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Frostschutzmittel

Autoren
OldBo
13.06.2017
Frostschutzmittel sollen eine physiologisch unbedenkliche, eingefärbte, klare Flüssigkeit auf Basis einer wässerigen Lösung von 1,2-Propylenglykol und höheren Glykolen, die als Wärmeträger in Solaranlagen, speziell bei höherer thermischer Belastung, Verwendung findet.
Kubischer Ausdehnungskoeffizient von GLYKOSOL N-Wasser-Gemischen
 Kubischer Ausdehnungskoeffizient von GLYKOSOL N-Wasser-Gemischen
Quelle: pro Kühlsole
Kubischer Ausdehnungskoeffizient von Pekasol L-Wasser-Gemischen
 Kubischer Ausdehnungskoeffizient von Pekasol L-Wasser-Gemischen
Quelle: pro Kühlsole

Frostschutzmittel sollen eine physiologisch unbedenkliche, eingefärbte, klare Flüssigkeit auf Basis einer wässerigen Lösung von 1,2-Propylenglykol und höheren Glykolen, die als Wärmeträger in Solaranlagen, speziell bei höherer thermischer Belastung, Verwendung findet. Das Produkt soll mit entionisiertem (vollentsalztem) Wasser (VE-Wasser) auf eine Frostsicherheit von ca. -27 °C eingestellt. Die Anforderungen der DIN 4757, Teil 3, für solarthermische Anlagen werden dann erfüllt.

Es wurden spezielle Frostschutzmittel für den Einsatz in Solarkollektoren als Wärmeübertragungsmedium (Solarflüssigkeit) entwickelt. Sie sind gesundheitsunschädlich und haben eine doppelte Aufgabe zu erfüllen: Bei tiefen Temperaturen im Winter muß die Sole flüssig bleiben und gleichzeitig die Metalle der Solaranlage vor Korrosion schützen. Auch darf sich das Fluid nicht entmischen, damit die Frostsicherheit bestehen bleibt.

Auch im Primärkreis (Sonden bzw. Erdkollektorkreise) von Sole/Wasser-Wärmepumpen werden Frostschutzmittel auf Glykol-Basis eingesetzt. Diese müssen einen Frostschutz bis mindestens -15 °C sicherstellen und geeignete Inhibitoren für den Korrosionsschutz beinhalten. Fertiggemische gewährleisten eine gleichmäßige Verteilung der Konzentration. Hier wird z. B. Wärmeträgermedium "Tyfocor" auf Basis von Ethylenglycol (Fertiggemisch bis -15 °C, grün) empfohlen. Wichtig ist eine genaue Dosierung, da besonders dieses Sole/Wasser-Gemisch zu einem Wachstum von Mikroorganismen (Biofouling) führen kann.

Da Wasser-Frostschutzmittel eine höhere Viskosität und Dichte besitzen, muß mit einem höheren Druckabfall beim Durchströmen der Anlage gerechnet werden. Zum Berechnen der Zuschläge gibt es Diagramme für die Wärmeübergangszahl und den relativen Druckverlust – im Vergleich mit reinem Wasser. Diese Kurven sowie weitere physikalische Daten befinden sich in den technischen Unterlagen der Hersteller. Außerdem hat ein Wasser-Glykol-Gemisch einen höheren Ausdehnungskoeffizient.

Frostschutzmittel enthalten Korrosionsinhibitoren, die die Metalle der Solaranlage, auch bei Mischinstallation, vor Korrosion dauerhaft schützen Zur Prüfung der Wirksamkeit der Inhibitorenkombination sollte die in Fachkreisen bekannte Korrosionsprüfmethode ASTM D 1384 (American Society for Testing and Materials) zur Anwendung kommen. Glykol-Wassergemische ohne Zusatz von Inhibitoren können wegen der korrosionsfördernden Eigenschaften, die stärker als bei Wasser allein sind, nicht verwendet werden.

Je nach Inhibitorzusammensetzung werden diese vollständig, teilweise oder gar nicht vom Medium wieder aufgenommen (Wasser und Propylenglykol sind verdampfbar; die Inhibitoren kristallisieren auf den Absorberrohroberflächen). Somit führen sie zu einer verminderten Kollektorleistung. Die Inhibitorkonzentration im Medium bzw. der Korrosionsschutz verringern sich. Deshalb wurden Wärmeträger, die auf flüssigen Inhibitoren basieren, auf den Markt gebracht (Tyfocor LS, Antifrogen SOL). Aus chemischer Sicht wird das Propylenglykol durch oxidative Prozesse abgebaut, wobei Reaktionsprodukte wie Milchsäure, Oxalsäure, Essigsäure und Ameisensäure nachweisbar sind. Es entstehen auch Aldehyde und diese führen zu einer Geruchsbildung.

Unterhalb einer vom Hersteller festgelegten Konzentration kann es zu einem Wachstum von Mikroorganismen (Biofouling) in der Sole kommen, welche zu organischen Ablagerungen führen können. Die Frostsicherheit sollte auf einen Stockpunkt von -34 °C (entsprechender Eisflockenpunkt: -27 °C) eingestellt werden. Wie Versuche ergaben, übt diese Einstellung unter mitteleuropäischen Winterbedingungen keine Sprengwirkung auf metallische Anlagenbauteile aus, da sich beim Abkühlen unterhalb des Kristallisationspunktes ein Eisbrei bildet. Bei Wasserzusätzen verringert sich natürlich die Frostsicherheit.
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