Frostschutz

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

Es gibt drei Strategien des Frostschutzes:

• durch Zusätze zum Wasser wird der Gefrierpunkt herabgesetzt, oder
• durch Wärmezufuhr werden Temperaturen des zu schützenden Bauteils unter Null Grad Celsius verhindert, oder
• der Wasserdurchfluß in Rohrleitungen darf nicht zum Stillstand kommen.

Frostschutz von Pflanzen

Pflanzen werden geschädigt oder sterben, wenn deren Zellwasser gefriert. Während sich manche Pflanzen durch entsprechende Zusammensetzung der Zellflüssigkeit schützen, sterben andere teilweise oder vollständig ab. Für den Wurzelbereich von Nutzpflanzen ist die Frosteindringtiefe in den Ackerboden entscheidend.

Wirtschaftlich besonders bedeutsam ist Frost während der Obstblüte. Auch der Stamm von Holzgewächsen, die an sich Frosttemperaturen überstehen, kann durch starkes Absinken der Temperatur geschädigt werden, wenn der Wassergehalt unter der Rinde noch nicht ausreichend reduziert war.

Beispiele zum Frostschutz bei Pflanzen:

• Abdecken mit Stroh, Stalldünger, Tüchern und/oder Brettern, um die Pflanzen gegenüber der kalten Luft zu isolieren. Diese Maßnahme wird überwiegend im Gartenbau angewendet.
• Weißen (Kalkanstrich) der Stämme: der Effekt entsteht nicht (wie oft angenommen) durch verringerte Wärmeabstrahlung in der Nacht, sondern durch geringere Erwärmung am Tage durch die Sonne, wodurch sich die Pflanze eher auf den Frost einstellt (sie muss den Wassergehalt reduzieren).
• Glas-Überdachung bzw. Glashäuser: Glas ist für die Wellenlänge der Wärmeabstrahlung (mittleres Infrarot um 10 Mikrometer Wellenlänge) undurchsichtig und vermag daher diese Strahlung zurückzuhalten, indem es sich selbst dadurch erwärmt und das Strahlungsgleichgewicht hin zu höheren Temperaturen verschiebt (dieser sog. Treibhauseffekt tritt auch in der Atmosphäre auf, wenn es bewölkt ist, daher herrschen bei bewölktem Himmel höhere Nachttemperaturen auf als in wolkenlosen Nächten).
• Geländeheizung durch kleine Öl- oder Kohleöfen in dichter Aufstellung. Diese Maßnahme findet sich in steilen Obstbaumanlagen ohne Wasserzugang.

Durch Frostschutzberegnung vereiste Apfelbäume

• Frostschutzberegnung: Beregnen von Nutzpflanzen, insbesondere von Obstblüten mit sehr feinen Wassertröpfchen. Als Folge dieser Beregnung können sie Frosttemperaturen für eine begrenzte Zeit überstehen, denn es bildet sich auf den frostempfindlichen Blüten eine dünne Eisschicht. Hierbei wird Erstarrungswärme des Wassers freigesetzt und die Temperatur innerhalb der Eishülle kann somit über längere Zeit nicht wesentlich unter den Gefrierpunkt absinken. Um nachträgliche Schäden zu vermeiden muss die Frostschutzberegnung fortgesetzt werden bis das Eis wieder geschmolzen ist bzw. die Temperatur erheblich über dem Gefrierpunkt liegt.

Frostschutz von Anlagen und Geräten

Wasser enthaltende - insbesondere wassergekühlte - Geräte und Anlagen müssen vor Frost geschützt werden, um zu verhindern, dass das gefrierende Wasser aufgrund der Wasseranomalie (Volumenzunahme beim Erstarren) Behälter und Leitungen zerstört.

Der Frostschutz kann entweder durch Zusatz von Gefrierschutzmitteln zum Wasser erreicht werden oder - falls das nicht möglich ist - durch eine Frostschutz-Heizung, entsprechende Isolierung (bei kurzer Frosteinwirkung) oder Entfernen des Wassers aus dem System.

Beispiele:

• Thermostat-Heizungsventile haben eine Stellung „Stern“, auf welcher sie die Temperatur knapp über dem Gefrierpunkt halten, um ihr Einfrieren zu verhindern.
• In Wohnräumen werden sog. Frostschutz-Thermostate (el. Heizung + Temperaturschalter) eingesetzt.
• In Anlagen und Geräten müssen Heizungen, Frostschutzthermostate, oder selbstregelnde NTC-Heizelemente, u. U. auch dafür sorgen, dass bestimmte Bauteile funktionsfähig bleiben (z. B. ölgefüllte Leistungsschalter, Elektrolytkondensatoren, Schweröltanks und -leitungen auf Schiffen).
• Vor dem frostgefährdeten Transport muss aus manchen Anlagen das Wasser abgelassen werden (z. B. Lasergeräte).
• Wassergekühlte Verbrennungsmotoren enthalten als Kühlmittel Wasser mit einem Gefrierschutzmittel-Zusatz.

Frostschutz von Wasserleitungen

In der Erde verlegte Wasserleitungen sind durch ihre Verlegetiefe (in Deutschland > 0,5 m) vor Frost geschützt.

Oberirdisch verlegte Wasserleitungen aus Kunststoff werden in der Regel durch Frost nicht zerstört.

Frostgefährdete Wasserleitungen aus Metall können mit einer Wärmedämmung vor Einfrieren geschützt werden, wenn regelmäßig ein Wasseraustausch (Entnahme von Wasser) stattfindet.

Ist dies nicht zu gewährleisten, können Heizleiter entlang der Leitung verlegt werden.

Es gibt Heizleiter für den Betrieb an Netzspannung (230 V), deren Heizleistung konstant ist – diese werden meist durch einen Temperaturschalter gesteuert. Weiterhin gibt es selbstregelnde Heizelemente, die einen stark positiven Temperaturkoeffizienten ihres elektrischen Widerstandes aufweisen (PTC) und so in der Lage sind, die Temperatur selbst zu regeln.

Scheibenfrostschutz für PKW-Scheibenwaschanlagen

Scheibenreinigerzusätze für die PKW-Scheibenwaschanlage auf Ethandiolbasis verhindern das Einfrieren der Spritzwasserdüsen. In Deutschland ist seit Oktober 2006 der Einsatz von Scheibenfrostschutz bei winterlichen Witterungsbedingungen gesetzlich vorgeschrieben. Aktuelle Fahrzeuge mit Fächerdüsen stellen besonders hohe Ansprüche an Scheibenfrostschutz, da trotz niedrigen Gefrierpunkts eine niedrige Viskosität gefordert ist. PKW mit Xenon-Scheinwerfern müssen mit einer Scheinwerferreinigungsanlage ausgerüstet sein. Die hier verwendeten Hochdruckdüsen werden ebenfalls aus der Scheibenwaschanlage gespeist und haben ähnlich hohe Anforderungen an die Qualität des verwandten Scheibenfrostschutzes. Am Markt sind günstige Produkte erhältlich, welche die Materialverträglichkeit nicht gewährleisten. Diese können den Lack, Gummi und Kunststoffe wie z. B. Scheinwerfergehäuse aus Polycarbonat angreifen und führen zu Spannungsrissen.

Siehe auch

• Frosttiefe
• Keimruhe
• Vernalisation