Warum wassergefüllte Kollektoren im Winter nicht einfrieren

Warum wassergefüllte Kollektoren im Winter nicht einfrieren

Ein rein wassergeführtes Solarthermie-System ohne Frostschutzmittel – das können sich hierzulande noch immer viele nicht vorstellen. Klar, die Kollektoren befinden sich auf dem Dach und im Winter friert reines Wasser normalerweise ein – Frostschutz muss also sein.

Wasser-Glykol-Gemisch mit Nachteilen

Die meisten Anlagen arbeiten deshalb mit einem Wasser-Glykol-Gemisch, das aus physikalischer und auch finanzieller Sicht einige Nachteile hat: Bei hohen Temperaturen kann es „cracken“, d.h. sich in seine Bestandteile zerlegen, dabei die Anlage beschädigen oder zumindest die Funktion beeinträchtigen. Das ist besonders blöd für größer dimensionierte Anlagen zur Heizungsunterstützung, die im Sommer ständig „in Dampf“ gehen. Da aber gerade die Sonnenheizung so spannend ist, muss man sich dem Problem widmen. In einschlägigen Foren lese ich, dass das Wärmeträgermedium oder –fluid alle 10 – 12 Jahre getauscht werden sollte, manche schreiben sogar, alle drei Jahre (wie in diesem Thread des Forums www.haustechnikdialog.de). Wenn es aber „gecrackt“ ist, kann das wesentlich häufiger der Fall sein und Kosten verursachen – größenordnungsmäßig ab 100 Euro für Frostschutzmittel und Arbeitsstunden für ein Wohnhaus, bei Großanlagen entsprechend mehr.

Wie man das Wasser im Kollektor am Einfrieren hindert

Aber es geht eben auch anders, nämlich mit reinem Wasser als Wärmeträgermedium. Voraussetzung ist ein guter Kollektor, der möglichst wenig Wärme an die Umgebung wieder abgibt und den Bedarf für Frostschutz auf besonders kalte Winternächte beschränkt, und entsprechend ausgeklügelte Regelungstechnik. Der Solarregler sorgt dann dafür, dass bei Bedarf wenige Male pro Nacht Wasser aus dem Wärmespeicher in den Kollektor gepumpt wird – gerade so viel, dass die Wassertemperatur nicht unter 7 Grad sinkt. Dafür sind nur geringe Mengen Wärme nötig – ca. 1 – 3 % der zuvor erzeugten Wärmeenergie. Die Großanlage in Wels beispielsweise, über die wir noch berichten werden, benötigte im Winter 2011/12 von November bis Februar nur 1 % der Wärmenergie für den Frostschutz.

Ist es sinnvoll, den Kollektor zu „beheizen“?

Die Antwort lautet eindeutig ja, denn der geringe Energieaufwand für den Frostschutz wird locker dadurch wettgemacht, dass reines Wasser gegenüber dem Glykolgemisch eine wesentlich bessere Energieausbeute hat – je nach Kollektorbauart etwa 10 – 15 Prozent! Dafür bekommt man dann ein wartungsarmes, ausfallsicheres System. Die Anwendung von Wasser ist außerdem auch ökologisch die bessere Variante – also einfach ecoquent.

Foto: Paradigma

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16 Kommentare zu “Warum wassergefüllte Kollektoren im Winter nicht einfrieren”

  1. Ulrich

    Gut verständlicher Artikel!

    @ Cornelia: Das ist die „Dresdner Hütte“ liegt in Tirol; direkt unterhalb des Stubaier Gletschers in 2300 Metern Höhe; hab selbst dort schon übernachtet und solar-geduscht. Weitere Bilder zur Anlage gibt es drüben auf der Seite von Ritter XL Solar. Grüße

  2. Alexander Wunderer

    Vielen Dank für den interessanten Beitrag! Die Energieausbeute liegt in jedem Fall aufgrund der größeren spezifischen Wärmekapazität von 4,2 kJ/kg*K für Wasser gegenüber einem Wasser-Glykol-Gemisch von bis zu 3,6 kJ/kg*K deutlich auf der Seite von Wasser. Es gibt in dem Sinn kein „besseres“ Wärmetransportmittel, als Wasser, da es die höchste vorkommende spezifische Wärmekapazität besitzt.
    Ich war bis jetzt auch der Meinung, dass Solaranlagen ohne Frostschutz unwirtschaftlich sind. Daher würde ich mich freuen, wenn ich weiterführende Informationen zu dieser Anlage bekommen könnte. Danke und glG

  3. Reinhard Bartsch

    Hallo, ich besitze seit über 8 Jahren eine Solar-Röhren-Vakum-Anlage (ca. 6m²) von der Firma PRADIGMA. Ich heize damit mein 150l Speicher und/oder unterstütze meine Heizung. Das wird über die Steuerung entsprechend Bedarf geregelt. Da kein Frostschutzmittel im System ist, kommt es direkt in den Kreislauf. Das ist sehr effektiv, da auch bei einem Wärmetausch Verluste entstehen. Die Anlage hängt an der Giebelwand, Außentemperaturen von – 18° problemlos überstanden, keine Wartung (Austausch von Kühlflüssigkeit, Spülung), das macht schon allein den Energiebedarf für das Aufheizen bei Minusgraden dicke weg. (reine Entsorgung von Kühlflüssigkeit ca. 1,00 €/l netto ohne Monteur- und Spülkosten). Sollte man bei niedrigen Temperaturen doch Bedenken haben oder Havarie, kann man das System problemlos über die Kanalisation entsorgen. Ich denke an eine Erweiterung der Fläche und Speicher.
    Spitze war: 15 kW/d Durchschnitt: 5,55 kW/d

    1. Sabine E. Rädisch Post Author

      Lieber Reinhard Bartsch, danke! Solche Erfahrungberichte sind superinteressant für uns. Nur noch eine kleine Spitzfindigkeit: Mit der Zahlenangabe ist sicherlich der Wärmeertrag in Kilowattstunden (kWh) gemeint; kW gibt die Leistung an und nicht die Energiemenge.

    2. Reinhard Bartsch

      Sie haben Recht und mit dieser „Spitzfindigkeit“ kann ich ganz gut leben.

  4. Klaus Harth

    Habe meine Anlage zur Warmwasserunterstützung jetzt acht Jahre. Jetzt zum 1. mal bei über – 20 C
    eingefroren. 1 Röhre geplatzt, Wasser läuft aus, Anlage defekt. Bin gespannt ,was es kostet .

  5. Armin Mader

    Hallo, mein Vater, 85 Jahre alt, hat in seinem Haus auch seit 2008 die Paradigma Anlage zur Heizungs und Warmwasserunterstützung. Gestern, bei -18° Nachttemperatur fiel die Heizung aus. Der Monteur konnte glücklicherweise den Schaden innerhalb von 24 Stunden reparieren, die Temperatur fiel im Pufferspeicher derweil auf 17°ab und soll ja auch nicht unter 15° abfallen.
    Gerade nochmal Glück gehabt. ( Der Brennwertkessel ist 5 Jahre alt, wird regelmäßig gewartet. Trotzdem kann ein Ausfall ja immer mal passieren)

    Das ist ein Nervenkitzel der nicht unbedingt sein muß.
    Welche Backup Lösungen gibt es für diese Risiko seitens Paradigma?
    ( „eine Art Tauchsieder“)

  6. Reiner Mücke

    Hallo Herr Mader,

    falls es sich bei dem Puffer wie bei meinem um einen Aqua Expresso handeln sollte so gäbe es von Haus aus einen Anschlussvorrichtung für einen E-Heizstab. Derkommt Ihrer Idee eines Tauchsieders wohl nahe. Falls es ein Puffer eines anderen Herstellers ist einfach mal die Unterlagen wälzen. Fällt die Heizung aber aufgrund eines allgemeinen Stromausfalls bei diesem Minustemperaturen aus bringt das natürlich auch nichts.

    Von Paradigma her glaube ich in einem Forum aufgeschnappt zu haben, dass für solche Worst-Case-Szenarien (Heizung tot, Leute im Urlaub, sibirische Kälte, kein Strom) eine Art „Sollbruch-Funktion“ vorgesehen ist. Das Wasser gefriert demnach an einer unproblematischen Stelle und dehnt sich dort aus ohne dass die Röhren der Anlage platzen sollen…. Glaube das war im Register oberhalb der Röhren. Hm, vielleicht kann uns einer der Leute vom Fach etwas erhellen.

    1. Willi Theede

      Genau dort über den Glasröhren ist letzte Woche bei unser Solaranlage CPC Star azzurro, Baujahr 2005, ein Cu-Röhrchen bei ca. -10 °C geplatzt. Strom war da, aber offensichtlich keine Durchflutung der Anlage!
      Ergebnis: Druckabfall in der Heizungsanlage auf 0,3 bar. Heizung lief nicht mehr richtig.
      Merkwürdig: Keinerlei Störmeldung!???
      Erste Maßnahme: Wasserzulauf auf Druck von ca. 1,3 bar, viel dann wieder auf 1,0 bar (Vordruck) 10 m Höhe bis zum Dach.
      Handwerker sind im Haus und reparieren die Leitung!
      Mal sehen, ob die Gebäudeversicherung für den Frostschaden aufkommt!
      Hatte auch schon sehr große Wärmetauscher-Probleme mit Paradigma.
      Haben drei Jahre gebraucht bis der geeignete Wärmetauscher eingebaut wurde.
      Bin mit dem Unternehmen/Service und seinen Produkten sehr unzufrieden!!!!

  7. Juergen Groll

    Hallo,

    Anlagen, die ohne Wartungsvertrag und dann eben ohne jährlichen Service betrieben werden, können mittelfristig nicht lange halten. Wenn der Handwerker drei Jahre braucht, um einen Fehler im Wärmetauscher zu finden, ist nicht der Hersteller, sondern der Handwerker schuld. Ich würde den Handwerker wechseln.

    Mfg Jürgen Groll

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