Ihre Cookie-Einstellungen
Diese Webseite verwendet Cookies. Mit einem Klick auf "Zustimmen" akzeptieren Sie die Verwendung der Cookies. Die Daten, die durch die Cookies entstehen, werden für nicht personalisierte Analysen genutzt. Weitere Informationen finden Sie in den Einstellungen sowie in unseren Datenschutzhinweisen. Sie können die Verwendung von Cookies jederzeit über Ihre anpassen. Ihre Zustimmung können Sie jederzeit mit Wirkung für die Zukunft widerrufen.

Ihre Cookie-Einstellungen

Um Ihnen eine optimale Funktion der Webseite zu bieten, setzen wir Cookies ein. Das sind kleine Textdateien, die auf Ihrem Computer gespeichert werden. Dazu zählen Cookies für den Betrieb und die Optimierung der Seite. Hier können Sie auswählen, welche Cookies Sie zulassen:
Erforderliche Cookies
Diese Cookies sind notwendig, damit Sie durch die Seiten navigieren und wesentliche Funktionen nutzen können. Dies umschließt die Reichweitenmessung durch INFOnline (IVW-Prüfung), die für den Betrieb des HaustechnikDialogs unerlässlich ist. Wir benutzen Analysecookies, um die Zahl der individuellen Besucher auf Basis anonymer und pseudonymer Informationen zu ermitteln. Ein unmittelbarer Rückschluss auf eine Person ist dabei nicht möglich.
Optionale analytische Cookies
Diese Cookies helfen uns, das Nutzungsverhalten besser zu verstehen.Sie ermöglichen die Erhebung von Nutzungs- und Erkennungsmöglichkeiten durch Erst- oder Drittanbieter, in so genannten pseudonymen Nutzungsprofilen. Wir benutzen beispielsweise Analysecookies, um die Zahl der individuellen Besucher einer Webseite oder eines Dienstes zu ermitteln oder um andere Statistiken im Hinblick auf den Betrieb unserer Webseite zu erheben, als auch das Nutzerverhalten auf Basis anonymer und pseudonymer Informationen zu analysieren, wie Besucher mit der Webseite interagieren. Ein unmittelbarer Rückschluss auf eine Person ist dabei nicht möglich.
Autoren
OldBo
17.02.2021
Um das Einfrieren von Flüssigkeiten in der Haustechnik (Heizung, Trinkwasser, Abwasser, Erdkollektoren, Solaranlagen) zu verhindern, müssen verschiedene Frostschutzmaßnahmen und Frostschutzmethoden eingesetzt werden. Während der Dauerfrostperioden mit Nachttemperaturen unter -15 °C und Tageshöchstwerte von -5 °C frieren immer wieder die Flüssigkeiten in den haustechnischen Anlagen ein.

Um das Einfrieren von Flüssigkeiten in der Haustechnik (Heizung, Trinkwasser, Abwasser, Erdkollektoren, Solaranlagen) zu verhindern, müssen verschiedene Frostschutzmaßnahmen und Frostschutzmethoden eingesetzt werden. Während der Dauerfrostperioden mit Nachttemperaturen unter -15 °C und Tageshöchstwerte von -5 °C frieren immer wieder die Flüssigkeiten in den haustechnischen Anlagen ein.

Die VDI-Richtlinie 2069 "Einfrierschutz von wasserführenden Leitungen" ist für die Planung, den Bau, das Betreiben und das Instandhalten von wasserführenden Systemen in frostgefährdeten Bereichen anzuwenden.

Das Volumen von Eis ist größer als das flüssige Wasser, Das größere Volumen führt zu großen Kräften (Frostsprengung) und/oder sehr hohen Drücken in der Rohrleitung durch "Blitzeis".

Frostschutz-Strategien:

  • Wärmezufuhr (z. B. durch "Elektrische Begleitheizungen") der zu schützenden Bauteile, wenn die Umgebunstemperaturen unter +4 °C absinken.
  • Dem Wasser wird Frostschutzmittel zugeführt, wodurch der Gefrierpunkt herabgesetzt wird.
  • Der Wasserdurchfluss in Rohrleitungen darf nicht zum Stillstand kommen.

In diesem Zusammenhang sollte immer bedacht werden, dass eine Wärme-Dämmung kein Frostschutz ist, sondern nur ein Einfrieren verzögert und andere Maßnahmen unterstützen kann.

Wärmezufuhr
Fehlerhafte Dämmung in der Abseite
 Fehlerhafte Dämmung in der Abseite
Quelle: Bosy
Schadensbilder
 Schadensbilder
Quelle: Bosy
Druckzunahme in Wasserleitung durch Eisbildung
 Druckzunahme in Wasserleitung durch Eisbildung
Quelle: Dr.-Ing. Thorsten Pfullmann

Das Einfrieren ist ein langsamer Prozess, der zur Bildung eines Eispfropfens führt. Erst wenn dadurch keine Fließbewegung mehr möglich ist, friert die Leitung auf der gesamten Länge ein. Besonders kritisch ist das Einfrieren von Leitungen von zwei Seiten oder in abgesperrten Leitunggsabschnitten. Hier entstehen hohe Drücke im noch flüssigem Medium, die weit über den zulässigen Nenndrücken der Anlagenteile liegen, und zum Platzen der Rohre und besonders von Verbindungsstellen führen können. Jedes Einfrieren setzt aber eine längere Stagnation des Wassers voraus.

Wenn wasserführende Leitungen durch außenluftbelüfteten Abseiten hinter den Kniestöcken verlegt werden, so sind diese Leitungen besonders gefährdet. Fehlerhafte Rohrdämmung führt zu dem Einfrieren von 2 Seiten. Aber Leitungen, die gleichmäßig einfrieren, sind in vielen Fällen nach der Frostperiode noch unbeschädigt.

Wenn Wasser zu Eis gefriert, dann dehnt es sich aus und vergrößert sein Volumen. Gleichzeitig nimmt seine Dichte ab. Deswegen ist Eis bei gleichem Volumen leichter als Wasser. Eis ist neben dem flüssigen und gasförmigen  der 3. Aggregatzustand von Wasser und bildet sich bei Normaldruck, Anwesenheit von Kristallisationskeimen und einer Temperatur niedriger als 0 °C (Schmelz- bzw. Gefrierpunkt).

Reines Wasser gefriert erst bei -46 °C. Durch eine Erschütterung und/oder Verschmutzung friert das unterkühlte Wasser schlagartig ein. Diese Phänomen kennt man auch unter dem Begriff "Blitzeis", wenn z. B. unterkühltes Regenwasser auf die Straße aufschlägt und sich dort eine Eisschicht bildet.

Es kann vorkommen, dass Leitungen zufrieren, wenn schlecht oder nichtgedämmte Leitungsteile schon in den Minusbereich (< 0 °C) abgekühlt sind, aber auf Grund der Fließgeschwindigkeit das vorbeifließende Wasser noch nicht gefroren ist. Durch das Abschalten oder dem Ausfall der Pumpe kommt das Wasser zum Stillstand. Durch die plötzliche Eisbildung entstehen sehr hohe Drücke in der Rohrleitung. Hier wirkt das Rohr evtl. wie eine Einfriermanschette..

.

.

.

.

Druckzunahme in einer abgesperrten wassergefüllten Leitung bei "Umwandlung" von Wasser in Eis.

Die gelbe Linie in der Grafik beschreibt den Druckverlauf ohne Berücksichtigung der elastischen Eigenschaften des Rohrmaterials. Wird das elastische Verhalten berücksichtigt, so ist der Druckanstieg etwas geringer als am Beispiel für zwei unterschiedliche Kupferrohrabmessungen berechnet. Die ebenfalls eingezeichneten Berstdrücke sind aus den Materialkennwerten für Kupfer berechnet.

Frostschutzmaßnahmen in nicht ständig oder selten genutze Gebäude

Immer wieder stellt sich die Frage, welche Maßnahmen getroffen werden müssen, um ein Einfrieren wassergefüllter Bauteile (Wasserleitungen, Geruchsverschlüsse [Siphone], WC-Schüssel, aber auch oberirdische Regenzisternen, Regentonnen, Gartenschläuche, Hochdruckreiniger und Teichpumpen) in nicht ständig oder selten genutze Gebäuden (leerstehende Wohnhäuser, Ferienhäuser) zu verhindern. Wenn das Gebäude nicht genutzt wird und eine Heizung nicht in Betrieb gesetzt werden soll, dann ist die sicherste Möglichkeit das Wasser aus allen wasserführenden bzw. wassergefüllten Bauteilen (Heizung, allen Wasserleitungen, den Geräten (WW-Speicher), Spülkästen, WC-Schalen und Geruchsverschlüsse [Sifone]) zu entleeren.

Wenn eine Entleerung der Rohrleitungen nicht vollständig möglich ist oder nicht gewünscht wird, dann müssen die gefährdeten Bereiche oder Räume frostfrei erwärmt werden, weil z. B. Trinkwasserleitungen nicht mit Froschutzmittel befüllt werden können oder Heizungsleitungen nicht mit Frostschutzmittel gefüllt werden sollten.

Hierbei müssen einige Dinge beachtet werden.

  • Wasserheizungsanlagen wird man nie vollständig entleeren und auch nicht mit Druckluft ausblasen können. Deshalb kann es sinnvoll sein, die Anlagen mit einem Wasser-Frostschutzmittel-Gemisch zu füllen, das regelmäßig überprüft werden muss.
  • Wenn die Trinkwasserleitungen mit Gefälle verlegt sind, kann das Wasser an der tiefsten Stelle abgelassen werden. Wobei die Leitungen an der obersten Stelle belüftet werden müssen. Sicherer ist es, die Leitungen mit Druckluft auszublasen. In Trinkwasserleitungen aus Metall bestehen hier korrosive und hygienische Probleme. Solche Anlagen müssen bei der Wiederinbetriebnahme gespült und beprobt werden.
  • Bei elektrischen Trinkwassererwärmern muss vor der Entleerung die Stromversorgung unterbrochen werden, damit der Heizstab nicht durchbrennt.
  • Bodenabläufe, WC-Schalen und Urinale können mit einem Lappen ausgetrocknet werden. Besser ist eine Zugabe von Frostschutzmittel oder Salz in das Wasser. Wobei eine Salzzugabe sehr unsicher ist.
  • Geruchsverschlüsse an Waschbecken, Dusch- und Badewannen kann die Wasservorlage am Bauteil entleert  werden. Aber auch hier sind die Maßnahmen, die bei den WC-Schalen angewendet werden, vorzuziehen. Natürlich dürfen diese gefüllten Geruchsverschlüsse nicht gespült werden.
  • Entleerte Geruchsverschlüsse lassen die Gase aus dem Abwasserssystem in das Gebäude, was zu erheblichen Geruchsproblemen führen kann. Besonders in eingerichteten Gebäuden sollte man diese Methode nicht anwenden, da die Gerüche sich in der Einrchtung festsetzen können. Über das Eindringen von Ungeziefer wird auch berichtet. Für diese Zwecke werden inzwischen Trockensifone angeboten, die aber meistens nur für Brennwertgeräte, Erdwärmetauscher oder an Kühlregister von Klimaanlagen geeignet sind.
Wird ein Gebäude immer wieder regelmäßig genutzt (z. B. Wochenendhaus), dann sollte die Heizung auf "Frostschutz" betrieben werden. Dabei muss bei der Temperaturwahl darauf geachtet werden, dass die Räume über Raumthermostate geregelt werden, da z. B. in einem nach Süden ausgerichtetem Raum mit Raumthermostat (Referenzraum) zur Regelung des ganzen Hauses eingesetzt wird, noch Plusgrade sein können, während Räume, die nach Norden ausgerichtet sind, bereits Minusgrade auftreten können. Hier sollte die Systemtemperatur so niedrig wie möglich eingestellt werden und die Umwälzpumpe darf nicht automatisch abgeschaltet werden. Außerdem sollte man überlegen, ob es nicht sinnvoller ist, die Anlage mit einen Wasser-Frostschutzmittel-Gemisch zu füllen, wenn das Haus nichtg regelmäßig überwacht wird, da dann bei einem unbemerkten Heizungsausfall die Probleme wie in einem nicht beheizten Gebäude auftreten können. Eine Fachfirma, die diese Anlage einstellt, sollte sich einen sog. "Frostbrief" unterschreiben lassen.
Frostschutzmittel
Kubischer Ausdehnungskoeffizient von GLYKOSOL N-Wasser-Gemischen
 Kubischer Ausdehnungskoeffizient von GLYKOSOL N-Wasser-Gemischen
Quelle: pro Kühlsole
Kubischer Ausdehnungskoeffizient von Pekasol L-Wasser-Gemische
 Kubischer Ausdehnungskoeffizient von Pekasol L-Wasser-Gemische
Quelle: pro Kühlsole

Alle wasserfürhrenden Anlagen, die mit der Außenluft in Berührung kommen, müssen vor dem Einfrieren geschützt werden. Hier werden Frostschutzmittel eingesetzt. Für jede Anlagenart (Heizungsanlagen, Kühlanlagen, Solaranlagen) gibt es passende Mittel.

So gibt es z. B. spezielle Frostschutzmittel für den Einsatz in Solarkollektoren als Wärmeübertragungsmedium (Solarflüssigkeit). Diese ist 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. 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 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 Anlage, 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.

Weitere Funktionen
Aktuelle Forenbeiträge
Pedaaa schrieb: Ich bin zu der Lösung gekommen, weil meine Frau aufgrund der...
Fritz Bummel schrieb: Der Trennkanal wird eh in ganz Deutschland eingeführt bzw. existiert...
ANZEIGE
Hersteller-Anzeigen
Aktuelles aus SHKvideo
SHKwissen nutzen
Wissensbereiche
Website-Statistik