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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.
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spezifische
Wärme-kapazität
kJ / (kg · K) bei 20 °C |
Wasser
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- |
4,18 |
| 1,2-Propylenglykol |
- |
2,5 |
| 20 % Frostschutzmittel
in Mischung mit Wasser |
-6 |
4.10 |
| 27 % Frostschutzmittel
in Mischung mit Wasser |
-10 |
3.99 |
| 33 % Frostschutzmittel
in Mischung mit Wasser |
-15 |
3.90
|
| 39 % Frostschutzmittel
in Mischung mit Wasser |
-20 |
3.79 |
| 43 % Frostschutzmittel in
Mischung mit Wasser |
-25 |
3.72 |
| 47 % Frostschutzmittel in
Mischung mit Wasser |
-30 |
3.64 |
| 54 % Frostschutzmittel in
Mischung mit Wasser |
-40 |
3.50 |
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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 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.
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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.
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Kubischer Ausdehnungskoeffizient von GLYKOSOL N-Wasser-Gemischen und Pekasol L-Wasser-Gemische
Quelle:
pro Kühlsole
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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. |
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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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Solarfluid: Ausgangszustand (pH 8,2)
und stark gealtert (pH 6,8) - Zerstörtes Solarfluid mit unlöslichen
Zersetzungsprodukten
Quelle: BDH
 Erscheinungsbild
temperaturbelasteter
Solarfluide
Quelle: Clariant International Ltd.
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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.
Durch eine Verzunderung
(Oxidation) und einer Vercrackung (Überhitzung)
können die schützenden Bestandteile
der Solarflüssigkeit sehr schnell verbraucht
werden 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. Diese Gesichtspunkte
werden bei Stagnationsanlagen viel zu wenig beachtet.
Vercracktes
Glykol – ein unterschätztes Phänomen
- Dr. Achim Stankowiak, Leitung Anwendungstechnik
Clariant (Deutschland) |
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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.
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Für
die Erstinspektion ist auf Daten (Fülldruck, Anlagenbetriebsdruck,
Regler- und Pumpeneinstellungen, usw. ) der Anlagendokumentation der
Inbetriebnahme zurückzugreifen. |
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Reinigung vercrackter Solaranlagen
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Solarflüssigkeit austauschen
Quelle: solaranlage-ratgeber.de - Anondi GmbH
Solarflüssigkeit nachfüllen und austauschen
Dr. Gudrun Valerius, solaranlage-ratgeber.de - Anondi GmbH
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Wenn die Solarflüssigkeit in einer thermischen Solaranlage vercrackt wurde und dadurch teerartigen Zersetzungsprodukten vorhanden sind, dann müssen diesie mit einem geeigneten Reinigungsmittel (z. B. Solarclin®)
beseitigt werden.
Bei dem Reinigungsvorgang muss die überhitzte Solarflüssigkeit möglichst vollständig aus der Solaranlage entfernt werden. Nur dann ist einen optimaler Reinigungseffekt möglich, denn eine Verdünnung durch die noch vorhandene vercrackte Solarflüssigkeit oder Wasser,
das noch durch einen erfolglosen Spülversuch vorhanden ist, verringern die Wirkung der
Reinigungsflüssigkeit.
Vor dem Spülvorgang müssen die Kollektoren abgedeckt werden. Danach wird das System mit einer neutralen, farblosen, schwach hygroskopischen, leicht beweglichen, hochsiedenden Reinigungsflüssigkeit befüllt und einige Stunden mit 50 bis 60 °C umgewälzt.
Höhere Temperaturen sollten vermieden werden, um die Dichtungswerkstoffe der Solaranlage zu schonen.
Die Dauer des Spülvorganges hängt vom Grad der Verschmutzung ab. Nach beendeter Reinigung ist die Reinigungsflüsssigkeit vollständig abzulassen. Verbliebene Reste können durch Klarspülen mit Wasser und
nachfolgendem Ausblasen durch Druckluft entfernt werden. Danach kann die Anlage wieder mit einer möglichst vollständig verdampfbare Solarflüssigkeit befüllt werden.. |
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Bei dem Umgang mit einer Reinigungsflüssigkeit sind die für brennbare Flüssigkeiten üblichen und bei der Handhabung von Chemikalien notwendigen Vorsichts- und arbeitshygienischen Schutzmaßnahmen sowie die im Sicherheitsdatenblatt enthaltenen Angaben sorgfältig zu beachten.
SOLARCLIN® - Reinigungsmedium für thermische Solaranlage
TYFOCOR® LS® - nahezu vollständig verdampfbare Spezial-Wärmeträgerflüssigkeit
TYFOROP Chemie GmbH
 Entsorgung von Glykol/Wassergemischen
Bei Glykol/Wassergemischen aus Kälteanlagen, Solar- und Erdwärmetauscherflüssigkeit sowie Kühlsoleflüssigkeit handelt es sich nicht um Abwasser im Sinne der Entwässerungssatzung, sondern um flüssige Abfälle (Sondermüll), die einer ordnungsgemäßen Wiederverwertung oder Entsorgung zugeführt werden müssen. Auch im Havariefall darf es zu keiner unkontrollierten Einleitung in die öffentliche Kanalisation kommen.
Kälteträgerflüssigkeiten bestehen in der Regel aus hochkonzentrierten Glykol-Lösungen und sind zumeist als wassergefährdend (Wassergefährdungsklasse 1) eingestuft. Darüber hinaus enthalten Kälteträgerflüssigkeiten normalerweise weitere wasserschädliche bzw. toxische Stoffe (Korrosionsinhibitoren, Biozide und Schwermetalle). Bei Wartungsarbeiten, bei Rohrbruch, oder sonstigen Undichtigkeiten kann es zu Tropfverlusten oder Totalentleerung kommen.
Eine Einleitung in die Regenwasserkanalisation, in ein Gewässer oder eine Versickerung im Boden ist in jedem Fall wassergefährdend und deshalb unzulässig. Eine Einleitung in die öffentliche Kanalisation kann im Einzelfall genehmigungsfähig sein, wenn die Voraussetzungen nach § 55 Abs. 3 Wasserhaushaltsgesetz (WHG) gegeben sind. Niederschlagswasser von Flächen, auf denen Kühlaggregate im Freien aufgestellt sind, ist in die Schmutz- oder Mischwasserkanalisation einzuleiten (§19 AwSV).
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Solarflüssigkeit entsorgen
Quelle: solaranlage-ratgeber.de - Anondi GmbH
Solarflüssigkeit nachfüllen und austauschen
Dr. Gudrun Valerius, solaranlage-ratgeber.de - Anondi GmbH |
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. |
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Rücknahme / Recycling
Glykole für die Kälte-, Klima- und Heizungstechnik
WITTIG Umweltchemie GmbH
Solarflüssigkeit entsorgen: Regeln für den Sondermüll
Tom Treppner, efahrer.com - BurdaForward GmbH
Solarflüssigkeit entsorgen
entsorger.org - Lokale Digitale Medien GmbH |
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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. 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. |
| 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 () auf den Gebinden
zu berücksichtigen
- Verschiedene Glykolarten dürfen
nicht vermischt werden
- Die Konzentration ist deshalb jährlich zu kontrollieren
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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 Kühlflüssigkeiten.
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 unf 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
einer für den Diensteanbieter kostenpflichtigen Abmahnung entspricht
nicht dessen wirklichen oder mutmaßlichen Willen. Die Kostennote
einer anwaltlichen Abmahnung ohne vorhergehende Kontaktaufnahme mit
mir wird daher im Sinne der Schadensminderungspflicht als unbegründet
zurückgewiesen. |
