(ungewolltes) Einfrieren von wasserführenden Leitungssystemen

Geschichte der Sanitär-, Heizungs-, Klima- und Solartechnik
Abkürzungen im SHK-Handwerk
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fehlerhafte Dämmung in der Abseite Rohrleitungen in frostgefährdetem Dachdrempel Während der Dauerfrostperioden mit Nachttemperaturen unter -15 °C und Tageshöchstwerte von -5 °C frieren immer wieder Trinkwasser- und Heizungsleitungen, aber auch Solarleitungen, ein. Die VDI-Richtlinie 2069 - Einfrierschutz von wasserführenden Leitungen – ist für die Planung, den Bau, das Betreiben und das Instandhalten von wasserführenden Systemen in frostgefährdeten Bereichen anzuwenden. Das Einfrieren ist ein langsamer Prozess, der zur Bildung eines Eispfropfens führt. Erst wenn dadurch keine Fließbewegung mehr möglich ist, friert die Leitung auf der gesamten Länge ein. Besonders kritisch ist das Einfrieren von Leitungen von zwei Seiten oder in abgesperrten Leitunggsabschnitten. Hier entstehen hohe Drücke im noch flüssigem Medium, die weit über den zulässigen Nenndrücken der Anlagenteile liegen, und zum Platzen der Rohre und besonders von Verbindungsstellen führen können. Jedes Einfrieren setzt aber eine längere Stagnation des Wassers voraus. Wenn wasserführende Leitungen durch außenluftbelüfteten Abseiten hinter den Kniestöcken verlegt werden, so sind diese Leitungen besonders gefährdet. Fehlerhafte Rohrdämmung führt zu dem Einfrieren von 2 Seiten. Aber Leitungen, die gleichmäßig einfrieren, sind in vielen Fällen nach der Frostperiode noch unbeschädigt.

Druckzunahme in Wasserleitung durch Eisbildung

Das Diagramm zeigt die Druckzunahme in einer abgesperrten wassergefüllten Leitung (entweder durch Absperrung durch Armaturen oder beidseitiges Einfrieren) bei der "Umwandlung" von Wasser in Eis. Die gelbe Linie beschreibt den Druckverlauf ohne Berücksichtigung der elastischen Eigenschaften des Rohrmaterials. Wird das elastische Verhalten berücksichtigt, so ist der Druckanstieg etwas geringer als am Beispiel für zwei unterschiedliche Kupferrohrabmessungen berechnet. Die ebenfalls eingezeichneten Berstdrücke sind aus den Materialkennwerten für Kupfer berechnet.

Druckzunahme in Wasserleitung durch Eisbildung Quelle: Dr.-Ing. Thorsten Pfullmann

Hartgelötetes Kupferrohr, unter Frosteinwirkung gedehnt und aufgerissen. Die Steckverbindung hat gehalten, nur das Rohr nicht Laborversuch mit Pressfittingsystem aus Kupfer: nach lokalem Einfrieren des wassergefüllten Rohres (kleines Bild) ist die Verbindung aus der ursprünglichen Lage bis über den O-Ring in dem Fitting vom Rohrende geschoben worden. Laborversuch mit Pressfittingsystem für Mehrschichtverbundrohr: Nach lokalem Einfrieren ist das Rohr von der Stützhülse bis zum Dichtungsring geschoben worden. Laborversuch mit Mehrschichtverbundrohr: Bei Frosteinwirkung links und rechts von der abgebildeten Stelle platzt das Rohr immer an der Schweißnaht des Aluminiummantels. Quelle: Dr.-Ing. Thorsten Pfullmann Eissäule, entstanden durch einen noch tropfenden Wasserhahn in einer Waschküche Guss gibt eben zuerst nach

Hier ein ausführlicher Bericht > Frosteinwirkung auf wasserführende Leitungssysteme

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"Blitzeis"

Wenn Wasser zu Eis gefriert, dann dehnt es sich aus und vergrößert sein Volumen. Gleichzeitig nimmt seine Dichte ab. Deswegen ist Eis bei gleichem Volumen leichter als Wasser. Eis ist neben dem flüssigen und gasförmigen  der 3. Aggregatzustand von Wasser und bildet sich bei Normaldruck, Anwesenheit von Kristallisationskeimen und einer Temperatur niedriger als 0 °C (Schmelz- bzw. Gefrierpunkt). Reines Wasser gefriert erst bei -46 °C. Durch eine Erschütterung und/oder Verschmutzung friert das unterkühlte Wasser schlagartig ein. Diese Phänomen kennt man auch unter dem Begriff "Blitzeis", wenn z. B. unterkühltes Regenwasser auf die Straße aufschlägt und sich dort eine Eisschicht bildet. Es kann vorkommen, dass Leitungen zufrieren, wenn schlecht oder nichtgedämmte Leitungsteile schon in den Minusbereich (< 0 °C) abgekühlt sind, aber auf Grund der Fließgeschwindigkeit das vorbeifließende Wasser noch nicht gefroren ist. Durch das Abschalten oder dem Ausfall der Pumpe kommt das Wasser zum Stillstand. Durch die plötzliche Eisbildung entstehen sehr hohe Drücke in der Rohrleitung. Hier wirkt das Rohr evtl. wie eine Einfriermanschette.

Wasser gefriert beim Abkühlen nicht immer genau bei 0 °C, vielmehr schmilzt Eis unter Normalbedingungen bei dieser Temperatur, welche korrekterweise als Schmelzpunkt und nicht Gefrierpunkt bezeichnet werden sollte. Denn zum Gefrieren muss sich eine große Anzahl Wassermoleküle zu einem sogenannten Eisembryo organisieren. Die Mindestanzahl an Molekülen, die nötig ist, bis das Mini-Eiskristall stabil ist und von selber weiter wachsen kann beträgt bei minus 5 ^C etwa 50.000 und selbst bei minus 20 °C müssen sich immer noch mehrere hundert Moleküle zufällig anordnen, damit daraus ein Eiskristall wachsen kann. Erst unterhalb von minus 23 °C kann unter natürlichen Bedingungen selbst reinstes Wasser nicht mehr flüssig sein. Durch feste Oberflächen werden die Eisembryonen jedoch stabilisiert, so dass die Eisbildung in der Regel bereits bei höheren Temperaturen einsetzt. Besonders gefährlich ist das sogenannte Blitzeis. Dabei handelt es sich um unterkühlte Regentropfen mit einer Temperatur unter 0 °C, die beim Kontakt mit beispielsweise dem Straßenbelag sofort gefrieren, denn durch den Kontakt mit dem Asphalt bzw. Kopfsteinpflaster anderen Gegenständen können sich ganz plötzlich Eiskristalle bilden, die in den Regentropfen noch nicht stabil waren. Der Begriff "Blitzeis" existiert innerhalb der Meteorologie übrigens offiziell gar nicht, man spricht allgemein von Glatteis.

Flüssiges Wasser bei minus 46 Grad Anna Heise - Deutsche Physikalische Gesellschaft e.V. Blitzeis - Wie entsteht das gefürchtete Wetterphänomen? Tim Staeger, tagesschau.de - Norddeutscher Rundfunk

Frostschutzmaßnahmen in nicht ständig oder selten genutze Gebäuden

Immer wieder stellt sich die Frage, welche Maßnahmen getroffen werden müssen, um ein Einfrieren wassergefüllter Bauteile (Wasserleitungen, Geruchsverschlüsse [Siphone], WC-Schüssel, aber auch oberirdische Regenzisternen, Regentonnen, Gartenschläuche, Hochdruckreiniger und Teichpumpen) in nicht ständig oder selten genutze Gebäuden (leerstehende Wohnhäuser, Ferienhäuser) zu verhindern. Wenn das Gebäude nicht genutzt wird und eine Heizung nicht in Betrieb gesetzt werden soll, dann ist die sicherste Möglichkeit das Wasser aus allen wasserführenden bzw. wassergefüllten Bauteilen (Heizung, allen Wasserleitungen, den Geräten (WW-Speicher), Spülkästen, WC-Schalen und Geruchsverschlüsse [Sifone]) zu entleeren.

Hierbei müssen einige Dinge beachtet werden. - Wasserheizungsanlagen wird man nie vollständig entleeren und auch nicht mit Druckluft ausblasen können. Deshalb kann es sinnvoll sein, die Anlagen mit einem Wasser-Frostschutzmittel-Gemisch zu füllen, das regelmäßig überprüft werden muss. - Wenn die Trinkwasserleitungen mit Gefälle verlegt sind, kann das Wasser an der tiefsten Stelle abgelassen werden. Wobei die Leitungen an der obersten Stelle belüftet werden müssen. Sicherer ist es, die Leitungen mit Druckluft auszublasen. In Trinkwasserleitungen aus Metall bestehen hier korrosive und hygienische Probleme. Solche Anlagen müssen bei der Wiederinbetriebnahme gespült und beprobt werden. - Bei elektrischen Trinkwassererwärmer muss vor der Entleerung die Stromversorgung unterbrochen werden, damit der Heizstab nicht durchbrennt. - Bodenabläufe, WC-Schalen und Urinale können mit einem Lappen ausgetrocknet werden. Besser ist eine Zugabe von Frostschutzmittel oder Salz in das Wasser. Wobei eine Salzzugabe sehr unsicher ist. - Geruchsverschlüsse an Waschbecken, Dusch- und Badewannen kann die Wasservorlage am Bauteil entleert  werden. Aber auch hier sind die Maßnahmen, die bei den WC-Schalen angewendet werden, vorzuziehen. Natürlich dürfen diese gefüllten Geruchsverschlüsse nicht gespült werden. - Entleerte Geruchsverschlüsse lassen die Gase aus dem Abwasserssystem in das Gebäude, was zu erheblichen Geruchsproblemen führen kann. Besonders in eingerichteten Gebäuden sollte man diese Methode nicht anwenden, da die Gerüche sich in der Einrchtung festsetzen können. Über das Eindringen von Ungeziefer wird auch berichtet. Für diese Zwecke werden inzwischen Trockensiphone angeboten, die aber meistens nur für Brennwertgeräte, Erdwärmetauscher oder an Kühlregister von Klimaanlagen geeignet sind.

Wird ein Gebäude immer wieder regelmäßig genutzt (z. B. Wochenendhaus), dann sollte die Heizung auf "Frostschutz" betrieben werden. Dabei muss bei der Temperaturwahl darauf geachtet werden, dass die Räume über Raumthermostate geregelt werden, da z. B. in einem nach Süden ausgerichtetem Raum mit Raumthermostat (Referenzraum) zur Regelung des ganzen Hauses eingesetzt wird, noch Plusgrade sein können, während Räume, die nach Norden ausgerichtet sind, bereits Minusgrade auftreten können. Hier sollte die Systemtemperatur so niedrig wie möglich eingestellt werden und die Umwälzpumpe darf nicht automatisch abgeschaltet werden. Außerdem sollte man überlegen, ob es nicht sinnvoller ist, die Anlage mit einen Wasser-Frostschutzmittel-Gemisch zu füllen, wenn das Haus nichtg regelmäßig überwacht wird, da dann bei einem unbemerkten Heizungsausfall die Probleme wie in einem nicht beheizten Gebäude auftreten können. Eine Fachfirma, die diese Anlage einstellt, sollte sich einen sog. "Frostbrief" unterschreiben lassen.

Heizbänder, Heizkabel Quelle: eltherm   Funktion selbstregelnder Heizbänder Quelle: eltherm Heizband - Heizkabel Selbstregulierende Heizleitungen bestehen aus zwei parallelen Versorgungsleitern, eingebettet in ein vernetztes und mit Kohlenstoffteilchen dotiertes Kunststoff-Heizelement (Matrix). Steigt die Temperatur im Betrieb, so dehnt sich der Kunststoff durch molekulare Expansion aus. Die Verbindung zwischen den Kohlestoffteilchen verringert sich. Der Widerstand steigt und die Leistung sinkt. Bei Abkühlung kehrt sich dieser Prozess um. Der Widerstand sinkt und die Leistung steigt. So passt sich die Heizleistung an jeder Stelle individuell an den Wärmebedarf an. Diese physikalische Eigenschaft, die angegebenen Temperaturen nicht zu überschreiten, ermöglicht es, selbstregulierende Heizleitungen auch über Kreuz zu verlegen und auf einen Temperaturbegrenzer zu verzichten. Vorteile des selbstregulierenden Heizkabels: Selbstregulierend Leistungsanpassend Verschiedene Temperaturbereiche Bedarfsorientierte Abstufung Chemische Beständigkeit Von der Rolle abschneidbar Diese Heizbänder werden hauptsächlich zum Frostschutz und zur Temperaturhaltung eingesetzt. Elektroheizungen eltherm Elektrowärmetechnik GmbH Beheizungssysteme Prema-Service GmbH

Gewolltes Einfrieren von Rohrleitungen

Quelle: Rothenberger Zum Wechseln eines Schiebers, erneuern defekter Bauteile oder Erweiterungsarbeiten kann oder muss nicht immer das Wasser abgelassen werden. Hier ist der Einsatz von Einfriergeräten sinnvoll. >>> mehr <<<   Einfriergeräte - Fa. Rems Bedienungsanleitug Fa. Rems Einfrierarbeiten Quelle: Rems

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