Einfaches
Wasser eignet sich hervorragend für den
Wärmetransport. Da aber in Mittel- und Nordeuropa im Winter die Gefahr besteht, dass der Solarkreis einfriert und dass durch die dabei auftretende Ausdehnung des Eises die
Rohre und die Kollektoren beschädigt werden, wird das
Wasser mit speziellen
Frostschutzmitteln angereichert. Diese
Frostschutzmittel müssen auch im Sommer chemisch stabil bleiben, wenn die Solarflüssigkeit im Extremfall in den Kollektoren in einen dampfförmigen
Aggregatzustand übergeht (
Stagnationszustand); nach Möglichkeit sollen sie den Siedepunkt heraufsetzen auch bei hohen
Temperaturen nicht auscracken. Die Dauertemperatur sollte mindestens 170°C aushalten können. Stillstandstemperaturen können bis 320°C erreicht werden.
Die Zusätze dürfen nach
DIN 4757 Teil 1
nicht giftig,
ätzend oder
reizend sein; heute werden meist biologisch abbaubare
Propylenglykol-Gemische verwendet. Je höher die Glykol-Konzentration in der Solarflüssigkeit, desto extremere
Temperaturen kann die Anlage ohne Schaden überstehen, desto schlechter aber auch die Wärmeträger-Eigenschaften der Solarflüssigkeit. Also ist das Mischungsverhältnis für die Gegend so niedrig wie möglich auszulegen. Eine Solarflüssigkeit sollte auch korrosionsmindernde Stoffe beinhalten.
Wasser hat eine
spezifische Wärmekapazität von 4,18 kJ/(kg
·K) und
reines Glykol ca. 2,5 kJ/(kg
·K). Damit möglichst viel
Wärme aufgenommen und abtransportiert werden kann, sollte der
Wasseranteil in der Mischung möglichst groß sein. Deswegen muss das Mischungsverhältnis möglichst genau an den Verwendungszweck (thermische Solaranlagen,
Wasser[Sole]-
Wasser-
Wärmepumpe) angepasst werden.
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 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.
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 Unlagen der Hersteller.
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.
Unterhalb einer vom Hersteller festgelegten Konzentration kann es zu einem
Wachstum von Mikroorganismen 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.
Damit die Betriebssicherheit und der Wirkungsgrades einer thermischen Solaranlage auf Dauer gewährleistet ist, ist sie regelmäßig zu überprüfen. Eine Inspektion sollte jährlich und eine Wartung alle 3 bis 5 Jahre durchgeführt werden. Der Abschluss eines Inspektions- und Wartungsvertrags ist für alle thermischen Solaranlagen daher sehr empfehlenswert.
Zusätzlich ist nach den ersten Betriebswochen eine erste Inspektion mit der Kontrolle aller wesentlichen Funktionen der Anlage durchzuführen. Diese Nachkontrolle sollte aber noch Bestandteil des gesamten Auftrages sein oder sollte im Angebot besonders aufgeführt werden.
In einem Inspektions- oder Wartungsprotokoll werden die wesentlichen Anlagenparameter festgehalten, um Veränderungen (z. B. Anlagenbetriebsdruck, MAG-Vordruck, pH-Wert) erkennen zu können.
Für die Erstinspektion ist auf Daten (Fülldruck, Anlagenbetriebsdruck, Regler- und Pumpeneinstellungen, usw. ) der Anlagendokumentation der Inbetriebnahme zurückzugreifen.
Entsorgung von Glykol/Wassergemischen
Solar- und Erdwärmetauscherflüssigkeit sowie Kühlsoleflüssigkeit (Glykol/Wassergemisch) gelten als Sondermüll und müssen unter Beachtung der Sonderabfallvorschriften einer hierfür zugelassenen Sonderabfallverbrennungsanlage zugeführt werden. Auch die Hersteller bieten eine Rücknahme der Flüssigkeiten (Glykole, Glykol-Wasser-Lösungen, Frostschutzmittel, Solarflüssigkeiten, Kühlsolen, Kälte- und Wärmeträger) an. Verschüttete oder ausgelaufene Flüssigkeit mit z. B. Sand, Kieselgur, Säurebinder, Universalbinder oder Sägemehl aufnehmen und vorschriftsmäßig beseitigen.
Privatleute können die Glykol/Wassergemische und auch noch nicht verbrauchte Frostschutzmittel in begrenzten Mengen bei den Wertstoffhöfen bzw. Recyclingstationen sowie Wertstoffsammelstellen (Schadstoffmobile) abgeben werden. Die Entsorgung in üblichen Mengen (bis 20 kg) ist dabei entgeltfrei.
Ein Propylenglykol-Gemisch der Wassergefährdungsklasse WGK 1 (WGK 1 - schwach wassergefährdend) kann biologisch abbaubar sein und darf dann im öffentlichen Abwassernetz entsorgt werden.
Wenn die
Flüssigkeit in
Erdwärmetauschern und
Erdsonden auf der
Kalt- oder
Kühlwasserseite die
Temperatur von +2 bis +3 °C unterschreiten, dann muss dem
Wasser ein
Frostschutzmittel beigemischt werden. Damit auch der
Korrosionsschutz gewährleistet ist, werden Mischungen aus
Wasser und
Alkoholen (Glykole) verwendet. Diese haben unterschiedliche
toxische und
thermodynamische Eigenschaften. Heute wird für die
Kühlflüssigkeit immer noch der Begriff "
Sole" verwendet, obwohl es sich
nicht um
Wasser-Salz-Gemische handelt und somit falsch ist.
Glykole gibt es mit unterschiedlichen Eigenschaften. Die Art des Mittels und das Mischungsverhältnis wird von den Geräteherstellern vorgegeben. Auch darf später keine eine andere Glykolart nachgefüllt werden.
Glykole gibt es mit
unterschiedlichen Eigenschaften. Die Art des Mittels und das Mischungsverhältnis wird von den Geräteherstellern vorgegeben. Auch darf später nicht eine andere Glykolart nachgefüllt werden.
Bei der Anwendung von Glykolen als Frostschutz sind folgende Punkte zu beachten:
- Glykolzumischung ergibt eine Erhöhung der Viskosität im Vergleich zu Wasser
- Wasser-Glykol-Gemische haben eine schlechtere Wäremübergangszahl als Wasser
- Glykole verdunsten leichter als Wasser. Im Laufe der Zeit ändert sich der Glykolanteil in der Mischung
- Glykole sind (mehr oder weniger) toxisch
- Wasser-Glykolgemische dürfen nicht in die Kanalisation abgeführt werden
- Zur Verringerung der Korrosionsgefahr müssen Wasser-Glykolgemischen, Inhibitoren zugesetzt werden
- Angaben zu den Gebinden sind zu berücksichtigen
- Verschiedene Glykolarten dürfen nicht vermischt werden
- Die Konzentration ist jährlich zu kontrollieren
In einer
thermischen Solaranlage kann es zu einer
Sauerstoffbildung durch
Zunder in den Kollektoren und an den Rohrwandungen der
Kupferleitungen kommen. Zunder entsteht auf der einen Seite durch das
Hartlöten der
Kupfer-, Messing und Rotgussteile und auf der anderen Seite auch durch die
Sonneneinstrahlung auf die
leeren Kollektoren. Das ist dann der Fall, wenn die unbefüllten Kollektoren ungeschützt, also ohne Abdeckung über längere Zeit der Einstrahlung ausgesetzt sind. Die Gründe für entleerte Kollektoren können ein Flüssigkeitsverlust sein oder sie sind durch eine Stagnation leergedrückt. Hier sollte auf jeden Fall jede Anlage schon
vor der Befüllung fachgerecht
gespült und
gereinigt werden. Außerdem ist die Solarflüssigkeit regelmäßig überprüft werden, um entsprechende Maßnahmen einleiten zu können.
Verzunderung
In einer
thermischen Solaranlage kann es zu einer
Sauerstoffbildung durch
Zunder in den
Kollektoren und an den
Rohrwandungen der
Kupferleitungen kommen. Zunder entsteht auf der einen Seite durch das
Hartlöten der
Kupfer-, Messing- und Rotgussteile und auf der anderen Seite auch durch die
Sonneneinstrahlung auf die
leeren Kollektoren. Das ist dann der Fall, wenn die unbefüllten Kollektoren ungeschützt, also
ohne Abdeckung über längere Zeit der Einstrahlung ausgesetzt sind. Die Gründe für entleerte Kollektoren können ein
Flüssigkeitsverlust sein oder sie sind durch eine
Stagnation leergedrückt. Hier sollte auf jeden Fall jede Anlage schon
vor der Befüllung fachgerecht
gespült und
gereinigt werden. Außerdem ist die Solarflüssigkeit regelmäßig überprüft werden, um entsprechende Maßnahmen einleiten zu können.
Vercrackung
Eine Vercrackung (Spaltung) ist eine thermische Zersetzung von organischen Stoffen, die zu nieder- und höhermolekularen Verbindungen und zu Kohlenstoff führen kann. In thermischen Solaranlagen treten im Stagnationsfall hohe Temperaturen auf. So können in Anlagen mit Vakuumröhrenkollektoren Temperaturen von über 300 °C und mit Flachkollektoren von ca. 200 °C auftreten. Die Folgen sind ein Verstopfen der Kollektoren und Leitungen. Außerdem ist der Korrosionsschutz des Wärmeträgers aufgehoben.
In Anlagen, die auf eine Stagnation ausgelegt werden, sollten höhersiedende Glykole (z. B. Antifrogen® SOL HT ) eingesetzt werden.
Beide Belastungen, eine Oxidation (Verzunderung) und Überhitzung (Vercrackung), können zusammen auftreten. Dadurch können die schützenden Bestandteile sehr schnell verbraucht werden und die Solarflüssigkeit überaltert bzw. crackt aus. Die Übersäuerung der Flüssigkeit ist korrosiv und führt zur Bildung von teerartigen Zersetzungsprodukten, die nicht mehr löslich sind und zu Verklebungen innerhalb des Solarkreises bis hin zur Zerstörung der Solaranlage führen können.
Wenn die Solarflüssigkeit in einer thermischen Solaranlage vercrackt wurde und dadurch teerartigen Zersetzungsprodukten vorhanden sind, dann muss sie mit einem geeigneten Reinigungsmittel (z. B. Solarclin®) beseitigt werden.
Mit dieser neutralen, farblosen, schwach hygroskopischen, leicht beweglichen, hochsiedenden Flüssigkeit wird das System befüllt und bei 50 – 60 °C ein bis zwei Stunden lang umgewälzt. Vor der Spülung müssen die Kollektoren abgedeckt und die überhitzte Solarflüssigkeit möglichst vollständig aus der Solaranlage entfernt werden. Je nach dem Verschmutzungsgrad ist die Spülung mehrfach zu wiederholen. Nach der Reinigung muss die Reinigungsflüssigkeit vollständig entleert werden. Oft sind Restmengen durch Druckluft auszublasen.
Eine Handfüll- und Impfpumpe mit Absperrkugelhahn wird zur Druckerhöhung und zum Nachfüllen von Solarflüssigkeiten eingesetzt. Die Pumpleistung beträgt 2 l/min und baut einen Druck von max. 4,5 bar auf.
Eine Hand-Druckprüfpumpe wird zur exakten und schnellen Dichtigkeitsprüfung bzw. Druckprüfung von Rohrleitungssystemen und Behältern in der Sanitär- und Heizungstechnik, bei Pressluftanlagen und im Kessel- und Druckbehälterbau eingesetzt.
Der Prüf- und Druckbereich beträgt je nach Ausführung bis 60 bar und der Behälter hat ein Volumen (Wasser, Öl, Glycol [Solarflüssigkeit], pH-Wert der Flüssigkeiten 7 - 12, Temperatur der Flüssigkeiten bis 60 °C) von 12 l.
Druckprüfpumpe soll nicht zum Füllen leerer Rohrleitungen und Behälter als Förderpumpe missbraucht werden.