Wärmeträger bei Solaranlagen: Wasser und Glykol im Vergleich

Propylenglykol im Solarfluid

Für das Heizen mit Solarthermieanlagen sammeln Kollektoren auf dem Hausdach Sonnenwärme ein; eine Wärmeträgerflüssigkeit transportiert sie ins Haus. Dass die flüssigkeitsgefüllten Kollektoren im Winter vor Frost geschützt werden müssen, leuchtet ein.

Frostschutz mit Glykol? Es geht auch anders

Das kann zum einen durch den Zusatz eines Frostschutzmittels geschehen, z.B. Propylenglykol. Die meisten Anlagen hierzulande werden daher mit einem Wasser-Glykol-Gemisch betrieben. Dass es auch noch anders geht, ist vielen nicht bewusst: Solaranlagen können nämlich mit reinem Wasser betrieben werden. Dazu wird das Wasser auf Temperaturen über dem Gefrierpunkt gehalten, wozu nur wenig Energie notwendig ist. Deshalb frieren mit auch mit reinem Wasser betriebene Anlagen im Winter nicht ein.

Warum Wasser als Wärmeträger?

In unseren bisherigen Artikeln über Wasser als Wärmeträgermedium für Solaranlagen war von den besseren chemischen und physikalischen Eigenschaften des Wassers die Rede – heute wollen wir mal Wasser und Glykol gegenüberstellen und das Ganze mit Zahlen belegen. Vorab noch ein paar Worte zu den genannten Größen:

  • Wärmeleitfähigkeit: Sie beschreibt, wie viel Wärme durch einen Stoff hindurchgeht; die Wärmedämmung eines Gebäudes sollte möglichst wenig Wärme leiten, für die Wärmeträgerflüssigkeit hingegen eine gute Wärmeleitfähigkeit vorteilhaft
  • Spezifische Wärmekapazität: Sie gibt an, wie viel Wärme ein Stoff speichern kann.
  • Kinematische Viskosität: die Fließfähigkeit einer Flüssigkeit; je höher die Viskosität, desto zähflüssiger; Glykol muss man sich eher wie Öl vorstellen, was sich ungünstig auf die Fließeigenschaften und Druckverhältnisse im System auswirkt.
Eigenschaften von Glykol-Gemisch im Vergleich mit Wasser

Physikalisch-chemische Eigenschaften von Wasser-Glykol-Gemisch im Vergleich mit Wasser

Dieser Vergleich bezieht sich auf eine Temperatur von 40 ° Celsius; die Eigenschaften des Glykolgemisches hängen außerdem natürlich noch vom Glykolanteil im Wasser ab. Die in der Tabelle angegebenen – 25 ° Celsius entsprechen einem Glykolanteil von gut 40 %. Die Wärmeträgerflüssigkeit mit einem entsprechenden Mischungsverhältnis gibt es fertig in Kanistern zu kaufen. Etwas anderes empfiehlt sich auch nicht, da sich die Eigenschaften bei einer Überdosierung weiter negativ verändern – und ein Zuwenig natürlich den Frostschutz gefährdet. Bemerkenswert ist auch, dass sich die Anlage bei hohen Temperaturen selbst zerstören kann, wenn das Gemisch sich in seine chemischen Bestandteile zerlegt.

Reine Physik: Reines Wasser

Anlagen mit purem Wasser als Wärmeträger dagegen schützen sich rein physikalisch gegen den Frost – mit ein wenig Wärmeenergie, die nur 1 -3 % des Solarertrags ausmacht. Und der ist dank der idealen Eigenschaften des Wassers um bis zu 15 % höher als bei Wasser-Glykol-Anlagen.

Wir sind nach wie vor auf der Suche nach weiteren Anbietern von wassergeführten Anlagen in Europa. In China ist ja der Großteil ohnehin wassergeführt, wie wir schon mal gehört haben, wieso ist das bei all den Vorteilen in Europa so anders?

Bild und Tabelle: © Paradigma

Darf’s ein bisschen mehr sein? Passend zum Thema:
  • Anforderungen an die Wasserqualität für wassergeführte Solarthermie-Systeme
    Leitungswasser für Solarthermie-Systeme?
  • Solaranlagen im Winter: Frieren sie ein?
    Wassergefüllte Solarthermie-Anlage auf dem Prüfstand am Beispiel Wels
  • Warum wassergefüllte Kollektoren im Winter nicht einfrieren
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  • Was unterscheidet wassergeführte Solaranlagen von den herkömmlichen?
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12 Kommentare zu “Wärmeträger bei Solaranlagen: Wasser und Glykol im Vergleich”

  1. K. Hester

    Sehr geehrte Frau Rädisch,

    interessanter Beitrag.

    Mich interessiert, warum es sich nicht empfiehlt Frostschutz aus Konzentrat herzustellen? Laut Mischtabelle Flüssigkeit herstellen und Anlage befüllen auch beim Nachfüllen immer wieder die gleiche Mischung herstellen, ist doch nicht schwer?

    Freundliche Grüße

    K. Hester

    1. Sabine E. Rädisch

      Hallo, danke für die Frage! Zunächst mal haben Sie recht – es ist nicht schwer, die entsprechende Mischung von Wasser und Frostschutzmittel (meist Propylenglykol) herzustellen. Für die meisten Hersteller von Solaranlagen im deutschsprachigen Raum ist es einfacher, ihre Anlagen mit so einem Wasser-Glykol-Gemisch zu betreiben – der Gefrierpunkt des Wärmeträgermediums sinkt und damit ist die Anlage vor Frost geschützt. Allerdings handelt man sich damit eben auch eine Reihe von Nachteilen ein – wie man in der Tabelle im Artikel sieht, hat reines Wasser eine Reihe von Vorteilen, was seine chemisch-physikalischen Eigenschaften angeht – resultierend unter anderem in einer höheren Energieausbeute wassergeführter Systeme sowie niedrigerem Wartungsaufwand (und das bedeutet letztlich auch niedriegere Kosten). Einige wenige Hersteller haben deshalb ihre Steuerungstechnik und die Kollektoren so optimiert, dass sie das Wärmeträgermedium allein durch minimale Energiezufuhr vorm Einfrieren schützen. Die Frage ist also nicht unbedingt die nach der Herstellung des Wasser-Glykol-Gemisches, sondern warum es überhaupt für Solaranlagen verwendet wird. Was wassergeführte Solaranlagen sonst noch von herkömmlichen unterscheidet, können Sie auch hier nachlesen.

  2. Melma85

    Sehr schöner Text und gute Recherchearbeit!
    Ich könnte mir Vorstellen, dass es einfach die fachmännisch wirkende Außendarstellung des Wortes Glykol gegenüber dem Kunden ist! Warum sollte man für Wasser denn auch ein Vermögen ausgeben? 😉

  3. Werner Kallmerten

    Sehr geehrte Frau Rädisch,
    ich verwende seit nunmehr 20 Jahren dünnflüssiges Silkoöl (Polydimethylsiloxan)
    Die Vorteile möchte ich Ihnen darlegen:
    1. Aufgrund der geringen spez. Wärmekapazität erwärmt sich die Flüssigkeit schon erheblich bei geringer Sonneneinstrahlung.d.h.es wird schon bei geringer Sonneneinstrahlung Energie an den Speicher abgegeben.
    2. Der Siedepunkt ist nicht meßbar. Es kann bis 300°C eingesetzt werden. Da Solargstützte Heizungen im Sommer Stillstandstemperaturen von über 200°C erzeugen, ist es notwendig einen Wärmeträger einzusetzen, der bei dieser Temperatur drucklos ist und das System nicht sprengt, wie bei Wasser.
    3. Es werden höhere Temperaturen im Speicher erreicht, als bei herkömmlichen Wärmeträgern

    1. Cornelia Daniel-Gruber

      Hallo Herr Kallmerten,

      vielen Dank für den interessanten Kommentar und verzeihen Sie gleich mal meine vielleicht blöde Frage. Inwiefern unterscheidet sich Silikonöl von Glycol und wie verbreitet ist der Einsatz dessen?

      Besten Dank!

    2. Hils Bruno

      Sehr geehrter Herr Kallmerten
      Ich möchte unser MFH am D-79801 Hohentengen (Südlage direkt an der Schweizergrenze) mit Solarkollektoren CPC XL von Ritter und einem hochisolierenden
      VSI Saisonspeicher 20 m3 von Hummelsberger ausrüsten für > 95% Energieautarkie. Ich möchte einen druckloses System fahren mit
      Wärmeträger SILIKONÖL das bis ende September 15500 kWhth/165°C einspeichert und dann den Wärmebedarf bis März 11500 kWhth aus dem Speicher abdeckt.
      Leider hat mir Rittersolar abgesagt, weil sie nur Systeme mit Wasser 110 ..120°C einsetzen. Mit Silikonöl hat man keine Erfahrung.

      In Ihrem Kommentar oben sprechen Sie von 20 Jahren Erfahrung mit Silikonöl.
      Ich würde mich sehr freuen, wenn Sie mir die Möglichkeit geben könnten mit Ihnen über Ihre Erfahrungen darüber zu sprechen. Telefonnr. oder Mailadresse?

      Meine Mailadresse ist:
      bc.hils@nullhispeed.ch
      und Telefonnr. 0041 79 4142372

      Besten Dank und freundliche Grüsse

      Bruno Hils

    3. Michael Schnelle

      Hallo Freunde der Sonne,

      die Firmen der Ritter-Gruppe (Paradigma und Ritter XL Solar) setzen soweit ich aus den Schulungen noch weiß nicht nur aus Gründen der chemischen Stabilität (kein Cracken) und geringeren Bedarf an Pumpenstrom Wasser als Wärmeträger ein: Der eigentliche Clou bei der Verwendung von Wasser ist, dass es sich um das gleiche Medium wie in den Heizkreisläufen handelt und daher auf einen zusätzlichen (und verlustbehafteten) Wärmetäuscher zur Trennung der Medien verzichtet werden kann. Die Solaranlage speist also direkt und wie ein Heizkessel ein.

      Diese Solarstrategie ist konsequent auf Wasser in Verbindung mit den hauseigenen Vakuum-Röhrenkollektoren und möglichst kleinen Speicher-Volumina (wegen der Bereitschaftsverluste) ausgerichtet und eher nicht nicht auf große Saisonspeicher. Entsprechend wurden auch alle Komponenten und die Reglerstrategie auf Wasser und kleine Puffervolumina hin optimiert.

  4. Werner Kallmerten

    Hallo Frau Daniel- Gruber,
    Glycol wird schon bei 164 °C thermisch zersetzt und kann die Anlage verstopfen und ist daher bei hohen Temperaturen problematisch. Da eine solargestützte Heizung von der thermisch genutzten Fläche nach Frühjahr und Herbst dimensioniert werden muß sind die Anlagen meist im Sommer derartigen Tamperaturen im Sommer ausgesetzt. Man muß aber überdimensionieren, wenn man einen wirtschaftlichen Wärmeertrag haben will. Eine solargestützte Heizung ist immer acyclisch. d.h. der max Wärmeetrag fällt nicht mit dem max. Wärmeverbrauch zusammen. Anders verhält es sich bei einer thermischen Adsorberkühlung, die leicht bei einer solargestützten Heizung interiert werden kann. Dann kann man die, im Sommer entstehende Wärme zur kühlung einsetzen.

  5. Eddy

    Meine Messungen haben etwas anderes ergeben. Ich habe destilliertes Wasser, Leitungswasser und Propylenglykol (99,5%) jeweils in drei gleichen Behältern auf einem Drehteller in einer Mikrowelle mit 900 Watt stark erhitzt (Dreiecksanordnung). Das war nur ein Versuch im Haushalt.

    Danach habe ich die Behälter entnommen und die Temperaturen gemessen. Dann habe ich sie an der Raumluft abkühlen lassen.

    Die beiden Wasserarten kühlten relativ schnell ab, so wie man es auch von Heissgetränken kennt. Das PG war nicht nur heisser nach der Entnahme, sondern es blieb auch sehr lange viel heisser als Wasser, kühlte sich nur sehr langsam ab.

    Das Experiment kann jeder zuhause machen. Meiner Meinung nach sollte man kein PG/Wassergemisch benutzen, sondern reines PG. Das kostet im Handel 16 Euro für 5 Liter, es gibt keine Korrosion, keine Leckagen, keine Verkeimungen etc.

    Bevor es jetzt irgendwelche Anfeindungen oder ähnliche charmante Entgleisungen hagelt – ich bewohne ein Mietshaus, welches zwei Wärmekollektoren hat und es hat mich einfach interessiert, warum man nicht überall PG einsetzt. Auf die Gegenargumente bin ich aber gespannt. Vorzugsweise welche aus eigenem Erleben und nicht aus zweiter Hand.

  6. Michael Knab

    Die Erklärung: Da die spezifische Wärmekapazität (“c”) von PG (auch Gemischen) deutlich geringer als die von Wasser ist, muss bei gleicher Energiezufuhr das PG heißer werden als das Wasser. Dies ist KEIN Vorteil, da der Aufwand für den Wärmetransport ansteigt, also eine größere Menge PG für die gleiche Wärmemenge wie bei Wasser bewegt werden muss. Auch das “bessere” Wärmehaltevermögen von PG verdeutlicht dessen Nachteil, da offensichtlich der Wärmeübergang verlangsamt stattfindet – nicht in der Microwelle (hier durch induzierte Bewegungsenergie), wohl aber bei der Abgabe über einen wie auch immer gearteten Wärmetauscher. In einem Pufferspeicher nimmt die Wandung allerdings sehr schnell die Temperatur des Speichermediums an. Daher steigen dessen Verluste selbstverständlich mit zunehmender Temperatur an.
    Silikonöl eignet sich m. E. noch viel weniger als Speichermedium, da dessen “c” nach meinen Recherchen noch deutlich unter dem von PG liegt.
    Unter den möglichen flüssigen Speichermedien, ob in Kollektoren oder Pufferspeichern, ist auf Grund seiner physikalischen Eigenschaften Wasser das für die meisten Anwendungen mit Abstand geeignetste Medium. Sollte es etwas besseres geben, nehme ich Anregungen gerne entgegen.
    Als Handwerksmeister vom Fach suche ich so etwas schon lange.

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