Solarthermische Niedertemperatursysteme - Thermische Solarenergie: Grundlagen, Technologie, Anwendungen - page 428

den Wasser-Glykolgemische entweder unter Verwendung von Propylenglykol oder Äthy-
lenglykol. Die Beimischung dieser organischen Stoffe reduziert die Wärmekapazität des
Wärmeträgers. Ein Gemisch aus 60 % Wasser und 40 % Propylenglykol verfügt lediglich
über eine spezifische Wärmekapazität c p ( T = 50 °C) von 3810 J/(kgK). Viel bedeutender ist,
dass die spezifische Zähigkeit der Glykolgemische erheblich über der reinen Wassers liegt
und neben erhöhten Druckverlusten auch den Einsatz spezieller Pumpen erfordert. Dieser
Aspekt wird im Abschn. 6.4.2.5 Solarpumpe (im Kollektorkreis) ausführlicher diskutiert.
Der zentrale positive Gesichtspunkt der Beimengung von Glykol ist, dass neben der
Herabsenkung des Gefrierpunktes (-bei einem Gemisch aus 60 % Wasser und 40 %
1.2 Propylenglykol ca. bei T = −28 °C) auch beim potenziellen Einfrieren keine großen
Eiskristalle gebildet werden. Vielmehr entsteht ein zäher Eisbrei, der auch bei noch tie-
feren Temperaturen keine Sprengwirkung mehr hat, da sich die Kristalle gegeneinander
verschieben können. Die Frostsicherheit kann beispielsweise mit Hilfe eines Frostschutz-
meters (Aräometer zur Dichtemessung) oder eines Refraktometers (optische Konzentra-
tionsmessung gelöster Feststoffe) erfolgen.
Heute verwendete Frostschutzmittel auf Propylenglykol-Basis erfüllen zusätzlich auch
die Aufgabe des Korrosionsschutzes durch beigemengte korrosionshemmende Stoffe, so-
genannte Korrosionsinhibitoren. Das Wärmeträgergemisch ist daher eine Wirkstoffkom-
bination aus Inhibitoren, Stabilisatoren und alkalisierenden Komponenten, die im Wesent-
lichen ein Absinken des pH-Wertes und damit der Korrosion der Solarkreiskomponenten
entgegenwirken soll. Zusätzlich wird die Degradation bei der thermischen Belastung des
Wärmeträgers insbesondere bei Temperaturen über 130 °C verlangsamt. Die Degradation
des Glykols basiert hauptsächlich auf den Mechanismen der Oxidation und der thermi-
schen Zersetzung.
Der Oxidationsprozess der Glykole führt zur Bildung organischer Säuren, die ein Ab-
sinken des pH-Wertes bewirken und somit korrosiv wirken. Durch die dem Wirkstoff-
gemisch beigefügten alkalisierenden Bestandteile werden die Säuren neutralisiert. Die
Neutralisation führt damit zu einem Verbrauch der alkalischen Basen. Die im Gemisch
verbleibende Basenmenge wird durch die sogenannte Reservealkalität beschrieben und
ist damit ein Maß für den im Wärmeträger verbliebenen Korrosionsschutz. Über den pH-
Wert kann daher geprüft werden, ob das Wärmeträgermedium korrosiv wirkt oder noch
verwendet werden kann. Der pH-Wert sollte über 7.5 betragen. Die pH-Wertmessung
kann z. B. chemisch (mit Indikatorpapier) erfolgen, oder mit einem potentiometrischen
Verfahren (pH-Meter - ein Gerät mit einer Elektrode, die in die Flüssigkeit gehalten wird).
Zur thermischen Zersetzung des Wärmeträgers führen hohe Temperaturen wie sie bei-
spielsweise beim Kollektorstillstand auftreten. Ab ca. 160 °C zersetzen sich die alkalisieren-
den Komponenten und der Zersetzungsprozess steigert sich rasant mit der Fluidtempera-
tur. In der Folge entstehen im Wärmeträger teerartige, polymere Zersetzungsprodukte, die
nicht mehr im Gemisch löslich sind und damit zu Verklebungen innerhalb des Solarkrei-
ses oder zur Sedimentation führen können.
Die Kombination hohe Temperaturen und Sauerstoffzutritt zum Solarsystem beschleu-
nigt auch den Alterungs- oder Degradationsprozess des Wärmeträgers um ein Vielfaches,