Maalämpöfoorumi
Tekniset kysymykset => Yleistä => Aiheen aloitti: JJ72 - 25.01.19 - klo:08:56
-
Mua on vuosikausia ihmetyttänyt yksi asia, johon en ole saanut vastauksia. Tällä foorumilla on kirjoittajia, joiden oletan olevan kykeneviä perustelemaan fysikaaliset ilmiöt tässä asiassa.
Kyse on siis siitä, että monesti kuulee sanottavan, että varokaa putkianne sään lauhtuessa. Mun mielestä ne putket on jo jäässä kun lauhtuu, ja sulaessaan rikkoutunyt putki vain alkaa vuotamaan kun jää sulaa ja reijästä pääsee valumaan nestettä ulos. Ymmärrän, että sulaessaan jää laajenee ja rikkoo putken, mutta sillon se on jo ollut jäässä alunperinkin.
Mutta olen myös kuullut että esim routa menee syvemmälle sään lauhtuessa kovien pakkasten jälkeen, kuulemma ihan kaivinkoneella huomaa asian talvella kaivellessa. Tai että esimerkiksi jos lattarautaa on toisesta päästä hitsattu ja aletaan sitten jäähdyttämään, pakenee se lämpö toiseen pähän. Pakeneeko se todella sinne nopeammin, kun toisesta päästä jäähdytetään, vai johtuisiko se sinne jäähdyttämättäkin samassa ajassa?
Otetaan esimerkki: 20cm paksu betoniseinä. Ulkona -20 ja sisällä +20. Betoniseinän keskellä menee vesiputki jonka lämpötila on staattisessa tilanteessa aika tarkkaan +-0 jos veden lämmittävää vaikutusta ei oteta huomioon. Vesi saattaa toki tuossa tilanteessa jo jäätyäkkin (tai mennä hileeseen). Mutta jos putki meneekin sisältäpäin katsottuna 8cm syvyydessä ja ulkoa katsoen 12cm syvyydessä, olen sitä mieltä, että putki ei voi jäätyä, jos ulkolämpötila nousee -20 -> +-0:aan. Tämmösiä tilanteita on kuitenkin kuvattu tapahtuvan toistuvasti ja ihan yleisesti tiedossa oleva asia.
Termodynamiikan ensimmäinen pääsääntö sanoo, että lämpöenergia siirtyy aina lämpimästä aineesta kylmempää kohti. Miten voi siis olla, että putket jäätyvät kun lauhtuu? Olen kuullut monta perustetta, mutta tähän asti mikään ei ole vakuuttanut.
Esimerkkitapauksessa huoneilman lämpöenergia lämmittää seinää ja lämpö johtuu seinää pitkin ulkoilmaan ja lämpöenergia edelleen säteilee ulkona ulkoilmaan. Olen kuullut perusteen, että vesijohto pysyy sulana, koska vesiputki saa lämpöä tuosta lämpöliikkeestä joka heikkenee, kun ulkolämpötila nousee äkisti. Massan hitaudesta johtuen tuo lämpöliike ei pysähdy kovinkaan äkisti vaan vasta pidemmällä viiveellä. Ulkona sen ulkoseinän pinnan lämpösäteily vähenee, koska lämpötilaero pienenee. Tulee siis tilanne, jossa mielestäni sinne seinän sisälle pitäisi kohdistua enemmän lämpöä!? Miten se pakkanen tässä kohtaa sitten hiipii sinne rakenteisiin?
Mikä noissa ajatuksissa mättää?
Miksi kuitenkin käytännössä ja kokemusperäisesti useasti se vesiputki jäätyy vasta sään lauhtuessa?
-
Olet oikeassa ja "viisaat" väärässä. ;)
ATS
-
Kiitos ::) Eikö sulla oo muuta sanottavaa :'( :D
-
Olis paljonkin, vastaan sitten kun kerkiän.
ATS
-
Ok, kiva, sitä odotellessa :)
-
Lämpö ja kylmä
Termodynamiikan mukaan kylmää ei ole olemassakaan, on vain lämpöä, enemmän tai vähemmän.
Absoluuttisessa 0-pisteessä -273 C ei ole enää lämpöä.
Kun lämpöä on vähemmän, sanotaan kansanomaisesti että on kylmää.
Lämpö siirtyy aina lämpimästä kohti vähemmän lämmintä (kylmää).
Jäätyminen
+4 C lämpötilassa veden tiheys on suurimmillaan, lämpötilan laskiessa tästä alaspäin alkaa vesi siirtyä kohti jään kidemuotoa, tiheys pienenee ja tilavuus kasvaa.
0 C lämpötilassa vesi jäätyy ja tilavuus kasvaa n. 10 % .
Lämpölaajenemiskertoimia
- Jää 5,4*10-5/C
- Rauta 1,2*10-5/C
- Kupari 1,7 *10-5/C
Vesiputken jäätyminen
Putken lämpötilan laskettua 0 C:een tai sen alapuolelle, alkaa putkessa oleva vesi jäätyä.
Jäätä muodostuu putken seinämälle ja siitä edelleen kerroksittain kohti putken keskustaa. Vaikka jään tilavuus on 10% suurempi kuin jäätyneen veden ei jää aiheuta mitään voimia putken seinämään ”avoimessa” putkistossa (normaali vesijohtoverkko), koska jään lisääntyneen tilavuuden syrjäyttämä vesi pakenee viime kädessä esim. vesitorniin.
Kun vesi loukkuuntuu esim. kahden jäätulpan tai jäätulpan ja kraanan väliin ja tämä loukkuuntunut vesi jäätyy, nousee loukkuuntuneen veden paine voimakkaasti ja mahdollistaa putken vaurioitumisen.
Vuoto tulee ilmi vasta sään lauhtuessa ja jäätulpan sulaessa, kun vesi pääsee sulaneen jäätulpan ohi rikkoutuneeseen putkeen.
Väite: ”Sään lämmetessä lämpenevä jää laajenee ja rikkoo putken”
Jään lämpölaajenemiskerroin on n. kolme kertaa suurempi kuin kuparilla ja n. viisinkertainen verrattuna rautaan.
Kun putkeen on muodostunut jäätulppa, on sen lämpötila n. 0 C. Oletetaan, että putki ja tulppa jäähtyvät -10 C:een lämpötilaan. Koska jäällä on suurempi lämpölaajenemiskerroin kuin metallilla, kutistuu jää enemmän kuin putki ja putken ja jään väliin tulee rako. Sään, putken ja jään lämmetessä tämä rako menee vain kiinni eikä putkeen kohdistu mitään voimia.
Jos tämä rako täyttyy vedellä ja jäätyy, aiheutuu lämpötilan noustessa laajenevasta jäästä voimia putken seinämään.
Lasketaan mitä tapahtuu kun 22 mm kupariputki ja siinä oleva jäätulppa lämpiävät -10 C -> 0 C.
- Jää laajenee 5,4*10-5*10*20 = 0,011 mm
- Kupari laajenee 1,7*10-5*10*20 = 0,003 mm
Erotus on 0,008 mm
Eeli lämmennyt jää venyttää kupariputken halkaisijaa 0,008 mm ja tämän kupariputki taatusti kestää.
Energiakaivo
Edellisen perusteella yksi yhtenäinen jäätulppa ei rutista keruuputkia. Poikkeuksena ns. kuivakaivo, jossa jäätulpan loukkuunnuttama vesi ei pääse pakenemaan kallion halkeamiin.
Jos kahden jäätulpan välissä on ehjää kalliota, niin tässä tapauksessa jäätymisen edetessä loukkuuntuneen veden lisääntynyt tilavuus rutistaa keruuputkia.
Suurimmassa osassa kaivon jäätyminen ei aiheuta ongelmia.
Väite ”Virtaava vesi ei jäädy”
Vesi jäätyy yleensä kun lämpötila laskee 0 C:een.
Myös virtaava vesi jäätyy kun sen lämpötila laskee 0 C:een.
Virtaava vesi ei jäädy niin helposti, koska virtaus tuo jäätymisherkkään kohtaan lämpimämpää vettä esim. syvällä lämpimämmässä maassa olevista putkiston osista.
Väite: ”Seinän sisällä oleva putki jäätyy vasta kun ilma lämpenee”
Jos sisällä on +20 C ja ulkona -20 C ja seinä on tasalaatuinen, on nollalämpötila piste keskellä seinää. Jos seinässä on kerroksia erilaisista lämpöeristeistä, on nollapiste jossain muualla kun keskellä seinää.
On tuo nollapiste missä kohtaa tahansa, se ei ainakaan siirry sisälle päin ulkolämpötilan lämmetessä.
ATS
-
On niin hyvä esitys, että laittaisitko saman myös tänne: http://www.maalampofoorumi.fi/index.php?topic=5292.0
-
Jäätyminen
+4 C lämpötilassa veden tiheys on suurimmillaan, lämpötilan laskiessa tästä alaspäin alkaa vesi siirtyä kohti jään kidemuotoa, tiheys pienenee ja tilavuus kasvaa.
0 C lämpötilassa vesi jäätyy ja tilavuus kasvaa n. 10 % .
Mitenhän veden tai ympäristön ilmanpaine vaikuttaa jäätymiseen?
Veden kiehumisessahän vedenpaine nostaa kiehumislämpötilaa ja ohuempi ilmanpaine alentaa kiehumislämpötilaa,onko jäätymisessä jotain vaikutusta noilla paineilla? ::)
-
Mitenhän veden tai ympäristön ilmanpaine vaikuttaa jäätymiseen?
Paineen nousu pudottaa veden jäätymislämpötilaa, vaikutus on kuitenkin niin pieni, että normaalissa elinympäristössä sillä ei ole merkitystä.
Esim paineen nousu 100 bar:iin laskee veden jäätymislämpötilan n. -3 C:een.
ATS
-
Termodynamiikan mukaan kylmää ei ole olemassakaan, on vain lämpöä, enemmän tai vähemmän.
Sellainen ilmiö maalämpöpumpussa askarruttaa että miksi keruuliuoksen lämpötila vaikuttaa hurjasti lämmitystehoon?
Mellä kun keruuputket on maassa 1,2m:n syvyydessä niin loppukesästä liuoksen lämpötila on yli +10 astetta ja lämpöpumpun tuottama lämmitysteho n 12kw.
Alkuvuodesta kun keruuliuos on nollan alapuolella niin lämmitysteho enää vaivaiset 7kw paikkeilla.
Molemmissa tapauksissa lauhtumislämpötila sama.
Onko paisuntaventtiilissä jotenkin rajoitettu minkäverran höyrystintä voi/saa jäähdyttää vai onko se jokin kylmäaineen ominaisuus mistä tuollainen ilmiö johtuu?
Näyttäisi että keruuliuosta pystyisi jäähdyttämään enemmänkin suuremman lämmitystehon saamiseksi mutta jokin sitä rajoittaa,alimmillaan maahan menevä keruuliuos on -5 asteen paikkeilla kovilla pakkasilla mutta pakkasten lauhduttua nousee johonkin -3 asteen paikkeille.
Lämpö siirtyy aina lämpimästä kohti vähemmän lämmintä (kylmää).
On sellainen ajatus että jos maasta saisi suuremmalla jäähdytysteholla enemmän lämpötehoa niin ainakin tarvittava kompressorin käyntiaika lyhenisi ja siten säästyisi sähköä. ::)
-
Paisuntaventtiili säätää höyrystimeen menevän kylmäainevirtauksen sellaiseksi että keruuliuoksesta saatava lämpömäärä höyrystää kaiken kylmäaineen ja vielä hieman tulistaa sitä.
Lämmin keruuneste kykenee höyrystämään enemmän kylmäainetta kuin kylmä eli kylmäaineen virtaus kasvaa ja teho on verrannollinen virtaukseen.
On sellainen ajatus että jos maasta saisi suuremmalla jäähdytysteholla enemmän lämpötehoa niin ainakin tarvittava kompressorin käyntiaika lyhenisi ja siten säästyisi sähköä
Tämän aikaansaamiseksi pitää suurentaa höyrystintä eli lisätä lämmönvaihtopinta-alaa.
Tässäkin tapauksessa kylmäainevirtaus ja teho kasvaa -> antoteho kasvaa ja käyntiaika pienenee mutta vastaavasti ottotehokin kasvaa.
Lopputulos +/- 0
ATS