Как вода не замерзает с помощью чего

10 вопросов про незамерзающий колодец зимой

Главные вопросы зимы – что будет с водой в колодце, какие могут возникнуть проблемы и как их решать. И самое важное – как сделать так, чтобы они не возникали.

Ответы на эти вопросы дал нам многолетний опыт круглогодичной жизни и работы питомника и его трех колодцев (не считая скважины и открытых водоёмов).

1. Что нужно знать о воде и колодцах зимой?

Гарантированная глубина без промерзания у нас примерно от 150см. Слой земли ниже имеет постоянную положительную температуру. На этом основано использование тепловых насосов и непромерзающих заглубленных экотеплиц.

Родники на глубине от полутора метров и ниже кажутся летом ледяными, на самом деле они также имеют низкую положительную температуру. Родники и реки с быстрым течением не замерзают даже при выходе на поверхность.

Поэтому в колодце на песок с хорошим дебетом вода не замерзнет даже в сильные морозы и без укрытия. Со средним – может образоваться корка льда, но дебет воды будет достаточен для отбора по трубам. Вода в колодце на песок со слабым дебетом и в колодце на глину зимой не замерзает. Но если промерзнут стенки колодца, вода из жилы зимой просто не сможет попасть в колодец. До весны.

2. Какая температура воды в колодце зимой?

Низкая положительная. Примерно 2-5С

3. Как сделать, чтобы вода в колодце не замерзала зимой?

При обустройстве колодца следует утеплить верхние кольца над поверхностью земли и в земле на глубину до метра, а также крышку. Глубинного тепла почвы и воды обычно бывает достаточно, чтобы исключить промерзание. Если скорость поступления воды небольшая, следует позаботится о том, чтобы в колодце был достаточный уровень воды и при заборе не оголялись стенки на уровне водяной жилы. В этом случае при сильном морозе и плохом утеплении грунт может промерзнуть от стенок колодца и перекрыть пусть воде. Как обеспечить достаточный объем воды в колодце с небольшим дебетом, подробно описано в статье Если в колодце мало воды.

Снегом можно укрывать не только розы, но и колодцы

4. В колодце ушла вода зимой. Почему и что делать?

Вода в подземных источниках зимой не замерзает (п.1). Если источник воды замерзает зимой – значит, он проходит выше полутора метров от поверхности почвы и это не жила (родник), а грунтовые воды – верховодка. Так как вода и грунт ниже полутора метров имеет положительные температуры, стенки колодца и грунт рядом могут промерзнуть и не пускать воду в колодец только если в сильный мороз выкачали много воды из неукрытого колодца (п.3)

5. Зимой упал уровень воды в колодце. Почему?

Частный случай п.4. Либо колодец с верховодкой, либо дебет слабый и колодец надо утеплять как описано выше. Хорошая жила или жила в утепленном колодце сохраняют уровень воды примерно одинаковым на протяжении всего года.

Большой колодец на глине утеплен пенополистеролом – крышка и верхнее кольцо

6. Как разморозить колодец?

Не обязательно ждать весны – хватит глубинного тепла почвы. Если колодец не утеплен, достаточно хорошенько укрыть его (хотя бы завалить слоем снега). Нам ускорить этот процесс помогла самая обычная лампочка накаливания (не энергосберегающая!). Провод с патроном и горящей лампочкой опустили в промерзший колодец. За несколько дней тепло от лампочки плюс глубинное тепло решили проблему.

7. Если в колодце зимой кончилась вода, сколько она будет набираться?

В подземных родниках вода есть круглый год (п.1). Если она не набирается, потому что промерзли стенки колодца и грунт – поступление воды возобновится, как только они оттают.

9. Нужно ли разбивать лёд, если он образовался в колодце?

Встречный вопрос – зачем? Если вы все еще носите воду ведром – увы, придется. В противном случае смысла нет. Кольцам, вопреки расхожему мнению, ничего не будет – лёд выдавит вверх. И незачем лезть в источник питьевой воды с нестерильными ломами и топорами. Разве что лёд после выкачки воды замерз на самом дне и теперь не пускает воду из жилы в шахту колодца. Но тогда разумнее нагреть несколько ведер воды и вылить на замерзшее дно.

10. Чем лучше утеплять колодец?

Эструдированный пенополистирол (розовый) – он хорошо гнётся, толщина подходящая, цена адекватная. Если у колодца пластиковая крышка, её изнутри можно задуть монтажной пеной. Сейчас в продаже появились утеплители в виде баллонов с пеной – они прилипают к бетону без щелей, но цены еще кусаются. Пенопласт не советую – он неприятно крошится. Даже если не попадет в воду, собирать их по участку занятие не из приятных. Есть и приятная новость – функционал современного колодца сделал ненужным верхнее кольцо над землей. А это значит, что вопрос утепления как стенок, так и крышки значительно упростился.

Спасибо за внимание. Пора выпить чашку ароматного чая. Из того самого незамерзающего колодца…

Источник

Физики доказали, что вода может существовать в нескольких жидких состояниях

ТАСС, 19 ноября. Американские ученые впервые получили переохлажденную воду, которая не замерзает при температуре –68 °С. Ее изучение позволило доказать, что вода на самом деле состоит как минимум из двух разных типов жидкости, обладающих разными физическими свойствами. Статью с описанием исследования опубликовал научный журнал Science.

«Пытаясь объяснить некоторые аномальные свойства воды при помощи расчетов на суперкомпьютерах, теоретики еще 30 лет назад предположили, что жидкая вода может существовать в двух разных состояниях. Эта противоречивая гипотеза была одним из самых важных вопросов в химии и физике воды, который не удавалось долго решить», – рассказал один из авторов исследования, профессор Городского университета Нью-Йорка (США) Николас Джовамбаттиста.

Долгое время ученые считали, что у воды есть лишь одно жидкое состояние. Эти представления начали меняться на рубеже веков, когда ученые обнаружили, что пространственная структура и некоторые физические свойства молекул воды зависят от того, в какую стороны «повернуты спины атомов водорода», а также раскрыли различия в химических свойствах двух подобных пространственных форм молекул воды, параводы и ортводы.

Аналогичным образом ученые при проведении экспериментов с водой, охлажденной до сверхнизких температур, предположили, что вода может существовать в жидком виде в двух разных формах, фазовых состояниях, обладающих сравнительно низкой и высокой плотностью. Трудности с их отделением друг от друга породили массу споров о том, существуют ли эти состояния в реальности или только в теории.

Скрытое многообразие форм воды

Эти проблемы, как объясняет профессор Джовамбаттиста, связаны с тем, что теория предсказывает, что вода будет находиться в двух четко отделимых фазовых формах только при сверхнизких температурах (около –60 °С), при которых она находится в так называемом переохлажденном виде.

Как правило, воду можно удерживать в жидком состоянии при температурах, не превышающих –48 °С, если удалить из нее все примеси и охлаждать ее очень быстро. В теории вода может оставаться жидкостью и при более низких температурах, составляющих около минус 70 градусов Цельсия, однако добиться этого крайне сложно.

Американские физики решили эту проблему, не охлаждая воду, а особым образом нагревая аморфный лед высокой плотности при помощи инфракрасного лазера, способного вырабатывать очень мощные, но при этом сверхкороткие импульсы теплового излучения.

Данные вспышки света были настолько непродолжительными, что плотность образца воды не менялась при таянии льда, что впервые позволило ученым увидеть то, как формируется вода высокой плотности и проследить за ее превращением — фазовым переходом — в воду легкой плотности, подсвечивая растаявший лед при помощи рентгеновского лазера.

Эти наблюдения подтвердили, что оба типа жидкостей обладают разными свойствами, а также показали, что плотная вода была примерно на 20% тяжелее, чем ее легкая разновидность. При определенных условиях, как показывают расчеты Джовамбаттисты и его коллег, обе формы переохлажденной воды не будут смешиваться друг с другом. Иными словами они будут взаимодействовать примерно так же, как обычная вода и масло, формирующие два четких слоя, если их налить в один и тот же сосуд.

«Пока не понятно, как присутствие двух типов воды будет влиять на поведение различных растворов и реакций между ними, в том числе и внутри живых организмов. Это толкает нас на проведение новых экспериментов с этими фазовыми состояниями жидкой воды», — подытожил профессор.

Источник

Вода, которая никогда не замерзает

Сделать кубики льда очень просто: берем обычный пластиковый лоток для кубиков льда, наполняем его водой и ставим в морозильник. Вскоре вода кристаллизуется и превращается в лед. Если проанализировать структуру кристаллов льда, мы увидим, что молекулы воды расположены в виде правильных решетчатых структур. В воде же, напротив, молекулы расположены не в строгом порядке, хоть и близко друг к другу: иначе вода не могла бы течь.

А что, если бы вода никогда не превращалась в лед? И возможно ли это?

«Стеклянная» вода

Группа физиков и химиков из Швейцарской высшей технической школы Цюриха (ETH Zurich) и Цюрихского университета во главе с профессорами Раффаэле Мецценга (Raffaele Mezzenga) и Эхудом Ландау (Ehud Landau) нашла необычный способ, который мешает воде кристаллизоваться, сообщается на сайте ETH. При экстремальных минусовых температурах – даже при -263 градусах по Цельсию – вода сохраняет характеристики жидкости.

По порядку – о поиске нового метода. На первом этапе исследователи разработали и синтезировали новый класс липидов (молекул жира) для создания новой формы «мягкой» биологической субстанции, известной как липидная мезофаза. Мезофазой называется агрегатное состояние вещества, промежуточное между жидкостью и твердым телом. Самый известный пример мезофазы – желатин. В этом материале липиды самопроизвольно собираются и объединяются, образуя мембраны, которые ведут себя так же, как молекулы натурального жира. Эти мембраны затем формируют сети соединенных каналов диаметром менее одного нанометра. Температура и количество воды, а также новая структура разработанных липидных молекул определяют структуру, которую принимает липидная мезофаза.

Затем воду смешали с липидной мезофазой. Используя жидкий гелий, исследователи смогли охладить липидную мезофазу, состоящую из химически модифицированного моноацилглицерина, до температуры -263 градуса по Цельсию (что всего на 10 градусов выше абсолютного «нуля»), и кристаллы льда не образовались. При этой температуре вода стала «стеклообразной», что исследователи смогли продемонстрировать и подтвердить при моделировании. В отличие от пластикового лотка для кубиков льда с крупными «лунками», в узких каналах липидной мезофазы нет места для образования кристаллов льда, поэтому вода остается беспорядочной даже при экстремальных минусовых температурах. Липиды тоже не замерзают. Результаты исследования этого необычного поведения воды, когда она заключена в липидную мезофазу, были описаны в статье, опубликованной в журнале Nature Nanotechnology.

«Ключевым фактором является соотношение липидов и воды», – объясняет профессор Раффаэле Мецценга из Лаборатории пищевых и мягких материалов в ETH Zurich. Соответственно, именно содержание воды в смеси определяет температуру, при которой изменяется геометрия мезофазы. Если, например, смесь содержит 12% воды, структура мезофазы будет переходить при температуре около -15 градусов Цельсия из кубической решетки в пластинчатую структуру.

Естественный «антифриз» для бактерий

«Что делает разработку этих липидов настолько сложной, так это их синтез и очистка», – говорит Эхуд Ландау, профессор химии в Цюрихском университете. Так происходит потому, что молекулы липидов состоят из двух частей: одна является гидрофобной (отталкивает воду), а другая – гидрофильной (наоборот, притягивает воду). С ними чрезвычайно сложно работать, отмечает ученый.

Мягкий биоматериал, образованный из липидных мембран и воды, имеет сложную структуру, которая сводит к минимуму контакт воды с гидрофобными частями и максимизирует ее взаимодействие с гидрофильными частями.

Исследователи смоделировали новый класс липидов на мембранах определенных бактерий. Эти бактерии также вырабатывают особый класс самоорганизующихся липидов, которые могут естественным образом ограничивать количество воды в их внутреннем пространстве, позволяя микроорганизмам выживать в очень холодных условиях.

У нового класса тоже есть свой хитрый механизм. Новизна этих липидов заключается в том, что молекулы гидрофобных частей липидов образуют маленькие кольца, которые создают необходимую «кривизну» для образования крошечных водяных каналов и предотвращают кристаллизацию липидов.

Мягкая материя для исследований

Для чего понадобятся липидные мезофазы, которые не дают воде замерзнуть? Главным образом, они будут служить инструментом для других исследователей. Например, для биологов, которые изучают структуру и функции крупных биомолекул, таких как белки или крупные молекулярные комплексы. Обычно такие образцы помещают в быстро охлажденную воду, чтобы сохранить их и в дальнейшем изучить. Но как только они превращаются в ледяные кристаллы, разрушаются их мембраны и важные составляющие молекул.

Существует метод витрификации – «стеклования» живых клеток. В криобиологии этот термин используют для обозначения метода сверхбыстрого замораживания живых образцов. Криопротекторный раствор, в котором находятся живые объекты, не кристаллизуется при охлаждении, а переходит в стекловидное состояние. Этот метод активно используют при криоэлектронной микроскопии, которая помогает изучить структуры биомеолекул в растворах. Новый способ, который использует липидные мезофазы, может стать альтернативой при подобных исследованиях.

«Наше исследование прокладывает путь для будущих проектов, чтобы определить, как белки могут сохраняться в своей первоначальной форме и взаимодействовать с липидными мембранами при очень низких температурах», – говорит профессор Швейцарской высшей технической школы Цюриха.

Источник

Как вода не замерзает с помощью чего

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

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 http://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.

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

Источник