Glossar / Lexikon

Additive

Bei Additiven handelt es sich um Zusätze bzw. Wirkstoffe (z. B. Antioxidantien, Korrosionsinhibitoren), die dem Pfeil Wärmeträger oder der Pfeil Kühlsole zugegeben werden, um deren Eigenschaften zu verändern bzw. zu verbessern.

Eisbrei

Eisbrei (Ice Slurry) besteht aus einer Mischung aus kleinen Eispartikeln (0,01-0,5 mm), Wasser und einem Gefrierpunkt senkenden Stoff oder Produkt. Eisbrei ist flüssig bis zähflüssig und pumpbar. Er entsteht bei Temperaturen nahe dem spezifischen Gefrierpunkt bzw. Stockpunkt einer Flüssigkeit und hat aufgrund seines Aggregatzustands keine Sprengwirkung, solange er die Möglichkeit hat, frei zu fließen.

Erstarrungspunkt

Pfeil Gefrierpunkt

Ethylenglykol

(Mono-)Ethylenglycol (MEG) (Trivialname: Glycol bzw. Glykol) ist der einfachste zweiwertige Alkohol und hat die chemischen Bezeichnung Ethan-1,2-diol. Es ist also das einfachste Diol.

Festpunkt

Pfeil Gefrierpunkt

Frostschutz

Mit dem Begriff Frostschutz werden alle Maßnahmen und Methoden zusammengefasst, die ein Einfrieren von z. B. Wasser verhindern sollen. Dies ist notwendig, weil Eis ein größeres Volumen hat als flüssiges Wassers und der um einige Prozent größere Raumbedarf zu großen Kräften führen kann (Frostsprengung).

Frostschutzmittel

Ein Frostschutzmittel (Gefrierschutzmittel) ist ein Produkt (z. B. auf der Basis von Glykolen), das den Gefrierpunkt eines anderen Stoffes (z. B. Wasser) herabsetzt. Die Wirkung ist vom verwendeten Produkt und der Konzentration abhängig. Bekannt ist die Verwendung als Zusatz für Kühlsysteme oder Solarflüssigkeiten. Frostschutzmittel werden als Konzentrate oder anwendungsfertige Lösungen angeboten. Neben z. B. Glykolen, Alkoholen oder Glycerin sind auch Korrosionsinhibitoren und Stabilisatoren zwingend erforderlich, die jedoch in Markenprodukten bereits enthalten sind.

Gefrierpunkt

Der Gefrierpunkt ist die Temperatur, die an der Grenze zwischen den Aggregatzuständen „fest“ und „flüssig“ liegt. Der allgemein bekannteste Gefrierpunkt ist der von Wasser. Auf der in °C unterteilten Temperaturskala definiert er den Nullpunkt. Wenn ohne nähere Angaben vom „Gefrierpunkt“ die Rede ist, ist in der Regel der Gefrierpunkt von reinstem Wasser gemeint, also 0 °C. Der Gefrierpunkt stellt die Bedingungen dar, welche beim Phasenübergang eines Stoffes von der flüssigen in die feste Phase vorliegen, was man als gefrieren bezeichnet. Ist es von Bedeutung, dass eine Flüssigkeit auch bei Temperaturen unterhalb ihres Gefrierpunkts flüssig bleibt, stehen spezielle Gefrier- oder Frostschutzmittel zur Verfügung, die den Gefrierpunkt von z. B. Wasser auf bis zu -55 °C herabsetzen können.

Gefrierschutzmittel

Ein Gefrierschutzmittel ist ein Produkt (z. B. auf der Basis von Glykolen), das den Gefrierpunkt eines anderen Stoffes (z. B. Wasser) herabsetzt.

Pfeil Frostschutzmittel.

Glykol

Glykole gehören zur Gruppe der Alkohole (Alkanole) und werden aufgrund zweier OH-Gruppen auch als zweiwertiger Alkohol bezeichnet. Der einfachste zweiwertige Alkohol ist Ethandiol (Ethylenglykol) mit der Summenformel C2H6O2. Glykole finden sich oft in Frostschutz-, Kühlmitteln und Enteisern, da der Schmelzpunkt mit -10 bis -15 °C unter dem von Wasser liegt. In Verbindung mit Wasser liegt der Schmelzpunkt noch deutlich tiefer und kann bei der richtigen Mischung bis -55 °C erreichen. Glykole finden Verwendung u. a. in Lacken und Klebstoffen als Lösungs- oder Desinfektionsmittel. Weitere Glykole sind z. B. Diethylenglykol, Triethylenglykol, Propylenglykol, Dipropylenglykol.

Glykol-Wasser-Gemisch

Die Funktion der Glykole in einem Glykol-Wasser-Gemisch ist die Senkung des Gefrierpunktes. Doch nicht nur der Gefrierpunkt wird herabgesetzt, sondern Glykole haben in Wasser einen zusätzlichen Effekt, wie in der Abbildung [1] am Beispiel des auf Monoethylenglykol basierenden Produkts Glysofor N ersichtlich ist. Das Gemisch gefriert nicht beim angegebenen Gefrierpunkt, sondern es bildet sich zunächst eine breiartige Masse, der sogenannte Eisbrei. Ab dem Kristallisationspunkt entstehen kleine sphärische Eispartikel, die weiterhin beweglich bleiben, so dass von dem Eisbrei keine Sprengwirkung auf metallische Anlagenbauteile ausgeht. Sinkt die Temperatur unterhalb des Stockpunktes, ist eine Sprengwirkung möglich.

Verwendete Glykole sind vor allem Ethylenglykol und Propylenglykol. Ethylenglykol weist bei Verwendung als Frostschutzmittel in Wärmeträgern dabei die besten physikalischen Eigenschaften auf. Beim Einsatz von Glykol in Kühlanlagen der Lebensmittelverarbeitung oder wenn der Kälteträger mit Trinkwasser in Kontakt geraten kann, darf hingegen nur das in der EU als Lebensmittelzusatzstoff zugelassene Propylenglykol (1,2-Propandiol) verwendet werden.

Die Mischung macht's
Systeme zur Kälte- oder Wärmeerzeugung sollten nicht mit reinen Glykolen bzw. Frostschutzkonzentraten befüllt werden. Bei reinem Ethylenglykol liegt der Gefrierpunk z. B. nur bei -13 °C. Im idealen Mischungsverhältnis mit Wasser ist hingegen eine Gefrierpunktserniedrigung auf unter -50 °C erreichbar.

Wie man in den folgenden Abbildungen am Beispiel des auf Monoethylenglykol basierenden Produkts Glysofor N sehen kann, wachsen mit steigendem Glykolanteil der relative Druckverlust [2] und die kinematische Viskosität [3]. Eine Pumpe muss diese Verluste mit einer größeren Förderhöhe ausgleichen. Eine höhere Dichte der Glykole im Vergleich zu reinem Wasser wirkt sich auf die Motorantriebsleistung aus und somit auf den Energieverbrauch. Eine geringere spezifische Wärmekapazität [4] (Wärmeaufnahmefähigkeit) des Glykols führt zu einer geringeren Leistung der Anlage.

Daher sollten die Einsatzbedingungen schon im Vorfeld geprüft werden, um die notwendige Frostsicherheit festzulegen.
Es gilt: So viel wie nötig und so wenig wie möglich!

HVAC

Die Abkürzung HVAC steht für: Heating, Ventilation and Air Conditioning (dt. „Heizung, Lüftung, Klimatechnik“)

Kaltwassersatz

Kältewassersätze sind Kältesysteme, wie z.B. wassergekühlte Chiller, die eine Flüssigkeit abkühlen, die anschließend für die verschiedensten Anwendungen verwendet werden kann. Glysofor wird hierbei als Medium für den Wärmeübertragungsprozess verwendet, um den Gefrierpunkt abzusenken. Dadurch bleibt der Kälteträger auch bei niedrigen Temperaturen pumpfähig.

Kälteträger

Als Kälteträger werden üblicherweise Pfeil Wärmeträger bezeichnet, welche für die Verwendung unterhalb von 0 °C vorgesehen sind. Aufgrund seiner hohen spezifischen Wärmekapazität wird auch unterhalb 0 °C gerne Wasser verwendet. Allerdings gefriert reines Wasser bereits bei 0 °C, das heißt, die polaren Wassermoleküle ordnen sich zu Eiskristallen. Um auch bei tieferen Temperaturen die guten Wärmeträgereigenschaften des Wassers nutzen zu können, muss diese Ordnung gestört werden. Geeignet dafür ist die Beimengung von speziellen Kühlsolen oder Frostschutzmitteln wie z. B. „Glysofor“. Auf diese Weise können Betriebstemperaturen von bis zu -55 °C erreicht werden.

Korrosionsschutzmittel

Ein Korrosionsschutzmittel schützt Materialien gegen einen korrosiven Angriff temporär oder dauerhaft. Bei Oberflächen, die dauerhaft, z. B. in einem Kühl- oder Heizkreislauf, mit einem korrosiven Medium, insbesondere Wasser, in Berührung kommen, ist der Einsatz von Korrosionsschutzmitteln oftmals unumgänglich.

Kühllast

Kühllast (Wärmelast) ist die Wärmemenge, die aus einem Raum abgeführt werden muss, um den Raumluftzustand in einem bestimmten Temperaturbereich zu halten. Die Angabe erfolgt in Kilowatt (kW). Die Ermittlung der Kühllast wird durch die VDI 2078 definiert. Bei der Berechnung werden die inneren und äußeren Kühllasten berücksichtigt. Zu den inneren Kühllasten gehört z. B. die Wärmeabgabe durch Personen, Beleuchtung oder Maschinen und zu den äußeren Kühllasten beispielsweise die Strahlungswärme durch Fenster oder der Wärmestrom durch Außenwände.

Kühlsole

Die Kühlsole (cooling brine) ist eine Flüssigkeit, deren Gefrierpunkt unter dem des Wassers liegt. Verwendet werden Kühlsolen z. B. zum Kältetransport von einer zentralen Kälteanlage zu verschiedenen Kälteverbrauchern. Typische Anwendungsgebiete sind Klimaanlagen, Tiefkühlketten oder technische Kühlanlagen. Früher wurden oftmals Salzlösungen als Kühlsolen verwendet, woher sich auch die Bezeichnung der Sole ableitet. Aufgrund der ausgeprägten korrosiven Eigenschaften von Salzlösungen, gerade im Hinblick auf die Verwendung in Metallsystemen, werden heute moderne Produkte auf der Basis von z. B. Glykolen angeboten.

Monoethylenglykol

Pfeil Ethylenglykol

Multimetallinstallation

Eine Multimetallinstallation liegt vor, wenn z. B. ein Heizungs- oder Kühlsystem aus verschiedenen Metallen beschaffen (installiert) ist. Typische Metalle einer Multimetallinstallation können Kupfer, Messing, Aluminium, Stahl, Eisen, Grauguss, Weich- und Hartlot sein.

Propylenglykol

1,2-Propandiol (1,2-Propylenglycol) ist eine klare, farblose, nahezu geruchlose und stark hygroskopische Flüssigkeit. Propylenglykol gehört zu den mehrwertigen Alkanolen. Es ist mit Wasser in jedem Verhältnis mischbar, mit fetten Ölen dagegen nicht. Industriell wird Propylenglykol durch Hydrolyse von Propylenoxid hergestellt. Hierbei wird ein Hochtemperaturverfahren ohne Katalyse bei 200 bis 220 °C genutzt. Propylenglykol ist in Hygieneartikeln wie Hautcremes, Zahncremes und Deos als Feuchthaltemittel und Weichmacher enthalten. Propylenglykol kann die Löslichkeit verschiedener Stoffe deutlich verbessern und eine stabilere Dispersion von Arzneistoffen in Salben gewährleisten. Darüber hinaus kann es häufig zu einer deutlichen Resorptionsverbesserung verschiedener Wirkstoffe beitragen. Propylenglykol wird in der Lebensmittelindustrie als Trägerstoff und Trägerlösungsmittel für Farbstoffe, Antioxidationsmittel, Emulgatoren und Enzyme verwendet. Aufgrund seiner Unbedenklichkeit ist es in Wärme- und Kälteträgerflüssigkeiten in der Lebensmittelverarbeitung (Glysofor L), in Frostschutzmitteln, Kühlsolen, Solarflüssigkeiten usw. enthalten. Propylenglykol wird als Zusatzstoff in der Milchviehfütterung eingesetzt und ist in der EU als Lebensmittelzusatzstoff (E 1520) zugelassen.

Refraktometer

Das Refraktometer für Frostschutzmittel ist eine Messeinrichtung zur Bestimmung des Frostschutzmittelgehaltes in einer Lösung. Mithilfe eines Refraktometers lassen sich Frostschutzmittellösungen schnell und präzise einstellen und überprüfen.

Siedepunkt

Der Siedepunkt ist die Temperatur, bei der ein Stoff oder Produkt vom flüssigen in den gasförmigen Aggregatzustand übergeht.

Solarflüssigkeit

Die Solarflüssigkeit transportiert - bei flüssigkeitsgefüllten Anlagen - die Wärme vom Erzeuger zum Verbraucher bzw. Speicher. Sie besteht aus Wasser und einem Spezialprodukt, welches den Gefrierpunkt des Wassers absenkt und den Siedepunkt anhebt. Somit wird bei niedrigen Temperaturen die Anlage vor Frostschäden geschützt und bei hohen Kollektortemperaturen der Übergang der Solarflüssigkeit in einen dampfförmigen Aggregatzustand hinauszögert. Geht bei hohen Temperaturen die Solarflüssigkeit in den Kollektoren in Dampf über, führt dies zum Anlagenstillstand; der dadurch entstehende Dampfdruck wird üblicherweise über Sicherheitsgefäße (Ausdehnungsgefäße) aufgefangen. Der Zustand der Solarflüssigkeit ist bei der Wartung zu prüfen und bei Bedarf ist der Austausch notwendig. Moderne Produkte wie z. B. Glysofor Solar sind ungiftig und umweltfreundlich. Je höher die Konzentration ist, desto tiefere Temperaturen kann die Anlage ohne Schaden überstehen. Eine Konzentration mit einem Aktivgehalt von über 50 % sollte vermieden werden, da sich die spezifische Wärmekapazität des Gemisches vermindert. Auch wird die Pumpe nicht mehr zuverlässig gekühlt. Die Viskosität des Gemisches und damit die erforderliche Pumpenarbeit und Stromaufnahme erhöhen sich. Insgesamt sinkt damit der Wirkungsgrad der Anlage. Im Extremfall kann es zu Startschwierigkeiten der Pumpe kommen. Sollte die Anlage sehr tiefen Temperaturen ausgesetzt sein, so bildet sich bei ausreichendem Glykolanteil ein Eisbrei, der die Leitungen aber nicht zerstört.

Stockpunkt

Als Stockpunkt bezeichnet man die Temperatur, bei der eine Flüssigkeit ihre Fließfähigkeit verliert und in den festen Aggregatzustand übergeht.

Triethylenglykol

Triethylenglykol wird durch die Ethoxylierung von Diethylenglykol hergestellt und fällt als Nebenprodukt der Ethylenglykol-Herstellung an. Triethylenglykol wird aufgrund seines hohen Siedepunktes für Anwendungen eingesetzt, die bei hoher Temperatur (> 200 °C) ablaufen. Es ist ein wichtiges Zwischenprodukt bei der Herstellung von Polyesterharzen. Aufgrund seiner geruchsneutralisierenden Eigenschaft wird Triglykol in Raumlufterfrischern (Air Sanitizern) eingesetzt. Außerdem wirkt Triglykol raumlufttrocknend und dehydrierend auf Mikroorganismen. Mithilfe von Triglykol wird in Hygienebereichen die Raumluft desinfiziert. Triethylenglykol findet auch in Bremssystemen und Hydrauliksystemen Verwendung, um den Siedepunkt der Flüssigkeit zu erhöhen. Es dient außerdem zur Entfeuchtung von offshore gewonnenem Erdgas.

Viskosität

Die Viskosität ist ein Maß für die Zähflüssigkeit einer Flüssigkeit. Je größer die Viskosität, desto dickflüssiger (weniger fließfähig) ist die Flüssigkeit; je niedriger die Viskosität, desto dünnflüssiger (fließfähiger) ist sie.

Wärmelast

Pfeil Kühllast

Wärmeleitfähigkeit

Die Wärmeleitfähigkeit (Wärmeleitzahl) einer Flüssigkeit ist ihr Vermögen, thermische Energie in Form von Wärme zu transportieren. Die (spezifische) Wärmeleitfähigkeit in W/(K•m) ist eine temperaturabhängige Konstante.

Wärmeträger

Als Wärmeträger oder Wärmetransportmittel bezeichnet man ein Medium, welches (in einem Kühl- bzw. Heizkreislauf) Wärme von einem Ort höherer Temperatur zu einem Ort niedrigerer Temperatur transportiert. Wärmeträger werden je nach Anwendungszweck und Temperaturbereich auch als Heizmittel (Heizmedium), als Kälteträger oder als Kühlmittel bezeichnet. Wärmeträger werden üblicherweise als Kälteträger bezeichnet, wenn sie für die Verwendung unterhalb von 0 °C vorgesehen sind.

Wärmeträgermedium

Pfeil Wärmeträger

Wasser als Wärmeträger

Durch seine hohe spezifische Wärmekapazität von 4,18 kJ/(kg*K), seine gute Wärmeleitfähigkeit von 0,60 W/(m·K) und seine geringe Viskosität von 1,0 mPa s, ist Wasser ein hervorragender Wärmeträger. Allerdings auch mit gewissen Nachteilen: Wasser wirkt in Verbindung mit Sauerstoff, Ionen und anderen Luftbestandteilen korrosiv. Bei Minustemperaturen verliert Wasser seine Fließfähigkeit und durch die Ausdehnung von gefrorenem Wasser können Rohre, Leitungen und andere Bestandteile des Systems zur Kälte- oder Wärmeerzeugung beschädigt werden.

Um die Risiken bei der Verwendung von reinem Wasser zuverlässig auszuschließen und trotzdem die positiven Eigenschaften des Wassers zu nutzen, werden Heizungsanlagen, Kühlsysteme, thermische Solaranlagen, Wärmepumpen und andere Wasserkreisläufe, die frostgefährdeten Bedingungen ausgesetzt sind, häufig mit einem Glykol-Wasser-Gemisch betrieben.