Klimaanlagen in Rechenzentren, industrielle Kühlsysteme oder Wärmepumpen arbeiten überwiegend mit klima­schädlichen Treibhausgasen. Dem will die EU mit der F-Gas-Verordnung einen Riegel vorschieben und die Emissionen des Industriesektors bis 2030 um mehr als 70 % gegenüber 1990 verringern. Mit der sogenannten ‚Phase Down‘ wurde bereits seit 2015 eine schrittweise Beschränkung für die Verwendung fluorierter Treibhausgase mit einem hohem Treibhausgas-Potenzial (GWP) eingeleitet. In der Übergangszeit von 2016 bis 2030 sollen die GWP-Werte der Kältemittel von aktuell etwa 2300 (100 %) bis auf <500 (21 %) reduziert werden. Während des ‚Phase Down‘-Prozesses bleiben allerdings einige Ausnahmen erlaubt: Bestimmte Unternehmen dürfen in dieser Zeit beispielsweise noch recycelte F-Gase verwenden; alle anderen Hersteller müssen auf alternative Gase ausweichen.

Zahl der Klimaanlagen wächst

Der Sensor ‚TGS 2630‘ für die Detektion umweltschädlicher Gase fungiert als Basis für das vorkalibrierte Modul ‚FCM 2630‘, das bereits eine Temperaturkompensation enthält.

© Unitronic

Die Bestimmung der Europäischen Union ist für alle Betroffenen eine große Herausforderung, nimmt doch die Zahl der Klimaanlagen in Gebäuden weltweit kontinuierlich zu. Und auch in anderen Bereichen wird gekühlt: Kaum ein Auto läuft ohne Klimasystem vom Band, die Kühlsysteme in Industrieanlagen und Rechenzentren würden ohne Kühlung stillstehen. In Deutschland zeigt sich zudem verstärkt der Trend zu Wärmepumpen-Heizun­gen, da sie effizienter sind als fossile Heizsysteme, die mit Gas oder Öl arbeiten. Wie bei Kühlsystemen ist auch hier das eigentliche Arbeitsprinzip der Kältekreislauf – bei Wärmepumpen wird lediglich das Verfahren umgedreht: Die Wärme wird aus der Umwelt mittels Entspannen von Kühlgas entzogen und mit einem Kompressor – der Wärmepumpe – auf das höhere Temperatur­niveau angehoben. Dies ist dann die Wärmequelle für Heizsysteme. Unabhängig davon, welches Verfahren verwendet wird, werden dabei immer die umweltschädlichen F-Gase genutzt.

Dichtheitskontrolle der Anlagen

Bei Anlagen, die mit Kühlgasen arbeiten, besteht immer die Möglichkeit, dass bestimmte Bereiche des Systems undicht werden und die schädlichen Umweltgase entweichen. In der Regel sind diese zwar nicht toxisch und daher für den Menschen ungefährlich. Der Schaden für die Umwelt hingegen kann gerade bei gro­ßen Anlagen sehr hoch sein. Aus diesem Grund sind deren Betreiber 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. Bei diesen Messvorgängen helfen Sensoren, mit denen sich Lecks ‚erschnüffeln‘ lassen. 

Die EU-Verordnung zu F-Gasen soll die Hersteller dazu bringen, künftig Gase mit niedrigen GWP-Werten einzusetzen. Doch auch diese Gase haben einen Haken: Viele von ihnen sind entweder entflammbar oder toxisch. Das Gefahrenpotenzial ist entsprechend hoch, weshalb Anlagenhersteller aufgefordert sind, bereits bei der Fertigung ihrer Produkte notwendige Sicherheitsmaßnahmen zu ergreifen. Die Anlagen müssen den geltenden Verordnungen entsprechend konzipiert und regelkonform konstruiert werden. Obligatorisch sind auch hier kontinuierliche und sorgfältige Überprüfungen. Denn schon die kleinste Schwachstelle kann dazu führen, dass die Gase sich entzünden beziehungsweise Menschen vergiftet werden. 

Vereinfachte Kontrolle durch Gassensoren

Für die Überprüfung dieser weniger umweltschädlichen Gase bieten sich Gassensoren an. Unitronic beispielsweise vertreibt für dieses Anwendungsszenario von der japanischen Firma Figaro Engineering entwickelte Lösungen. Das Basismodell TGS 2630 etwa reagiert extrem empfindlich auf hoch entflammbare Kühlgase wie R32 und R1234yf sowie auf R-404a und R-410a, die bei konventionellen Klima- und Kühlanlagen gern verwendet werden. Der Sensor ermöglicht es, dass Kunden jeden Sensor selbst mit individuellem Signal-Processing und der entsprechenden Elektronik bestücken. Auch die Konfiguration für die gewünschte Applikation sowie das Kalibrieren übernimmt der Kunde selbst, wodurch er das Einsatzfeld des Sensors flexibel bestimmen kann. 

Das Halbleiter-Gassensor-Element TGS 2630 ist außerdem die Basis für das vorkalibrierte Modul FCM 2630, das bereits eine Temperaturkompensation beinhaltet und mit der notwendigen Elektronik zum Kunden kommt. Es ist sofort implementierbar und verwendbar. Die vorab konfigurierten Werte sind zu vielen Anwendungen kompatibel, lassen sich bei Bedarf aber auch individuell konfigurieren und anpassen.

Autor:
Eduard Schäfer ist Head of Sensor Department bei Unitronic in Düsseldorf.