Projekt 16403/01

Der Einfluß von Glykol-Wasser-Gemischen auf die Meßrichtigkeit von Wärmemengenzählern für thermische Solaranlagen

Projektdurchführung

Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB)
Abbestr. 2 - 12
10587 Berlin

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

1. Das beantragte Projekt zielt in einem ersten Schritt darauf ab, durch Nachweis der Messrichtigkeit bei der Erfassung des Wärmeträger-Volumens, welches die Wärme im Primärkreislauf einer thermischen Solaranlage an das Wärmetauschersystem abgibt, den Wirkungsgrad einer Solaranlage korrekter zu erfassen.
2. Die Eignung für die in Solaranlagen einzusetzenden Volumenmessteile mit Propylenglykol-Wasser-Gemischen als Wärmeträger muss wegen der veränderten physikalischen Parameter, insbesondere bei der Viskosität, erst noch nachgewiesen werden. In früheren Untersuchungen wurde festgestellt, dass die in Wärmezählern als Volumenmessteile aus Kostengründen häufig eingesetzten Flügelradzähler bei Verwendung eines Glykol-Wasser-Gemisches mit 50 Vol.-% Ethylenglykol relative Messabweichungen des gemessenen Volumens bis 12 % aufweisen.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenIn diesem Projekt sollen fünf Gerätetypen (Flügelradzähler, Turbinenzähler, Ultraschall-Durchflusssensoren und magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte), die von dem Fraunhofer-Institut Solare Energiesysteme (ISE), Freiburg, in ihren thermischen Pilot-Solaranlagen eingesetzt werden, in der Normalmessanlage der PTB auf ihre Messrichtigkeit und Messbeständigkeit für Volumenströme bis 1,5 m3/h im Temperaturbereich zwischen 10 °C und 70 °C bei Verwendung eines Propylenglykol-Wasser-Gemisches mit 50 Vol.% Propylenglykol untersucht werden. Das Gemisch mit dem höchsten Propylenglykolgehalt von 50 Vol.% stellt die höchste Anforderung an die Volumenmessteile bezüglich der Messrichtigkeit und Messbeständigkeit der Geräte, da die physikalisch-chemischen Eigenschaften, wie die spezifische Wärme, kinematische Viskosität und Dichte dieses Gemisches gegenüber Wasser maximal abweichen. Es sollen von jedem ausgewählten Typ je drei Exemplare erworben werden, um bei den Untersuchungen Aussagen über die charakteristischen Eigenschaften des Zählertyps und nicht nur des einzelnen Exemplars machen zu können. Aufbauend auf den experimentellen Erfahrungen, die bei den z.Zt. laufenden Voruntersuchungen mit Flügelradzählern gewonnen werden, sollen bei diesem beantragten Vorhaben nicht nur solche, sondern auch Volumenmessteile völlig anderer Bauart auf der Grundlage zum Teil anderer physikalischer Messprinzipien auf ihre Eignung untersucht werden. Elektronische Volumenmessteile (Ultraschall-Durchflusssensoren und magnetisch-induktive Durch-flussmessgeräte) könnten für die korrekte Erfassung des Volumens geeigneter sein, da ihre Abhängigkeit von der Viskosität des Wärmeträgers vernachlässigbar sein sollte. Bei diesem Projekt wird der Temperaturbereich zusätzlich zu tiefen Temperaturen bis zu 10 °C erweitert, der insbesondere wegen der Anwendung thermischer Solaranlagen als Niedertemperaturanlagen von großem Interesse ist.


Ergebnisse und Diskussion

Bisher durchgeführte Voruntersuchen an einigen kommerziellen Volumenmessteilen geben Anlass zu der Hoffnung, dass es einige Geräte auf dem Markt geben wird, die die Anforderungen bezüglich Messrichtigkeit und Messbeständigkeit erfüllen. Derzeit hat sich jedoch trotz intensiver Befragungen durch den Projektempfänger kein Hersteller gefunden, die korrekte Funktion seiner Volumenmessteile beim Betrieb mit Wasser-Glykol-Gemischen zu garantieren.
Eine Diskussion (der Ergebnisse) kann verständlicherweise erst beim Vorliegen ausreichenden Datenmaterials erfolgen.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Die Ergebnisse der Untersuchungen werden unter Nennung der Hersteller der Volumenmessteile in einem Abschlussbericht zusammengefasst und danach (firmenneutral) veröffentlicht. Es ist vorgesehen, die Ergebnisse auf einer geeigneten Fachkonferenz zu präsentieren.


Fazit

Aufgrund der Ergebnisse des Projektes könnten weitere Untersuchungen mit Volumenmessteilen anderer Wärmezähler-Bauarten notwendig sein. Bei erfolgreichem Abschluss der Volumenmessteil-Untersuchungen muss die Eignung (Messrichtigkeit) der beiden anderen Teilgeräte von Wärmezählern, insbesondere der Rechenwerke, wegen der bei Glykol-Wasser-Gemischen gegenüber Wasser veränderten Wärmekoeffizienten, durch ein Anschlussprojekt nachgewiesen werden. Besonderer Untersuchungen bedarf auch das Dynamikverhalten der Wärmezähler (schnell ansprechender Wärmezähler) wegen der in einer Solaranlage, im Gegensatz zu einer Heizungsanlage, auftretenden kurzfristigen Regelprozesse.