Optimering af ventilation i maskinrum på M/F Samsø

Transkript

1 2018 Optimering af ventilation i maskinrum på M/F Samsø Nikolai Lyngsø og Lasse Juul Madsen Fredericia Maskinmesterskole

2 Titelblad Titel: Optimering af ventilation i maskinrum på M/F Samsø Skribenter: Lasse Juul Madsen E @edu.fms.dk Nikolai Lyngsø E @edu.fms.dk Klasse: 6. semester A Dato for aflevering: Vejledning: Rikke Andreasen Lektor - rian@edu.fms.dk Antal tegn (uden mellemrum): Normalsider: 39 X Nikolai Lyngsø X Lasse Jull Madsen Side 1 af 80

3 Abstract This project is about optimising the engine room ventilation onboard the ferry M/F Samsø. 4 requirements were decided for the project. 1)According to the ISO-standard there should be a slight positive pressure in the engine room that does not exceed 50Pa and ventilate 50% more than the calculated combustion airflow to the engine room. 2)The Danish Maritime Authority states for passenger ships that the engine room should be thoroughly ventilated so a correct airflow can be maintained, when the engine is working full load in all scenarios. 3)Caterpillar states that the engine room temperature should not exceed 49 o C. 4) ventilate more than the actual combustion airflow. The hypothesis was to reduce the frequency to 25Hz from 40Hz and at the same time reduce the power consumption for engine room ventilation by 50% while fulfilling the mentioned requirements. To test the hypothesis the frequency of the ventilators was set to 25Hz and the pressure was measured together with the airflow from the ventilators. In all the 42 test the positive pressure ranged between 4 to 51Pa. The airflow was compared to the required combustion airflow from the engine datasheet at 100% MCR. Then it was compared to the airflow the engine required at normal load level and last, it was compared to a theoretically maximum airflow needed, calculated from ISO-standard. The requirement from the ISO-Standard regarding positive pressure, Danish Maritime Authority and actual combustion air was all passed, and the power consumption was reduced by 68.4%. Caterpillar reequipments for maximum engine room temperature was also passed. The ISO-Standard requirement regarding ventilation was not passed. However, the standard included a maximum temperature rise of 12.5 o C in the engine room. This was not relevant on M/F Samsø due to a higher temperature rise can be accepted, and therefor deviation from the ISO-standard where approved. Side 2 af 80

4 Indhold Titelblad... 1 Abstract... 2 Forord... 6 Indledning... 7 Nomenklaturliste...10 Anlægsopbygning...11 Maskinrum...11 Ventilator...12 Hovedmotor og hjælpemotor...13 Metode...14 Forudsætning for benyttede metoder...15 Overtryk...16 Udstyr...16 Målesikkerhed...17 Praktisk metode...17 Flow...19 Udstyr...19 Måleusikkerhed...20 Udførsel af målinger...20 Temperatur...22 Udstyr...22 Måleusikkerhed...23 Praktisk metode...23 Ventilatorens strømforbrug Dataindsamling...26 Vejrdata...26 Krav til maskinrumsventilation...27 Krav til maksimaltemperatur i maskinrum...27 HVM lambdatal & Lmin...28 Skibets normaldrift...28 Motortimer...28 Analyse...29 Normal drift...30 Side 3 af 80

5 Havnemanøvre...30 Vejrforhold...31 Antal passagerer og køretøjer (lastet vægt)...32 Delkonklusion...33 Overtryk...34 Krav til overtryk i maskinrum...35 Anlægsopbygning...35 Overtryk ved 40 Hz...35 Overtryk ved 25 Hz...36 Delkonklusion...39 Flow...40 Hovedmotor 3 og 4: Fuelolieforbrug i volumen pr. time...41 Hovedmotor 4: Fuelolietemperatur...42 Hovedmotor 4: Fueloliemassefylde...42 Hovedmotor 4: Fuelolieforbrug i kg pr. time...43 Hovedmotor 4: Lmin, lambdatal og Lvirk...43 Hovedmotor 4: Virkeligt luftforbrug i kg pr. minut...44 Hovedmotor 4: Virkeligt luftforbrug i m3 pr. minut...45 Hjælpemotorens virkelige luftforbrug...48 Total: Virkeligt luftforbrug for hele maskinrummet...48 Total mængde luft ventileret til maskinrum...49 Total mængde ventileret luft kontra total mængde luft nødvendig i maskinrum...51 Søfartsstyrelsens krav til ventilation af maskinrum...52 ISO krav til ventilation af maskinrum...54 Delkonklusion...58 Analyse af temperatur i maskinrum og udendørstemperatur...59 Krav til temperatur i maskinrum...59 Sammenligning mellem 25 Hz og 40 Hz i forhold til temperatur...61 Delkonklusion...62 Analyse af strømforbrug af ventilatorer...63 Beregning af besparelse...63 Delkonklusion...64 Metodekritik...65 Overtryk...65 Side 4 af 80

6 Flow...65 Temperatur...66 Strømforbrug...67 Dataindsamling...67 Vejrdata...67 Krav til maskinrumsventilation...67 HVM lambdatal og Lmin...68 Skibets normaldrift...69 Motortimer...69 Kildekritik...70 Artikler...70 Bøger...70 Datablade...71 Websider...71 Referencer...71 Diskussion...73 Konklusion...75 Perspektivering...77 Litteraturliste...79 Artikler...79 Bøger...79 Datablade...79 Websider...80 Referencer...80 Side 5 af 80

7 Forord Denne rapport er skrevet i forbindelse med bachelorpraktik på skibet M/F Samsø. Praktikforløbet er foregået fra d til d I den periode har undertegnede været en del af besætningen og har hjulpet med skibets daglige drift. I de første 4 uger af praktikforløbet blev der i samarbejde med maskinchefen ombord fundet en problemstilling, som var relevant for både skibet og maskinmesterfaget. Der skal lyde en stor tak til skibets besætning for deres gæstfrihed, modtagelse og hjælp. Skibets matroser, kaptajner, styrmænd og cateringpersonale har alle været medvirkende til at gøre opholdet godt og lærerigt. Danske Færger A/S Bo Egerskov, Kaptajn M/F Samsø Thomas Mogensen, Senior maskinchef M/F Samsø Per Urban Olsen, Maskinchef M/F Samsø John Agathon, Maskinchef M/F Samsø Christian Bust Olsen, Maskinchef M/F Samsø Svend Aage Kristoffersen, Maskinchef M/F Samsø Johan Elton Axelsson, Juniormester M/F Samsø Rikke Andreasen, Projektrådgivning, Lektor FMS Bill Petersen, Ventilationsrådgivning, Lektor FMS Kurt Madsen, Motorrådgivning, Lektor FMS Mathias Holm Johansen, Rapportrådgivning, Maskinmester Diana Susanne Alexandra Prokisch, Rapportrådgivning Side 6 af 80

8 Indledning Figur 1. M/F Samsø. Ideen til dette projekt er fremkommet under de daglige runderinger af skibets 2 maskinrum, for og agter. Under disse blev det konstateret, at dørene ind til maskinrummene var svære at åbne. Dette skyldtes indstillingen af ventilatorerne, hvilket resulterede i et unødigt stort overtryk i maskinrummet. Skibets maskinchef oplyste, at ventilatorerne var indstillet på 40 Hz for at tilsikre, at motorerne fik den nødvendige luft til forbrændingen. Denne indstilling var valgt uden nærmere beregning på motorernes luftbehov, men blot ud fra devisen: så er vi sikre på de har nok luft. På færgen M/F Samsø ventileres hvert maskinrum af 2 el-drevne ventilatorer, som er styret af hver deres frekvensomformer. Disse optager ved 40 Hz 6,4 kw pr. maskinrum, hvilket giver et overtryk i maskinrummet på 100 Pa. Maskinchefen ønsker at sænke strømforbruget til ventilation med 50% og samtidigt at overholde følgende krav. 1)ISO beskriver, at der under normale driftsforhold skal være et mindre overtryk, som ikke overstiger 50 Pa. Samt ventilere mere end samlet luftbehov til forbrænding +50%. 2)Søfartsstyrelsens krav om at have tilstrækkelig lufttilførsel når maskinerne kører på fuld kraft under alle vejrforhold 2. 3) Caterpillars anbefaler at maskinrums temperaturen ikke overstiger 49 o C. 4) Ventilere mere end hovedmotorernes og hjælpemotors virkelige luftforbrug for at tilsikre, at disse ikke kører med luftunderskud. Baseret på observationer, samtaler og gældende krav fremkom projektets genstandsområde, der omhandler optimering af ventilation i maskinrum på M/F Samsø iht. maskinchefens ønske. Projektets problemformulering bliver på denne baggrund: 1 ISO-standard, bilag 2, side Søfartsstyrelsens meddelse D, bilag 5, side 10 Side 7 af 80

9 Hvorledes kan strømforbruget til maskinrumsventilation på M/F Samsø reduceres under samtidig overholdelse af ISO , Søfartsstyrelsen, MAN, CAT og sikring af, at der ventileres minimum motorernes virkelige luftforbrug? Problemformuleringen søges besvaret ud fra hypotesen om, at det burde være muligt at sænke frekvensen fra 40 Hz til 25 Hz uden at dette går ud over den grad af ventilation, der kræves for at imødekomme krav fra ISO , Søfartsstyrelsen, MAN, CAT samt ventilere minimum motorernes virkelige luftforbrug. Ved at sænke frekvensen forventes det at strømforbruget reduceres med 50%. Formålet med projektet er dermed at minimere strømforbruget til ventilation for at opnå en besparelse, og samtidigt at overholde de gældende krav beskrevet ovenfor. Metoden anvendt for at besvare projektets problemstilling består af målinger på ventilation, overtryk og motorernes fuelolieforbrug, der sammenholdes med beregninger og gældende krav fra Søfartsstyrelsen, den for dette fagområde relevante ISO-standard samt data fra MAN Diesel & Turbo og Caterpillar. I forbindelse med projektet er der foretaget følgende antagelser og afgrænsninger: 1) Begge maskinrum er identisk opbygget. Derfor udføres målinger på det blå maskinrum (hovedmotor 3 og 4) og det antages, at disse er identiske med det grønne maskinrum (hovedmotor 1 og 2). 2) Fuelolie til hovedmotor 3 og 4 har samme temperatur. 3) Ventilator 3 og 4 leverer samme volumenflow af luft. 4) Specielt vedligeholdelsesarbejde, der foreskriver abnorm motordrift (skylning af turbo), er ikke normal drift. 5) Målinger er udført ved lave udendørstemperaturer, og sommertemperaturer er ikke afprøvet i praksis, men udregnet teoretisk. Årsagen hertil er, at dataindsamling er sket i marts måned ) Driftstimer på ventilatorer under vedligeholdelsesarbejde i maskinrummet eller tidlig opstart er ikke medregnet i totalt antal driftstimer på disse. 7) Som det ses på figur 2, har skibet en blå og en grøn ende. Ligeledes ses på figur 1, at skibet er ens i begge ender. Der vil i dette projekt blive undersøgt maskinrummet i skibets blå ende (agter), som indeholder hovedmotor 3 og 4 med tilhørende ventilatorer. Valg af maskinrum blev foretaget på baggrund af, at begge maskinrum er identiske og at skibet ikke vender ved havneankomst/afgang for at spare tid. 8) Projektet baserer sig på optimering af ventilation uden ombygning af eksisterende anlæg. Side 8 af 80

10 Figur 2. M/F Samsø: Tegning over skibet. Rapporten er struktureret efter Projektvejledning 2016 FMS 3. Rapporten er opbygget således, at der i starten af hvert afsnit er en kort indledning, der beskriver, hvad afsnittet omhandler. Store afsnit som metode, metodekritik og analyse er forsynet med en visuel forklaring, som viser rækkefølgen af indholdet. Rapporten starter med kort at gennemgå, hvorledes skibets maskinrum og ventilation er opbygget. Billeder, tabeller og tegninger er i rapporten benævnt med figurnummer og en kort beskrivelse af figuren. Udregninger i rapporten er udført i Mathcad og vist som figurer, disse udregninger vises som eksempel i rapporten og er derefter brugt på de pågældende celler i bilaget dataindsamling 4. De data, som er fremkommet i rapporten, er dokumenteret i bilaget dataindsamling 5. Tallene fra dette er i rapporten visuelt illustreret i form af forskellige grafer, hver benævnt med figurnummer og kort beskrivelse. Størstedelen af viden og data til dette projekt er fremkommet vha. målinger udført af undertegnede. Disse målinger er forklaret i metodeafsnittet og sammenholdt med gældende krav i analyseafsnittet, som er afsluttet med en delkonklusion. Delkonklusionerne fra analyseafsnittet vil til slut blive opsummeret i rapportens konklusion. Inden konklusionen er der et selvstændig diskussionsafsnit der diskuteres væsentlige punkter fra analyse, metodekritik og kildekritik. Billagsrapporten er opbygget således at der i overskrifter i hver afsnit står navnet på dokumentet det stammer fra og hvilke sider i det originale dokument udklippet er taget. Side antallet i referencer i fodnoter, henviser til sideantallet i selve bilagsrapporten. Rapporten kan læses uden brug af billag. 3 Projektvejledning 2016 FMS, litteraturliste 4 Dataindsamling, bilag 8, side Dataindsamling, bilag 8, side Side 9 af 80

11 Nomenklaturliste Begreber HVM HJM SCS Agter CAT MAN M/F Samsø MCR Forklaring Hovedmotor, skibets motor til fremdrift Hjælpemotor, skibets generatorpakke Ship Control System, Interface til at læse data ud af skibets systemer Skibets bagende Caterpillar, Motorproducent MAN Diesel & Turbo, motorproducent Samsø motorfærge Maximum continuous rating, hovedmotor maksimale effekt Side 10 af 80

12 Anlægsopbygning I dette afsnit vil skibets ventilationsanlæg blive beskrevet. Ligeledes vil der kort blive forklaret, hvilke hovedmotorer samt hjælpemotorer skibet er i besiddelse af. Herved opnås en indsigt i, hvorledes skibets ventilation er opbygget; denne viden er vigtig for at opnå forståelse for, hvordan projektet er gennemført. Afsnittet vil både bruge billeder og skitser til at forklare opbygningen. Maskinrum Maskinrummet er opbygget således, at der er to HVM, en i hver side af rummet. Disse har til opgave at fremdrive skibet. HJM er placeret i midten og har til opgave at producere strøm, når skibet sejler. Hver HVM får tilført luft fra begge sider, mens HJM suger luft ind fra forenden af motoren. Ventilationen er placeret på en sådan måde, at den blæser luft ind på ydersiden af hver HVM. Udsugningen fra maskinrummet foregår ved naturlig cirkulation igennem casing. Alt overstående er skitseret på figur 3. Tegningen er ikke målfast. Figur 3. Maskinrumsopbygning. Luften, som presses ind i maskinrummet af de 2 ventilatorer, skal deles mellem 3 motorer. Den overskydende luft vil blive ledt ud gennem casingen til atmosfæren. Udstødningen fra både HJM og HVM løber ligeledes inde i casingen, og den overskydende plads bruges til udluftning. Den luft, som HVM og HJM ikke bruger, presses gennem casingen og ud gennem en rist på skibets dæk. Side 11 af 80

13 Ventilator Hver ventilator er placeret i en skakt, som løber fra skibets dæk og ned i maskinrummet. Dette er illustreret på figur 5. Ventilatoren er af typen SFD 03 A60-TE og er produceret af firmaet Sagicofim. Da firmaet ikke længere eksisterer, er det ikke muligt at skaffe andre data end dem på typepladen 6. Størrelsen er 800x800 mm. Foran ventilatoren sidder et brandspjæld, som styres fra skibets SCS-anlæg. Ventilatoren er drevet af en el-motor, som er placeret i centrum af skakten og køles af luften, som passerer den. Motoren er styret af en frekvensomformer af typen Altivar 61. Figur 4 og figur 5 er en samlet enhed, placeret i hver side af maskinen. Der er altså tale om 2 identiske enheder i hvert maskinrum. Figur 4. Ventilatoropbygning. Figur 5. Ventilator. 6 Mærkeplade ventilator, bilag 17, side 28 Side 12 af 80

14 Hovedmotor og hjælpemotor Skibet er udstyret med to HVM og en HJM i hvert maskinrum. HVM er en 12-cylindret Caterpillar DM8964, som yder 1250 kw 7. HVM har indsugning på begge sider, dvs. ud mod skottet og ind mod midten af maskinrummet. HJM er en 6-cylindret Mitsubishi S6B4-MPTA 8, som yder 335 kw. HJM har indsugning fra midten af maskinrummet. Begge HVM er 4-takts turbodiesel, som får tilført marinediesel fra samme tank. På figur 6 vises begge motorer i maskinrummet; der ses ud af skibets kontrolrum og ud mod bagenden af skibet. HVM 4 HJM 2 Figur 6. Maskinrum. 7 Datablad hovedmotor, bilag 13, side 22 8 Datablad hjælpemotor, bilag 12, side 21 Side 13 af 80

15 Metode I dette afsnit vil den metode, som er blevet brugt i projektet, blive gennemgået. Afsnittet er delt op således, at hver metode har et underafsnit. Underafsnittet starter med en kort beskrivelse af den valgte metode samt overvejelser om metodevalg, hvorefter det gennemgås, hvorledes metoden er blevet anvendt. Udstyret, der er blevet brugt, den måde, hvorpå målingerne er blevet foretaget samt den måde, hvorpå dataindsamling er foregået, vil ligeledes blive gennemgået. Alle data fra målingerne ses i bilaget dataindsamling 9. Figur 7 viser en oversigt over, hvorledes metodeafsnittet er delt op på. Her ses det, at der ud fra problemformuleringen udspringer en hypotese. Denne testes vha. metoden, hvorved der fremkommer et løsningsforslag. Figur 7. Indhold i metodeafsnit. 9 Dataindsamling, bilag 8, side Side 14 af 80

16 Forudsætning for benyttede metoder I dette afsnit angives de forudsætninger, der skal være opfyldt under de målinger og metoder, som er beskrevet længere nede i metodeafsnittet. Det er fælles for alle metoderne/målingerne, at disse forudsætninger var og skal være ens for at sikre præcise og nøjagtige målinger. Skibet sejler under normal drift (dette er defineret i analyseafsnittet). Ventilator er indstillet på 25 Hz. Der måles i agterste/blå maskinrum. Fueltemperatur måles på HVM 4. HJM 2 er i drift og indkoblet på skibets strømnet. Alle brandspjæld til maskinrum er åbne. Alle døre til maskinrum skal være lukket. Side 15 af 80

17 Overtryk Her vil der blive gennemgået metoden for, hvorledes overtrykket i maskinrummet er målt. Der er i alt foretaget 46 målinger fordelt over 6 dage; disse er ført ind i bilaget dataindsamling 10 i kolonnen Overtryk. Dette afsnit vil omhandle det udstyr, der er brugt, udstyrets usikkerhed samt den måde, hvorpå målingerne er udført. Indsamlingen af viden om overtrykket i maskinrummet foretages for at kunne vurdere, om kravene fra ISO-standard er overholdt, når frekvensen er på 25 Hz. Disse krav foreskriver, at der skal være et lille overtryk i maskinrummet 11 og at dette ikke må overstige 50 Pa. Udstyret, som er blevet anvendt til at måle overtrykket med, er udlånt af Fredericia Maskinmesterskole. I forbindelse med udlån af udstyr har fagvejleder Bill Petersen vejledt omkring brugen af udstyret specifikt til dette projekt. Udstyr Det anvendte udstyr er Kimo Multifunctional Instrument AMI300SK med tilhørende overtryksmodul. Udstyret består af et hovedapparat og et trykmodul, som isættes, når der skal måles tryk. Figur 8 viser, hvorledes udstyret ser ud med trykmodulet isat og plastslange monteret. Til denne måleopsætning bruges en plastslange ø/ 5 mm og 10 meters længde for at kunne bruge atmosfæretrykket som reference. Slangens placering i skibet forklares længere nede i afsnittet. Figur 8. Billede af Kimo Multifunctional Instrument med påført trykmodul. 10 Dataindsamling, bilag 8, side ISO-standard, bilag 2, side 5-7 Side 16 af 80

18 Målesikkerhed Følgende skema på figur 9 er taget fra bilaget kalibreringsrapport 12. I bilaget dataindsamling 13 i kolonnen Overtryk ses det, at målingerne svinger fra 3,2 Pa til 50,91 Pa. Dette giver ud fra figur 9 en usikkerhed på 0,090 Pa til 0,65 Pa. Sammenholdt med at udstyret har en opløsning på 0,1 Pa 14, vurderes det, at dette måleudstyr er brugbart og nøjagtigt nok til at kunne anvendes til målingerne for overtryk. Figur 9. Udklip kalibreringsrapport Kimo Multifunctional Instrument. Praktisk metode Når målingerne skal foretages for at indsamle data, kræves det, at de forudsætninger, der er nævnt i starten af metodeafsnittet, er opfyldt. Til målingen anvendes funktionen gennemsnitsmåling på instrumentet. Denne måler over 10 sekunder for at få et gennemsnit i den periode, der blev målt. Gennemsnitsværdien er derefter tastet som et datapunkt i bilaget dataindsamling 15. Derudover skal plastslangen være trukket igennem udluftningscasingen, således at den ene ende slutter ved udblæsningsristen på main deck (dette er illustreret på figur 10). Her er det vigtigt, at enden af slangen ikke er uden for risten, da den ellers vil blive påvirket af vind. Hvis vinder blæser direkte på røret, bliver målingerne unøjagtige, da dette giver en lokal trykstigning/-reduktion. I de første fire målinger blev det observeret, at målingen kunne variere med 20 Pa i stedet for 2-3 Pa, som ellers var observeret. Ved at flytte slangen inden for brandspjældet blev de store udsving på 20 Pa elimineret. Udsvingene og årsagerne til disse vil blive forklaret i analyseafsnittet for overtryk. 12 Kalibreringsrapport, bilag 14, side Dataindsamling, bilag 8, side Datablad Kimo300, bilag 7, side Dataindsamling, bilag 8, side Side 17 af 80

19 Figur 10. Afslutning af slange til overtryksmåling. Den anden ende af plastslangen skal være ved siden af den ene hovedmotor (vist på figur 11 og indikeret med et rødt kryds). Slangen påføres Kimo Multifunctional Instrument på den venstre målestuds. Den højre skal være fri, da dette er referencen til maskinrummet. Herefter kan målingen for overtryk udføres. Hvordan slangen skal forbindes, ses på figur 8. Figur 11. Strukturtegning af maskinrum og hvor målepunktet er i forhold til overtryksmåling. Side 18 af 80

20 Flow Her vil der blive gennemgået metodedelen for hvordan lufthastigheden er målt ved ventilatoren. Der er i alt foretaget 46 målinger fordelt over 6 dage. Disse er ført ind i bilaget dataindsamling 16 i kolonnerne Temp ventilator og Hastighed. Afsnittet vil omhandle, hvilket udstyr der er brugt, udstyrets usikkerhed samt hvorledes målingerne udføres. Dette er udført for at konstatere, om der ventileres mere luft end motorens virkelige luftforbrug (herefter benævnt Lvirk) ved pågældende omdrejningstal for at tilsikre, at motorerne får nok luft til forbrændingen. Udstyr Udstyret, der er brugt til at måle hastigheden, er et Kimo AMI300SK med tilhørende hotwire-modul. Der benyttes en prøvesonde med en varmetråd og et termometer for at måle hastigheden. Der er udover dette fremstillet en træklods i følgende mål: h:25,4 mm x b: 55mm x l:110mm. Træklodsen benyttes til at få nøjagtigt samme afstand fra ventilationsristen under hver måling og ses på figur 12. Figur 12. Træklods til brug for ventilations- og temperaturmåling. 16 Dataindsamling, bilag 8, side Side 19 af 80

21 Måleusikkerhed Skemaet på figur 13 er taget fra kalibreringsrapporten 17. Ud fra bilaget dataindsamling 18 ses det, at hastigheden svinger fra 2,4 m/s til 4,4 m/s. Dette giver ud fra figur 13 en usikkerhed fra 0,040 til 0,080 m/s. Sammenholdt med at udstyret har en opløsning på 0,01 m/s 19, vurderes det, at dette måleudstyr er brugbart og nøjagtigt nok til at kunne anvendes til målingerne for flow. Figur 13. Måleusikkerhed. Udførsel af målinger Målingerne er udført iht. 4-punktsmetoden beskrevet i bogen Ventilations Ståbi 20 og illustreret på figur 14. Den beskriver, at der måles ¼ af højden fra top/bund og ¼ af bredden fra hver side, altså fire målinger i alt. Ud af disse fire målinger udarbejdes der en eraritmetisk middelværdi. Ydermere skal der være 25,4 mm fra ventilationsristen ud til målesonden. For at sikre den korrekte afstand benyttes den føromtalte træklods. Figur 14. Volumestrøm bestemt ved 4-punktsmetoden. 17 Kalibreringsrapport, bilag 14, side Dataindsamling, bilag 8, side Datablad Kimo300, bilag 7, side Ventilations Ståbi, s. 468, Side 20 af 80

22 På grund af brandspjældet foran ventilatoren er de to af de fire punkter dog flyttet (illustreret på figur 15), da sonden ellers ville måle lige ud fra en vandret liggende spjæld. På figur 15 ses, hvorledes punkterne er placeret i forhold til de målinger, der er udført. Punkt 2 og punkt 4 er 430 mm målt fra yderste hjørne. Punkt 1 og 3 er 280 mm fra yderste hjørne. Disse er markeret med tape, så de samme punkter bruges hver gang. Ydermere er rækkefølgen af punkternes placering overholdt under målingerne (1, 2, 3, 4). Når der måles, anvendes der på Kimo Multifunctional Instrument en gennemsnitsmåling og tiden indstilles på 10 sekunder. Der tages en måling pr. punkt og ud fra disse 4 målinger udregnes der et gennemsnit. Denne gennemsnitsværdi er indført i bilaget dataindsamling 21. Figur 15. Målepunkter ventilator. 21 Dataindsamling, bilag 8, side Side 21 af 80

23 Temperatur Her vil der blive gennemgået metodedelen for hvordan temperaturen på fuelolien og i maskinrummet er målt. Der er i alt foretaget 46 målinger fordelt over 6 dage, som er ført ind i bilaget dataindsamling 22 i kolonnerne Fuel og Temp maskinrum. Dette afsnit vil omhandle, hvilket udstyr der er brugt, udstyrets usikkerhed samt hvorledes målingerne er udført. Indsamlingen af viden omkring temperatur i maskinrummet skal bruges for at vurdere, om temperaturen ændrer sig mere i maskinrummet, når ventilatorerne kører ved 40 Hz end når ventilatorerne er indstillet til 25 Hz. Indsamlingen af viden på fuelolietemperatur bruges til at bestemme massefylden af denne, for senere at udregne HVM Lvrik. Udstyr Udstyret, som er blevet anvendt til at måle fuelolietemperaturen med, er et Elma 610, vist på figur 16. Udstyret består af en håndholdt infrarød temperaturmåler, der måler overfladetemperaturen der, hvor de 2 laserprikker befinder sig. Udstyret, som bruges til at måle maskinrumstemperaturen, er et Kimo Multifunctional Instrument AMI300SK. Til dette er der tilsluttet en hotwire-sonde 23, som kan måle lufthastighed samt temperatur. Til denne måling er kun temperaturføleren anvendt og varmetråden er dækket til. Figur 16. Udstyr til måling af fuelolietemperaturen. 22 Dataindsamling, bilag 8, side Kimo datablad, bilag 7, side 12 Side 22 af 80

24 Måleusikkerhed For den håndholdte Elma 610 IR temperaturmåler gælder det, at der er en usikkerhed +/- 1% i området - 20 C til 300 C 24 samt at display opløsningen er på 0,1 C. Dette er vurderet til at være brugbart til at måle temperaturen på fuelolien. Ligeledes er der en usikkerhed ved brug af måleudstyret; producenten foreskriver i databladet 25 at objektet, som der måles på, skal være større end laserprikkerne. For hotwiresonden til Kimo Multifunctional Instrument gælder det, at temperaturmålingen har en usikkerhed på 0,3% af den aflæste værdi eller +/- 0,25 C 26 samt at opløsningen på målingen er 0,1 C. Dette er vurderet til at være brugbart til de målinger der er foretaget, grundet usikkerheden er lav i forhold til disse. Praktisk metode For begge målinger gælder det, at forudsætningerne, som er blevet nævnt tidligere, er til stede, før disse målinger kan foretages. Når der måles på fuelolietemperaturen, skal målepunkterne, som er identificeret som to laserprikker, være tæt på hinanden og måle på vinkelstykket, der samler fuelolierøret med slangen, der fører op til motoren. Det tal, som bliver vist på instrumentet, er indført i dataindsamling 27 kolonne temp maskinrum og HVM4 fuel grader. Hvordan denne måling udføres, kan ligeledes ses på figur Manual for Elma 610A, bilag 6, side Manual Elma 610A, bilag 6, side Datablad for Kimo, bilag 7, side Dataindsamling, bilag 8, side Side 23 af 80

25 Ved måling af maskinrumstemperatur skal målingen foretages i midten af maskinrummet (illustreret på figur 18) og måles i en højde på 2 meter, indikeret med tus-markeringen på figur 17. Træklodsen fra ventilationsmålingerne anvendes igen, denne gang som afstandsstykke fra søjlen. Målingen foretages, indtil der ikke har været nogen udsving i 5 sekunder. Derefter bliver temperaturen noteret og indført i bilaget dataindsamling 28. Figur 18. Billede af maskinrumstemperaturmåling. Figur 17. Billede af, hvor maskinrumstemperatur skal måles. 28 Dataindsamling, bilag 8, side Side 24 af 80

26 Ventilatorens strømforbrug. Her vil der blive gennemgået metodedelen for, hvordan strømforbruget af ventilatorerne er målt. Der er i alt foretaget 46 målinger fordelt over 6 dage. Disse er ført ind i bilaget dataindsamling 29 i kolonnen Strømforbrug. Målinger til ventilatorens strømforbrug er taget på frekvensomformerens display. Frekvensomformeren er af typen Altivar 61, vist på figur 19. Den viden, der er opnået gennem målingerne, bruges til at kende forskellen på strømforbruget, når ventilatorerne kører med hhv. 40 Hz og 25 Hz. Det var ikke muligt at finde en fejlvisningsprocent for frekvensomformerens målepunkter fra datablad eller producent, men da effekten var konstant i alle 46 målinger, er det blevet vurderet, at denne er brugbart til dette projekt. Figur 19. Altivar 61-frekvensomformer. 29 Dataindsamling, bilag 8, side Side 25 af 80

27 Dataindsamling I dette afsnit vil der blive gennemgået, hvorledes dataindsamling til projektet er foregået. Der er indsamlet data på vejret, krav til maskinrumsventilation (herunder lovkrav og anbefalinger), lambdatal, Lvirk og skibets normaldrift. Disse data er indsamlet for at kunne verificerer projektets hypotese og sammenholde målte data med krav og anbefalinger. De er indsamlet gennem forskellige metoder, som vil blive gennemgået i det følgende. Vejrdata Der er indsamlet data omkring vejret på DMI s hjemmeside for at kortlægge vejrforholdene på det tidspunkt, hvor målingerne er udført. Dette er gjort grundet M/F Samsø ikke har egen vejrstation, der kan vise temperatur. Vejrdata er indsamlet for Røsnøs-fyr, som ligger midt på færgens rute mellem Ballen og Kalundborg (vist på figur 20). Data er indsamlet 15 minutter før afgang i hhv. Ballen og Kalundborg og er hentet fra DMI s hjemmeside 30. Der er i bilaget dataindsamling 31 indført temperatur, luftfugtighed, vind og barometerstand. Figur 20. Udklip fra DMI s hjemmeside, der viser aktuel data fra Røsnæs-fyr. 30 DMI s hjemmeside, litteraturliste punkt 15b 31 Dataindsamling, bilag 8, side Side 26 af 80

28 Vindretning er ligeledes taget fra DMI s hjemmeside 32 via deres vejrarkiv, hvor der er valgt hele landet, 2018 og marts måned, da det er i denne måned og år, at målingerne er blevet udført. Vindretning er aflæst på billedet nederst på hjemmesiden; på figur 21 ses et udklip af dette. Figur 21. Udklip fra DMI s hjemmeside, der viser vindretningen. Krav til maskinrumsventilation For at kunne verificere hypotesen vedrørende reduktion af frekvensen på ventilatorerne fra 40 Hz til 25 Hz er det nødvendigt at vide, hvilke krav der gør sig gældende for maskinrumsventilation ombord på en færge. Viden omkring krav til maskinrumsventilation er fundet i Søfartsstyrelsens meddelelse D for passagerskibe 33. I forhold til viden omkring krav til overtryk i forbindelse med maskinrumsventilation er dette fundet i ISO-standard samt artikler fra motorproducenterne MAN Diesel & Turbo 35 og Caterpillar 36. Krav til maksimaltemperatur i maskinrum Der vil i dette afsnit blive gennemgået metoden brugt til indsamling af anbefalinger til maksimaltemperatur i maskinrum. Anbefaling for denne er indsamlet fra motorproducenten Caterpillar. Da målingerne er udført ved lav udendørstemperatur, er der brugt en metode fundet i en artikel fra MAN 37 til teoretisk beregning af maskinrumstemperatur i sommerperioder. Der er indhentet historisk viden for at fastslå højeste temperatur målt i Danmark DMI s hjemmeside, litteraturliste punkt 15c 33 Søfartsstyrelsens meddelelse D, bilag 5, side ISO-standard, bilag 2, side MAN-artikel, bilag 4, side 9 36 CAT-artikel, bilag 3, side 8 37 MAN-artikel, bilag 4, side 9 38 DMI s hjemmeside, litteraturliste 15a Side 27 af 80

29 HVM lambdatal & Lmin For at kunne vurdere om ventilatorerne leverer nok flow til maskinrummet, når disse er indstillet til 25 Hz, er det nødvendigt at vide, hvor meget luft HVM har behov for ved pågældende fuelolieforbrug, også kaldet Lvirk. Hertil benyttes lambdatal, Lmin og massestrøm af fuelolie. Viden omkring lambdatal og Lmin er fundet i bogen Diesel Engines Denne bog er anvendt som undervisningsmateriale på Fredericia Maskinmesterskole og anses derfor som værende valid. Der blev forsøgt at indhente lambdatal fra motorproducenten Caterpillar, men dette var ikke muligt da leverandøren af hovedmotorerne ikke kunne/ville oplyse dette. Skibets normaldrift Da der i den før omtalte ISO-standard 40 er beskrevet, at der normalt ikke må være et overtryk højere end 50 Pa, og da målinger skal udføres under samme forhold, er det nødvendigt at kortlægge, hvad normal drift for skibet betyder. Vha. egne observationer samt samtaler med maskinchefer og navigatører over en periode af 8 uger er normaldrift blevet kortlagt på følgende måde: Der er blevet observeret fra skibets dæk, hvor lang tid skibet er om at sejle ud og ind af hhv. Ballen og Kalundborg havn, dvs. hvornår skibet er færdig med at havnemanøvrere og begynder at sejle cruise fart. Skibets SCS-anlæg er blevet observeret, og der er blevet konstateret, hvornår omdrejningstal og fuelolieforbrug er stabile. Skibets kaptajn er blevet interviewet for at konstatere, hvornår skibet er færdig med at havnemanøvrere og begynder at sejle cruise speed. Det er blevet kortlagt, under hvilke vejrforhold skibet anses for at være i normal drift samt om passagerantal eller evt. køretøjer har indvirkning på måden, skibet sejler på, eller på fuelolieforbruget. Motortimer I dette afsnit vil der blive gennemgået, hvorledes viden omkring årlige driftstimer på ventilatorer er indsamlet. Data er indsamlet igennem skibets SCS og skibets tidligere manuelle system. Dette gøres for senere i rapporten at kunne udregne skibets besparelse i kw timer på årlig basis. Da ventilatorerne kører både under sejlads og i den tid, hvor skibet ligger stille i Kalundborg 41, hvor motorerne ikke kører, skal der tages forbehold for dette. 39 Diesel Engines 1, bilag 18, side ISO-standard, bilag 2, side Interview kaptajn, bilag 10, side 19 Side 28 af 80

30 Analyse Der vil i dette afsnit blive gennemgået projektets analyser. Afsnittet er bygget op, som illustreret på figur 22, denne skal læses således at hver afsnit repræsenterer en kasse og denne afsluttes inden næste påbegyndes. Der startes med normal drift da den bruges i de andre analyseafsnit efterfølgende. Hver underafsnit vil starte med en kort beskrivelse af hvad der bliver gennemgået, og vil slutte med en del konklusion. Denne vil slutteligt blive opsummeret i rapportens endelige konklusion. Figur 22, Oversigt over analyse Side 29 af 80

31 Normal drift I dette afsnit vil det blive defineret, hvad skibets normaldrift er. Dette gøres for at tilsikre, at alle målinger er udført under de samme forudsætninger. Ydermere er dette gjort for at fastslå, hvad eller hvilke forhold der ikke har indvirkning på resultaterne af målingerne. Skibet har i hele den periode, som dette projekt er skrevet i, sejlet under normal drift. Skibet sejler med 2 hastigheder, høj og lav fart; begge anses for at være normal drift. Havnemanøvre Vha. egne observationer samt interview med skibets kaptajn 42 kan det konstateres, at skibet er færdig med at manøvrere efter 6-14 minutter, når der sejles til/fra Ballen. Derudover er HVM fuelolieforbrug samt belastning blevet aflæst, da begge dele falder, når skibet er færdig med at manøvrere. For Ballen-havn på figur 23 og for Kalundborg-havn på figur 24 ses det sving, som færgen skal lave for at være færdig med at manøvrere og begynde sin cruise fart. Figur 23. Udklip fra Google Maps; Ballen-havn. Figur 24. Udklip fra Google Maps; Kalundborg-havn. 42 Interview kaptajn, bilag 10, side 19 Side 30 af 80

32 Vejrforhold For at kunne analysere på den indflydelse, som vejrforholdene har haft på skibets drift, er det nødvendig at sammenligne vejrforhold med HVM belastning og at sammenholde disse med interview. På figur 25 ses det, at der ingen sammenhæng er mellem hastigheden på vinden og fuelolieforbrug på HVM. Det har ikke været muligt at tage vindretningen med i betragtningen i denne sammenhæng, da denne ændrer sig afhængigt af skibets kurs. Da der er udført 46 målinger under skiftende vindforhold uden voldsomme udsving i fuelolieforbruget, anses vejrforhold ikke for at have nogen betydning på resultatet. Der er på figuren anvendt logaritmisk skala på y-aksen. Figur 25. Vindhastighed kontra HVM 4 fuelolieforbrug. Y-aksen: liter i timen og vindhastighed, X-aksen: antal målinger De svingninger, der ses i HVM belastningen, skyldes, at HVM arbejder mere, når de skubber skibet end når de trækker det. Da skibet ikke vendes ved havneindløb, skubber HVM 3 og 4 fra Ballen til Kalundborg og trækker den anden vej. Under interview med kaptajnen 43 blev det konstateret, at der er sammenhæng mellem fuelolieforbruget og vindhastighed/-retning. Dette kan dog ikke ses på de data, som der er indsamlet til projektet. Det faktum, at figur 25 ovenfor og interview med kaptajnen udviser uoverensstemmelser, betyder dog ikke, at datagrundlaget ikke er validt. For at påvise, at data fra projektet 43 Interview kaptajn, bilag 10, side 19 Side 31 af 80

33 er brugbare, bruges vejrdata fra DMI 44. På figur 26 vises det, at vinden blæser fra forskellige retninger i de 5 dage, hvor målingerne er blevet udført. Den eneste retning, som vinden ikke kommer fra, er stik øst. Dette understøtter, at vindretningen ingen umiddelbar betydning har for målingerne eller at udsvingene er så små, at de ikke kan ses i dataindsamlingen. Ydermere skal det påpeges, at dataindsamlingen er foregået i real time og dermed giver et her og nu-billede. De data, som kaptajnen forholder sig til, er fuelolieforbruget set over hele turen, altså et totalt antal liter og ikke liter/time, som er de data, der anvendes i projektet. Ydermere kigger kaptajnen på hele skibets fuelolie forbrug, og dataindsamlinger foregår på HVM 3 og 4. En af grundene til forskellen er en forskel i f.eks. 5% i fuelolie forbrug vil være tydelig for kaptajnen, men i de udførte målinger vil dette opfattes som normalt udsving. Figur 26, Vindretning. Antal passagerer og køretøjer (lastet vægt) Ved interview med skibets kaptajn 45 kan det konstateres, at der ikke er nævneværdig sammenhæng mellem antallet af passagerer samt biler/lastbiler og HVM nødvendige belastning for at holde den ønskede hastighed. Skibet har en nedtrykningsevne på 10 ton pr. cm og skibet laster max 200 ton biler, lastbiler og passagerer. I dette tilfælde vil skibet få 20 cm mere dybdegang. Dette er ud fra kaptajnens udsagn ikke meget DMI s hjemmeside, litteraturliste, punkt 15c 45 Interview kaptajn, bilag 10, side Interview kaptajn, bilag 10, side 19 Side 32 af 80

34 Delkonklusion I dette afsnit blev skibets normaldrift analyseret. Det kan konkluderes, at skibet under følgende forhold (og dermed i dette projekt) sejler ved normal drift: Skibet tager 6-14 minutter om at være færdig med havnemanøvrering både på vej ind i og ud af havnen. Dermed er de 15 minutter, som er blevet nævnt i metodeafsnittet 47, en acceptabel buffer. Skibet sejler under forskellige vindforhold (både retning og hastighed). Kaptajnen hævder, at vindhastighed og -retning har indvirkning på fuelolieforbruget. Data i projektet viser noget andet. Dette kan skyldes, at dataindsamling foregår i real time og kaptajnen ser data for turen som helhed og dermed nemmere kan opdage små ændringer i forbrug. Forskellen på disse to anses altså for at være forskellen på realtime og gennemsnits værdier. Dog vurderes det, at skibet under begge forhold er i normal drift. Antal passagerer, biler og lastbiler har ingen betydning for fuelolieforbruget. Side 33 af 80

35 Overtryk I dette afsnit vil der blive analyseret på de data, der er blevet indsamlet med overtryksmåling for at kortlægge, om en ventilatorindstilling på 25 Hz vil resultere i et overtryk, der følger kravene 48. Ydermere bliver der undersøgt, om kravene overholdes, såfremt frekvensomformeren står på 40 Hz 49. Viden omkring dette vil blive brugt til at verificere hypotesen om, at der vil blive leveret nok luft til at skabe et overtryk, som følger gældende krav, hvis frekvensen reduceres fra 40 Hz til 25 Hz 50. Processen i analyseafsnittet for overtryk er illustreret grafisk på figur 27. Figur 27. Indhold analyse for overtryk. 48 ISO-standard, bilag 2, side ISO-standard, bilag 2, side ISO-standard, bilag 2, side 5-7 Side 34 af 80

36 Krav til overtryk i maskinrum Der er i forbindelse med projektet anvendt tre forskellige kilder, som beskriver krav til overtryk i maskinrum; 1 ISO-standard og 2 artikler fra motorproducenter: ISO-standard Shipbuilding Engine Room Ventilation in Diesel Engined Ships Design Requirements and Basis of Calculations. MAN Diesel & Turbo 52 Influence of Ambient Temperature Conditions. Caterpillar 53 Engine Room Ventilation, Application & Installation Guide. Disse 3 kilder angiver at der under normal drift skal være et mindre overtryk, som ikke overstiger 50 Pa Dette tolkes således, at overtrykket i maskinrummet skal være mellem 1 Pa og 50 Pa. Anlægsopbygning Som forklaret i afsnittet anlægsopbygning er der ombord på M/F Samsø to ventilatorer i hvert maskinrum. Udsugningsdelen består af naturlig cirkulation, dvs. der ikke er noget blæser til udsugning. Hvilket betyder, at overtrykket i maskinrummet kun er bestemt af, hvor meget luft der blæses ind i maskinrummet via de to ventilatorer. Overtryk ved 40 Hz Data for overtrykket er blevet indsamlet som beskrevet i metodeafsnittet og indført i kolonnen Overtryk i bilaget dataindsamling 57. Der blev i målingerne anvendt samme metode som ved 25 Hz, men med frekvensomformeren indstillet på 40 Hz. Der blev ydermere ventet 5 minutter fra ændringen af frekvens til udførsel af måling. Dette blev gjort for at tilsikre en udligning af trykket i maskinrummet. Grafen på figur 28 illustrerer, hvor stort overtrykket i maskinrummet er i forhold til kravene for det maksimalt tilladte overtryk. 51 ISO-standard, bilag 2, side MAN-artikel, bilag 4, side 9 53 CAT-artikel, bilag 3, side 8 54 ISO-standard, Bilag 2, side CAT-artikel, bilag 3, side 8 56 MAN-artikel, bilag 4, side 7 57 Dataindsamling, bilag 8, side Side 35 af 80

37 Figur 28. Graf for målt overtryk ved 40 Hz sammenholdt med krav. Y-aksen: Pascal, X-aksen: antal målinger. Det målte overtryk er repræsenteret med en blå linje, det tilladte maksimale overtryk er repræsenteret via den orange linje 58. Heraf fremgår det tydeligt, at overtrykket er for stort ved 40 Hz 59, dvs. ved den indstilling, som ventilationen har kørt med i maskinrummet indtil videre. Overtryk ved 25 Hz Målinger for overtrykket er blevet indsamlet, som beskrevet i metodeafsnittet, og tastet ind i bilaget dataindsamling 60 i kolonnen Overtryk. Figur 29 illustrerer det målte overtryk ved 25 Hz, når skibet er i normal drift, sammenholdt med det maksimalt tilladte overtryk på 50 Pa 61 (defineret minimum overtryk på 1 Pa). 58 ISO-standard, bilag 2, side Interview maskinchef, bilag 9, side Dataindsamling, bilag 8, side ISO-standard, bilag 2, side 5-7 Side 36 af 80

38 Figur 29. Målt overtryk ved 25 Hz. Y-aksen: Pascal, X-aksen: antal målinger. Illustreret på figur 29 er det målte overtryk ved 25 Hz mellem 1 Pa og 50 Pa. Når frekvensen står på 25 Hz leveres der altså nok luft til at holde et overtryk, som ligger inden for de krav, der er blevet beskrevet i afsnittet krav til overtryk i maskinrum. For målepunkt 4 er overtrykket over 50 Pa. Dette skyldes, at det ved denne måling blæste 12 m/s jf. bilaget dataindsamling 62 i kolonnen Vind m/s. Skibets konstruktion, som er vist på figur 30, kombineret med en bestemt vindretning medfører, at der opstår turbulens, som påvirkede denne måling. Når vinden rammer agter ind på skibet, kunne det observeres, at målingerne kunne variere med 20 Pa i forhold til de normalt observerede 1-4 Pa. Dette er årsagen til, at der i afsnittet metode overtryk fokuseres på slangens placering i casingen (illustreret på figur 30). Problemet skyldes en kombination af måleapparatets følsomhed og det lave måleområde på 1-50 Pa samt skibets konstruktion omkring casing. 62 Dataindsamling, bilag 8, side Side 37 af 80

39 Figur 30. Afslutning af slange til overtryksmåling. Grunden til at målepunkterne på figur 31 er lavere skyldes, at der i denne periode var hurtig overfart. Dette giver større belastning på motorerne, hvilket betyder, at disse har et højere fuelolieforbrug og dermed et større luftforbrug, hvilket reducerer overtrykket. Figur 31. Belastning af HVM 4 sammenholdt med overtryk i maskinrum. Y-aksen: Pascal og belastning i %, X-aksen: antal målinger. Validiteten af målingerne bliver forstærket ved, at det målte overtryk følger hovedmotorernes belastning, da ventilationen er sat på en konstant frekvens og dermed leverer en konstant mængde luft. Som det kan ses på figur 31, følger belastning af HVM overtrykket i maskinrummet. Når HVM forbruger mere luft, bliver der mindre luft til at opretholde et overtryk, hvorved overtrykket vil falde. Dette bevirker, at ventilatorerne kan flytte mere luft ved samme omdrejningstal. Som nævnt tidligere falder overtrykket dog aldrig under 1 Pa, som er defineret som minimum i afsnittet krav til overtryk i maskinrum. Side 38 af 80

40 Delkonklusion Baseret på ovenstående kan det konkluderes, at en ventilationsindstilling på 40 Hz medfører et overtryk, der overskrider de gældende krav 63. Der blev målt 4 gange ved 40 Hz, og alle 4 gange var resultatet over 95 Pa. Ligeledes kan det konkluderes, at en indstilling på 25 Hz på frekvensomformeren medfører et acceptabelt overtryk, der holder sig inden for kravene til overtryk i maskinrum fra ISO-standard og artiklerne fra MAN Diesel & Turbo samt Caterpillar. Kravene om, at der skal være et lille overtryk, der ikke overstiger 50 Pa, bliver overholdt. Der er ikke på noget tidspunkt målt under 3 Pa, hvorfor det kan konkluderes, at der under alle målinger er overtryk i maskinrummet. Ved måling nr. 4 var der dog over 50 Pa. Dette anses for en fejl i benyttet metode, der er blevet rettet ved de efterfølgende målinger. Derfor anses dette for ubetydeligt for resultatet. 63 ISO-standard, bilag 2, side 5-7 Side 39 af 80

41 Flow I dette afsnit vil der blive analyseret på den mængde luft, som ventilatorerne blæser ned i maskinrummet. Dette sammenholdes med den mængde luft, som HVM og HJM skal bruge ved et bestemt fuelolieforbrug. Analysen udføres, da det er vigtigt, at der under normal drift ventileres mere end motorens virkelige luftforbrug (herefter benævnt Lvirk), for at tilsikre at motorerne kører med luftoverskud. Der vil i analysen blive brugt data fra bilaget dataindsamling 64, illustreret som grafer, og der vil blive vist, hvorledes udregninger er udført. Til sidst følger en delkonklusion på ventilationsdelen af projektet. De udregninger, der er udført, er ligeledes beskrevet og udgør et eksempel, som er brugt i alle de pågældende celler i Excelarket for bilaget dataindsamling 65. Figur 32 viser de emner, der behandles i denne analyse, under tilhørende overskrift. Pilene illustrerer, at emnet er afsluttet før næste emne påbegyndes. Figur 32. Oversigt over emner i ventilationsanalyse. 64 Dataindsamling, bilag 8, side Dataindsamling, bilag 8, side Side 40 af 80

42 Hovedmotor 3 og 4: Fuelolieforbrug i volumen pr. time Som forklaret i ansnittet anlægsopbygning består maskinrummet af 2 HVM og 1 HJM. Under normal drift kører begge hovedmotorer og hjælpemotoren. For at logge hovedmotorernes fuelolieforbrug er skibets SCS-anlæg blevet anvendt; disse data kan ses i kolonnen Fuel i bilaget dataindsamling 66, hvor der vises data for hhv. HVM 3 og HVM 4. Disse data er relevante, da der jf. problemformuleringen skal ventileres minimum motorens virkelige luftforbrug. Figur 33 illustreret fuelolie forbrug af HVM3 og HVM4. Det kan ses, at HVM 4 generelt bruger mere fuelolie end HVM 3, hvilket dog ikke vil blive behandlet i denne rapport. Fuelolieforbruget svinger jf. bilaget dataindsamling 67 fra 73 liter/time til 253 liter/time, hvilket skyldes, at motorerne kører ved forskellig belastning. Da skibet ikke vender, når det er i havn, skal HVM 3 og 4 skubbe, når der sejles fra Samsø, og trække, når der sejles mod Samsø. Svingningerne skyldes, at motorerne skal yde flere kw, når de skubber. De store udsving fra måling 29 til 40 skyldes, at skibet sejler hurtig overfart; dette er dog stadig under normal drift. Fuelolieforbruget er indsamlet i volumenstrøm, men vil senere hen blive omregnet til massestrøm. Figur 33. Fuelolieforbrug hovedmotorer. Y-akse: liter/timen, X-akse: antal målinger 66 Dataindsamling, bilag 8, side Dataindsamling, bilag 8, side Side 41 af 80

43 Hovedmotor 4: Fuelolietemperatur HVM 3 og HVM 4 får fuelolie fra samme tank. Der er derfor brugt samme fuelolietemperatur, som målt på HVM 4. Denne temperatur skal bruges for at omregne fuelolieforbruget fra liter/time til kg/time. Som det ses på figur 34 svinger temperaturen fra 28 C til 48 C. Funktionen autosum og middel er brugt i Excel til at udregne middeltemperatur for fuelolien. Middeltemperatur = 35,23 C. Figur 34. Fuelolietemperatur. Y-akse: Temperatur, X-akse: antal målinger Hovedmotor 4: Fueloliemassefylde For at udregne fueloliemassefylden er der brugt formlen på figur og data fra bilaget dataindsamling 69. Dette er udregnet på figur 36. Den gennemsnitlige massefylde er blevet udregnet vha. middeltemperaturen på fuelolie. Denne massefylde er herefter brugt i bilaget dataindsamling 70 til at udregne masse olie pr. time. Da producenten oplyser, at massefylden ved 15 C ligger mellem 820 og 870 kg/m3, er middelværdien af disse værdier brugt. 68 Formelsamling for maskinmester, s. 49, litteraturliste 69 Datablad dieselolie, bilag 11, side Dataindsamling, bilag 8, side Side 42 af 80

44 Figur 35, Formel for omregning af massefylde for olie Figur 36. Udregning af massefylde. Massefylde = 832,37 kg/m3. Hovedmotor 4: Fuelolieforbrug i kg pr. time Massefylden ved den gennemsnitlige fuelolietemperatur bruges her for at udregne fuelolieforbruget i kg pr. time. Dette gøres for at kunne udregne massen af den luft, som motoren har behov for ved et bestemt fuelolieforbrug. På figur 37, ses et regneeksempel med den benyttede udregningsmetode. Denne metode er derefter tilføjet cellerne HVM4 molie kg/hr i bilaget dataindsamling 71. Figur 37. Eksempel på udregning af masseolie pr. time. Hovedmotor 4: Lmin, lambdatal og Lvirk Da det ikke har været muligt at fremskaffe volumenprocent for indholdet af ilt, brint, vand, svol og kulstof i fuelolie, da hverken producenten eller leverandøren ville oplyse disse. Der er derfor blevet brugt en standard marinedieselolie til udregning af HVM minimum luft forbrug (herefter benævnt Lmin). Dette anses dog for at have mindre eller ingen betydning, da Lmin for dieselolie svinger meget lidt 72. Ligeledes har det ikke været muligt at fremskaffe hovedmotorens lambdatal da producenten ikke ville oplyse dette. Derfor er 71 Dataindsamling, bilag 8, side Diesel Engines 1, bilag 18, side 29 Side 43 af 80

45 lambdatal fra samme bog brugt 73. Dette anses for at have mindre eller ingen betydning, da lambdatal ved konstant last typisk ligger stabilt 74. Lambdatal = 3. Lmin = 14,5 kg luft / kg olie. Hovedmotorens virkelige luftforbrug kan herefter udregnes jf. formlen på figur 38 og Resultatet af dette, bruges senere til at udregne massen af luft pr. time. Figur 38, Formel for virkelig luftforbrug Figur 39. Motorens virkelige luftforbrug. Lvirk = 43,5 kg luft / kg olie. Hovedmotor 4: Virkeligt luftforbrug i kg pr. minut Nu kan motorens virkelige luftforbrug i kg pr. minut udregnes. Dette gøres for at kunne omregne til volumen af luft pr. minut, hvilket til sidst sammenlignes med, hvor meget luft ventilatoren flytter pr. minut. Formlen for masse luft ses på figur På figur 41 ses et eksempel på udregning af dette. Denne formel er brugt i kolonnen HVM 4 mluft/min i bilaget dataindsamling 77. Den er omregnet til kg/min, da dette senere skal sammenlignes. Figur 40, Formel for udregning af masse luft 73 Diesel Engines 1, bilag 18, side Diesel Engines 1, bilag 18, side Damptabel, s. 7b, litteraturliste 76 Damptabel, s. 7b, literaturliste 77 Dataindsamling, bilag 8, side Side 44 af 80

46 Figur 41, Udregning af masseluft. mluft = 95,27 kg/min. Hovedmotor 4: Virkeligt luftforbrug i m3 pr. minut Hovedmotorens luftforbrug omregnes her til volumen. Dette gøres, da den ventilerede luft fra dataindsamlingen er omregnet til m3 pr. minut. Den gennemsnitlige maskinrumstemperatur er jf. bilaget dataindsamling 78 = 16,42 C. Den gennemsnitlige temperatur ved udgang for ventilatorerne er jf. bilaget dataindsamling 79 = 9,6 C. Da luftens densitet svinger meget lidt fra 0-49 grader, er densiteten for 20 C 80 brugt. Se figur 42 og 43 for formel og eksempel på udregning af densitet for atmosfærisk luft ved 0 og 49 o C 81. Til udregningen på figur 43 er gennemsnit tryk fra kolonnen gennemsnit i dataindsamling 82. Molmasse for atmosfærisk luft og gaskonstanten 83 er som vist på figur 43. Figur 42, Formel for udregnes af densitet 78 Dataindsamling, bilag 8, side Dataindsamling, bilag 8, side Gyldendals hjemmeside, litteraturliste 81 Formelsamling for maskinmestre, side 30, litteraturliste 82 Dataindsamling, bilag 8, side Formelsamling for maskinmestre, side 30, litteraturliste Side 45 af 80

47 Figur 43, Udregning af densitet Densitet luft = 1,2 kg/m3. På figur 44 ses de målte temperaturer i maskinrummet og de målte temperaturer ved ventilatoren. Det ses på figuren, at temperaturen ikke svinger meget, og der er, som beskrevet ovenfor, taget en middeltemperatur af alle målinger. Figur 44. Målte temperaturer i maskinrum og ved ventilator. Y-akse: grader celcius, X-Akse: antal målinger Der er ud fra nedenstående udregnet motorens virkelig luftforbrug i m3/min, hvilket senere skal sammenholdes med den luft, som ventilatoren flytter. Bemærk at dette er et eksempel på figur 45, der ændrer sig med motorens fuelolieforbrug. Det er derfor illustreret som diagram senere i dette afsnit. Side 46 af 80

48 Formlen er brugt til at udregne kolonnerne HVM 3 Virkluft m3/min og HVM 4 Virkluft m3/min i dataindsamling 84. Figur 45. Eksempel udregning af volumen flow af luft. På figur 46 ses motorens virkelig luftforbrug. Denne figur fremkommer af de ovenstående udregninger, og taget fra kolonnen HVM4 Virk luft m3/min i dataindsamling 85. Svingningerne, der ses til sidst, fremkommer, når skibet er i hurtig overfart, men tæller dog stadig som normal drift. Figur 46. Hovedmotor 4: Virkeligt luftforbrug. Y-aksen: m3/min, X-aksen: antal målinger 84 Dataindsamling, bilag 8, side Dataindsamling, bilag 8, side Side 47 af 80

49 Hjælpemotorens virkelige luftforbrug Grundet de tidskrævende målinger på hovedmotorer og ventilatorer er der i projektet ikke lavet målinger af fuelolieforbrug på hjælpemotor. Men i stedet blevet brugt datablad fra producenten 86. Dette datablad skal læses således, at den mængde luft, der er opgivet, er motorens maksimale luftforbrug ved pågældende omdrejninger. Da hjælpemotoren kører ved lav last 87, vil den bruge mindre luft end databladet foreskriver. Da der jf. ISO-standarden 88 skal være et mindre overtryk, anses det som en sikkerhedsmargin, at der regnes med et højere luftforbrug end det aktuelle. På figur 47 ses hjælpemotorens virkelige luftforbrug. Virkeligt luftforbrug hjælpemotor = 31 m3/min ved 1500 omdrejninger. Figur 47. Hjælpemotor: Virkeligt luftforbrug. Y-aksen: Pascal, X-aksen: antal målinger Total: Virkeligt luftforbrug for hele maskinrummet For at kunne udregne det totale virkelige luftforbrug for hele maskinrummet, skal HVM 3, HVM 4 og HJM virkelige luftforbrug adderes. Som nævnt i afgrænsninger antages det, at HVM 3 har samme temperatur på fuelolie som målt ved HVM 4. Det virkelige luftforbrug til HVM 3 er udregnet på samme måde som beskrevet i afsnittet ovenfor. Figur 48 viser det virkelig luftforbrug for hele maskinrummet. Dette vil senere blive sammenholdt med den mængde luft, som ventilatorerne flytter. 86 Datablad hjælpemotor, bilag 12, side Interview med maskinchef, bilag 9, ISO-standard, bilag 2, side 5-7 Side 48 af 80

50 Figur 48. Virkeligt luftforbrug for hele maskinrummet. Y-aksen: m3/min, X-aksen: antal målinger Total mængde luft ventileret til maskinrum For at kunne konstatere, om ventilatorerne flytter den præcise mængde luft, som HVM og HJM har behov for, eller om de flytter mere end det, skal de data, som er indført i bilaget dataindsamling, inddrages 89. De målte hastigheder bruges i formlen på figur 49. Vha. denne formel omregnes hastigheden til m3/sec. Dette er vist på udregningen i figur 51 og brugt til at udregne kolonnen Ventilator m3/min. For at foretage udregningen er metoden fra bogen Ventilations Ståbi brugt 90. På figur 49 og 50 ses et udklip af denne, som viser formlen samt korrektionsfaktoren. For at kunne sammenholde med projektet data, er det omregnet til m3/min i Mathcad. 89 Dataindsamling, bilag 8, side Ventilations Ståbi, s. 468, litteraturliste Side 49 af 80

51 Figur 49, Volumenstrøm og tilhørende forklaring. Figur 50, Korrektionsfaktor. Figur 51. Formeleksempel på udregning af ventileret luft. Side 50 af 80

52 For at kunne konstatere, om begge ventilatorer flytter mere luft end HVM 3 og 4 samt HJM bruger, skal den udregnede værdi for ventileret luftmængde ganges med to. Dette gøres iht. afsnittet indledning, hvor det er beskrevet, at begge ventilatorer flytter samme mængde luft. Derfor bliver kolonnen Ventilator m3/min i bilaget dataindsamling 91 ganget med 2, hvorved det illustreres, hvor meget luft der samlet set ventileres til hele maskinrummet. Dette er vist på figur 52. Figur 52. Total mængde luft, der ventileres til maskinrum. Y-aksen: m3/min, X-aksen: antal målinger Total mængde ventileret luft kontra total mængde luft nødvendig i maskinrum På figur 53 ses det, at den mængde luft, der ventileres, er større end den mængde, der er behov for. Den orange graf krydser den blå graf 2 gange ved måling 35 og ved måling 53, hvilket kan tolkes på en sådan måde, at ventilatoren ikke flytter nok luft under de 2 målinger. Men da der ved de pågældende målinger var et overtryk på hhv. 3,9 Pa og 6,74 Pa jf. dataindsamlingen 92 kolonne overtryk, modbevises dette. Ydermere bruges max værdi for luftbehov til HJM i stedet for den reelle værdi 93, hvilket giver et højere luftbehov. Derfor anses de 2 punkter som havende mindre eller ingen betydning. 91 Dataindsamling, bilag 8, side Dataindsamling, bilag 8, side Interview med maskinchef, bilag 9, side 18 Side 51 af 80

53 Figur 53. Forhold mellem ventileret luft og luft, der er nødvendig. Y-aksen: m3/min, X-aksen: antal målinger Søfartsstyrelsens krav til ventilation af maskinrum Søfartsstyrelsen beskriver krav til ventilation af maskinrum i meddelelse D, regel På figur 54 ses et udklip af denne regel. Der vil i dette afsnit blive analyseret på, hvilken indflydelse den har på projektet. Figur 54. Søfartsstyrelsens krav til ventilation af maskinrum. For at kunne analysere på, om det er muligt at opfylde Søfartsstyrelsens krav, er det nødvendigt at udregne det maksimale luftforbrug for HVM 3 og 4 samt HJM. Under de udførte målinger er der ikke observeret belastninger over 85% 95 på hovedmotorerne. Det vurderes at være yderst usandsynligt, at der vil være 94 Søfartsstyrelsens meddelelse D, bilag 5, side Dataindsamling, bilag 2, side Side 52 af 80

54 højere belastninger, da HVM er overdimensioneret i forhold til skibet 96. Der er derfor tale om det maksimale teoretiske luftforbrug for HVM, ved 100% MCR. Som forklaret tidligere er luftforbruget for HJM taget fra et datablad 97 og kræver derfor ingen udregning. Data på figur 56 er taget fra bilaget dataindsamling 98, grafen for makismalt ventileret er taget fra kolonnen Ventilator M3/min og er den maksimale mængde luft, som der er målt. Grafen for maksimalt teoretisk luftforbrug er udregnet på figur 55 og stammer fra databladet for hovedmotorerne 99 samt hjælpemotor 100. Det kan ud fra denne udregning og fra figur 56 konstateres, at der selv ved fuldlast på motorerne ventileres nok luft ved 25 Hz. Figur 55. Udregning af max teoretisk luftforbrug. Figur 56. Max teoretisk luftforbrug kontra max ventileret. Y-aksen: m3/min, X-aksen: data fra bilag 8 96 Interview med maskinchef, bilag 9, side Hjælpemotor datablad, bilag 12, side Dataindsamling, bilag 8, side Hovedmotor datablad, bilag 13, side Hjælpemotor datablad, bilag 12, side 21 Side 53 af 80

55 ISO krav til ventilation af maskinrum ISO-standarden, der benyttes i denne rapport, beskriver forskellige krav til maskinrums ventilation. For at kunne analyse, om disse krav er opfyldt er der foretaget forskellige udregninger. Da ISO-standarden 101 omhandler designkrav og basale udregninger, vil det være forventeligt, at den ligger på samme niveau som maksimalt teoretisk luft forbrug. Årsagen hertil er, at et maskinrum dimensioneret efter ISO-standarden er udformet på en sådan måde, at ventilationen kan levere nok luft under alle forhold. ISO-standarden foreskriver 2 måder at udregne ventileret luft, disse ses på figur 57. Som det ses på figur 57 punkt 5.3 er qh et udtryk for hvor meget luft der skal ventileres for at fjerne varme fra maskinrummets komponenter. Den øverste linje af formlen er varme stråling fra de forskellige komponenter. Der er i denne rapport brugt metode b, dette skyldes at det ikke har været muligt at udregne den samlede varmeudledning fra alle komponenter i maskinrummet. ISO-standarden beskriver hvorledes ventilationen i maskinrum skal dimensioneres 102. Da formlerne i denne er simple og tager udgangspunkt i motorernes effekt, anses disse formler for at have en indregnet sikkerheds margen. Denne sikkerheds margen bliver endnu støre ved at gange resultatet med 1.5, som i metode b på figur 57, punkt 5.1.b. Figur 57, Total luftmængde og luftbehov for at fjerne varme ISO-standard 101 ISO standard, bilag 2, side ISO standard, bilag 2, side 5-7 Side 54 af 80

56 Det ses ydermere i ISO-standarden 103 at udregningerne er baseret på at hovedmotorer og hjælpemotorer kører ved fuld kraft, samt at der vil forekomme en temperaturstigning på maksimalt 12,5 grader celsius i maskinrummet. For at kunne udregne dette er formlen fra ISO-standard 104 brugt samt effekten på HVM 105 og HJM 106. Densiteten på luft er i ISO standarden oplyst ved 35 o C, 70% luftfugtighed og 101,3 kpa. Som beskrevet i afsnittet hovedmotoren 4: Virkelige luftforbrug i m3 pr. min er Rho for luft i denne rapport aflæst ved 20 o C. Derfor er der i udregningen på figur 59 indsat 1.2 kg/m3. Var den Rho, som ISO-standarden foreskriver, blevet indsat, var det nødvendige luftbehov blevet større, men da dette også gør sig gældende for den luft, som ventilatoren flytter, har dette ingen indvirkning på resultatet. Formlen på figur beskriver udregning af luftbehov for hjælpemotor/hovedmotor. Dette formel bruges på figur 59. Figur 58, Formel for luftbehov for hovedmotor og hjælpemotor fra ISO-standard 103 ISO standard, bilag 2, side ISO standard, bilag 2, side Hovedmotor datablad, bilag 13, side Hjælpemotor datablad, bilag 12, side ISO standard, bilag 2, side 5-7 Side 55 af 80

57 Figur 59, ISO airflow til hovedmotorer og hjælpemotor Som ses på figur 60 sammenholdes maksimal ventileret luftmængde med den foreskrevne ISO-standardværdi. Her ses det at der ved 25 Hz ikke ventileres nok jf. ISO-standarden måde at udregne luftmængde behov. Dette skal dog tages med det forbehold at der som beskrevet ovenover ligger 2 sikkerheds margener i disse udregninger. Ligeledes forudsætter ISO-standarden en udendørs luft temperatur på 35 o C og en maksimal temperaturstigning på 12.5 o C i maskinrummet 108. Da den absolutte højeste temperatur i Danmark er 36,4 o C på land 109, og temperaturen på havet vil være lavere. Anses det som usandsynligt at have en temperatur på indsugning ved ventilatoren på over 30 o C, og dermed er det acceptabelt for dette projekt ikke at overholde ISO-standarden ventilation krav. 108 ISO-standard, bilag 2, side DMI s hjemmeside, litteraturliste, punkt 15d Side 56 af 80

58 Figur 60, ISO-standard luftforbrug kontra max ventileret Y-aksen: m3/min, X-aksen: data fra bilag 8 Ved 40 Hz ventileres der 318,99 m3/min jf. kolonnen HVM 4 ventilator m3min og dette giver et overtryk på 97,33 Pa jf. kolonnen Overtryk Pa 110. Da ISO-standarden foreskriver at overtrykket ikke må overstige 50 Pa under normale forhold 111, og at der ved 318,99 m3/min er et dobbelt så højt overtryk som tilladt. Derfor er det ikke muligt at ventilere den mænge som ISO-standarden foreskriver uden en yderlige stigning i trykket. Dette er illustreret på figur 61. Figur 61, ISO-standard ved 40 Hz Y-aksen: pascal og m3/min, X-aksen: data fra bilag Dataindsamling, bilag 8, side ISO standard, bilag 2, side 5-7 Side 57 af 80

59 Delkonklusion I maskinrummet er der installeret tre motorer, to hovedmotorer og en hjælpemotor. Disse ventileres af 2 ventilatorer af samme type. Der er tidligere i afsnitet blevet annalyset på den mængde luft, som hele maskinrummet har behov for, og denne er holdt op imod den mængde luft, som de 2 ventilatorer flytter. Det kan konstateres, at ventilatorerne flytter mere luft ved 25 Hz end der er behov for i hele maskinrummet. Som nævnt tidligere er der kun 2 målinger, der viste, at den mængde luft, der ventileres, er mindre end det der er behov for. Dette forhold vurderes dog til ikke at udgøre et problem, da hjælpemotoren i praksis bruger mindre luft end det fremgår af beregningerne og da der ved disse målinger stadigvæk ses et overtryk. Der ventileres altså mere luft end motorernes virkelige luftforbrug. Sammenholdes dette med Søfartsstyrelsens krav 112, ventileres der selv ved 100% last på motorerne mere luft end der er behov for. ISO-standarden er den som foreskriver det absolut højeste luftbehov. Dette skyldes at der i den formel er indregnet et behov for ligeledes at fjerne varme fra maskinrummet. Hvor der i søfartsstyrelsen og i motorernes virkelige luftforbrug kun regnes med motorernes behov for luft. Da der ventileres mindre end ISO-standarden foreskriver, kan det forventes at have en temperaturstigning højere end 12.5 grader celsius. Men ud fra afsnittet Analyse af temperatur i maskinrum og ude temperatur kan det i værste tilfælde accepteres at temperaturen stiger 17,6 grader celsius. Det er med en udetemperatur på 31,4 grader celsius, hvilket anses for at være en usandsynlig høj temperatur på havet. Det kan derfor accepteres at ligge lavere end ISO-standarden da der er mindre luft til at fjerne varme fra maskinrummet. ISOstandardens krav til hvor meget der skal ventileres, er altså ikke overholdt, men dette er acceptabel i forhold til tidlige nævnte temperatur- og tryk forhold. 112 Søfartsstyrelsens meddelelse D, bilag 5, side 10 Side 58 af 80

60 Analyse af temperatur i maskinrum og udendørstemperatur I dette afsnit vil der blive analyseret på data for udendørstemperaturen og temperaturen i maskinrummet og om hvorvidt der blev kølet mere, når ventilatorerne var indstillet til 40 Hz. Der vil ligeledes blive gennemgået, hvilke krav der stilles til temperaturen i maskinrum og om disse blev overholdt, da ventilatoren stod på 25 Hz. Derudover vil der blive foretaget en teoretisk betragtning af, hvor meget det kan forventes at maskinrumstemperaturen vil stige, når udendørstemperaturen stiger. Ud fra denne vil der blive beregnet, om der ventileres nok i maskinrummet i forhold til at holde temperaturen inden for en acceptabel tolerance. For at foretage undersøgelsen om, hvorvidt maskinrummet blev kølet mere ved 40 Hz end ved 25 Hz, blev temperaturmålingerne først taget ved 25 Hz. Herefter blev frekvensen skruet op til 40 Hz og der blev ventet 5 minutter for at sikre, at temperaturen kunne stabilisere sig. Først herefter blev målingerne til 40 Hz foretaget. Krav til temperatur i maskinrum Jævnfør datablade fra CAT 113 anbefales det, at maskinrumstemperaturen ikke overstiger 49 o C. Den målte gennemsnitstemperatur i maskinrummet var 16,4 o C 114. Den gennemsnitlige udendørstemperatur var på daværende tidspunkt dog kun på 1,7 o C. Da der ikke var mulighed for at udføre målinger med en højere udendørstemperatur, vil der i stedet blive anvendt en erfaringsmetode fra artiklen fra MAN 115 til at bestemme, hvorvidt temperaturen i maskinrummet ville kunne blive for højere end 49 o C. Artiklen beskriver, at temperaturen i et maskinrum, hvor hovedmotererne suger deres luft fra maskinrummet, ofte vil være o C højere end gennemsnitsudendørstemperaturen. Ved lav udendørstemperatur kan det forventes, at temperaturdifferenc vil være endnu højere. Dette er illustreret på figur 62, hvor den udregnede temperaturdifference på 14,7 C kan sammenholdes med C fra artiklen fra MAN 116. Dette er udregnet fra kolonnerne Temp ude og Temp maskinrum fra bilaget dataindsamling CAT-artikel, bilag 3, side Dataindsamling, bilag 8, side MAN-artikel, bilag 4, side MAN-artikel, bilag 4, side Dataindsamling, bilag 8, side Side 59 af 80

61 Figur 62. Udregning temperaturforskel. For at vurdere om en temperaturstigning på 12 C vil øge temperaturen i maskinrummet til mere end 49 C 118, sammenholdes de 12 o C med temperaturerne fra DMI med vejrekstremer for Danmark (se figur 63: Vejrekstremer for Danmark siden 1874). Figur 63. Vejrekstremer for Danmark siden 1874, hentet fra DMI. Af figur 63 fremgår der, at den højeste temperatur, der er blevet målt i Danmark, er 36,4 o C og blev målt i Holsterbro i Hvis denne skulle sammenholdes med temperaturen på vandet, antages det, at vandet vil være 5 C koldere, da vandet er koldere end luften 119. Denne måde at beregne den maksimale temperatur i maskinrummet bruges, da der ikke kunne skaffes historiske data fra DMI, der viser, hvor høj temperaturen var i vandet mellem Ballen og Kalundborg i forbindelse med målinger af vejrekstremer. Det antages derfor, at den maksimale temperatur på vandet mellem Ballen og Kalundborg har været 31,4 o C; denne temperatur anses dog for at usansynlig højt. Værdien adderes med de 12 o C fra artiklen fra MAN 120, som vist i regnestykket på figur CAT-artikel, bilag 3, side DMI s hjemmeside, litteraturliste, punkt 15d 120 MAN-artikel, bilag 4, side 9 Side 60 af 80

62 Figur 64. Temperaturudregning. Hermed bliver den højeste teoretisk betragtede temperatur på 43,4 o C, hvilket ligger under kravet fra CATartiklen 121 om en temperatur på under 49 o C. Sammenligning mellem 25 Hz og 40 Hz i forhold til temperatur Som det kan ses på figur 65 blev maskinrummet mod forventning ikke kølet mere, da ventilatorerne stod på 40 Hz end det var tilfældet ved 25 Hz, på trods af, at der blev blæst mere luft ind i maskinrummet. Dette kan være interessant i fremtiden, hvis et eventuelt problem med for høj temperatur opstår, men da det ikke er relevant for problemformuleringen, blev det ikke undersøgt nærmere. Figur 65. Temperatur i maskinrum ved hhv. 25 Hz og 40 Hz sammenholdt med udendørstemperatur. Y-aksen: grader celcius, X-aksen: antal målinger 121 CAT-artikel, bilag 3, side 8 Side 61 af 80

63 Delkonklusion Det kan konkluderes, at maskinrumstemperaturen ikke kan forventes at overskride den grænse, som motorproducenten CAT har sat på 49 o C. Den beregnede temperatur med udgangspunkt i den højeste målte temperatur i Danmark siden 1874 viser, at der maksimalt ville blive 43,4 o C, hvilket er lavere end de foreskrevne 49 o C. Det kan ligeledes konkluderes, at maskinrummet ikke bliver kølet mere, når frekvensomformeren står på 40 Hz end på 25 Hz, med det forbehold at der kun er gennemført 4 målinger ved 40 Hz og der kun blev ventet 5 min på at temperaturen stabiliserede sig. En af grundene til dette skyldes at varmekapacitet på luft er lav, og der derfor skal være en høj temperatur differens eller et stor flow af luft gennem maskinrummet. Ydermere skyldes det at udluftningen af maskinrummet foregår gennem casingen, og ikke med en udsugnings ventilator. Derfor giver det større flow fra ventilatorerne anledning til et høje tryk 122 ved 40Hz og ikke en markant højere luft gennemstrømning af maskinrummet. Dette kunne ændres ved at blæse med en ventilator og suge med en anden, men dette er ikke dækket af denne rapport. 122 Dataindsamling, bilag 8, side Side 62 af 80

64 Analyse af strømforbrug af ventilatorer I dette afsnit vil der blive analyseret, hvor meget strøm ventilatorerne bruger ved hhv. 40 Hz og 25 Hz. Ud fra hvor mange timer ventilatorerne kører på et år kan der herved undersøges, om der vil være en besparelse udtrykt i kw timer. Effektforbruget er fastlagt ud fra målinger på Altivar 61, som er den frekvensomformer, der styrer ventilatorerne. På servicepanelet er der aflæst et effektforbrug, mens ventilatorerne kørte ved hhv. 40 Hz og 25 Hz. Det var desværre ikke muligt at finde usikkerheden på Altivar 61, men den er anslået til at være ubetydeligt lille, da der over 42 målinger ikke blev konstateret nogle svingninger i forhold til den aflæste frekvens. Dette var ligeledes gældende ved de 4 målinger ved 40 Hz. Som det fremgår af kolonnen VLT Strømforbrug kw i bilaget dataindsamling 123 er der ved 25 Hz blevet brugt 1,01 kw og ved 40 Hz 3,2 kw. Dette er en reduktion på 68,44% (se figur 66). Figur 66. Reduktion af strømforbrug ved 40 Hz til 25 Hz. Beregning af besparelse For at kunne beregne en besparelse anvendes det antal driftstimer, som HVM 4 har på et år 124. Dette skyldes, at ventilatorerne er i drift, når motorerne kører 125. Der er dog undtagelser; f.eks. er ventilationen tændt, når der arbejdes i maskinrummet om natten. Ligeledes kan ventilatorerne være slukket, når motorerne startes op første gang om morgenen, hvilket dog kun vil være tilfældet i en kort periode. Det er derfor antaget, at det antal timer, som motorerne har kørt på et år, modsvarer det antal timer, som ventilatorerne har kørt. Dette er blevet bekræftet under interview med maskinchefen 126. Ud fra håndskrevne noter fra maskindagbogen 127 havde HVM 4 kørt 512 timer pr. d Ud fra billedet 128 af SCS-systemet pr. d havde HVM 4 kørt 3824 timer. Differencen mellem disse 2 værdier giver dermed det antal driftstimer, som ventilationsanlægget har haft på et kalenderår. Dette kan ses på figur Dataindsamling, bilag 8, side Motortimer 2018, bilag 15, side Interview maskinchef, bilag 9, side Interview maskinchef, bilag 9, side Motortimer 2017, bilag 16, side Motortimer 2018, bilag 15, side 26 Side 63 af 80

65 Timeantal pr. ventilator er 3312 timer om året (udregnet i figur 67). Figur 67. Totalt antal ventilationstimer på et år. På figur 68 er besparelsen pr. ventilator udregnet. Figur 68. Udregning af besparelse i kw for en ventilator. På figur 69 er der udregnet en total besparelse i kw timer om året, baseret på 4 ventilatorer i alt på skibet. Herved udregnes en total besparelse i kw timer for begge maskinrum. Figur 69. Beregnet besparelse i kwh/år for begge maskinrum. Delkonklusion Jf. hypotesen ville det være muligt at spare 50% ved at reducere frekvensen fra 40 Hz til 25 Hz. Analysen i dette afsnit viser, at der faktisk kan opnås en besparelse på 68,44%. Denne reduktion betyder, at der om året kan spares kw/hr. Side 64 af 80