Gewerbliche Kältesysteme sind lebenswichtige Bestandteile verschiedener Industrien, die in hohem Maße auf eine Vielzahl von Gasen und Gasgemischen angewiesen sind, die sowohl HFKW- als auch HFO-Kältemittel enthalten. Diese Abhängigkeit besteht selbst in Regionen, in denen es bemerkenswerte Fortschritte bei der Einführung von_{CO2-Kältesystemen} gegeben hat. In Sektoren wie Supermärkten, dem Lebensmitteleinzelhandel, der Gastronomie, Kühlräumen, begehbaren Gefrierschränken, Kühllagern und lebensmittelverarbeitenden Betrieben spielen diese Kältemittel eine entscheidende Rolle bei der Konservierung verderblicher Waren und der Aufrechterhaltung optimaler Lagerbedingungen.

Warum werden HFO- und HFO-Kältemittelgasdetektoren benötigt?

Die Notwendigkeit von HFC- und HFO-Detektoren ergibt sich aus mehreren Faktoren. Als Reaktion auf die Notwendigkeit, die Auswirkungen von Kältemittellecks auf den Klimawandel abzuschwächen, werden zunehmend Gase eingesetzt, die das Treibhauspotenzial (GWP) von Kältemitteln senken. Dies hat zu einem Anstieg der Verwendung von A2L-klassifizierten Kältemitteln geführt, die oft als „leicht entflammbar“ bezeichnet werden und deren Entflammbarkeit eine weitere Risikoebene im Vergleich zu den früher häufiger verwendeten A1-klassifizierten Kältemitteln darstellt.

Während die meisten dieser Kältemittel eine geringe akute Toxizität aufweisen, können austretende HFC- und HFO-Gase den Sauerstoff verdrängen, was zu Unbehagen, Gefahren und möglicherweise zu Todesfällen führt.

Nachfolgend finden Sie Beispiele dafür, was in einem unbelüfteten Raum von ca. ^1750ft3/ / ^50m3 mit einem Leck von R134a passiert.

R134a Leckage (lbs / kg)	R134a-Konzentration (ppm)	Sauerstoffgehalt (%)	Wirkung auf Menschen
0	0	~21	Normale, frische Luft
46 / 21	100,645	~19	Verminderte Sauerstoffzufuhr zu den Zellen, negative Auswirkungen auf die Funktionsfähigkeit
139 / 63	301,395	~15	Erhöhte Pulsfrequenz, schnelle Atmung, beeinträchtigte Koordination, beeinträchtigte Denkprozesse
185 / 84	402,581	~13	Übelkeit, Erbrechen, Risiko von bleibenden Herzschäden
255 / 116	553,547	~10	Krämpfe, Bewegungsunfähigkeit, Verlust des Bewusstseins, Verlust des Lebens

Die oben genannten Zahlen beruhen auf einer gleichmäßigen Verteilung im Raum. Dies ist jedoch ein höchst unwahrscheinliches Szenario, da Kältemittelgase ein viel höheres Molekulargewicht als Luft haben und in den untersten Teil des Raumes sinken werden. Es ist daher möglich, dass 0,5 m über dem Boden ein 21 kg schweres Leck denselben Sauerstoffverdrängungseffekt hat wie 84 kg, die gleichmäßig im Raum verteilt sind. Dies stellt eine klare und reale Gefahr für Leben und Gesundheit dar.

In vielen Ländern schreiben gesetzliche Rahmenbedingungen und Industriestandards die Überwachung von HFKW- und HFO-Gasleckagen vor. Beispiele hierfür sind Vorschriften wie F-Gas und EN378 in Europa und ASHRAE 15 in den Vereinigten Staaten.

Es ist auch wichtig zu wissen, dass bei Kühlsystemen das Auftreten von Kältemittelleckagen nicht nur die Betriebseffizienz beeinträchtigt, sondern auch das Risiko eines Systemausfalls mit der Zeit mit sich bringt.

Darüber hinaus gehen die Auswirkungen über die Besorgnis über die betriebliche Effizienz hinaus, da das Austreten von Kältemitteln zu noch erheblicheren und akuteren wirtschaftlichen Folgen führen kann. Die verminderte Effizienz und der mögliche Ausfall von Kühlsystemen kann zu erheblichen Verlusten führen, insbesondere bei verderblichen oder gefrorenen Waren, bei denen die Temperaturen außerhalb der Grenzen der Lebensmittelsicherheitsstandards liegen. Dies unterstreicht, dass eine wirksame Kältemittelüberwachung und die Vermeidung von Kältemittelleckagen nicht nur für die betriebliche Integrität unerlässlich sind, sondern auch, um die mit verdorbenen Produkten verbundenen wirtschaftlichen Verluste zu mindern.

Richtlinien für den Einsatz von HFC- und HFO-Gasdetektoren

Da FKW und HFO dichter als Luft sind, neigen sie dazu, sich schnell in tiefer gelegenen Bereichen eines Raumes abzusetzen, z. B. in Treppenhäusern oder Schächten. Um die Detektionsleistung zu optimieren, sollten Gasdetektoren strategisch niedrig positioniert werden, etwa 8″ / 20cm über dem Boden oder dem untersten Teil des Raums.

Es ist gängige Praxis, Gasdetektoren in unmittelbarer Nähe der Bereiche zu installieren, die als die wahrscheinlichsten potenziellen Leckquellen identifiziert wurden, wie z.B. Ventile, Flansche, Verbindungen und Druckminderer. Darüber hinaus können die Detektoren in der Nähe von Bereichen mit hoher Kältemittelkonzentration angebracht werden, z. B. an Kompressoren, Lagertanks/Zylindern, Rohren und Leitungen.

Die Berücksichtigung von Luftströmungen und Belüftung – sowohl natürlich als auch mechanisch – ist entscheidend. Da sich austretendes Gas allmählich in der Umgebung verteilt, kann es durch Lüftungsströme beeinflusst werden. Daher empfiehlt es sich, Gasdetektoren innerhalb dieser Luftströmungen zu platzieren, um die Detektionsleistung zu verbessern.

HINWEIS: Es gibt keine allgemeine Regel oder Norm für die Festlegung der angemessenen Anzahl von Sensoren und deren Platzierung für jede Anwendung. Daher sind die gegebenen Hinweise als Unterstützung für Installateure gedacht und nicht als eigenständige Regeln. Alle lokalen, staatlichen und nationalen Vorschriften sollten beachtet werden.

Auswahl von HFC-, HFO- und A2L-Kältemittelsensoren

Für die Erkennung von HFKW-, HFO- und A2L-Kältemitteln werden in der Regel Halbleitersensoren oder Infrarotsensoren verwendet. Es gibt jedoch auch andere Technologien, die für die Erkennung von Kältemitteln verfügbar sind, wenn auch oft zu einem höheren Preis als dem, den sie erreichen können. Halbleitersensoren, auch bekannt als Metalloxidsensoren, sind eine seit langem bewährte Methode zur Erkennung von Kältemittelgasen für HFC- und HFO-Kältemittel und -Gemische. Sie haben eine Reihe von Vorteilen. Sie sind sehr kosteneffektiv, haben eine relativ lange Lebensdauer und verursachen im Allgemeinen relativ geringe Wartungskosten.

Halbleitersensoren können auf andere reduzierende Gase sowie auf erhebliche Temperatur- oder Feuchtigkeitsschwankungen reagieren. Dies sollten Sie bei der Auswahl des Installationsortes berücksichtigen. Ein Beispiel: Standorte in der Nähe von Orten, an denen Gabelstapler entweder betankt oder aufgeladen werden, können ein Problem darstellen – sowohl die Kohlenwasserstoffdämpfe aus dem Kraftstoff als auch die Wasserstoffabgase aus dem elektrischen Ladevorgang sind reduzierende Gase, die mit einem Halbleitersensor reagieren und zu Fehlalarmen führen können. Solche Probleme lassen sich in den meisten Fällen durch eine sorgfältige Installation eines Systems abmildern, bei der man weiß, wie ein bestimmter Kühlgassensor funktioniert. Auf diese Weise können sowohl die Stärken als auch die Nachteile eines Sensors berücksichtigt werden, so dass er an der effektivsten Stelle für einen bestimmten Standort platziert werden kann.

Infrarotsensoren haben sich in der Praxis als äußerst stabile Technologie für den Einsatz in Kühlgasdetektoren bewährt und sind unempfindlich gegenüber Kreuzinterferenzen mit anderen Gasen, die typischerweise in gewerblichen Kühlanwendungen vorkommen. Die Temperaturkompensation eliminiert effektiv die Drift aufgrund von Umweltfaktoren.

Es gibt Infrarotsensoren zum Aufspüren von Kältemittellecks in einem Bereich von Teilen pro Million (ppm). Es gibt Optionen für die Erkennung von sehr niedrigen Werten unter 10-15 ppm, die in der Regel teurer sind und eine Form haben, die sich für zentralisierte Ansaugsysteme eignet. Für ein dezentraleres System mit Kältemittel-Detektoren, bei denen das Gas in den Sensor diffundiert, gibt es erschwinglichere Optionen, die ab 150 ppm genau detektieren – immer noch deutlich unter den Werten, die in Normen wie ASHRAE 15 und EN 378 für sicherheitsrelevante Kältemittelgas-Detektionssysteme festgelegt sind. In beiden Fällen ergeben sich die Vorteile einer höheren Stabilität, einer längeren Lebensdauer und des Fehlens von Kreuzinterferenzen.

Für die A2L-Detektion (und die R290-/Propan-Detektion, aber das ist nicht das Thema dieses Artikels) sind sehr kleinformatige Kältemittel-Detektoren mit extrem kostengünstigen Infrarotsensoren erhältlich. Diese detektieren in einem höheren Bereich und messen die untere Entflammbarkeitsgrenze in Prozent (% LFL), d.h. die Konzentration, bei der das Zielkältemittel das Potenzial hat, eine Flamme auszubreiten und eine Explosion zu verursachen. Diese Detektoren werden nur für die Erkennung brennbarer Kältemittel verwendet. Diese Art von Detektor eignet sich ideal für den integrierten Einbau in Geräte wie Wärmepumpen, Kühlvitrinen, tragbare Kühlgeräte und andere eigenständige Kühlsysteme. Eine Zertifizierung nach Normen wie IEC 60335-2-40 und UL 60335-2-89 ist für Kältemitteldetektoren dieses Typs von Vorteil.

Gasdetektoren geeignet für die Detektion von Kältemitteln

Auf dem Markt gibt es zahlreiche Gasdetektoren. Sie sind jedoch nicht alle für jede Anwendung geeignet. Die Umgebungen, in denen Kältemittelgasdetektoren installiert werden, können einige Herausforderungen aufweisen, die es in anderen Bereichen nicht gibt.

Ein geeigneter HFC- und HFO-Kältemittel-Lecksucher sollte die folgenden Eigenschaften haben:

• Eine schnelle Reaktionszeit: Dies wird von den Normen gefordert, ist aber vor allem für die Anwendung wichtig, bei der es darum geht, ein Leck schnell aufzuspüren, anstatt allmähliche Veränderungen der atmosphärischen Bedingungen im Laufe der Zeit zu erkennen.
• Geeigneter Temperaturbereich (z.B. -40°F – +122°F / -40°C – +50°C): Die Überwachung von Kältemitteln kann bei so unterschiedlichen Temperaturen erforderlich sein wie in einem Maschinenraum, einem Supermarkt, einem Kühlraum und einem Gefrierschrank. Ein Kältemittelmelder mit einem Temperaturbereich, der all diese Anwendungsfälle abdeckt, ist wichtig, damit ein System mit denselben Meldern an Standorten installiert werden kann, an denen diese vielfältigen Anforderungen bestehen. Dies ermöglicht einfachere Prozesse für die Konnektivität und Integration in Kontrollsysteme und ein effizienteres Serviceprogramm.
• Geeignete IP-Schutzart für die Installationsumgebung (z.B. IP66, IP67): Es liegt in der Natur der Sache, dass Kältemittelleckdetektoren in Bereichen eingesetzt werden, die oft mit Hochdruckstrahlern abgespritzt werden. Sie müssen dies aushalten können, ohne dass Wasser eindringt.
• Ausgänge für Systemintegration, Steuerung & Sicherheitswarnungen: Systeme zur Erkennung von Kältemittelgasen müssen in der Regel mit anderen Sicherheitssystemen (z. B. audiovisuellen Alarmen, Lüftungsventilatoren) und oft auch mit Kälteanlagensteuerungssystemen integriert werden. Die erforderliche Integration sollte frühzeitig erkannt werden, damit die richtigen Gasdetektoren mit der erforderlichen Kombination aus Relais, Analogausgängen und digitalen Kommunikationsprotokollen wie Modbus ausgewählt werden können.
• Für alle Bereiche, die als explosionsgefährdet eingestuft sind, sollte ein Detektor mit der entsprechenden ATEX-Zertifizierung für diese Zone gewählt werden.

Das richtige Werkzeug für den Job

Die Anforderungen an Kältemittelanwendungen sind sehr vielfältig. Die Palette der verfügbaren Kältemittelgasdetektoren ist ebenso vielfältig wie die Anwendungen, die sie bedienen. Die erste Frage, die sich jeder stellen sollte, der sich mit Kältemittel-Lecksuchsystemen befasst, lautet: Was wollen Sie erreichen? Die Antwort hierauf sollte ein wenig tiefer gehen als die offensichtliche Antwort „Kältemittellecks aufspüren“, indem man sich ansieht, warum dies eine Anforderung für sie ist und welche Maßnahmen im Falle eines entdeckten Kältemittellecks ergriffen werden sollen.

Gute Ergebnisse bei der Erkennung von HFC-, HFO- und A2L-Kältemitteln lassen sich erzielen, wenn man diese Faktoren berücksichtigt und gleichzeitig weiß, wie und wo ein Gaserkennungssystem effektiv zu installieren ist, welche Vor- und Nachteile die verschiedenen Sensortypen haben und welche Umwelt- und Systemintegrationseigenschaften ein Kältemittelleckerkennungssystem aufweisen muss.