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Cubic Kältemitteldichtheitsprüfung in der HVAC&R- und Wärmepumpenindustrie in Europa

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Dem europäischen Trend zum Austausch von Kältemitteln mit niedrigem Treibhauspotenzial begegnet Cubic mit einer zuverlässigen und glaubwürdigen Lösung zur Erkennung von Kältemittellecks

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Da das Problem des globalen Klimawandels immer ernster wird, ist die Reduzierung der Treibhausgasemissionen zu einem gemeinsamen Ziel von Regierungen und vielen Unternehmen geworden. In Europa hat die Europäische Union eine F-Gas-Verordnung erlassen, die darauf abzielt, Kältemittel mit hohem GWP (Global Warming Potential) schrittweise abzuschaffen, was die HLK- und Wärmepumpenbranche dazu veranlasst, sich für nachhaltige Alternativen zu entscheiden. Kältemittel mit niedrigem Treibhauspotenzial (GWP) haben sich aufgrund ihrer geringeren Umweltauswirkungen allmählich auf dem Markt durchgesetzt. Die weitverbreitete Einführung von Kältemitteln mit niedrigem GWP hat jedoch auch neue technische Herausforderungen und Sicherheitsprobleme mit sich gebracht, insbesondere die Gefahr von Kältemittelleckagen in Geräten wie Wärmepumpen, die zu Explosions- oder Brandgefahr führen können.

Um die Risiken zu mindern, ist es sehr wichtig, wirksame Lösungen zur Erkennung von Kältemittellecks in HLK&R- und Wärmepumpenanwendungen einzusetzen. Derzeit ist die Gassensorik eine der effektivsten Methoden zur Lecksuche. Um die geeignete Lösung zur Erkennung von Kältemittellecks besser auswählen zu können, werden in diesem Beitrag der Entwicklungstrend und die politischen Anforderungen des europäischen Marktes für den Austausch von Kältemitteln erörtert, wobei der Schwerpunkt auf dem Austauschprozess von Kältemitteln mit niedrigem Treibhauspotenzial (GWP) und deren Anwendung im HLK- und Wärmepumpenmarkt liegt. Darüber hinaus werden die wichtigsten Technologien zur Erkennung von Kältemittellecks verglichen, darunter die nicht-dispersive Infrarottechnologie (NDIR), die Ultraschalltechnologie, die Wärmeleitfähigkeitstechnologie und die photoakustische Spektroskopietechnologie (PAS), und die Vorteile und Anwendungsperspektiven der Technologien für die Erkennung von A2L- und A3-Kältemittellecks aufgezeigt, um den Akteuren in der Branche zu helfen, ein besseres Sicherheitsmanagement für Kältemittel zu erreichen.

1. Politische Anforderungen für den Austausch von Kältemitteln in Europa
Europa war schon immer ein Vorreiter in Sachen Umweltschutz und Bekämpfung des Klimawandels, und der Austausch von Kältemitteln bildet hier keine Ausnahme. In den letzten Jahren haben die EU und ihre Mitgliedsstaaten nacheinander eine Reihe strenger Vorschriften und Maßnahmen eingeführt, um die Abschaffung von Kältemitteln mit hohem Treibhauspotenzial und die Verbreitung von Kältemitteln mit niedrigem Treibhauspotenzial zu fördern. So ist in der EU-F-Gas-Verordnung (517/2014) ein klarer Zeitplan für die schrittweise Reduzierung der Verwendung von Fluorkohlenwasserstoffen (FKW) festgelegt, wonach die Verwendung von FKW bis 2030 auf 21 % des Niveaus von 2015 reduziert werden muss. Darüber hinaus hat jedes Land auf der Grundlage seiner eigenen Situation entsprechende Umsetzungsvorschriften und Anreizmaßnahmen formuliert, wie z. B. Deutschlands "Klimaschutzplan 2030" und Italiens "Nationaler integrierter Energie- und Klimaplan".

Gemäß der EU-F-Gas-Verordnung wurden die folgenden Produkte und Geräte in die Marktverbotsliste aufgenommen.

- Ab 2025: Kühl- und Gefriergeräte für den gewerblichen Gebrauch, die F-Gase mit einem GWP von 150 oder mehr enthalten.
- Ab 2026: Kühl- und Gefriergeräte für den Hausgebrauch und eigenständige Kühlgeräte, ausgenommen Kaltwassersätze.
- Von 2027 bis 2030: stationäre Kühlgeräte verschiedener Typen.
- Von 2027 bis 2033: unabhängige und Split-Klimageräte und Wärmepumpen verschiedener Typen.

Die Umsetzung dieser Verordnungen hat die Verwendung von Kältemitteln mit niedrigem Treibhauspotenzial stark gefördert.

2. Ersetzungstrend von Kältemitteln mit niedrigem GWP-Gehalt in HLK&R- und Wärmepumpenmärkten
Angetrieben von der Politik und der Marktnachfrage beschleunigen die europäischen Länder den Übergang zu Kältemitteln mit niedrigem GWP-Wert, um dem Klimawandel und den strengen Anforderungen der Umweltvorschriften zu begegnen. Der Trend zum Austausch von Kältemitteln mit niedrigem GWP-Gehalt wird auf dem europäischen Markt immer deutlicher, und zwar nicht nur im Bereich der Wärmepumpen, sondern auch auf dem gesamten HLK&R-Markt.

1) Ersatz von Kältemitteln mit niedrigem GWP-Gehalt auf dem HLK&R-Markt
Im Bereich HLK&R ist der Ersatz von Kältemitteln mit niedrigem Treibhauspotenzial zum Kernstück der industriellen Entwicklung geworden. Die Umsetzung der EU F-Gas-Verordnungen hat strenge Beschränkungen für die Verwendung von Kältemitteln mit hohem GWP auferlegt und die Verbreitung von Kältemitteln mit niedrigem GWP wie R32, R290 (Propan), R1234yf und R1234ze gefördert. Zum Beispiel:

Gewerbliche Klimaanlagen: Kältemittel mit hohem GWP wie R410A werden allmählich durch R32 ersetzt, und der GWP-Wert von R32 beträgt nur 675, was viel niedriger ist als der von R410A mit 2088.

Gewerbliche Kühlung: In Supermarktkühlschränken und Kühlkettensystemen wurden Kältemittel mit hohem GWP-Wert wie R404A (GWP-Wert 3922) durch Alternativen mit niedrigem GWP-Wert wie R448A und R449A ersetzt.

Klimageräte und Kühlschränke für Haushalte: R290 ist aufgrund seines extrem niedrigen GWP-Werts (nur 3) und seiner hervorragenden Energieeffizienz eine beliebte Wahl für Haushaltsgeräte geworden.

Nach dem Zeitplan der EU-F-Gas-Verordnung muss die HLK&R-Industrie den Ersatz der Kältemittel mit hohem GWP-Wert bis 2025 abschließen. So werden beispielsweise ab 2025 Kältemittel mit einem GWP-Wert von über 150 in Haushaltskühlschränken und -truhen verboten sein. Die Politik hat die weit verbreitete Verwendung natürlicher Kältemittel einschließlich R290 in Haushaltsgeräten gefördert.

2) Ersatz von Kältemitteln mit niedrigem GWP-Wert auf dem Wärmepumpenmarkt
Als effiziente und energiesparende Heiz- und Kühlgeräte haben sich Wärmepumpen in den letzten Jahren in Europa weit verbreitet. Besonders aktiv sind die Wärmepumpenmärkte in Ländern wie Deutschland, Spanien, Italien und Schweden, von denen Deutschland mit seiner fortschrittlichen Technologie und seinen strengen Umweltstandards zum Marktführer auf dem europäischen Wärmepumpenmarkt geworden ist. Spanien und Italien haben mit ihrem warmen Klima und der staatlichen Unterstützung für erneuerbare Energien die Verbreitung von Luftwärmepumpen gefördert. Schweden hat aufgrund seiner kalten Klimabedingungen und der reichhaltigen geothermischen Ressourcen erhebliche Fortschritte im Bereich der Erdwärmepumpen gemacht.

In den letzten Jahren hat der europäische Wärmepumpenmarkt einen starken Wachstumstrend gezeigt. Nach Angaben des Europäischen Wärmepumpenverbands (EHPA) gibt es in Europa inzwischen rund 20 Millionen angeschlossene Heizungswärmepumpen (sowohl Luft-Luft- als auch Hydronik- oder Wasser-Wärmepumpen) und Warmwasser-Wärmepumpen. Sie beheizen etwa 16 % der europäischen Wohn- und Geschäftsgebäude. Das Wachstum ist hauptsächlich auf die politische Unterstützung verschiedener Regierungen für erneuerbare Energien und energiesparende Technologien sowie auf die steigende Nachfrage der Verbraucher nach umweltfreundlichen und energiesparenden Produkten zurückzuführen. So gewährt die deutsche Regierung über das "Bundesgesetz zur Förderung der Energieeinsparung im Gebäudebereich" (BEG) hohe Zuschüsse für Wärmepumpenanlagen, was die Expansion des Wärmepumpenmarktes stark fördert. Gleichzeitig setzen sich die EU-Pläne "Green Deal" und "Fit for 55" das Ziel, die Treibhausgasemissionen bis 2030 um 55 % zu reduzieren, was die Verbreitung der Wärmepumpentechnologie weiter beschleunigt.

Im Bereich der Wärmepumpen erfüllt die Verwendung von Kältemitteln mit niedrigem GWP nicht nur die Anforderungen des Umweltschutzes, sondern verbessert auch die Energieeffizienz und Leistung der Anlagen. R290 (Propan), ein natürliches Kältemittel, hat beispielsweise einen extrem niedrigen GWP-Wert (nur 3) und hervorragende thermodynamische Eigenschaften und wird häufig in Haushaltswärmepumpen und gewerblichen Wärmepumpensystemen eingesetzt. Die Entflammbarkeit von R290 birgt jedoch auch neue Sicherheitsrisiken, insbesondere im Falle von Leckagen, die zu Bränden oder Explosionen führen können. Daher steht die sichere Verwendung von Kältemitteln mit niedrigem GWP in Wärmepumpen im Mittelpunkt der Aufmerksamkeit der Industrie.

3) Herausforderungen bei der Ersetzung von Kältemitteln mit niedrigem GWP
Obwohl Kältemittel mit niedrigem Treibhauspotenzial erhebliche Vorteile für den Umweltschutz und die Energieeffizienz bieten, dürfen Sicherheitsaspekte bei ihrer Verwendung nicht außer Acht gelassen werden. Insbesondere entflammbare Kältemittel wie R290 können schwere Sicherheitsunfälle verursachen, wenn sie auslaufen. Außerdem bedrohen Kältemittellecks nicht nur die persönliche Sicherheit, sondern haben auch negative Auswirkungen auf die Umwelt. Selbst bei Kältemitteln mit niedrigem Treibhausgaspotenzial führen großflächige Leckagen zu einem Anstieg der Treibhausgasemissionen, was der ursprünglichen Absicht der Verwendung von Kältemitteln mit niedrigem Treibhauspotenzial zuwiderläuft. Daher ist die Entwicklung einer effizienten und zuverlässigen Technologie zur Erkennung von Kältemittellecks der Schlüssel zur sicheren Verwendung von Kältemitteln mit niedrigem Treibhauspotenzial. Durch die Überwachung von Kältemittelleckagen in Echtzeit können potenzielle Sicherheitsrisiken rechtzeitig erkannt und beseitigt werden, wodurch das Unfallrisiko verringert wird.

3. Technologien zur Erkennung von Kältemittelleckagen
Zu den derzeit auf dem Markt gängigen Technologien zur Erkennung von Kältemittellecks gehören vor allem die nichtdispersive Infrarottechnik (NDIR), die Ultraschalltechnik, die Wärmeleitfähigkeitstechnik und die photoakustische Spektroskopietechnik (PAS). Diese Technologien haben ihre eigenen Vor- und Nachteile und sind für unterschiedliche Anwendungsszenarien geeignet.

Die photoakustische Spektroskopie erkennt Lecks durch die Erkennung von Schallwellensignalen, die von Kältemittelmolekülen nach der Absorption von Lichtenergie einer bestimmten Wellenlänge erzeugt werden. PAS hat eine hohe Selektivität für die Zielgase, ist aber sehr empfindlich gegenüber Umgebungsstörungen und erfordert eine starke Rauschunterdrückung und einen Druckausgleich. Die NDIR-Technologie nutzt die Absorptionseigenschaften von Kältemittelmolekülen in bestimmten Infrarotbändern zur Erkennung. Sie hat die Vorteile einer schnellen Reaktionszeit, guter Stabilität und moderater Kosten und ist in industriellen und kommerziellen Bereichen weit verbreitet. Die Ultraschalltechnologie erkennt Lecks durch die Erkennung von Hochfrequenz-Schallwellen, die bei Kältemittelaustritt entstehen. Sie eignet sich für die Erkennung in großen Bereichen und hochgelegenen Gebieten, wird aber leicht durch Umgebungsgeräusche gestört. Die Wärmeleitfähigkeitstechnologie erkennt Lecks anhand des Unterschieds in der Wärmeleitfähigkeit zwischen Kältemittel und Luft. Obwohl die Kosten niedrig sind, sind die Empfindlichkeit und Selektivität relativ gering. Sowohl die Ultraschalltechnologie als auch die Wärmeleitfähigkeit sind jedoch kaum geeignet, um das A3-Kältemittelgas Propan (R290) zu messen. Die Ultraschalltechnologie wird zur Identifizierung von Gasen auf der Grundlage des Unterschieds der Schallgeschwindigkeit zwischen verschiedenen Medien eingesetzt, und die Wärmeleitfähigkeit identifiziert Gase auf der Grundlage unterschiedlicher Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten. Die Schallgeschwindigkeit und der Wärmeleitfähigkeitskoeffizient von Propan und Luft liegen sehr nahe beieinander, was die Messung von Propan auf der Grundlage beider Technologien einschränkt.

Im Vergleich dazu bietet die NDIR-Technologie offensichtliche Vorteile in Bezug auf Messgenauigkeit, hohe Selektivität, Stabilität und Störfestigkeit und eignet sich besonders für die Lecksuche bei entflammbaren Kältemitteln wie R290. NDIR-Sensoren können die Kältemittelkonzentration in Echtzeit überwachen, rechtzeitig Alarme ausgeben und das Auftreten von Sicherheitsunfällen wirksam verhindern.

Insbesondere bei der Lecksuche von R290 weist die NDIR-Technologie erhebliche Vorteile auf. Erstens sind NDIR-Sensoren hochempfindlich und selektiv für R290 und können Lecks mit geringer Konzentration genau erkennen. Zweitens hat die NDIR-Technologie eine schnelle Reaktionszeit und kann bereits im Frühstadium des Lecks einen Alarm auslösen, wodurch wertvolle Zeit für Notfallmaßnahmen gewonnen wird. Darüber hinaus zeichnet sich die NDIR-Ausrüstung durch gute Stabilität, lange Lebensdauer und niedrige Wartungskosten aus, wodurch sie sich für eine groß angelegte Förderung und Anwendung eignet.

In der Praxis wird die NDIR-Sensortechnologie bereits seit Jahrzehnten auf dem Markt für Kältemittelerkennung eingesetzt. Von den ersten Anwendungen zur Erkennung von R744 (CO₂) bis hin zur aktuellen Anwendung zur Erkennung von R290 (Propan) hat sich die NDIR-Technologie als zuverlässige und akzeptierte Sensortechnologie erwiesen und wurde von zahlreichen international bekannten Marken in der HLK&R-Industrie übernommen. Im Vergleich zur aufkommenden Technologie, die sich noch in der Anfangsphase der industriellen Einführung befindet und der es an einer weit verbreiteten Marktvalidierung mangelt, ist die NDIR-Technologie die bevorzugte Wahl, da sie einen hohen Grad an Reife, Stabilität, Zuverlässigkeit und markterprobter Leistung auf dem Gebiet der Kältemittelgasdetektion aufweist.

4. Cubic Komplettlösungen für die Kältemittelgasdetektion
Cubic, ein führender Hersteller von Gassensoren und Gasanalysatoren, ist seit über 20 Jahren auf die NDIR-Technologie spezialisiert und hat umfangreiche Erfahrungen mit der Anwendung der NDIR-Technologie gesammelt. Cubic hat speziell umfassende NDIR-Lösungen für die Erkennung von Kältemittellecks entwickelt, die aus Sensoren, Detektoren und Analysatoren bestehen und auf die Erkennung von A2L- und A3-Kältemittellecks abzielen, einschließlich R32, R454A, R454B, R454C und R290, die einen breiteren Anwendungsbereich für die HVAC&R- und Wärmepumpenindustrie abdecken.

1) Cubic NDIR A2L&A3 Kältemittelgas-Sensoren
Cubic NDIR A2L&A3 Kältemittelsensoren bieten hochpräzise Messungen auch bei niedrigen Konzentrationen, besonders wertvoll für die Erkennung von A3-Kältemittelgas einschließlich Propan, was eine frühzeitige Leckerkennung für Sicherheit und Zuverlässigkeit ermöglicht. Die NDIR-Kältegassensoren von Cubic verfügen über eine spezielle Hardwarestruktur und sind mit einem einzigartigen mathematischen Algorithmus ausgestattet, um jedes Leck genau zu erfassen und eine effiziente und sichere Anwendung zu gewährleisten. Die ausgereifte NDIR-Technologie von Cubic garantiert den stabilen Betrieb des Sensors für mehr als 15 Jahre. Es dauert nur wenige Sekunden, um potenzielle Leckage-Risiken zu erkennen. Darüber hinaus gewährleisten die NDIR-Kältegassensoren von Cubic eine stabile Leistung und zeigen eine außergewöhnliche Anpassungsfähigkeit an anspruchsvolle Umgebungen, einschließlich Kondensation und extreme Kälte.

Um eine effizientere Integration in Kälteanlagen zu ermöglichen, hat Cubic NDIR-Kältegassensoren entwickelt, die mit fortschrittlichen Mitigationsfunktionen ausgestattet sind. Ein Schlüsselmerkmal ist der konfigurierbare Einzel- oder Doppelrelaisausgang, der die Grundlage einer zuverlässigen Refrigerant Detection System (RDS) Lösung bildet. Darüber hinaus bieten die NDIR-Kältegassensoren von Cubic mit weiteren Optionen wie 12-24V DC/AC-Stromversorgung, Modbus- und RS485-Ausgang eine skalierbare und anpassungsfähige Lösung für das Sicherheitsmanagement von Kältemitteln.

Um den Kunden eine zuverlässige Sicherheit zu bieten, folgt die Entwicklung der Cubic Kältemittelgas-Lecksensoren den Anforderungen der UL60335-2-40 und UL60335-2-89 während des Design- und Entwicklungsprozesses. Derzeit haben die Cubic NDIR A2L und A3 Kältemittelsensoren bereits die offizielle UL-Zertifizierung erhalten, womit Cubic das erste Gassensorunternehmen in der asiatisch-pazifischen Region ist, das diese Auszeichnung erhalten hat. Die erfolgreiche Erlangung der UL-Zertifizierung unterstreicht Cubic's exzellentes Engagement für Produktqualität und -sicherheit, um die immer strengeren gesetzlichen Anforderungen für Kältemittel zu erfüllen.

2) Cubic OEM NDIR A2L&A3 Kältemittel-Gasdetektor
Cubic bietet ein leichtes, benutzerfreundliches, tragbares Kältemittel-Lecksuchgerät für OEM an, das sich ideal für den Bereich des After-Sales-Marktes und der Wartung eignet. Der Detektor nutzt die ausgereifte NDIR-Technologie und ist anpassbar, um eine breite Palette von Kältemittelgasen, einschließlich HFCs, HFOs und Mischungen wie R32, R290, R410A, R134a, R454A, R454B, R454C, R1234ze und R1234yf zu erkennen. Es zeichnet sich durch schnelle Ansprechzeiten, Nachweisgrenzen im ppm-Bereich, starke Anti-Interferenz-Fähigkeiten und eine verlängerte Lebensdauer aus. Darüber hinaus bietet Cubic End-to-End-Fähigkeiten über den gesamten Entwicklungszyklus von Kältemittellecksuchern für After-Sales- und Wartungsszenarien an, die Sensorlösungen, Hardwaredesign, Softwareentwicklung, Werkzeugentwicklung, Prototypentests und industrielle Gerätefertigung umfassen.

3) Cubic NDIR A2L & A2 Kältemittelgas-Analysatoren
Cubic Kältemittel-Gasanalysatoren können in vielen Szenarien der Kältemittelanalyse eingesetzt werden, einschließlich des Produktionsprozesses von HVAC-Geräten, Verifizierungstests in Labors und Konformitätsprüfungen durch unabhängige Prüfstellen. Basierend auf der NDIR-Technologie verfügen die Cubic-Kältemittelgasanalysatoren über eine ausgezeichnete Messgenauigkeit und Langzeitstabilität. Durch einen fortschrittlichen Mehrpunkt-Kalibrierungsmechanismus wird die Linearität und Genauigkeit der Messung über den gesamten Bereich sichergestellt. Das Gerät eignet sich für die Einkomponenten- oder Mehrkomponentendetektion verschiedener Kältemittelgase, einschließlich R32, R290, R454A/B/C, R1234yf usw., und wurde in Übereinstimmung mit den UL- und IEC ANNEX LL- und ANNEX MM-Teststandards entwickelt.

Bei der Herstellung von HLK-Geräten kann der Cubic Kältemittel-Gasanalysator als Standard-Referenzgerät in den Produktionslinien von HLK-Geräten, wie z. B. Klimaanlagen und Wärmepumpen, für die Kältemittelgas-Kontrolle und Prozesskalibrierung eingesetzt werden. Unternehmen mit unabhängigen F&E-Kapazitäten können den Cubic-Kältemittelgasanalysator in ihren eigenen Labors zur Überprüfung der Sensorleistung, zur Lecksimulation und zur Prüfung der Systemdichtigkeit einsetzen und dabei die Zusammensetzung, die Konzentration und den Veränderungstrend des Kältemittelgases eingehend analysieren. Darüber hinaus eignet sich der Cubic Kältemittel-Gasanalysator auch für externe Prüfstellen oder wissenschaftliche Forschungsinstitute zum Aufbau professioneller Kapazitäten für Kältemittelprüfungen. Er kann als wichtige Ausrüstung für den Aufbau eines Zertifizierungstestsystems eingesetzt werden und dient für Szenarien wie die Überprüfung der Leistung von Kältemittelsensoren und die Prüfung der Einhaltung von Systemleckagen.

Gegenwärtig hat Cubic Massenproduktionslinien in Asien und Europa mit einer Produktionskapazität von über 3 Millionen Kältemittelsensoren eingerichtet und plant die Errichtung einer neuen Fabrik in Nordamerika. Diese Produktionsanlagen ermöglichen es Cubic, Kunden auf der ganzen Welt effizient zu bedienen und eine schnelle Produktion und Lieferung zu gewährleisten. Durch die globale Präsenz ist Cubic in der Lage, flexible Sensorlösungen anzubieten, schnell auf Marktanforderungen zu reagieren und einen qualitativ hochwertigen Service zu bieten, der den sich wandelnden Anforderungen der verschiedenen Märkte besser gerecht wird und die Kundenzufriedenheit weiter erhöht.

Mit einer Reihe von Kältemittel-Lecksuchprodukten, die von Kältemittel-Leckgassensoren über Gasdetektoren bis hin zu Gasanalysatoren reichen, ist Cubic bestrebt, ein komplettes Lösungspaket anzubieten, das Unternehmen bei der effizienten Bewältigung von Herausforderungen im Kältemittelmanagement unterstützt. Die Produkte von Cubic erfüllen nicht nur die Anforderungen der offiziellen Normen, sondern sind auch in hohem Maße anpassungsfähig und skalierbar, um die Bedürfnisse verschiedener Branchen und Anwendungsszenarien zu erfüllen. Auch in Zukunft wird Cubic durch die Entwicklung innovativer Gassensorik-Technologien einen wichtigen Beitrag zur globalen Gassicherheitsüberwachung und zur Erreichung der Dual-Carbon-Ziele leisten und sich bemühen, eine sicherere und nachhaltigere Zukunft zu schaffen, in der die Verantwortung für die Umwelt und die Industrie gestärkt wird.

Für detailliertere Produktinformationen besuchen Sie bitte die Website: https://en.gassensor.com.cn/RefrigerantGasLeakageMonitoringSensor/list.html oder kontaktieren Sie uns über [email protected]