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当水在设备及管道内流动时，由于散热损失的存在，水的温度随着流动距离的增大而逐渐降低。在一般的散热损失情况下，长度有限的管道内水的温度不至于降低到冰点；但当水停止流动时，由于得不到热量的补充，温度就有可能降至凝固点或冰点，甚至更低，从而发生冻结。冻结一旦发生，轻则堵塞管道，重则导致管道破裂。管内水冻结时，通常首先是紧靠管内壁的水开始冻结，圆形管道中冻结的水沿管壁呈环状，然后冻结层厚度逐渐增加，直至冻结至管中心而堵塞管道。
北方地区冬季天气寒冷，且冬季寒冷漫长，冰冻期时间长，温度都在零度以下，特别是东北地区，冬季的最低温度可达零下40℃。因此，天气极端寒冷是管道内的水结冻的直接原因。
地铁车站的活塞风井、机械风井、新风井、排风井、区间事故风井两端、风道及车站出入口因为有较大的冷空气渗入量，所以在此处的给水管道、污水管道均需要采取电伴热措施。伴热措施采用像地上建筑常采用的伴热措施，管道常规防冻伴热采用50mm厚的复合硅酸镁管壳，外包不锈钢层。但由于北方地区冬季严寒，在湿式消防管道系统中，消防管道内水在平时运营期间不流动，在允许的伴热层厚度范围内，不能满足防冻要求，这是因为传统的伴热措施只能延缓消防设施被冻结的时间，如遇持续寒冷气候，设施最终还是要冻结，无法从根本上解决问题。