Gassensoren für Kühlanlagen

Umweltschutz mit Sensortechnik

Industrieunternehmen haben weltweit einen großen Anteil am Treibhauseffekt, der als eine der Ursachen für den Klimawandel gilt. Im Rahmen der Umsetzung des Kyoto-Protokolls soll eine neue Verordnung der Europäischen Union dazu beitragen, die schädlichen Emissionen des Industriesektors bis 2030 deutlich zu senken. Anstelle von fluorierten Treibhausgasen sollen zukünftig klimafreundlichere Alternativen zum Einsatz kommen. Die Verordnung sieht auch vor, die Dichtigkeit der Systeme zu überwachen und regelmäßig zu kontrollieren. Gassensoren sind dafür ein probates Mittel.

Umweltschutz mit Sensortechnik

Klimaanlagen in Rechenzentren, industrielle Kühlsysteme oder Wärmepumpen arbeiten noch überwiegend mit klimaschädlichen Treibhausgasen. Dem will die EU mit der neuen F-Gas-Verordnung einen Riegel vorschieben. Ziel ist es, die Emissionen des Industriesektors bis 2030 um mehr als 70 Prozent gegenüber 1990 zu verringern. Mit der sogenannten Phase Down wurde bereits ab 2015 eine schrittweise Beschränkung für die Verwendung von fluorierten Treibhausgasen mit einem Treibhausgaspotenzial (GWP) eingeleitet. In der Übergangszeit von 2016 bis 2030 sollen die GWP-Werte der Kältemittel von derzeit etwa 2.300 (100 Prozent) bis auf <500 (21 Prozent) reduziert werden. Während des Phase-Down-Prozesses bleiben allerdings noch einige Ausnahmen erlaubt. So dürfen beispielsweise bestimmte Unternehmen in dieser Zeit noch recycelte F-Gase verwenden. Alle anderen Hersteller müssen dann auf alternative Gase ausweichen.

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Zahl der Klimaanlagen wächst weltweit

Diese Bestimmung der Europäischen Union (EU) ist für alle Betroffenen eine große Herausforderung, denn die Zahl der Klimaanlagen in Gebäuden nimmt rund um den Globus kontinuierlich zu. Auch in anderen Bereichen wird gekühlt. Welches Auto läuft heute noch ohne Klimasystem vom Band? Hinzu kommen die Kühlsysteme in Industrieanlagen und Rechenzentren, die ohne Kühlung stillstehen würden. „In unseren Regionen zeigt sich zudem verstärkt der Trend zu Wärmepumpen-Heizungen, da sie effizienter sind als fossile Heizsysteme, die mit Gas oder Öl arbeiten“, sagt Eduard Schäfer, Leiter der Sensor-Abteilung des Düsseldorfer Unternehmens Unitronic. „Das eigentliche Arbeitsprinzip ist der Kältekreislauf, identisch wie bei Kühlsystemen. Bei Wärmepumpen wird lediglich das Verfahren umgedreht.“ Die Wärme wird der Umwelt mittels Entspannen von Kühlgas entzogen und mittels eines Kompressors (Wärmepumpe) auf das höhere Temperaturniveau angehoben. Dies ist dann die Wärmequelle für Heizsysteme. Unabhängig davon, welches Verfahren genutzt wird, kommen dabei immer die umweltschädlichen F-Gase zum Einsatz.

Dichte der Anlagen kontrollieren

Bei Anlagen, die mit Kühlgasen arbeiten, besteht immer die Möglichkeit, dass bestimmte Bereiche des Systems undicht werden und die schädlichen Umweltgase entweichen. Diese sind in der Regel nicht toxisch und daher für den Menschen ungefährlich. Der Schaden für die Umwelt dagegen kann – gerade bei großen Anlagen – sehr hoch sein. Aus diesem Grund sind deren Betreiber auch zur regelmäßigen Sicherheitsprüfung verpflichtet. In vorgegebenen Intervallen müssen die Systeme überprüft werden, um mögliche Schwachstellen aufzuspüren, aus denen Gas austreten und die Umwelt schädigen kann. Für diese Messvorgänge kommen Sensoren zum Einsatz, mit denen sich Lecks „erschnüffeln“ lassen.

Die neue EU-Verordnung zu F-Gasen will die Hersteller nun dazu bringen, zukünftig Gase mit niedrigen GWP-Werten einzusetzen, um die Umwelt zu schonen. Aber auch diese Gase haben einen Haken, denn viele von ihnen sind entweder entflammbar oder toxisch. Das Gefahrenpotenzial ist hoch, weshalb Anlagenhersteller aufgefordert sind, bereits bei der Fertigung ihrer Produkte notwendige Sicherheitsmaßnahmen zu ergreifen. Die Anlagen müssen entsprechend der geltenden Verordnungen konzipiert und regelkonform konstruiert werden. Auch hier sind kontinuierliche und sorgfältige Überprüfungen obligatorisch. Die kleinste Schwachstelle kann dazu führen, dass die Gase sich entzünden respektive Menschen vergiftet werden. Sorgfältige Sicherheitsvorkehrungen sind in diesem Umfeld daher entscheidend.

Gassensoren vereinfachen die Kontrolle

Für die Überprüfung der weniger umweltschädlichen Gase sind ebenfalls Gassensoren notwendig, die speziell auf die Anforderungen dieser Umgebung ausgerichtet sind. Unitronic vertreibt für dieses Anwendungsszenario Lösungen, die von Figaro Engineering entwickelt und produziert werden. Bei dem TGS 2630 beispielsweise handelt es sich um ein preisgünstiges Basismodell, das für die beschriebenen Anforderungen gut geeignet ist. Das Halbleiter-Gassensor-Element ist auch die Basis für das vorkalibrierte Modul FCM 2630 des japanischen Gassensorherstellers.

Das Basismodell reagiert extrem empfindlich auf die hoch entflammbaren Kühlgase wie R32 und R1234yf, sowie auch auf R-404a und R-410a, die bei konventionellen Klima- und Kühlanlagen immer noch gerne eingesetzt werden. Der TGS2630 ermöglicht es den Kunden, jeden Sensor selbst mit individuellem Signal-Processing und der entsprechenden Elektronik zu bestücken. Auch die Konfiguration für die gewünschte Applikation sowie das Kalibrieren übernimmt der Kunde bei diesem Produkt selbst, wodurch er das Einsatzfeld des Sensors flexibel bestimmen kann.

Das Sensormodul FCM2630 und das Basismodell, der Gassensor TGS2630, reagieren empfindlich auf entflammbare Kühlgase.

Die FSM 2630-Module haben bereits eine Temperaturkompensation mit an Bord, sind bereits kalibriert und kommen mit der notwendigen Elektronik zum Kunden. Sie können sofort implementiert und eingesetzt werden. Die vorab konfigurierten Werte sind zu vielen Anwendungen kompatibel, lassen sich aber bei Bedarf auf der Schnittstelle auch noch individuell konfigurieren und angepassen.

Der Markt für die neue Generation von Gassensoren steht noch am Anfang. Das ändert sich aber, sobald die bislang noch eingesetzten F-Gase aufgrund der neuen EU-Verordnung vom Markt verschwinden werden. Hersteller von Klimaanlagen und industriellen Kühlsystemen sowie Hersteller von Wärmepumpen sollten sich darauf einstellen und in ihren Anlagen moderne Sensoren verwenden. So können sie sicher sein, die geforderten Prüfintervalle sowie alle gesetzlichen Anforderungen in einem adäquaten Zeitrahmen zu erfüllen. am

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