居民住宅自来水管道防冻的研究

俞宙

【摘 要】去年冬季，中国华东区域出现大面积长时间极端低温气候，出现了较大面积的居民住宅小区水管冻结、冻裂现象，极大的影响了住宅小区的正常供水，并造成了水资源的大量流逝。为避免再次遭遇低温所造成的自来水供水管道冻结以及水管冻结而引起的冻裂问题，从这次事件中吸取经验教训，必须认真分析低温对居民小区住宅供水的影响，并及时进行相应的防冻措施，从根本上消除隐患，避免相似事件的再次发生。

【关键词】住宅小区；水道；防冻

0 导言

居民住宅小区的供水管道在遇到极端低温气候（外界环境平均温度低于0°C）时，如无相应的防冻保暖包扎或采取其他应急措施，极易结冰。同时，夜间平均气温更低，加之供水管道内的水由于少人使用，缺乏流动性，更成为供水管道冻结的多发时段，出现居民住户一觉醒来却发现无水可用的窘境。在这种情况下，认真分析居民小区供水管道夜间冻结的原因，及相应的防冻保暖措施的效果，对于极端低温下的供水管道冻结防治有着相当积极的意义。

1 夜间低温对居民小区供水管道的影响分析

1.1 夜间低温对包扎处理过的居民小区管道算式建立

根据经验，我们知道一般越细的供水管道，越容易结冰，成为防冻包扎的薄弱缓急。那么通过公式，我们可以看出，在单位长度下，管道厚度不明显变化的前提下，将供水管道本身视为绝热层，随着管道外径D0的增加，绝热层外径D1也会相应增加，而热损失量缺反而会减少。同时，结冰所需要的热量随着管道内半径r的增加而增加。同样的条件下，供水管道冻结时间随管道内半径r急剧增加。以最不利管段DN20口径为例，目前，上海地区主要采取的防冻保暖材料多为黑色NBR/PVC橡胶B1级发泡海绵管，厚度为0.9cm。以管长1米的DN20口径钢塑复合管，管道内半径r=0.01m，单位管道长度取h=1m。

单位长度（1m）的DN20供水管道结冰完全需要的热量Q熔=106KJ。水结冰后体积会进行一定的膨胀，膨胀体积约为原体积的1/10，那么管道内10/11的水结冰，管道就可视为冻结，所需热量Q冻=96KJ。

1.2 夜间低温对经过防冻包扎处理过的居民小区管道的影响分析

可见完好的防冻包扎，可以有效的缓急居民小区管道冻结的现象，在极速降温的情况下，平均气温要低于-11.2°C才会导致管道冻结。同时环境温度低于零度时，温度越高，管道结冰需要的时间也就越长。

1.3 夜间低温对未经过防冻包扎处理过的居民小区管道的影响分析

对未经过防冻包扎处理过的小区，同以DN20为例，视其管道为绝热层，查表取λ铸铁=66，λPPR=0.24，钢塑复合管/ppr管厚度δ=3*10-3m，管道换热面积S=π·D1·h=0.082 m2代入公式1，计算可得未经过包扎的1m长DN20钢塑复合管道单位时间换热量为：

Q/T0=2.4KJ/（°C·h）；未经过包扎的1m长DN20的PPR管道单位时间换热量为Q/T0=2.4KJ/（°C·h）。不同材质的供水管道对管道换人的影响微乎其微，未经过包扎的管道热损失量约是经过包扎供水管道的2.3倍。

2 结冰对居民住宅小区管道的影响分析

2.1 结冰对居民住宅小区管道的影响

根据大量的报修记录显示，在去年冬季小区水管报修中，由于结冰造成二次停水占据了相当高的比例，各种应结冰造成的水管，水表冻裂，接头冻开而导致相关单位不得不应急关闭居民供水等待专业人员的抢修。

2.2 结冰对居民住宅小区管道的影响的成因

水结冰后体积会进行一定的膨胀，膨胀产生的压力约为960～2000kg/cm2，常用供水管道的承压等级为16 kg/cm2。显而易见，想通过改变管道材质，提高相应物理性能，消除水结冰后膨胀对居民住宅小区管道的影响是不可行的。

3 结论与建议

3.1 上海市目前采取的黑色NBR/PVC橡胶B1级发泡海绵管已经可以有效的应对寒潮的突然侵袭，在寒潮来临之际为应急抢险工作预留出宝贵的时间。但在长时间低温侵袭的情况下，尤其长时间平均气温跌破冰点不能及时回暖的情况下，管道依然在不停的进行热量流失这一行为，防冻包扎并不能根治该问题，仍要采取例如进行水体流动，辅助供热等其他措施防止管道完全冻结。同时，上述计算结果是指供水管道完全冻结所需要的温度，一旦环境温度跌破零度，随着跌破冰点时间的逐步增长，供水管道很可能出现部分结冰的情况。

3.2 本次计算结果是在包扎完好的不透风条件下得出，实际操作中门窗未关好，管道贴着墙壁，弯头，阀门或其他供水配件处包扎松散、裸露等都会影响到结果，大大的增加管道的热量流失速率，使得完全解冻时间大大提前。建议上述位置加厚绝热层，极端气温来临前应加强上述部位的巡视工作，避免防冻包扎老化或其他原因造成的裸露，应适当增加绝热层厚度或及时采取其他辅助手段，确保管道处门窗完好密闭。DN20管道作为管道的末梢，居民用水在供水管道的时间也相对最长，当环境温度低于冰点时，当水流到达该处时已经损失了一部分的热量，在实际情况中，-11.2°C的极限温度只能作为参考值，在寒潮来袭之际，切不可因此掉以轻心，保持水的流通，避免水在低于冰点的环境下滞留过程时间能有效的避免水管冻结。

3.3 目前无法解决管道结冰造成的物理形变，但选用弹性系数较大的管材能缓解管道冻结所造成形变导致的冻裂现象。同时，在寒潮来临之际，提醒居民睡前放掉部分管道存水，也能极大的避免这一情况的发生。

3.4 现在采取的防冻保暖包扎能有效的缓解突发性低温侵袭对供水管网的影响，但是对于长时间大范围的寒冷天气，目前的防冻措施只能起到延缓供水管道冻结的作用，却无法从根本上解决这一现象的发生，应对此类情况建立应急预案。对供水管道进行供热改造或采取集中式供暖或许能成为根治水管冻结的有效手段。或者，越细的管道越容易结冰的同时，也就意味着越是大口径的管道同样也是越不容易结冰，同时大管道中水的停留时间也相对较短，受环境的影响相对较小，在遭遇长时间低温情况下，停止使用小口径的供水管道末端，采用集中式大口径管网区域供水或许也是一种应急思路。

【参考文献】

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[2]全国民用建筑设计技术措施——给水排水[Z].

[3] 孔祥瑞，梁丽敏.管道及设备保温层厚度浅析[J].暖通空调HV&AC2005年第35卷增刊：338-341[Z].

[责任编辑：杨玉洁]