Solarflüssigkeit
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.
 

Frostschutz

°C

spezifische
Wärme-kapazität
kJ / (kg · K) bei 20 °C
Wasser
-
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

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. 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 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.


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.

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)

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.

SOLARCLIN® - Reinigungsmedium für thermische Solaranlage - TYFOROP Chemie GmbH

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.

Flüssigkeit für Erdwärmetauscher und Erdsonden
Wenn auf der Kalt- oder Kühlwasserseite die Temperaturen unter +2 bis +3 °C kommen, 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 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 des BAG auf den Gebinden zu berücksichtigen
  •  Verschiedene Glykolarten dürfen nicht vermischt werden
  •  Die Konzentration ist deshalb jährlich zu kontrollieren
Glykol-Solarfluid-Frostschutz  - TYFOROP Chemie GmbH
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.
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