтверждают неглубокое заглубление экранированных водопроводов
Барри А. Кутермарш
Исследовательская и инженерная лаборатория холодных регионов, Ганновер, NH
Классическое эмпирическое правило, позволяющее избежать повреждения водопровода холодной погодой, заключается в том, чтобы «закапывать его глубоко». Если водопроводные линии расположены ниже самого низкого уровня проникновения промерзания — от пяти до шести футов или более во многих регионах с холодным климатом — они должны быть защищены от замерзания.
С современной строительной техникой это может быть достаточно просто. Но иногда это не адекватное решение. Основная проблема возникает, когда коренная порода находится близко к поверхности или где водопроводная труба должна пересекать какую-либо другую инженерную сеть, а подстилающая порода затрудняет копание глубже или требует взрывных работ.
Еще одну проблему создают водопроводы, которые должны проходить через экологически чувствительные районы, такие как болота. Нарушение глубокого копания может быть запрещено.
Неглубокое заглубление линий с экранированной трубой может быть одним ответом
В Норвегии и других холодных регионах Европы подходы к закладке инженерных коммуникаций гораздо менее консервативны, чем в США. Даже здесь, дома, многие департаменты водоснабжения холодных регионов пришли к своим собственным выводам о практичности неглубокой закладки экранированной трубы, и в настоящее время подписка на практику.
Однако в целом инженеров пока не устраивает идея изолированного неглубокого захоронения. Им нужны достоверные данные, а не эмпирические истории из «реального опыта». Эти данные предоставляет Исследовательская и инженерная лаборатория холодных регионов Инженерного корпуса армии США (CRREL).
Рассмотрены преимущества неглубокого захоронения
Исследователи CRREL считают, что технология неглубокого захоронения полезна для строительной отрасли США и муниципальных органов власти, которым она служит.
Если можно разработать надежную процедуру изоляции водопроводных линий, чтобы предотвратить их замерзание, можно ускорить монтаж инженерных сетей, сэкономив время и трудозатраты. Более мелкие канавы также позволяют избежать затрат времени и средств на укрепление, которое требуется OSHA, когда раскопки достигают определенной глубины.
CRREL инициирует проект по защите от замерзания
Исследовательская и инженерная лаборатория в Ганновере, штат Нью-Гемпшир, предложила проект, состоящий из нескольких частей, чтобы продемонстрировать концепцию изоляции водопроводных линий для их защиты от замерзания.
Во-первых, существующая компьютерная программа конечных элементов, разработанная CRREL и Университетом Нью-Гемпшира, будет оптимизирована и протестирована. Программа конечных элементов позволяет разработчику моделировать различные конфигурации изоляции и выполнять расчеты типа «что, если» в зависимости от ожидаемой температуры и состояния почвы. Прелесть программы заключается в возможности дизайнера изменять и настраивать множество возможных параметров и видеть результат.
Во-вторых, будет разработана и установлена соответствующая конструкция изоляционного экрана. В качестве изоляционного материала CRREL выбрал экструдированный полистирол, материал, с которым лаборатория уже работала ранее в различных проектах для холодных регионов. Экструдированный полистирол прочен (доступен с прочностью на сжатие до 100 фунтов на квадратный дюйм), легкий, обладает высокой устойчивостью к проникновению влаги и легко режется для установки. Он предлагает отличное значение теплового сопротивления (значение R) 5,4 на дюйм толщины при 40 F.
CRREL хотел разработать проект в рамках программы исследований повышения производительности строительных работ (CPAR) Корпуса инженеров. CPAR требует, чтобы промышленный партнер разделял расходы и управлял аспектом плана по передаче технологий.
CRREL сотрудничает с городом и производителем
В качестве партнера CRREL объединилась с водоканалом города Берлина, штат Нью-Гемпшир, где должно было проводиться полевое исследование.
Третьим партнером в уравнении была компания Owens Corning, производитель пенопластовой изоляции из экструдированного полистирола.
Компания Owens Corning предоставила изоляционные материалы Foamular и предоставила технические рекомендации по их размещению в рамках плана. Берлинская водопроводная станция предоставила испытательные полигоны, выкопала и проложила новую трубу и изоляцию.
Испытательные полигоны включали систему водоснабжения на коренных породах
Берлин, штат Нью-Гемпшир, — это город с населением около 12 000 человек, расположенный в Белых горах, более холодном регионе, чем штаб-квартира CRREL в Ганновере, штат Нью-Гэмпшир. Это был отличный испытательный полигон и по другой причине: город построен на скале очень близко к поверхности и местами фактически ломает поверхность.
Сначала берлинская водопроводная компания обратилась в CRREL за консультацией по проблемам с замерзанием устаревшей системы водоснабжения, состоящей из небольших оцинкованных труб диаметром от 2 до 6 дюймов.
Поскольку в различных районах города должен был быть проведен ряд модификаций трубопроводов в соответствии с требованиями Агентства по охране окружающей среды, испытания можно было провести с небольшими дополнительными затратами на строительство.
Тупиковая улица на склоне холма, выбранная для основного полигона
CRREL выбрала тупиковую улицу на склоне холма в качестве основного полигона. Тупик предлагал особенно строгие условия испытаний, так как не было сквозного потока воды с последующей передачей тепла в почву. Новый 8-дюймовый экранированный водопровод был спроектирован и затем построен. Он контролировался с помощью ряда размещений термопар в течение трех зим.
Конструкция экрана была разработана консервативно в течение первого года с 6-дюймовым слоем изоляции из экструдированного полистирола Owens Corning Foamular в форме перевернутой буквы U вокруг 8-дюймовой трубы из ковкого чугуна. Стороны U были 2 фута в высоту и простирались даже до или чуть ниже нижней части трубы, которая находилась на глубине 5 футов.
Общая ширина щита составляла 4 фута. Foamular поставлялся в виде досок толщиной 2 дюйма и размером 4 x 8 футов, которые легко отрезались или разрезались по размеру на месте.
В течение второго года также были установлены термопары для измерения температуры в неэкранированной трубе для дальнейшего подтверждения численной модели.
Наконец, в течение третьего года была разработана и установлена вторая конструкция щита на другой улице. Конструкция была преднамеренно более агрессивной, на этот раз труба была размещена на высоте 3,5 фута с 4-дюймовым экраном, окружающим ее. Эта тестовая установка контролировалась термопарами в течение зимнего периода, и снова была установлена хорошая корреляция между теоретической и фактической температурой. данные
Результаты показывают, что возможен даже более тонкий экран.
Дизайнеры могут анализировать результаты, прежде чем копать
Завершенный проект занял около 3,5 лет от начала до конца. Его достижения включали проверку способности технологии конечных элементов CRREL точно моделировать подземный тепловой поток.
Дизайнеры могут применять любые параметры, которые им нравятся, а также наблюдать и анализировать результаты на экране, прежде чем приступать к определенному курсу действий.
Второй вывод, который следует сделать из испытаний, заключается в том, что разработка системы водопровода выгодна для экономии средств и простоты строительства, а не просто для того, чтобы копать глубже. В целом исследования показали, что защита от замерзания является эффективной и жизнеспособной альтернативой там, где это экономически целесообразно.
Используя конечный анализ и технологию изоляции из экструдированного полистирола, экран можно спроектировать в соответствии с конкретными критериями объекта. Преимуществом для строительной отрасли, муниципальных органов власти и граждан, которых они обслуживают, является итоговая экономия средств. Налогоплательщики платят меньше; налоговые доллары экономятся.
Об авторе: Барри А. Кутермарш начал свою карьеру в CRREL в качестве студента кооператива.
В 1976 году он пришел на борт на полный рабочий день, работая сначала в инженерно-техническом отделе, а затем в исследовательском отделе. Его первым крупным проектом была инфракрасная съемка крыш. В 1987 Кутермарш был удостоен премии Министерства армии за исследования и разработки. Кутермарш сейчас работает инженером-строителем в Отделе прикладных исследований Научно-технического управления CRREL. Считая себя универсалом, он участвовал во множестве увлекательных проектов. Заканчивая эту программу защиты от мороза, он уже переходит к новому проекту, касающемуся высокопрочных +композитов.
Под редакцией Джойс Юнгклаус, редактора Public Works Online
Как уберечь мелкие водоводы от замерзания
Одним холодным зимним утром вы можете проснуться от звука разрыва водопроводных труб! Ваш дом теперь официально без водопровода. Вероятная причина – замерзшие водопроводные трубы.
Предотвратить замерзание труб зимой не так сложно, как может показаться.
С помощью простых и быстрых профилактических мер ваша вода будет оставаться горячей круглый год!
Замерзают ли подземные водопроводные трубы?
Знайте, что если температура наружного воздуха опустится ниже точки замерзания (32 градуса по Фаренгейту), есть вероятность, что ваши водопроводные трубы и септическая система могут замерзнуть.
Здесь, в Грузии, не так уж много дней бывает морозная погода.
Но это не значит, что у нас не бывает НИ ОДНОГО дня с очень холодной погодой, которая иногда может опускаться ниже нуля. Все мы знаем (или должны знать), что когда температура опускается ниже 32 градусов, мы должны защитить трубы в наших домах, которые подвергаются воздействию холода.
Как глубоко закапывать водопроводные трубы, чтобы предотвратить замерзание
Общая глубина подземных водопроводных труб составляет 12 дюймов ниже линии промерзания в зависимости от вашего конкретного географического района. Но если вы действительно хотите предотвратить их замерзание, мы рекомендуем вам закопать их на глубину от 5 до 6 футов.
Это глубокое захоронение должно удерживать их значительно ниже линии промерзания и не допускать замерзания.
Конечно, добавление других средств защиты, упомянутых ниже, также может добавить дополнительные уровни защиты.
4 совета о том, как защитить водопроводные линии от замерзания
Вот 4 отличных способа защитить водопроводные линии от замерзания в холодные зимние месяцы.
- Изоляция — после размещения труб водопровода в глубокой траншеи накройте ее изоляцией из пенопласта или полистирола и толстой полиэтиленовой пленкой. Вы также можете использовать землю в качестве изоляции, но она может быть не так эффективна, как изоляция из пенопласта и полиэтиленовая пленка. Если вы используете почву, обязательно упакуйте ее и сделайте ее максимально компактной.
- Закройте ворота гаража — если ваши водопроводные трубы проходят вдоль стен или под вашим гаражом, держите гаражные ворота закрытыми во время очень низких температур, это поможет сохранить тепло в гараже, что, в свою очередь, поможет защитить эти водопроводные линии.
- Использование нагревательных кабелей — поговорите со своим сантехником об использовании нагревательных кабелей для предотвращения замерзания водопроводных труб
- Водопроводные краны — старый прием заключается в том, чтобы открыть кран (все, что вам нужно — это струйка), который находится дальше всего от водонагревателя и оставьте его включенным. Это заставляет воду течь по водопроводным трубам в вашем доме и помогает предотвратить замерзание стоячей воды.
Как разморозить замерзшие трубы под землей?
Для оттаивания труб, замерзших под землей, требуется немного работы и некоторое оборудование. Для этого необходимо вскопать землю и обнажить замерзшую трубу, перерезать эту трубу и подавать в эту трубу шланг с горячей водой, чтобы помочь оттаять.
Мы рекомендуем обратиться к профессиональному сантехнику для этого проекта, так как объем работы велик, и вам может понадобиться раскопать огромную площадь, чтобы найти все участки трубы, которые замерзли.