Mange faktorer påvirker frostdybden, f.eks. klima, jordbund, grundvandsniveau, jordtype og dræningsforhold. Desuden er der den varmekilde, som den lagrede jordvarme byder på. Dertil kommer det strømmende vands egen varme.

STYROFOAM-løsninger
Ved at isolere kloakanlæg med STYROFOAM sker der en direkte besparelse, da anlægsdybden kan gøres mindre.

• En mindre grøftedybde betyder færre fremtidige sætninger i jorden, der ofte leder til skader.
• Påvirkningen af vegetation og natur som følge af grøftarbejdet minimeres, og det samme gælder f.eks. risikoen for påvirkning af grundvandet.
• Drifts- og vedligeholdelsesomkostningerne kan holdes nede, idet rørledningerne bliver lettere tilgængelige.

Specifikationer
Kloakrørene placeres på et underlag af fyldmateriale (8 - 12 mm). Samme materiale bruges rundt om rørene og mindst 100 mm over disse.

Knudepunkter, ventiler og rensebrønde isoleres lige så omhyggeligt som det øvrige ledningsnet, da der ellers kan opstå kuldebroer.

Dimensionering
Den metode til frostbeskyttelse af rør, der beskrives her, bygger på en metode fra Norges Byggforskninginstitutt (NB) Her vises, hvordan dimensioneringen udføres i fire trin.

Trin 1
Fastlæggelse af klimafaktorer osv.
Jordens frostdybde afhænger af forskellige faktorer, som direkte eller indirekte indgår i bestemmelsen af frostdybden. De inddeles i to typer:

• Klimafaktorer
• Jordbundsfaktorer

Klimafaktorer
Tre faktorer bruges direkte til bestemmelse af frostdybden.

• Maksimal frostmængde i luft F₁₀₀. Hvis jorden er sneryddet, bør værdien øges med 10% afhængig af strålingen. Læg mærke til, at lokale forhold kan have såkaldte kuldehuller med større frostmængde (tabel 05).
• Snedækket. Snedækket reducerer normalt frostmængden. Kolde vintre medfører oftest et bedre isolerende snedække (figur 1.30).
• Årsmiddeltemperaturen. Indgår som parameter i det viste frostdybdediagram, se figur 1.30. Årsmiddeltemperaturen påvirkes af et snedække ved en mindre kuldebelastning af jorden om vinteren. For luft (sneryddet jord) angives en middelværdi og for snedækket jord en estimeret værdi.

Forrige sommer indgår indirekte som en faktor i fastlæggelse af frostdybden i form af varme, der er opmagasineret i jorden. Varme overføres til dybere jordlag hovedsageligt i form af nedbør, som løber ned i jorden. Sommerens nedbør bestemmer altså i høj grad sommervarmemagasinets størrelse.

Jordbundsfaktorer
Tre faktorer er af stor betydning for frostdybden:

• Vandindhold
• Varmeledningsevne i den frostudsatte jord
• Jordtypens tæthed og kompakthed

Vandindhold
Vandindholdet har størst betydning via varmen, som frigøres, når vandet fryser. Eksempel på jordarter, der indeholder meget vand, er silt og ler. Et højt grundvandsniveau er af stor betydning, da det som regel udgør en grænse for fortsat frostdannelse. Samtidig medvirker grundvandsniveauet til et højere vandindhold ved kapillære jordarter.

Varmeledningsevnen i jord, der er udsat for frost
Varmeledningsevnen afgør, hvor hurtigt jordvarmen og varmen, der frigives ved isdannelse, afledes til jordoverfladen. Grove jordarter som grus og sprængsten indeholder betydelig mindre vand og har en dårligere evne til at lede varme end silt og ler. Jordarter som disse får en stor frostdybde på grund af den lave frostmodstand. Silt og ler, der har en større varmeledningsevne, indeholder betydelig mere vand og får en mindre frostdybde. Et grovere materiale fungerer isolerende og modvirker frost, når det ligger oven på et materiale, der indeholder meget vand. Dette skyldes, at materialet, der indeholder meget vand, afgiver meget varme.

Jordartens tæthed og komprimeringsgrad
En jordart med større tæthed er mindre porøs og indeholder mere vand. En god komprimering af fyldningsmaterialet medvirker altså til mindre frost i jorden.

Trin 2
Bestemmelse af frostdybden
Frostdybden varierer meget mellem forskellige jordarter, hovedsagelig pga. vandindhold og varmeledningsevne. Man har derfor inddelt jordarterne i forskellige grupper med en indbyrdes sammenhæng. Frostdybden beregnes for "sand og grus", og de øvrige grupper i forhold til denne ved hjælp af en korrektionsfaktor. Grupperne med de respektive faktorer vises i tabel 10. I udgravninger bestemmes frostdybden af fyldningsmaterialets sammensætning og mængde. I tvivlstilfælde bruges jordartsgruppen "sten".

Normal fremgangsmåde ved bestemmelse af frostdybde og dimensionerende kuldemængde:

1. Bestem de nødvendige klimafaktorer. Tænk på kuldehuller og stråling fra veje.

2. Bestem den rigtige korrektionsfaktorer med henblik på jordarten (tabel 10).

3. Foretag korrektion af kuldemængden ved ledninger i snedækket jord (figur 1.30).

4. Fastlæg frostdybden i jordarten "sand og grus" ved hjælp af figur 1.31. Korriger derefter frostdybden efter jordart.

5. Bestem en ny dimensioneret kuldemængde, baseret på den korrigerede frostdybde (figur 1.31).

Bestem til slut rimeligheden med hensyn til specielle geologiske forhold.

Trin 3
Bestem varmestrålingen fra rørene
Den varme, som afgives fra ledningsnettet, er af stor betydning for frostbeskyttelsen. Eftersom frostbeskyttelsen først og fremmest er rettet mod vandledningen og dernæst for en eventuel afløbsledning, er det naturligt i første omgang at bruge varmen fra disse ledninger.

Elkabler, der placeres i rørgrøften, afgiver betydelig varme. Større forsyningskabler kan ofte ikke placeres under isoleringen, da de afgiver for meget varme. Også mindre kabler tilfører ønsket varmetilskud.

Vandledning
Den varme, som en mindre afløbsledning afgiver, kan beregnes ved hjælp af formlen

q = 4190 x Q x v
                L

q = afgivet varme i W/m
Q = gennemsnitlig mængde vand i røret i løbet af et døgn i l/s
v = tilladt temperaturfald i °C
L = rørets længde i meter

Afløbsledning
En afløbsledning er ofte hovedvarmekilden, når kloakrør skal beskyttes mod frost, og bør derfor placeres nærmest vandledningerne.

Gennemsnitstemperaturen for afløbsvand er ca. 15 - 25 °C, og der er derfor normalt ingen frostrisiko.

Det er kun en lille del af varmeoverskuddet, der kan bruges, da afløbsvandet kun er i ledningerne i kort tid. Hvis ca. 20 lejligheder er tilkoblet, og tilløbet af afløbsvand sker relativ kontinuerligt, kan man regne med en afkøling på 3 - 5 °C. Der kan bruges samme formel som for vandledninger. Ved mindre afløbsledninger, dvs. hvis der er tilkoblet færre end 20 lejligheder, kan varmeafgivelsen bestemmes i henhold til figur 1.32. Læg mærke til, at der i afløbsledninger, hvor vandet står stille, alligevel afgives varme på grund af, at luften ventileres gennem ledningerne. Det forudsættes, at ventilationen sker over tag.

Elkabler
Fra elkabler til huse sker der en betydelig varmeafgivelse ved maksimal belastning. Denne varme er særligt velkommen i områder med koldt klima. Større forsyningskabler afgiver normalt så meget varme, at de ikke kan placeres direkte under isolationen. Ved at placere dem ved siden af isolationen, udnyttes varmeafgivelsen alligevel, og faren for frost og frostpåvirkning begrænses.

Hvis et kabel skal kunne placeres i isolationssystemet, må varmeafgivelsen ikke overstige 10 - 15 W/h, lidt afhængig af isolationens udformning. Figur 1.33 og 1.34 viser varmeafgivelsen fra hhv. hoved- og servicekabel som funktion af belastningen.

Eksempel (figur 1.37): Frostmængden F₁₀₀ er 25000 h °C, årsmiddeltemperaturen 6,0 °C og mindste dybde 0,8m. Varmeafgivelsen fra vandledningen sættes til 5,0 W/m. Som vist, skal der da bruges en 1,2 m og 50 mm tyk isolationsplade over rørene. Hvis der kun tages hensyn til jordvarmen, skal der bruges en isolationsplade med en bredde på ca. 2,0 m og en tykkelse på 100 mm. Dette understreger igen vandføringens betydning for frostsikkerheden.

Drænvand
Drænledningen er en kold ledning og er derfor udsat for frost. Kold luft, som ventileres gennem dagvandsystemet har i mange tilfælde medvirket til frostdannelse.

Ved at bruge en luftlås kan man forhindre den afkøling, som sker, når kold luft suges gennem afløbsbrønde. En drænledning skal ikke placeres i tilknytning til en vandledning og slet ikke ved en isoleringskasse.

Varmeledning
Hvis den beregnede ledningsvarme ikke er høj nok eller er usikker, f.eks. i tyndt befolket område, er tilskudsvarme fra en varmeledning et godt supplement. En eventuel termostat skal af hensyn til driftsøkonomien være meget følsom med en mindste tolerance på maks. ± 0,5°.

Trin 4
Udformning af frostbeskyttelsen

Hesteskoformet isolation
En hesteskoformet isolation udnytter på en effektiv måde den varme, der afgives fra ledningerne, som betyder, at rørgravens bredde kan mindskes (figur 1.36). Højere lodrette plader øger isolationens effekt. Rent praktisk foreslås hhv. en 300 og 600 m høj sideisolering. Hvis ledningen mangler varmeafgivelse, bliver isolationseffekten pr. enhed den samme som for vandret isolation. Dimensioneringen udføres i henhold til figur 1.35.

Kasseformet isolation
Ledningsvarmen udnyttes maksimalt, hvis der bygges en kasseformet isolation (figur 1.40). Den bør dog ikke bruges i frostudsat jord, da frosten kan trænge ind under kassen og medføre skader ved frosthævning og tø. Metoden bruges oftest for rørgrave i bjerge.

• En lille, trang isolationskasse giver den bedste isolationseffekt
• Ledninger, som kan indebære risiko for afkøling, f.eks. drænvand, placeres uden for kassen

Hvis ledningsvarmen er ujævn, kan dette kompenseres med en større isolationskasse. På den måde bibeholdes den varme, der lagres i sandfyldningen, bedre.
Dimensioneringen udføres i henhold til figur 1.39.

© 2000 The Dow Chemical Company