Bei der Auswahl eines Frostschutzmittels wird häufig zuerst der Gefrierpunkt betrachtet. Dieser Parameter ist wichtig, vermittelt jedoch kein vollständiges Bild davon, wie sich das Medium im täglichen Betrieb der Anlage verhält.

Das Medium strömt durch Rohrleitungen, Ventile, Filter, Pumpen und Wärmetauscher. Seine Eigenschaften beeinflussen daher nicht nur den Frostschutz, sondern auch die hydraulische Charakteristik der Anlage, das Erreichen des erforderlichen Volumenstroms und die Bedingungen des Energietransports.

Ein Parameter, der bei der Planung und beim Betrieb einer Anlage berücksichtigt werden sollte, ist die Viskosität des Wärmeträgermediums.

Die Viskosität allein ist jedoch kein Maß für die Qualität eines Produkts. Ein Medium mit niedrigerer Viskosität ist nicht automatisch für jede Anlage besser. Ebenso ist ein Medium mit höherer Viskosität kein minderwertiges Produkt.

Jede chemische Basis erfüllt andere Anforderungen hinsichtlich Betriebstemperatur, Anwendungssicherheit, Materialverträglichkeit und Anlagenkonstruktion.

Was bedeutet die Viskosität eines Wärmeträgermediums?

Die Viskosität beschreibt den Widerstand, den eine Flüssigkeit beim Strömen erzeugt.

Ihr Wert beeinflusst die hydraulischen Anforderungen der Anlage und sollte daher bei der Auswahl folgender Komponenten und Parameter berücksichtigt werden:

• Pumpe,
• Rohrdurchmesser,
• Ventile und Armaturen,
• Wärmetauscher,
• erforderlicher Volumenstrom.

In technischen Unterlagen zu Wärmeträgermedien wird häufig die kinematische Viskosität in mm²/s angegeben. Dieser Wert sollte jedoch niemals ohne die zugehörige Messtemperatur bewertet werden.

Dasselbe Medium kann bei folgenden Temperaturen eine deutlich unterschiedliche Viskosität aufweisen:

• +20 °C,
• 0 °C,
• –10 °C,
• –20 °C.

Ein Medium, das sich beim Befüllen der Anlage bei Raumtemperatur leicht fördern lässt, kann sich nach Erreichen der tatsächlichen Betriebstemperatur anders verhalten.

Aus diesem Grund erlaubt ein Vergleich ausschließlich anhand von Messwerten bei +20 °C nicht immer eine zuverlässige Einschätzung des späteren Betriebsverhaltens.

Warum verändert sich die Viskosität mit der Temperatur?

Mit sinkender Temperatur werden die meisten Wärmeträgermedien viskoser. Diese Veränderung verläuft nicht immer linear.

Daher kann der Unterschied zwischen zwei Medien bei Raumtemperatur relativ gering sein, bei 0 °C oder –10 °C jedoch deutlich größer ausfallen.

Eine steigende Viskosität kann sich auswirken auf:

• Druckverluste in den Rohrleitungen,
• Widerstände an Ventilen und Filtern,
• den Betriebspunkt der Pumpe,
• den tatsächlichen Volumenstrom,
• den hydraulischen Abgleich,
• die Bedingungen der Wärmeübertragung.

Dabei handelt es sich nicht um einen Mangel eines bestimmten Mediums. Es ist eine physikalische Eigenschaft, die bei der Anlagenplanung berücksichtigt werden muss.

Mit einer korrekt ausgelegten Pumpe und einer entsprechend geplanten Anlage kann der erforderliche Volumenstrom auch bei einem Medium mit höherer Viskosität erreicht werden.

Wie beeinflusst die Viskosität die Anlage?

Während der Zirkulation wird ein Teil der Energie des Mediums benötigt, um die Widerstände innerhalb der Anlage zu überwinden.

Druckverluste entstehen unter anderem in:

• geraden Rohrabschnitten,
• Bögen und T-Stücken,
• Ventilen,
• Filtern,
• Verteilern,
• Wärmetauschern,
• Bereichen mit Änderungen des Rohrdurchmessers oder der Strömungsrichtung.

Die Höhe dieser Verluste hängt nicht nur vom Medium ab, sondern auch von Rohrlänge und Rohrdurchmesser, Strömungsgeschwindigkeit, Dichte sowie der gesamten Konstruktion der Anlage.

Der Zusammenhang lässt sich vereinfacht wie folgt darstellen:

Je höher die Viskosität eines Mediums bei einer bestimmten Temperatur ist, desto wichtiger ist es, diesen Wert in den hydraulischen Berechnungen zu berücksichtigen.

Das bedeutet nicht, dass ein Medium mit höherer Viskosität einen effizienten Betrieb verhindert. Es bedeutet lediglich, dass die Anlage entsprechend ausgelegt sein muss.

Wärmeträgermedium und Betriebspunkt der Pumpe

Eine Pumpe arbeitet nicht nach einem einzigen festen Parameter. Ihr tatsächlicher Betriebspunkt ergibt sich aus dem Zusammenspiel der Pumpenkennlinie und der hydraulischen Charakteristik der Anlage.

Wird das Medium geändert, können sich auch die Betriebsbedingungen der Pumpe verändern.

Eine Pumpe, die ausschließlich anhand der Eigenschaften von Wasser ausgewählt wurde, kann sich nach dem Befüllen der Anlage mit einem Medium auf Glykol-, Glycerin- oder Kaliumformiatbasis anders verhalten.

Die Berücksichtigung des vorgesehenen Mediums bereits in der Planungsphase hilft dabei:

• den erforderlichen Volumenstrom zu erreichen,
• die passende Förderhöhe zu bestimmen,
• die Pumpe im geeigneten Arbeitsbereich zu betreiben,
• ausreichende Reserven für natürliche Veränderungen innerhalb der Anlage zu erhalten,
• das Risiko von Problemen bei der Inbetriebnahme zu reduzieren.

Bei einer bestehenden Anlage sollte einem Wechsel des Mediumtyps eine technische Bewertung der Anlagenparameter vorausgehen.

Nicht jedes Medium kann ohne zusätzliche technische Vorbereitung in eine bestehende Anlage eingefüllt werden.

Viskosität und Energietransport

Die wichtigste Aufgabe eines Wärmeträgermediums besteht darin, Energie zwischen Quelle und Verbraucher zu transportieren.

Die Wirksamkeit dieses Prozesses wird durch mehrere Parameter beeinflusst:

• Viskosität,
• Dichte,
• Wärmeleitfähigkeit,
• spezifische Wärmekapazität,
• Volumenstrom,
• Temperaturdifferenz,
• Konstruktion des Wärmetauschers.

Die Viskosität sollte daher nicht unabhängig von den übrigen Eigenschaften des Mediums beurteilt werden.

Ein Medium mit günstiger Viskosität kann das Erreichen des erforderlichen Volumenstroms erleichtern. Gleichzeitig muss es jedoch auch die Anforderungen der Anlage erfüllen hinsichtlich:

• Betriebstemperatur,
• Sicherheit,
• Korrosionsschutz,
• Materialverträglichkeit,
• Anlagenkonstruktion.

Erst die gemeinsame Betrachtung all dieser Faktoren ermöglicht die Auswahl einer geeigneten Lösung für das jeweilige System.

Wie verhalten sich unterschiedliche Wärmeträgermedien bei sinkenden Temperaturen?

Die folgende Übersicht zeigt die kinematische Viskosität ausgewählter
Procold-Wärmeträgermedien in gebrauchsfertigen Varianten mit einer
Frostschutztemperatur von −20°C.

Quelle: aktuelle technische Daten von Procold. Der Vergleich bezieht sich
auf gebrauchsfertige Produktvarianten mit einer Frostschutztemperatur
von −20°C.

Die Daten zeigen, dass unterschiedliche chemische Basen verschieden auf
sinkende Temperaturen reagieren. Die Übersicht sollte jedoch weder als
Produktranking noch als Hinweis darauf verstanden werden, dass eine Lösung
universell die beste ist.

Die Produkte sind nicht untereinander austauschbar. Sie wurden für
unterschiedliche Anlagentypen und verschiedene technische Anforderungen
entwickelt.

SUPERCOOL – für speziell ausgelegte Anlagen

SUPERCOOL ist ein Wärmeträgermedium auf Kaliumformiatbasis, das unter anderem für anspruchsvolle Niedertemperaturanwendungen vorgesehen ist. Auch bei Temperaturen unter 0 °C weist es eine vergleichsweise niedrige Viskosität auf.

Es handelt sich jedoch weder um ein universelles Produkt noch um einen direkten 1:1-Ersatz für Medien auf Glykolbasis.

SUPERCOOL muss in einer Anlage eingesetzt werden, die speziell für ein Wärmeträgermedium auf Kaliumformiatbasis ausgelegt ist. Bei Planung und Vorbereitung der Anlage müssen die Eigenschaften des Mediums, die eingesetzten Werkstoffe, Dichtungen und technologischen Anforderungen berücksichtigt werden.

Die niedrige Viskosität von SUPERCOOL ist deshalb ein Vorteil in einer konkreten Anwendung und keine allgemeine Überlegenheit gegenüber allen anderen Wärmeträgermedien.

SUPERCOOL sollte nicht ohne vorherige technische Prüfung und entsprechende Vorbereitung der Anlage in ein bestehendes Glykolsystem eingefüllt werden.

FACTORY – für ein breites Spektrum technischer Anlagen

FACTORY ist ein Wärmeträgermedium auf Monoethylenglykolbasis. Es ist für Systeme vorgesehen, bei denen Leistungsfähigkeit und vielseitige technische Einsatzmöglichkeiten wichtig sind und kein ökologisch ausgerichtetes Produkt erforderlich ist.

Zu seinen Vorteilen zählen die Eignung für ein breites Spektrum entsprechend geplanter technischer Anlagen sowie die Verfügbarkeit in mehreren Temperaturausführungen.

Die im Vergleich zu einem Kaliumformiatmedium höhere Viskosität bedeutet keine geringere Qualität. Sie ist eine physikalische Eigenschaft der verwendeten chemischen Basis und sollte bei der Pumpenauslegung und Anlagenplanung berücksichtigt werden.

FACTORY EKO – wenn Anwendungssicherheit Priorität hat

FACTORY EKO basiert auf Monopropylenglykol. Das Produkt verfügt über eine PZH-Zulassung und ist für Anlagen mit vielseitigen Einsatzmöglichkeiten bestimmt, bei denen die Anwendungssicherheit eine besonders wichtige Rolle spielt. Zusätzlich ist eine Ausführung mit Leckageerkennung erhältlich.

Der wichtigste Vorteil besteht in diesem Fall nicht darin, die niedrigstmögliche Viskosität zu erreichen, sondern den Frostschutz mit den Anforderungen an einen sicheren Anlagenbetrieb zu verbinden.

FACTORY GLY – eine Lösung auf Glycerinbasis

FACTORY GLY ist ein Wärmeträgermedium auf Glycerinbasis mit PZH-Zulassung und Leckageerkennung. Das Produkt ist unter anderem für Anlagen vorgesehen, die bei höheren Temperaturen betrieben werden.

Damit erfüllt es andere Anforderungen als ein Kaliumformiatmedium für Niedertemperaturanwendungen.

Ein Vergleich der beiden Lösungen ausschließlich anhand ihrer Viskosität würde ihre unterschiedlichen Einsatzbereiche und wichtigsten Vorteile außer Acht lassen.

Bedeutet eine niedrigere Viskosität geringere Betriebskosten?

Eine niedrigere Viskosität kann dazu beitragen, hydraulische Widerstände zu begrenzen und das Erreichen des erforderlichen Volumenstroms zu erleichtern.

Die Wahl eines Mediums mit niedrigerer Viskosität führt jedoch nicht automatisch zu einem geringeren Energieverbrauch.

Das tatsächliche Ergebnis hängt unter anderem ab von:

• der Konstruktion der Anlage,
• dem Wirkungsgrad der Pumpe,
• der Art der Regelung,
• dem Betriebspunkt,
• Länge und Durchmesser der Rohrleitungen,
• Anzahl der Armaturen und örtlichen Widerstände,
• Zustand von Filtern und Wärmetauschern,
• erforderlicher Heiz- oder Kälteleistung.

Ist das Medium nicht mit der Anlage kompatibel oder wurde das System nicht dafür ausgelegt, kann der mögliche Vorteil eines einzelnen Parameters eine fehlerhafte Gesamtauswahl nicht ausgleichen.

Die Übereinstimmung des Mediums mit Konstruktion und Verwendungszweck der Anlage ist daher wichtiger als die Suche nach der niedrigstmöglichen Viskosität.

Warum ist die Konzentration des Mediums wichtig?

Bei der Verwendung von Konzentraten ist auch das richtige Mischungsverhältnis entscheidend.

Eine höhere Konzentration kann den Frostschutz verbessern, verändert jedoch gleichzeitig:

• die Viskosität,
• die Dichte,
• die Wärmeleitfähigkeit,
• die spezifische Wärmekapazität,
• die Anforderungen an die Pumpe.

Durch die Anpassung der Konzentration an die tatsächliche minimale Betriebstemperatur lassen sich der erforderliche Frostschutz und geeignete hydraulische sowie thermische Eigenschaften miteinander verbinden.

Der Grundsatz „je mehr Konzentrat, desto besser“ bringt der Anlage nicht immer einen zusätzlichen Nutzen.

Wann ist die Analyse der Viskosität besonders wichtig?

Die Viskosität sollte besonders sorgfältig berücksichtigt werden bei:

• Anlagen mit Betriebstemperaturen unter 0 °C,
• großen industriellen Kreisläufen,
• Systemen mit langen Rohrleitungswegen,
• Anlagen mit begrenzten Rohrdurchmessern,
• Systemen mit hohen erforderlichen Volumenströmen,
• Solekreisläufen von Erdwärmepumpen,
• Anlagen mit geringer Leistungsreserve der Pumpe,
• modernisierten Anlagen oder Systemen, die mit einem anderen Medium als bisher befüllt werden.

Je anspruchsvoller die Betriebsbedingungen sind, desto wichtiger ist es, nicht nur den Gefrierpunkt, sondern die Gesamtheit der Medieneigenschaften zu bewerten.

Kiedy analiza lepkości jest szczególnie ważna?

Lepkość należy dokładnie uwzględnić szczególnie w:

• instalacjach pracujących w temperaturach ujemnych,
• dużych obiegach przemysłowych,
• systemach z długimi rurociągami,
• układach o ograniczonych średnicach przewodów,
• instalacjach wymagających wysokiego przepływu,
• dolnych źródłach pomp ciepła,
• układach z niewielką rezerwą parametrów pompy,
• instalacjach modernizowanych lub napełnianych innym medium niż dotychczas.

Im bardziej wymagające warunki pracy, tym większe znaczenie ma analiza nie tylko temperatury zamarzania, ale całego zestawu właściwości płynu.

Häufige Fehler bei der Bewertung eines Wärmeträgermediums

Auswahl ausschließlich anhand des Gefrierpunkts

Ein vergleichbarer Frostschutz bedeutet nicht, dass Viskosität, Dichte, Wärmeleitfähigkeit und vorgesehener Einsatzbereich identisch sind.

Behandlung verschiedener Medien als direkte 1:1-Ersatzprodukte

Ein Wechsel der chemischen Basis kann andere Werkstoffe, Dichtungen, eine andere Anlagenkonstruktion und spezielle Vorbereitungsverfahren erfordern.

Dies ist besonders beim Wechsel von einem Medium auf Glykolbasis zu einer Lösung auf Kaliumformiatbasis wichtig.

Berechnungen ausschließlich auf Grundlage von Wasser

Eine für Wasser ausgelegte Pumpe kann sich nach dem Einfüllen eines frostgeschützten Wärmeträgermediums anders verhalten.

Vergleich von Produkten ohne Berücksichtigung des Einsatzbereichs

Die niedrigste Viskosität ist kein Vorteil, wenn das Medium die Sicherheitsanforderungen der Anlage nicht erfüllt oder mit ihrer Konstruktion nicht kompatibel ist.

Verwendung einer unnötig hohen Konzentration

Eine zu hohe Konzentration kann die hydraulischen Anforderungen erhöhen, ohne einen begründeten betrieblichen Vorteil zu bieten.

Das richtige Medium ist das Medium, das zur Anlage passt

Es gibt kein Wärmeträgermedium, das für jede Anlage geeignet ist.

SUPERCOOL kann in speziell ausgelegten Niedertemperaturanlagen deutliche Vorteile bieten, ist jedoch keine universelle Lösung.

FACTORY erfüllt die Anforderungen eines breiten Spektrums technischer Anlagen.

FACTORY EKO unterstützt einen sicheren Betrieb in Anwendungen, in denen die Anwendungssicherheit besonders wichtig ist.

FACTORY GLY bietet eine Lösung auf Glycerinbasis für entsprechend ausgewählte Anwendungen, darunter Systeme mit höheren Betriebstemperaturen.

Jedes dieser Produkte erfüllt eine andere Aufgabe.

Bei der richtigen Auswahl geht es daher nicht darum, einen Gewinner der Tabelle zu bestimmen. Vielmehr müssen folgende Fragen beantwortet werden:

• Bei welcher Temperatur wird die Anlage betrieben?
• Welche Werkstoffe wurden in der Anlage eingesetzt?
• Welche Sicherheitsanforderungen bestehen?
• Welche Pumpe und welche Dichtungen kommen zum Einsatz?
• Ist die Anlage für den ausgewählten Medientyp ausgelegt?
• Welche Parameter sind für die konkrete Anwendung besonders wichtig?

Benötigen Sie Unterstützung bei der Auswahl eines Wärmeträgermediums?

Senden Sie uns die wichtigsten Informationen zu Ihrer Anlage:

• Art und Verwendungszweck der Anlage,
• minimale und maximale Betriebstemperatur,
• Anlagenvolumen,
• erforderlicher Volumenstrom,
• Pumpenparameter,
• eingesetzte Werkstoffe und Dichtungen,
• aktuell verwendetes Medium.

Auf Grundlage dieser Angaben helfen wir Ihnen dabei, die relevanten Parameter zu bestimmen und den Medientyp auszuwählen, der zu den Bedingungen der jeweiligen Anlage passt.

Eine zuverlässig arbeitende Anlage beginnt nicht mit der Auswahl eines vermeintlich „besten“ Produkts. Sie beginnt mit der Wahl der passenden Technologie für die jeweilige Anwendung.