Sind Ihre Tanks winterfest?
Wie aktives Umwälzen Eisschäden in Wassertanks verhindert
Einleitung
Der Winter hält auf der nördlichen Hemisphäre Einzug, und die Wasserversorger rüsten sich für den Kampf gegen die Kälte und deren Auswirkungen auf ihre Verteilungsnetze. Rohrbrüche und Versorgungsausfälle halten Wartungsteams und Betreiber auf Trab. Wassertanks erhalten möglicherweise nicht die Aufmerksamkeit, die sie benötigen. Monatliche Inspektionen finden möglicherweise nicht wie geplant statt. Mit dem Herannahen des Winters sinken die Temperaturen außerhalb des Wassertanks. In einem nicht durchmischten Wassertank bricht die thermische Schichtung zusammen. Die warme obere Schicht kann auf den Boden des Tanks absinken, während die kalte Schicht nach oben steigt und dabei Sedimente vom Boden mitreißt, was die Wasserqualität beeinträchtigt. Wenn die Temperaturen weiter sinken, kann sich sowohl innerhalb als auch außerhalb des Tanks Eis bilden. In diesem Beitrag schauen wir uns an, was im Winter mit Wassertanks geschieht und wie Sie Ihre Tanks schützen können.Winter in Wassertanks
Wo sich Eis bildet
Alle oberirdischen Wassertanks in kalten Klimazonen sind frostgefährdet. Sie sind den Witterungseinflüssen ausgesetzt, wodurch Wind und Kälte die Wärme aus dem Wasser im Tank schnell ableiten. Insbesondere erhöht aufgestellte Tanks sind anfällig für Eisbildung.Kragen (oder „Ice Donuts“)
Wenn die Lufttemperaturen sinken, bildet sich zunächst an den Seiten des Tanks, die dem Befüllungs- und Entleerungszyklus ausgesetzt sind, Eis. Mit jedem Zyklus steigender und fallender Wasserstände kann sich eine weitere Eisschicht bilden. Diese Eiskragen werden sehr dick und schwer, was Auswirkungen auf die Integrität des Tanks hat.Treibeis
Je nach Betrieb des Tanks kann sich eine Schicht aus schwimmendem Eis bilden. Die Dicke nimmt bei anhaltender Kälte und stehendem Wasser im Tank zu.Entlüftungen und Überläufe
Entlüftungsöffnungen dienen dazu, je nach Füllzyklus Luft in den Tank hinein- und aus ihm herausströmen zu lassen. Überläufe leiten Wasser ab, wenn der Tank zu voll wird. Die Gitter vor den Entlüftungsöffnungen und Überläufen, die im Sommer das Eindringen von Insekten verhindern, können durch Eis verstopft werden, wodurch der Luft- und Wasserfluss eingeschränkt oder unterbunden wird. Langsam undichte Überläufe führen dazu, dass sich an der Außenseite des Tanks Eis bildet.Tankschäden durch Eis
Praktisch gesehen verringert sich durch die Eisbildung in einem Tank dessen Speichervolumen. Dies hat Auswirkungen auf die Trinkwasserversorgung und die Löschwasserreserven. Die durch Eis verursachten Sachschäden können erheblich sein und hohe Reparaturkosten nach sich ziehen.Beschichtungen und Einbauten
Dicke Eisschichten können Leitern und Rohrleitungen von den Tankwänden lösen. Schwimmendes Eis bewegt sich bei Schwankungen des Wasserstands auf und ab und reibt dabei an den Tankwänden. Dadurch werden die Beschichtung und die inneren Einbauten beschädigt.Verstopfte Entlüftungsöffnungen und Überläufe
Wenn Entlüftungsöffnungen, die Tanks vor Überdruck schützen sollen, durch Eis verstopft sind, können Ringzugspannungen am Stahl und an den Nähten zum Versagen der Tankwand führen. Überlauf aus einem Tank führt zur Eisbildung an der Außenseite des Tanks. Diese Eiszapfen können sehr schwer werden – schwerer als bei der Konstruktion des Tanks vorgesehen. Drücke, die während des täglichen Frost-Tau-Zyklus entstehen, können einen Wassertank verbiegen oder zum Bersten bringen. Auch Eis ist schwer, und das zusätzliche Gewicht kann zum Einsturz des Tanks führen. Bei -7,6 °F/-22 °C kann der Druck, den gefrierendes Wasser ausübt, 40.000 psi erreichen. – A. Johnson, „Sciencing“Herkömmliche Methoden zur Vereisungsvorbeugung in Tanks
Design
In kalten Klimazonen ist die Konstruktion eines Wassertanks die erste Schutzmaßnahme gegen Schäden durch gefrierendes Wasser. Die AWWA-Norm M42 legt Konstruktionsspezifikationen fest, die bei der Planung von Wasserspeichertanks für kalte Klimazonen zu berücksichtigen sind. So lässt sich beispielsweise das Risiko von Eisschäden verringern, indem wichtige Ausstattungselemente wie Leitern und Überlaufrohre oberhalb der Wasserlinie angebracht werden. Ist ein ordnungsgemäß konstruierter Tank einmal installiert, können betriebliche Maßnahmen die Eisbildung in Wassertanks beeinflussen.Operative Maßnahmen
Es gibt einige seit Jahren angewandte Verfahren, die darauf abzielen, die Eisbildung in Tanks zu verhindern oder zu verringern, wobei der Erfolg unterschiedlich ausfällt.Wasserumsatz
Ein gängiger Ansatz besteht darin, das Wasser im Tank durch Pumpen in Umwälzung zu bringen. Durch die Aufrechterhaltung eines ausreichenden Umwälzvolumens verhindert man die Eisbildung. Die Umwälzung des Wassers verbraucht jedoch erhebliche Mengen an Energie und ist in manchen Systemen möglicherweise betrieblich nicht realisierbar. Tanks können mit Pumpen ausgestattet werden, um warmes, zuströmendes Wasser vom Boden des Tanks nach oben umzuwälzen. Bei ausreichender Pumpleistung kann dies die Eisbildung verhindern, indem die oberen Schichten erwärmt und das Wasser in Bewegung gehalten wird. Je nach Größe des Tanks ist der Energieverbrauch dabei jedoch sehr hoch.Isolierung
Eine Isolierung trägt dazu bei, die Wärme im Tank zu halten, wodurch die Eisbildung verringert wird. Dies kann jedoch eine kostspielige Maßnahme sein, die das Unvermeidliche meist nur hinauszögert. Bleiben die Temperaturen niedrig, geht Wärme unabhängig vom Umfang der Isolierung verloren.Heizgeräte
In extrem kalten Klimazonen müssen Tanks unter Umständen mit Heizungen ausgestattet werden. Heizungen verursachen jedoch nicht nur hohe Energiekosten, sondern können auch die Eisbildung im Tank möglicherweise nicht verhindern. Die Heizung muss in der Lage sein, das Wasser am Boden des Tanks so stark zu erwärmen, dass es aufsteigt. Wenn es nicht warm genug wird, gefriert das kalte Wasser am oberen Rand des Tanks dennoch.Vorteile des aktiven Mischens
Verhindert Eisbildung in Tanks
Es scheint, dass herkömmliche Methoden möglicherweise nicht die beste Lösung sind, um Eisschäden in Wassertanks zu verhindern. Mit dem technologischen Fortschritt entstehen neue Lösungen. Eine dieser neuen Lösungen, das aktive Umrühren, ist wichtig für die Aufrechterhaltung der Wasserqualität in den wärmeren Monaten und verhindert zudem die Eisbildung im Winter.Reduziert und verhindert Eisbildung
Bei der aktiven Durchmischung wird wärmeres, dichteres Wasser vom Boden des Beckens in die kalte obere Schicht befördert. Bei kontinuierlichem Betrieb sorgt die aktive Durchmischung dafür, dass das gesamte Wasser im Becken eine konstante Temperatur behält. Da das Wasser ständig in Bewegung ist, kann sich kein Eis bilden.Verbessert die Wasserqualität das ganze Jahr über
Eine der schwerwiegendsten Folgen der Eisbildung in Wassertanks ist die Beschädigung der Beschichtung. Eisringe – manche nennen sie auch „Donuts“ – können die Beschichtung von der Tankwand ablösen, während schwimmendes Eis diese abschleift und beschädigt. Beschädigte Beschichtungen sind bei wärmerem Wetter anfällig für Biofilmbildung, wodurch Verunreinigungen und Korrosion zu einer echten Gefahr werden. Durch aktives Mischen wird die Eisbildung verhindert, der Verschleiß an Beschichtungen und Armaturen verringert und die Wasserqualität das ganze Jahr über verbessert. Erfahren Sie, wie der aktive CertiSafe™-Tankmischer von Kasco dazu beitragen kann, Ihre Tanks in diesem Winter zu schützen.