Apa plată este excelentă pentru transportul căldurii. Cu toate acestea, deoarece în Europa Centrală și de Nord există riscul ca iarna circuitul solar să înghețe și ca expansiunea gheții să deterioreze conductele și colectorii, apa este îmbogățită cu agenți speciali antigel. De asemenea, acești agenți antigel trebuie să rămână stabili din punct de vedere chimic și în timpul verii, când lichidul solar din colectoare trece la o stare de agregare vaporoasă în cazuri extreme (stare de stagnare); dacă este posibil, aceștia trebuie să ridice punctul de fierbere și să nu cedeze la temperaturi ridicate. Temperatura continuă trebuie să poată rezista la cel puțin 170 °C. Temperaturile de stagnare pot fi atinse până la 320 °C.

În conformitate cu DIN 4757 partea 1, aditivii nu trebuie să fie toxici, corozivi sau iritanți; în prezent, se folosesc în principal amestecuri biodegradabile de propilenglicol. Cu cât concentrația de glicol din fluidul solar este mai mare, cu atât mai multe temperaturi extreme poate suporta sistemul fără a se deteriora, dar cu atât mai slabe sunt proprietățile de transfer de căldură ale fluidului solar. Prin urmare, raportul de amestec pentru această zonă trebuie să fie cât mai mic posibil. Un fluid solar ar trebui să conțină, de asemenea, substanțe care reduc coroziunea.

Apa are o capacitate termică specifică de 4,18 kJ/(kg-K), iar glicolul pur are o capacitate termică specifică de aproximativ 2,5 kJ/(kg-K). Pentru a se asigura că o cantitate cât mai mare de căldură poate fi absorbită și transportată, proporția de apă din amestec trebuie să fie cât mai mare posibil. Prin urmare, raportul de amestec trebuie adaptat cât mai exact posibil la utilizarea prevăzută (sisteme solare termice, pompe de căldură apă [saramură]-apă).

Antigelul este un lichid transparent, colorat, inofensiv din punct de vedere fiziologic, pe bază de soluție apoasă de 1,2-propilen glicol și glicoli superiori, care este utilizat ca agent de transfer de căldură în sistemele solare, în special la sarcini termice ridicate. Produsul trebuie ajustat la o rezistență la îngheț de aproximativ -27 °C cu apă deionizată (complet demineralizată) (apă deionizată). Sunt astfel îndeplinite cerințele DIN 4757, partea 3, pentru sistemele solare termice.

Au fost dezvoltați agenți antigel speciali pentru a fi utilizați în colectoarele solare ca mediu de transfer de căldură (fluid solar). Ele nu sunt dăunătoare pentru sănătate și au o dublă sarcină de îndeplinit: La temperaturile scăzute din timpul iernii, saramura trebuie să rămână lichidă și, în același timp, să protejeze metalele din sistemul solar de coroziune. De asemenea, fluidul nu trebuie să se segregheze, astfel încât să se mențină rezistența la îngheț.

Antigelul pe bază de glicol este, de asemenea, utilizat în circuitul primar al pompelor de căldură din saramură în apă. Acestea trebuie să asigure o protecție împotriva înghețului până la cel puțin -15 °C și să conțină inhibitori adecvați pentru protecția împotriva coroziunii. Amestecurile gata preparate asigură o distribuție uniformă a concentrației. În acest caz, de exemplu, se recomandă mediul de transfer de căldură “Tyfocor” pe bază de etilenglicol (gata preparat până la -15 °C, verde). Este importantă o dozare precisă, deoarece acest amestec de apă sărată/apă, în special, poate duce la dezvoltarea de microorganisme (biofouling).

Deoarece antigelul de apă are o vâscozitate și o densitate mai mari, trebuie să se aștepte o cădere de presiune mai mare atunci când curge prin sistem. Pentru a calcula supraîncărcările, există diagrame pentru coeficientul de transfer de căldură și pierderea de presiune relativă – în comparație cu apa pură. Aceste curbe și alte date fizice pot fi găsite în documentația tehnică a producătorilor. În plus, un amestec apă-glicol are un coeficient de dilatare mai mare.

Antigelul conține inhibitori de coroziune care protejează permanent metalele din sistemul solar împotriva coroziunii, chiar și în cazul instalațiilor mixte Pentru a testa eficacitatea combinației de inhibitori, trebuie utilizată metoda de testare a coroziunii ASTM D 1384 (American Society for Testing and Materials), bine cunoscută de experți. Amestecurile glicol-apă fără adaos de inhibitori nu pot fi utilizate din cauza proprietăților de promovare a coroziunii, care sunt mai puternice decât în cazul apei singure.

În funcție de compoziția inhibitorilor, aceștia sunt complet, parțial sau deloc reabsorbiți de mediu (apa și propilenglicolul sunt evaporabile; inhibitorii se cristalizează pe suprafețele tuburilor absorbante). Astfel, acestea conduc la o performanță redusă a colectorului. Concentrația inhibitorului în mediu și protecția împotriva coroziunii sunt reduse. Prin urmare, au fost introduse pe piață medii de transfer de căldură bazate pe inhibitori lichizi (Tyfocor LS, Antifrogen SOL). Din punct de vedere chimic, propilenglicolul se degradează prin procese oxidative, putând fi detectați produse de reacție precum acidul lactic, acidul oxalic, acidul acetic și acidul formic. Se formează, de asemenea, aldehide, care duc la formarea de mirosuri.

Sub o concentrație specificată de producător, microorganismele (biofouling) se pot dezvolta în saramură, ceea ce poate duce la depuneri organice. Rezistența la îngheț trebuie setată la un punct de turnare* de -34 °C (punctul de formare a fulgilor de gheață corespunzător: -27 °C). Testele au arătat că acest reglaj nu are niciun efect exploziv asupra componentelor metalice ale sistemului în condițiile iernii din Europa Centrală, deoarece se formează o suspensie de gheață atunci când se răcește sub punctul de cristalizare. Adăugarea de apă reduce în mod natural rezistența la îngheț.

* Temperatura la care un lichid devine atât de vâscos încât nu mai poate curge.

Scalare

Într-un sistem solar termic, formarea de oxigen poate apărea din cauza calcarului din colectoare și de pe pereții țevilor de cupru. Încremenirea este cauzată, pe de o parte, de lipirea părților din cupru, alamă și bronz și, pe de altă parte, de radiația solară asupra colectoarelor goale. Acest lucru se întâmplă atunci când colectorii neumplutori sunt expuși la radiații pentru o perioadă lungă de timp fără protecție, adică fără capac. Motivele pentru care colectoarele sunt goale pot fi o pierdere de lichid sau sunt epuizate din cauza stagnării. În orice caz, fiecare sistem trebuie să fie spălat și curățat în mod profesional înainte de umplere. În plus, lichidul solar ar trebui verificat în mod regulat, astfel încât să se poată lua măsurile corespunzătoare.

Crăparea

Cracarea este o descompunere termică a substanțelor organice care poate conduce la compuși cu molecule mai mici sau mai mari și la carbon. În sistemele solare termice, în timpul stagnării apar temperaturi ridicate. De exemplu, se pot atinge temperaturi de peste 300 °C în sistemele cu colectoare cu tuburi de vid și de aproximativ 200 °C în cazul colectoarelor plate. Consecințele sunt înfundarea colectoarelor și a conductelor. În plus, se pierde protecția anticorozivă a agentului de transfer de căldură.

În sistemele proiectate pentru stagnare, trebuie utilizate glicoli cu punct de fierbere mai ridicat (de exemplu, Antifrogen® SOL HT ).

Fluid solar: Stare inițială (pH 8,2) și puternic îmbătrânit (pH 6,8) – Lichid solar distrus cu produse de descompunere insolubile – Sursa: BDH

Din cauza scalării (oxidării) și a fisurării (supraîncălzirii), componentele de protecție ale fluidului solar pot fi consumate foarte repede și se pot rupe. Supraacidificarea fluidului este corozivă și duce la formarea unor produse de descompunere asemănătoare cu gudronul, care nu mai sunt solubile și pot duce la aderențe în circuitul solar și chiar la distrugerea sistemului solar. Aceste aspecte primesc prea puțină atenție în sistemele de stagnare.

Glicolul crăpat – un fenomen subestimat – Dr. Achim Stankowiak, Șef al departamentului de tehnologie de aplicare Clariant (Germania)

Curățarea sistemelor solare

În cazul în care lichidul solar dintr-un sistem solar termic a fost fisurat și sunt prezenți produse de descompunere asemănătoare cu gudronul, acestea trebuie îndepărtate cu un agent de curățare adecvat.

În timpul procesului de curățare, lichidul solar supraîncălzit trebuie îndepărtat din sistemul solar cât mai complet posibil. Numai atunci este posibil un efect optim de curățare, deoarece diluarea cu lichidul solar fisurat rămas sau cu apa care este încă prezentă din cauza unei încercări nereușite de spălare reduce efectul lichidului de curățare.

Înainte de procesul de spălare, colectorii trebuie să fie acoperiți. Apoi, sistemul se umple cu un lichid de curățare neutru, incolor, ușor higroscopic, ușor de mișcat, cu punct de fierbere ridicat și se face să circule la o temperatură cuprinsă între 50 și 60 °C timp de câteva ore. Temperaturile mai ridicate trebuie evitate pentru a proteja materialele de etanșare ale sistemului solar. Durata procesului de clătire depinde de gradul de murdărie. După finalizarea curățării, lichidul de curățare trebuie să fie drenat complet. Reziduurile rămase pot fi îndepărtate prin clătire cu apă și apoi prin suflare cu aer comprimat.

Sistemul poate fi apoi reumplut cu lichid solar care s-a evaporat cât mai complet posibil.

La manipularea lichidului de curățare, trebuie respectate cu atenție măsurile obișnuite de precauție și de igienă la locul de muncă pentru lichidele inflamabile și cele necesare la manipularea substanțelor chimice, precum și informațiile conținute în fișa cu date de securitate.

În plus, lichidul trebuie dus la o instalație de incinerare a deșeurilor periculoase autorizată în acest scop, în conformitate cu reglementările privind deșeurile periculoase. Absorbiți lichidul vărsat sau scurs cu, de exemplu, nisip, pământ de diatomee, lianți acizi, lianți universali sau rumeguș și eliminați-l în conformitate cu reglementările în vigoare.

Mediu de curățare pentru sisteme solare termice

Pentru a asigura fiabilitatea și eficiența operațională a unui sistem solar termic pe termen lung, acesta trebuie verificat în mod regulat. Ar trebui să se efectueze o inspecție anuală, iar întreținerea la fiecare 3 până la 5 ani. Prin urmare, încheierea unui contract de inspecție și întreținere este foarte recomandată pentru toate sistemele solare termice.

În plus, după primele câteva săptămâni de funcționare, trebuie efectuată o inspecție inițială pentru a verifica toate funcțiile esențiale ale sistemului. Cu toate acestea, această inspecție de monitorizare ar trebui să facă parte din contractul general sau să fie menționată în mod specific în ofertă.

Parametrii esențiali ai sistemului sunt înregistrați într-un jurnal de inspecție sau de întreținere pentru a putea detecta modificările (de exemplu, presiunea de funcționare a sistemului, prepresiunea MAG, valoarea pH-ului).

Pentru inspecția inițială, trebuie utilizate datele (presiunea de umplere, presiunea de funcționare a sistemului, setările controlerului și ale pompei etc.) din documentația de punere în funcțiune a sistemului.

În cazul în care lichidul din schimbătoarele de căldură geotermală și din sondele geotermale de pe partea de apă rece sau de răcire scade sub temperatura de +2 până la +3 °C, trebuie să se adauge un antigel în apă. Pentru a asigura protecția împotriva coroziunii se utilizează amestecuri de apă și alcooli (glicoli). Acestea au proprietăți toxice și termodinamice diferite. În prezent, termenul “saramură” este încă folosit, deși acestea nu sunt amestecuri de apă și sare și, prin urmare, sunt incorecte.

Există glicoli cu proprietăți diferite. Tipul de agent și raportul de amestecare sunt specificate de către producătorii de echipamente. De asemenea, nu se poate adăuga ulterior niciun alt tip de glicol.

Atunci când se utilizează glicoli ca antigel, trebuie respectate următoarele puncte:

• Amestecul de glicol are ca rezultat o creștere a vâscozității în comparație cu apa.
• Amestecurile apă-glicol au un coeficient de transfer de căldură mai slab decât apa.
• Glicolii se evaporă mai ușor decât apa. În timp, proporția de glicol din amestec se modifică.
• Glicolii sunt (mai mult sau mai puțin) toxici
• Amestecurile apă-glicol nu trebuie evacuate în sistemul de canalizare.
• Trebuie adăugați inhibitori la amestecurile apă-glicol pentru a reduce riscul de coroziune.
• Nu trebuie amestecate diferite tipuri de glycol
• Prin urmare, concentrația trebuie să fie verificată anual