Xcel Energy mit etwa 12 000 Mitarbeitern hat seinen Hauptsitz in Minneapolis, Minnesota, und ist der größte Elektrizitätsversorger in Colorado. Das Unternehmen liefert zudem Strom und Erdgas in acht Bundesstaaten im nördlichen mittleren Westen und im Südosten der USA. Insgesamt werden über 3,6 Mio. Elektrokunden und 2 Mio. Erdgaskunden versorgt. Xcel Energy will bis 2030 eine Kohlenstoffreduzierung von 80 Prozent auf dem Niveau von 2005 erreichen und bis 2050 seine Kunden mit vollkommen kohlenstofffreier Elektrizität versorgen.
Nachteilige Insellösungen bei der Kältemittelüberwachung
Im Kühlwasser-Versorgungsgebäude von Xcel Energy in der Stadtmitte von Denver, war die Kältemittelüberwachung zu aktualisieren und zu erneuern. Denn die bisher verwendeten verschiedenen Typen von Kältemittelüberwachungssystemen boten keine Möglichkeit zur Kommunikation zwischen den verschiedenen Versorgungsanlagen in der Stadt. Es mussten ständig Durchgänge in fünf separaten Gebäuden durchgeführt werden, um den Zustand und die Funktionsfähigkeit von 16 Kälteanlagen samt der damit verbundenen Geräte ebenso zu prüfen, wie die Kältemittelsysteme.
Ferner mangelte es an kontinuierlicher Überwachung und an Daten, um eventuelle Kältemittellecks identifizieren zu können. Dies, sowie unzureichende Konsistenz und Zuverlässigkeit der Kältemittelausrüstungen in den Werksanlagen, erschwerten die Fehlersuche und die Beschaffung
der richtigen Ersatzteile von den Geräteherstellern. Dies wiederum führte zu Mängeln bei der Verwendung, Überwachung und Kommunikation sowie zu Ineffizienz bei der Wartung und den Reparaturen und – was noch wichtiger war – zu potenziellen Sicherheitsproblemen.
Umfassendes Kältemittel-Erkennungssystem
Heute verwendet Xcel Energy an seinen fünf Standorten Kältemittelmonitore, um die Kälteanlagen zu überwachen. Jedes Werk hat einen eigenen Multi-Zonen (MZ) Halogengasmonitor und alle kommunizieren mit dem Gebäudeleitsystem, das auch die Kältemittelmesswerte überwacht und aufzeichnet. Damit kann jedes Werk kontinuierlich potenzielle Kältemittellecks erkennen.
Die Kältemittelmonitore beinhalten einen NDIR-Infrarotsensor, der eine frühzeitige Kältemittelleckerkennung ab Werten von 1 ppm ermöglicht und eine Pumpe für eine schnelle, sequenzielle Probenahme an bis zu 16 Stellen.
Insgesamt umfasst das Kälteversorgungssystem von Xcel Energy in Denver fünf verschiedene Standorte, 16 Kälteanlagen und ca. 6 km Untergrund-Rohrleitungen,
die Kühlwasser an Verbraucher wie das Kunstmuseum, die Stadtbibliothek, ein Tagungszentrum, Hotels, Data Center und Gebäude der Stadt- und Kreisverwaltung liefern. In jedem versorgten Gebäude sind Wärmeübertrager installiert, wodurch keine separaten Kälteversorgungen mehr benötigt werden.
Bild: Bacharach Inc.
Anforderungen an das Kältemittel-Monitoring
Nach Beurteilung der Betriebsweise der bisherigen Überwachungssysteme sowie von aktuellen Systemen wurde entschieden, ein System mit einer aktiven Kältemittel-Probenahme zu installieren. Damit verbunden war eine Kältemittelpumpe, um eine sequenzielle Überwachung verschiedener Messstellen zu ermöglichen. Mit einer solchen Lösung war eine häufigere Probenahme realisierbar, um die vorbeugende Wartung zu verbessern und Anlagenausfälle zu vermindern. Um proaktiv und schnell auf ein Kältemittelleck reagieren zu können, sollten Alarmschwellen definiert werden, die unter den Erkennungsniveaus von passiven Kältemittelmonitoren liegen. Denn die Kosten eines größeren Kältemittellecks konnten für Xcel Energy zwischen 10 000 und 100 000 US-Dollar und mehr betragen. Aufgrund der Verwendung von verschiedenen Kältemittelgasen, z. B. R 22, R 123 und R 134 a an mehreren Orten, war es auch wichtig, dass dasselbe Überwachungssystem in den verschiedenen Gebäuden alle diese Kältemitteltypen erkennt und dass alle Kältemittelmonitore mit einer zentralen Überwachungsstelle kommunizieren konnten.
Systeminstallation nicht ohne Pannen
Langlebigkeit, Zuverlässigkeit und geringer Wartungsaufwand der Kältemittel-Überwachungsgeräte standen für Xcel Energy im Vordergrund. Verschiedene Systeme wurden getestet und installiert, bevor
sich Xcel Energy für das MZ-System von Bacharach entschied. Zunächst gab es Probleme mit Filtern und mit falschen Alarmen. Grund dafür war, dass wegen der Höhenlage von Denver (ca. 1 600 m über dem Meer) die Pumpenmembranen zu stark belastet wurden. Das Problem wurde mit robusteren Membranen gelöst, bei denen keine Risse mehr auftraten. Daraufhin wurde das MZ-System Zug um Zug in insgesamt fünf Kälteversorgungsanlagen installiert.
Die Mitarbeiter von Xcel Energy können nun darauf vertrauen, dass kein Kältemittel unentdeckt in die Umgebung austritt. Das Unternehmen selbst konnte die Versorgungssicherheit erhöhen und den Kältemittelverbrauch senken.
Da zunächst nicht alle von Xcel Energy verwendeten Kältemittel von den verbauten Monitoring-Systemen erkannt wurden, musste im Probebetrieb, die in den Monitor integrierte umfangreiche Kältegase-Bibliothek erweitert und die Genauigkeit der Kältemittelmesswerte verbessert werden. Dazu enthält das MZ-
System eine Bibliothek von über 60 Kältemittelgasen.
Fazit
Die nun erreichte Produktstandardisierung bei der Kältemittelüberwachung vereinfacht die Wartung, denn es müssen nun weniger Ersatzteile vorgehalten werden, die zudem im Bedarfsfall schneller ausgetauscht werden können.
Es geht nun weniger Kältemittel verloren, die Zahl der Technikereinsätze für Reparaturarbeiten ging zurück. Neben diesen finanziellen Vorteilen war dem Betreiber auch die Umweltschutzperspektive wichtig, weil nun Kältemittellecks schneller erkannt und gefunden werden können. Die Kältemittelmonitore arbeiten zuverlässig und haben kaum Reparaturbedarf.
Kühlwasserkunden von Xcel Energy können jederzeit Unterlagen zur vorbeugenden Wartung und zu den historischen Daten des Versorgungssystems erhalten. Die Kältemittel-Monitore können mit dem jeweiligen Gebäudemanagementsystem kommunizieren, wenn die Pumpe ausfällt oder wenn ein Kältemittelaustritt erkannt wird.
Bild: Bacharach Inc.
Bild: Bacharach Inc./ Cosmides