Um Wärme abzutransportieren, sind Wärmeträger bzw. Kühlmittel, notwendig. Hier unterscheidet man zwischen Kaltwasser, Wasser-Glykol-Gemische (Sole) und Kältemittel. |
Im Gegensatz zu einer Heizungsanlage, die einem Gebäude bzw. Räumen Wärme zuführt, wird mit einer Kaltwasseranlage dem Gebäude bzw. Räumen Wärme entzogen.
Dabei kann bei entsprechenden Kaltwassertemperaturen während des
Betriebes durch die Entfeuchtung der Luft auf den Oberflächen der
Wärmetauscher Kondensat entstehen, das zusätzlich abgeführt werden muss.
Kaltwasseranlagen werden mit kleinen Temperaturspreizungen (4 - 6 K) ausgelegt. Das ergibt einen 3- bis
6fachen Wasservolumenstrom gegenüber Heizkörper-Heizungsanlagen (10
- 20 K) bei gleicher Wärmeübertragung. Bei der Planung von
Anlagen (Kühlanlagen) mit Sole (Wasser-Glykol-Gemisch [Ethylen-Glykol oder Propylen-Glykol])
muss beachtet werden, dass sich die Druckverluste, Volumenströme
und die Kälteleistung verändern.
Die Anlagen werden zur Klimatisierung
(Lüftungsanlage, Kühlflächen) und in der Prozesstechnik (z. B. Kühlung von Maschinen, Apparate,
EDV-Anlagen) eingesetzt.
Ein Kaltwassererzeuger (Kaltwassersatz, Flüssigkeitskühler,
Wärmepumpe) entzieht aus einem System Wärme,
die entweder in die Umgebung (Außenluft) oder
an weitere Verbraucher (TW-Speicher, Pufferspeicher,
Heizflächen) zu Heizzwecken abgegeben wird. |
In Kühlwasseranlagen gibt es zusätzliche Anforderungen an den Betrieb oder die Wartung. Die niedrigere Wassertemperatur führt zu verstärkten hydraulischen Problemen aufgrund von Luft bzw. Gase. Aber noch mehr muss z. B. Korrosion oder mikrobiologischem Wachstum (Biofilmbildung) und den daraus resultierenden Folgen in der Kühlanlage geachtet werden. In Kühlanlagen ist die Qualität des Anlagenwassers ein entscheidender Faktor für die Effizienz. Sie wird erreicht, wenn die Aspekte Druck, Korrosion, Luft/Gase und Schmutz in die Betrachtung einbezogen werden.
In Kühlanlagen ist die Vermeidung von Luft- bzw. Gaseinträgen besonders wichtig.
Kaltwasseranlage
SpiroCool - Kühllösungen - Spirotech BV
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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. Das Mischverhältnis wird nach der Temperatur (z. B. Außenluft)
festgelegt, die auf die Rohrleitung einwirken kann. Das Frostschutzmittel muss biologisch abbaubar sein (z. B. Glysofor L). Damit auch der Korrosionsschutz gewährleistet ist, werden Mischungen aus Wasser und Alkoholen (Glykole) verwendet. Diese haben unterschiedliche toxische und thermodynamische Eigenschaften. Heute wird 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. Hier sollten schon gewisse Fachkenntnisse vorhanden sein, wenn der
Betreiber es selber machen will. Außerdem schreiben einige Wärmepumpenhersteller bestimmte Frostschutzmittel
vor und verlangen aus Gewährleistungsgründen eine Wartung durch einen Fachbetrieb. |
| 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 des BAG (Bundesamt für Gesundheitswesen [Schweiz]) auf den Gebinden
zu berücksichtigen
- Verschiedene Glykolarten dürfen
nicht vermischt werden
- Die Konzentration ist deshalb
jährlich zu kontrollieren
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Frostschutzmittel
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. |
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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.
* Temperatur, bei der eine Flüssigkeit so zähflüssig wird, dass sie nicht mehr fließen kann. |
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Ausdehnungsgefäße
in Kühlanlagen
In Kühlanlagen sind
Zwischengefäße vorzusehen, wenn Gefäßtemperaturen von unter
5 °C auftreten, die meisten Gefäßhersteller die niedrigste Temperatur mit + 5 °C
angeben. |
Der Ausdehnungsfaktor ist höher, wenn dem Wasser Frostschutzmittel zugegeben
wurde. Die entsprechenden Werten sind von dem Mischungsverhältnis
abhängig. Bei Kühlanlagen muss der Inhalt der Anlage rechnerisch
ermittelt werden, denn Pauschalwerte aufgrund der Nennleistung des Kühlaggregates
ergeben keine zuverlässigen Ergebnisse. Für die Bestimmung
des Ausdehnungsvolumens muss mit der max. möglichen Umgebungstemperatur
gerechnet werden, welche die Kühlflüssigkeit bei Ausfall des
Kühlaggregates annehmen kann (ca. 30 – 35°C). |
Der Vordruck in einem Membrandruckausdehnungsgefäß
(MAG)
sollte mindestens 1,5 bar betragen, damit die angeschlossenen
Geräte nicht auf Grund eines zu geringen Druckes abschalten.
Die Wasservorlage, d. h. der Fülldruck sollte entsprechend hoch über dem Vordruck liegen und bei der
Auslegung berücksichtigt werden. Dies ist besonders wichtig,
wenn das Kühlmedium stark unter die Fülltemperatur absinken
kann.
Bei dem Einsatz offener Ausdehnungsgefäße muss darauf geachtet werden, dass es nicht zu
Kavitationsschäden in den Pumpen kommt. |
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Kubischer
Ausdehnungskoeffizient von GLYKOSOL N-Wasser-Gemischen und Pekasol L-Wasser-Gemische
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Quelle:
pro Kühlsole |
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Transparenter
Sole-Ausgleichsbehälter |
Quelle:
Vaillant Deutschland GmbH & Co. KG |
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Ein transparenter
Ausgleichsbehälter wird eingesetzt, da sich
der Wärmeträger (Wasser-Glykol-Gemisch
bzw. Sole) im Kreislauf eines
Erdkollektors oder einer Erdsonde im normalen Betrieb
abkühlt. Hier ist es sinnvoll, den Füllstand im
Ausgleichsbehälter beobachten zu können. Zumal
eine Wärmepumpe bei zu niedrigem Druck auf Störabschaltung
geht. Außerdem ist es normal, dass der Füllstand
der Soleflüssigkeit im ersten Monat nach der
Inbetriebnahme der Anlage etwas sinkt. Der Füllstand
kann auch je nach Temperatur der Wärmequelle variieren.
Im Gegenteil zu Heizungs- und Solaranlagen zieht sich die
Flüssigkeit zusammen. |
Wenn der Füllstand der Soleflüssigkeit
so weit gesunken ist, dass er im Soleausgleichsbehälter nicht mehr sichtbar ist, muss die
Soleflüssigkeit nachgefüllt werden. Im Gegensatz zu
den Membrandruckausdehnungsgefäßen (MAG) haben
diese Gefäße haben keine Membran,
da das Luftpolster den Gegendruck aufrecht hält. Bei Anlagen, die keinen
Mindestdruck benötigen, kann auf das Sicherheitsventil verzichtet werden. Dann kann die Anlage
offen betrieben werden. Jedes Ausdehnungsgefäß sollte mit einem Kappenventil
angeschlossen werden, damit es bei der Dichtheitsprüfung und dem Luftfreispülen
von der Anlage getrennt werden kann. |
Der Sole-Fülldruck sollte zwischen 1
und 2 bar liegen. Wenn er für die Dauer von 2 Minuten unter 0,6
bar oder einmalig unter 0,2 bar sinkt, wird die Wärmepumpe
automatisch abgeschaltet und eine Fehlermeldung wird angezeigt. |
Auch bei
der PC-Kühlung kommen transparente
Ausgleichsbehälter zum Einsatz. |
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Handrefraktometer
Quelle: Wagner & Co
Glykomat
Quelle: Georg Pforr GmbH & Co. KG
Handfüll- und Impfpumpe
Druckerhöhung und Nachfüllen - Solar- und Kühlflüssigkeiten
Quelle: RESOL - Elektronische
Regelungen GmbH
Handfüll- und Druckprüfpumpe
Druckprüfung, Druckerhöhung und Nachfüllen |
Messinstrumente und nützliches Werkzeug
Diese Messinstrumente gehören zur Grundausstattung für die Wartung thermischer Solaranlagen und Kühlsystemen.
Frostsicherheit - Handrefraktometer
Das Handrefraktometer bestimmt die Frostsicherheit von Wasser-Propylen-glykol-, Wasser-Ethylenglykolgemischen und die Dichte von Wasser-Batterie-säuregemischen.
Messbereiche:
- Propylenglykol 0 bis -50 °C
- Ethylenglykol 0 bis -50 °C
- Batteriesäure 1,15-1,30 g/cm³
Die Messung ist zwar weitgehend temperaturunabhängig, jedoch erzielen Sie den exaktesten Wert bei einer Mediumtemperatur von 20 °C.
Zur Schnellmessung kann auch ein "Glycomat"
oder ein Aräometer
eingesetzt werden.
Außerdem sind Messgeräte für den pH-Wert und den
Härtegrad der Flüssigkeit notwendig.
Eine Handfüll- und Impfpumpe
mit Absperrkugelhahn wird zur Druckerhöhung
und zum Nachfüllen von Kühlflüssigkeiten
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,
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.
Zum Füllen und Spülen ist der Einsatz einer Füll- und Spülstation sinnvoll. |
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Hinweis!
Schutzrechtsverletzung: Falls Sie meinen, dass von meiner Website
aus Ihre Schutzrechte verletzt werden, bitte ich Sie, zur Vermeidung
eines unnötigen Rechtsstreites, mich
umgehend bereits im Vorfeld zu kontaktieren, damit
zügig Abhilfe geschaffen werden kann. Bitte nehmen Sie zur Kenntnis:
Das zeitaufwändigere Einschalten eines Anwaltes zur Erstellung
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mir wird daher im Sinne der Schadensminderungspflicht als unbegründet
zurückgewiesen. |
