Kälte- und Kühlanlagen sollen die geforderte Kälteleistung erbringen und dabei sicher, umweltverträglich, wirtschaftlich und energieeffizient arbeiten. Das Kältemittel Ammoniak (NH3) hat seit dem Verbot der Fluorchlor-Kohlenwasserstoffe (FCKW) und Halogenfluorchlor-Kohlenwasserstoffe (HFCKW) an Bedeutung gewonnen. Ammoniak liegt in Kühlkreisläufen teilweise als Flüssigkeit, teilweise als Gas vor. Unter Normalbedingungen (0 °C und 1 013 mbar) ist Ammoniak ein farbloses, giftiges und ätzendes Gas. Flüssig liegt es komprimiert oder tiefkalt vor (Verdampfungspunkt bei 33,4 °C, 1 013 mbar). Ammoniak ist in Wasser löslich und bildet dann Salmiakgeist. Auf Basis der Temperatur und der Mol- Konzentration des Ammoniaks im Wasser lässt sich der pH-Wert ermitteln (Bild 1).
Kältekreislauf mit Ammoniak
Für die Kühlung werden meist Kompressions-Kältemaschinen eingesetzt. Dabei wird das gasförmige Ammoniak vom Verdichter angesogen und komprimiert. Die Temperatur des Ammoniaks steigt dadurch an. Am darauf folgenden Kondensator wird diese Wärme dem Ammoniak entzogen, zum Beispiel durch eine Wasserkühlung, wodurch es sich verflüssigt. Nun wird das Ammoniak am Drosselorgan dekomprimiert und kühlt sich dabei ab. Die resultierende Wärmeenergie ist kleiner als vor dem Verdichten. Daher kann am Verdampfer Wärme aus der Umgebung entnommen werden; es wird gekühlt. Das Ammoniak wechselt dabei den Aggregatzustand und wird wieder gasförmig. Es wird erneut vom Verdichter angesogen und der Kreislauf ist geschlossen (Bild 2).
Zwei pH-Wert-Messarten notwendig
Eine Schwachstelle des Systems kann der Kondensator sein, wo das Ammoniak unter hohem Druck steht. Entweichen an dieser Stelle auch nur kleine Mengen Ammoniak, so hat das negative Auswirkungen auf Mensch und Umwelt. Wie schon erwähnt, beeinflusst die Ammoniakkonzentration den pH-Wert einer Flüssigkeit.
Tritt nun an einer Stelle Ammoniak in den kühlenden Wasserkreislauf, so kann das durch die Messung des pH-Wertes vor und nach dem Kondensator festgestellt werden. Dies gilt für Kühlkreisläufe mit Wasser; bei Verwendung von Äthylen-Glykol-Zusätzenwird der pH-Wert zu wenig beeinflusst. Beim Entweichen von großen Ammoniakmengen tritt sofort eine Differenz der beiden pH-Messungen auf. Bei kleinen Mengen ist diese Differenz nur klein, der absolute pH-Wert wird sich aber allmählich erhöhen. Es ist also sowohl eine Überwachung der pH-Wert-Differenz als auch des pH-Absolutwertes unerlässlich ().
Daneben spricht die Differenzüberwachung auch bei einem eventuellen Driften (Alterung) der pH-Sonden an, was die Betriebssicherheit des Messsystems erhöht. In der Kunsteisbahn im schweizerischen Wengen wird dieses Überwachungsprinzip eingesetzt. Zur Kühlung des Kondensators dient Gletscherwasser, während das erwärmte Wasser ein Freiluftschwimmbecken beheizt.
Zur pH-Messung werden pro Kreislauf (Kondensator und Verdampfer) je zwei pH-Sonden mit nachfolgenden Messumformern dTrans pH02 eingesetzt. Die Messwerte werden durch ein Anzeigegerät di308 miteinander verglichen sowie deren Absolutwert überprüft. Beim Überschreiten der vorbestimmten Grenzwerte wird sofort ein Alarm ausgelöst. In Anlagen, wo die Kühlung des Kondensators mit Luft erfolgt, wird nur der Verdampferkreislauf überwacht. -
Walter Wüest
Leiter der Jumo-Tochtergesellschaft in der Schweiz