Varme genindvending fra kølevand

Transkript

1 2015 Varme genindvending fra kølevand Rasmus Chr. Byskov Aarhus maskinmesterskole

2 Forfatterens navn: Rasmus Chr. Byskov Projektets titel: Varme genindvending fra kølevand Projektets type: Bachelorprojekt Samarbejdspartnere: Forsvaret Fagområde: Termiske maskiner og anlæg Placering i uddannelsesforløbet: 9. Semester Uddannelsesinstitutionens navn: Aarhus maskinmesterskole Vejleders navn: Torsten Ørhøj Dato for aflevering: 1/ Antal normalsider af 2400 anslag: 25 Kilde til forsidebillede: Side 1 af 58

3 Abstract This document describe the project, which revolves the energy optimization of the royal Danish navy ship HDMS THETIS. The project is a bachelor project at Aarhus school of marine and technical engineering. This energy optimization takes point in using waste energy from the main engines. This project have been made in cooperation with the royal Danish navy HDMS THETIS crew. The HDMS THETIS is an old ship from At this time fuel consumption wasn t are considered issue and therefore no reuse of the waste energy has been considered. Now in year 2015 the energy is a bigger issue and the Royal navy wants to be more energy efficient. Therefore, the reuse of high temperature water from the main engines has been studied in this project. In the document, it has also been described how this study can be used in the future by the Royal navy on ships in the same class. The project is divided into several phases starting out with study of both the engine cooling system and central heating system on-board HDMS THETIS. The energy consumption for the central heating system is investigated and thereby the energy production from the oil boilers. Then measurements of the wastewater temperature is then compared to the heating system temperatures. These calculation gives an overview of how much energy that can be used from the waste water and therefore show how much less energy the oil boilers need to produce. Doing these chapters the uncertainties of the measurements has also been describes and suggestion for ways to optimize the taking of the measurements has also been made. Last, the measurements and results are used to give suggestions for a way to optimize the central heating system to get a good energy profile. Side 2 af 58

4 Indholdsfortegnelse Abstract Forord Indledning Problemformulering Metode Afgrænsning Motorkonfiguration og 2 + Aksel og 3 variable Højtemperatur kølevand Marinegasolie Belastning Lyngsø Anlægsbeskrivelse Centralvarme systemet HT-kølevandsystem Oliekedler Fremgangsmåde Beregninger Delkonklusion Varme genvending Målinger Udstyr Elma Hvordan er målingerne fortaget Usikkerheder Data usikkerheder Delkonklusion Energi genindvinding aksel Aksel og variabel Økonomi Side 3 af 58

5 6.5. Delkonklusion Andre forbedringer Sænkning af fremløbstemperatur Automatik Konklusion Perspektivering Efterskrift Litteraturliste Referencer Interviewede fagpersoner Bilag Bilag 1 - målinger ved høj fremløbstemperatur Bilag 2 - målinger lav fremløbstemperatur Bilag 3 - pumpekurve med indtegnet driftspunkt Bilag 4 - pumpekurve Bilag 5 - pumpedata Bilag 6 - Danstoker oliekedel Side 4 af 58

6 1. Forord Dette bachelorprojekt er udarbejdet som et led i maskinmester uddannelsen. På 9. semester skal den studerende udarbejde et projekt, der tager udgangspunkt i en praktik, som indeholder minimum 50 fulde arbejdsdage. I samarbejde med praktikstedet skal der findes frem til en problemstilling, som har relevans inden for et fag fra maskinmester uddannelsen. Ud fra denne problemstilling skal der udarbejdes et projekt. Bachelorprojektet udgør 15 ECTS point, som tilsvar et halvt semesters arbejdsbyrde og projektet afleveres skriftligt. Hvorefter bachelorprojektet skal danne grundlag for en mundtlig eksamination. Jeg har i min bachelor praktik sejlet i 10 uger med HDMS THETIS, som er et af det danske forsvars Inspektionsskibe. Under mit ophold ombord mødte jeg nogle problemstillinger omkring brændolie forbruget til opvarmning ombord. Dette vil danne grundlag for denne rapport. Da dette bachelorprojekt er udarbejdet af en studerende på 9. semester, forventes det at læseren har en tilsvarende teoretisk viden, for at kunne drage nytte af dette projekt. I forbindelse med udførelsen af dette projekt, skal der lyde en stor tak til følgende personer som har bidraget med hjælp og viden: Steven O. Eriksen, vedligeholdsofficer 5 kapacitet. Jesper B. Nielsen, Driftsofficer 5 kapacitet. Torsten Ørhøj, Cand. Scient. i kemi og fysik ved Aarhus maskinmester skole. Side 5 af 58

7 2. Indledning Dette bachelorprojekt tager udgangspunkt i et praktikforløb. Bachelor praktikken er forgået i det Danske Søværn. Her har den studerende været ude at sejle med inspektionsskibet HDMS THETIS. Det er det første af i alt fire skibe. Det er 112,5 meter langt og 14,4 meter bredt. HDMS THETIS blev søsat i juli måned Skibet har i en periode sejlet som kommandoskib for den danske flåde, hvilket betyder at der er indrettet nogle operative rum som ikke er på søsterskibene. Skibet har derudover været brugt til geologiske undersøgelser langs den Grønlands Vestkyst. For at kunne benytte skibet til denne opgave, har man lavet nogle ændringer, som blandt andet omfatter en større hækport og to ballast tanke, der er blevet omdannet til brændstof tanke. Dette er foretaget for at udbygge den tid skibet kan være på havet. I dag bliver HDMS THETIS brugt som inspektionsskib på lige fod med søsterskibene. Et inspektionsskib i den Danske Flåde har til opgave at lave fiskeri inspektioner og suverænitetshåndhævelse af Grønlandske, Færøsk og Dansk farvande. Samtidigt skal skibet kunne assistere ved redningsaktioner til søs samt forskellige miljø opgaver. Inspektionsskibet beskæftiger en fast besætning på ca. 47 mand, lidt afhængigt af hvor mange der er hjemme på kursus. Ud af de 47 mand er 9 tilknyttet maskinen. Af de 9 mand er 3 officerer, hvoraf de 2 har været med til at finde frem til problemstillingen. Dette bachelorprojekt har til formål at belyse, om det er muligt at spare brændolie til den daglige drift. Der tages udgangspunkt i forvarmningssystemet til de 3 hovedmotorer ombord, da det har direkte forbindelse mellem højtemperatur kølevandet og centralvarmesystemet. Bachelorprojektet har samtidigt til hensigt at fastslå, om det er muligt at overfører energien til centralvarmesystemet med de ombordværende systemer. Hvis det i så fald er muligt, vil det blive klarlagt hvor meget overskudsenergi, der kan overføres og hvor meget systemet vil kunne bidrage til en besparelse af brændolie forbruget. Side 6 af 58

8 2.1. Problemformulering Dette projekt er et energioptimeringsprojekt udarbejdet i samarbejde med det danske forsvar og tager udgangspunkt i en problemstilling fundet ombord på HDMS THETIS. Ifølge Forsvarets klima og energi plan, skal Forsvaret være mere opmærksomme på miljøet. Dette skal for Søværnets vedkommende foregå, ved at der foretages energi optimeringer og røggas rensning på de forskellige skibsklasser. Problemet med THETIS klassen er, at det er en ældre serie af skibe. THETIS klassen er fra en tid, hvor man ikke tænkte på hvor meget energi, der skal bruges til den daglige drift af skibet. Dette kommer til udtryk ved, at der ikke er monteret nogen former for energi genindvindingssystemer. Denne problemstilling bliver mere relevant i fremtiden, hvilket vil sige, at det også bliver mere relevant for denne klasse af skibe, da forsvaret i disse år er ved at levetidsforlænge THETIS klassen. I sammenråd med skibets tekniske officerer er der fundet frem til en problemstilling. Denne problemstilling omhandler et ønske fra besætningens side, om at spare på brændolien til den daglige drift. For at kunne opfylde dette ønske er der taget udgangspunkt i energi genindvending fra hovedmotorernes højtemperaturkølevandssystem. Der er taget udgangspunkt i dette system, da der i forvejen sidder en varmeveksler mellem højtemperatur kølevandssystemet og centralvarmesystemet. Det vil blive undersøgt, om der med små justeringer kan overføres energi til centralvarmesystemet, hvilket medfører en besparelse i brændolie forbruget. For at undersøge denne problemstilling er der opsat følgende spørgsmål: Hvordan er det muligt at genanvende overskudsvarme fra hovedmotorerne? Hvor stor besparelse kan der opnås ved at genanvende overskudsvarmen? Hvordan kan systemet optimeres yderligt for at få en større besparelse? Side 7 af 58

9 2.2. Metode Problemstillingen bygger på en teori, om at der kan overføres overskudsenergi fra højtemperaturkølevandet til centralvarmesystemet. Denne teori er udviklet i sammenråd med driftsofficeren på 5 kapacitet efter at praktikopholdet startede på HDMS THETIS. Teorien er opstået ud fra en tankegang om, at der må kunne overføres energi fra højtemperaturkølevandet til centralvarmesystemet hvis temperatur forskellen på de 2 anlæg er stor nok. Denne anskuelse er interessant, da systemet allerede er tilstede i det nuværende anlæg, og at det kun kræver en mindre ændring for at anvende forvarmningssystemet til energigenindvinding. Til at eftervise at man kan bruge varmeveksleren til at overfører energi, er der fortaget målinger på varmevekslerens til og afgangsrør. Disse målinger er fortaget for at kunne belyse om der føres energi i den ene eller anden retning i systemet. Derefter bliver målingerne brugt til at vise hvor stor en energi tilførsel der kan fortages med dette system. I et projekt som dette hvor en konklusion bliver draget ud fra teori og observationer eller tests, kan der være forskellige videnskabelige metoder til at nå frem til et resultat. Til opbygningen af dette projekt er der undersøgt 3 forskellige metoder, den induktive, den deduktive og den hypotetisk-deduktive (Thuren, 2008). Den induktive metode bygger på empiri, hvilket betyder at man drager en eller flere teorier ud fra erfaringer. Mere lavpraktisk vil det sige, at man har en masse erfaringer eller undersøgelser som man danner en teori ud fra. Præmissen er dannet ud fra observationer som bruges til at opstille en teori. Ved den deduktive metode bliver der derimod, sat en teori op hvorefter denne bliver undersøgt. Ud fra det bliver der draget en konklusion til teorien. Det vil sige man har en logisk fremgangsmåde. En 3. metode, den hypotetiske-deduktive metode, bygger både på empiri og logik, det vil sige at den er en sammenkobling af induktiv og deduktiv. Denne metode vil blive brugt i dette projekt, som kan opstilles på følgende måde: Præmis 1 (hypotese): Hvis temperaturforskellen hen over varmeveksleren er stor nok, kan der energioptimeres. Side 8 af 58

10 Præmis 2 (observation): Når HT-kølevandet løber gennem varmeveksleren bliver centralvarmevandet opvarmet. Konklusion: Der kan energioptimeres ved brug af varmeveksleren. I fremtiden kunne man forstille sig at en induktiv metode ville kunne anvendes, for projekter omkring energioptimering på andre skibe i klassen end HDMS THETIS. Det kunne se ud som følgende: Præmis: Undersøgelser på HDMS THETIS viser at der kan energioptimeres. Konklusion: Altså kan alle skibe i samme klasse som HDMS THETIS energi optimeres. Side 9 af 58

11 2.3. Afgrænsning Der er flere muligheder for at genanvende overskudsvarme fra hovedmotorerne. Det kunne blandt andet undersøges, om man med fordel kunne installere en udstødningskedel. Men der har fra skibets side været interesse i at kigge på et system, som ikke har for store omkostninger i forbindelse med implementeringen. Derfor bliver der fokuseret på det forvarme systemet som findes i forvejen. Der vil ikke blive gået i dybden med hvilken betydning forskellige operationsområder betyder for dette system. Det vil sige der ikke er lavet nogen undersøgelser, af hvad der sker med systemet under is sejlads på Grønland. Dette kan have betydning da skibets primære operationsområder er Grønland og Færøerne. Side 10 af 58

12 2.4. Begrebsdefinition For at lette læsningen af rapporten vil de vigtigste begreber blive beskrevet i det følgende kapitel Motorkonfiguration Da man har et gear mellem hovedmotorerne og skrueakslen, og samtidigt har variabel skruestigning på skruen giver det nogle muligheder i forhold til fremdrivningen. Som det ses på Figur 1-Oversigt har man 3 hovedmotorer ombord. Hovedmotor G1, hovedmotor G2 og hovedmotor F som alle 3 er koblet på samme gear. Endvidere er skrueaksel og akselgenerator koblet på. Figur 1-Oversigt (Søværnet, 1989) Når akselgeneratoren er i drift, er det ikke muligt at regulere omdrejningstallet, da det så ikke er muligt at holde en fast frekvens på spændingen. Derfor regulerer man kun på skruestigningen i denne situation. Hvis akselgeneratoren derimod ikke er i drift, giver det mulighed for også at ændre omdrejningstallet på hovedmotorerne. Side 11 af 58

13 Dette giver følgende konfigurationsmuligheder: 1+Aksel: 1 hovedmotor og akselgeneratoren. 2+Aksel: 2 hovedmotorer og akselgeneratoren. 2 og variabel: 2 hovedmotorer med variabel omdrejningstal. 3 og variabel: 3 hovedmotorer med variabel omdrejningstal og 2 + Aksel Denne betegnelse dækker over at akselgeneratoren er koblet ind på gearet sammen med 1 eller 2 hovedmotorer. Ved 1+aksel kan motorbelastningen ikke sættes til mere en 55% af maksimum kapaciteten. Hvis det var muligt at kører gashåndtaget længe frem end 55% ville den ikke have overskud til at drive akselgeneratoren, hvilket vil medføre at der ikke kan opretholdes en frekvens på 60Hz på spændingsforsyningen og 3 variable Denne betegnelse dækker over at 2 eller 3 hovedmotorer er i drift og med variabel omdrejningstal, men uden aksel generatoren Højtemperatur kølevand Højtemperatur kølevand, vil der efter følgende kun blive refereret til som HT-kølevand Marinegasolie Marine gasolie, vil der senere i rapporten kun blive refereret til som brændolie, da man kun har en slags diesel olie ombord. Side 12 af 58

14 Belastning Når der senere i projektet bliver skrevet belastningen, menes der at belastningen af hovedmotorerne. Belastningen kan ændres ved enten af hæve omdrejningstallet eller ved at ændre skruestigningen. Derudover har akselgeneratoren også betydning for belastningen, men da denne regnes for at være konstant under sejlads er der ikke taget højde for denne Lyngsø Lyngsø er skibets overordnede SRO system. SRO (Styring, Regulering, Overvågning) systemet kontrollerer alle tekniske systemer ombord. Side 13 af 58

15 3. Anlægsbeskrivelse I det følgende afsnit vil selve centralvarme og HT-kølevandssystemet blive beskrevet, for at gøre forståelsen af anlægget bedre. På HDMS THETIS er der 3 maskinrum. De er alle placeret i bunden af skibet. I maskinrum G er der placeret 2 hovedmotorer. Derudover er der også placeret 2 af de varmevekslere, som der senere i rapporten vil blive lavet udregninger på. Derudover er der også placeret 2 hjælpemotor i maskinrum G, som forsyner skibet med elektricitet når akselgeneratoren ikke gør. I maskinrum F er den sidste hovedmotor placeret, og der er ligeledes placeret en varmeveksler samt endnu en hjælpemotor. Derudover er der i maskinrum F placeret de 2 Danstoker oliekedler, som producerer centralvarmen. Det sidste maskinrum bliver i daglig tale kaldet Gearet og her er akselgeneratoren og selve gearet placeret. Figur 2- Maskinrum Figur 2 viser hvordan maskinrummene er placeret på skibet. Side 14 af 58

16 3.1. Centralvarme systemet Centralvarmesystemet har til formål at varme skibet op og forvarme hovedmotorerne. Centralvarmesystemet har flere forskellige forbrugere. Disse forbruger er blandt andet ventilationsanlægget, som opvarmer skibet og broen. Broen har sin egen separate opvarmning, som er elektrisk. Derudover er der koblet 2 radiatorer på anlægget som er placeret på broen. Disse radiatorer bliver anvendt til at supplere den elektriske varme. Radiatorerne er ikke koblet på den samlede varme regulering oppe på broen, de er i stedet reguleret med en manuelt betjent termostat. Derudover er der placeret kaloriferer på det forreste fortøjningsdæk og det agterste fortøjningsdæk. Disse kaloriferer bliver brugt til at holde fortøjningsdækkene frostfrie når der bliver sejlet i is. Figur 3 Centralvarme system (EgetArkiv, 2015) Figur 3 viser en grundlægende opbygningen af centralvarmesystemet. Der er koblet 2 oliekedler til systemet for at have en større drift sikkerhed. Da skibet er konstrueret til krig, bliver der gået meget op, i at der skal være dublering på alle vitale dele. Som det kan ses på Figur 3 er der en varmeveksler for hver hovedmotor. Disse varmevekslere bliver normalt brugt til at forvarme hovedmotorerne. De 3 varmevekslere er de sidste forbrugere i fjernvarmesystemet før kedelvandet bliver pumpet tilbage til oliekedlerne. Udover dette er Side 15 af 58

17 der monteret en varmvandsbeholder på systemet. Temperaturen i varmvandsbeholderen bliver reguleret med den reguleringsventil, der sidder umiddelbart før beholderen. De 2 cirkulationspumper som pumper centralvarmevandet rundt i systemet, er sat til at holde et konstant tryk i systemet på 3bar. Hvilket er observeret på Lyngsøsystemet, som er det styresystem der bliver brugt til at styre alle de tekniske systemer ombord HT-kølevandsystem På hver af de 3 hovedmotorer er der et HT-kølevandssystem, hvis hovedopgave er at køle hovedmotoren. Figur 4 Kølevandssystem (Søværnet, 1989) Figur 4 viser en forsimplet tegning af højtemperaturkølevandssystemet. Systemet er bygget op af to dele, et der er i brug under drift, og et der bruges til at forvarme hovedmotoren inden den startes op. Den del af systemet der er i brug under drift består af 2 pumper (451.4 og 451.5), hvor er tvangstrukket og bruges som standby i tilfælde af, at den tvangstrukne ikke laver kølevandstryk nok. Den tvangstrukne pumpe er drevet af hovedmotoren selv, hvilket vil sige at når hovedmotoren starter op gør pumpen også. Efter køling af hovedmotoren sidder en temperatur styret ventil DO69 som ses på Figur 4. Denne ventil regulerer kølevandstemperaturen til minimum 77, ved at styre hvor stor en del af kølevandet der kommer igennem HT-køleren. Side 16 af 58

18 Som systemet normalt er sat op vil ventil DO76 være åben og ventilerne DO72, DO77 være lukket. Dette medfører at den temperaturstyrede ventil DO73 styrer hvor stor en del af kølevandet der går gennem HT-køleren, således at kølevandstemperaturen ikke kommer over 80. For at kunne udnytte den overskudsenergi der eventuelt er i kølevandet skal DO76 lukkes og DO72, DO77 åbnes. Efter denne ændring kan forvarme veksleren bruges til at tilføre effekt til centralvarmesystemet, såfremt at temperatur forskellen hen over varmeveksleren er stor nok. For at motoren altid er klar til at blive startet op, er der sat en forvarme kreds ind, som kører når motoren er stoppet af. Som det ses på Figur 4 har forvarme systemet sin egen pumpe som betjenes manuelt. Under forvarmning tager forvarmeveksleren energi fra centralvarmesystemet og tilfører den til HT-kølevandssystemet så temperaturen på motoren kommer til at ligge på ca. 70. Side 17 af 58

19 4. Oliekedler For at kunne få et overblik over hvor meget brændolie der dagligt bliver brugt til centralvarmesystemet, vil det følgende kapitel redegøre for, hvor meget brændolie der bliver brugt til opvarmning af skibet. Brændolie forbruget vil blive klarlagt ved beregninger og målinger. Det antages i følgende beregninger, at der ikke er nogen tab til omgivelserne. Denne antagelse kan tages, da overflade arealet af varmeveksleren er lille i forhold til den overførte effekt. Derfor vil beregningerne videre i projektet ikke tage højde for varmetab til omgivelserne Fremgangsmåde For at kunne bestemme hvor meget varmeenergi skibet bruger pr. døgn, har det været nødvendigt at bestemme et dagligt brændolieforbrug. Dette er gjort ved at pejle dagtanken kl.8 og så dagen efter igen kl. 8, for at få det specifikke forbrug over 24 timer. Da de oliefyrede kedler står i maskinrum F og anvender samme dagtank som hovedmotor F, har det været nødvendigt at stoppe hovedmotor F. Dette er gjort for ikke at få hovedmotorens forbrug til at indgå i målingerne. Pejlingen af dagtanken, kan være en smule usikker, da der kun er fortaget en måling, grundet det ikke har været muligt at stoppe hovedmotor F af i mere end et døgn. Derudover er der en usikkerhed omkring pejlerøret. Dagtanken er forsynet med et niveau rør og et skue rør. I niveau røret er der en magnetisk flyder som følger niveauet i tanken. Denne påvirker en magnet i det udvendige skueglas rør, hvor niveauet kan aflæses. Skalaen i skueglasset er rimelig grov, hvilket medfører at målingen ikke er helt præcis. Hvis denne måling skulle gøres mere præcis, ville det være nødvendigt at indsætte en flow måler på tilførslen af brændolie til oliekedlerne. Det daglige forbrug af brændolie til opvarmning af skibet blev målt til 3m 3 /døgn Beregninger Da det ikke har været muligt at lave en olie analyse af kvaliteten på brændolien, er der taget udgangspunkt i (DCC Energi A/S, u.d.) hvor den nedre brændværdi er sat til 42,7Mj/kg og vægtfylden er sat til 840kg/m 3. Side 18 af 58

20 For at finde massen af den indfyrede brændolie anvendes følgende formel: mb = m [ m3 ] vægtfylden [kg h m 3] = = 105kg/h 24 Den indfyrede effekt bliver beregnet via, massen af brændolie. mb [ kg h Q ind = ] hi [ kj kg ] 3600[s] = kj s = 1245kW For at beregne omkostningerne til at opvarme skibet i et døgn, skal den effekt der bliver tilført kedelvandet beregnes. Dette kræver en virkningsgrad på kedlen, som er fundet efter samtale med (Erik, 2015) som arbejder for Danstoker. Han kunne oplyse, at virkningsgraden på denne type oliekedel ligger på 93% under optimale driftsforhold. Derfor kan den tilførte effekt beregnes på følgende måde: Q Tilført = Q ind virkninggraden = ,93 = 1158kW Ud fra denne udregning kan det ses at der tilføres 1158kW i timen til centralvarmesystemet. For at kunne klarlægge hvad omkostningerne er ved at levere varme til skibets forbrugere pr. døgn, er der fundet en listepris på brændolie (DCC Energi, 2015), hvor prisen på 1000 l brændolie er opgivet til 8408,00kr. Ud fra denne listepris og det daglige forbrug af brændolie har det været muligt at regne ud hvor meget det koster at varme skibet op pr. døgn. Omkostninger pr. døgn = ,00 = kr/døgn Ud fra denne udregning kan man se at det koster kr/døgn i brændolie at forsyne skibet med varme. Dette beløb vil blive anvendt senere hen i rapporten til at undersøge om det er muligt at nedsætte skibets omkostninger til opvarmning. Side 19 af 58

21 4.3. Delkonklusion Som man kan se i dette afsnit, er der en del usikkerheder forbundet med at beregne den tilførte effekt på denne måde. De oliefyrede kedler kan hver især levere 930kW og sammen holdt med de 1158kW så burde der altid være 2 oliekedler i drift for at levere den nødvendige effekt. Det er dog konstateret ved gentagende maskinrumsrudering, at der aldrig er startet mere end en oliekedel adgangen. Dette vil sige at der er nogle usikkerheder omkring målingen af det daglige brændolieforbrug. Der er også nogle usikkerheder omkring oliekedlernes virkningsgrad. Da den virkningsgrad, det har været muligt at få oplyst, er bestemt under optimale drifts forhold, er virkningsgraden ikke nødvendigvis den samme ombord på skibet. Virkningsgraden er afhængig af at kedlerne bliver korrekt vedligeholdt, rengjort regelmæssigt og er indstillet rigtigt. Da der er konstateret mange forskellige fejl ombord på skibet, kan man ikke være sikker på at vedligeholdsforskrifterne er blevet overholdt. Dernæst er det ikke sikkert at den brændolie ombord, har været af samme kvalitet som den der er regnet med i overstående beregninger. Hvis det daglige effekt behov skulle bestemmes mere præcist, skal der indsættes måleudstyr før og efter oliekedlerne, hvor temperaturforskellen kan bestemmes og flowet i centralvarmesystemet. Da det ikke har været muligt, at komme det daglige effekt behov nærmere end i de ovenstående beregninger, vil det være denne effekt og de daglige omkostninger til brændolie der vil brugt videre i rapporten. Side 20 af 58

22 5. Varme genvending 5.1. Målinger For at belyse hvor stor en effekt der kan overføres fra HT-kølevand til centralvarmesystemet er der fortaget følgende målinger på varmeveksleren mellem centralvarmen og HT-kølevand. Disse målinger skal videre bruges til at fastsætte hvor stor en effekt der eventuelt kan overføres til centralvarme systemet. Der er fortaget følgende målinger på varmevekslerne: HT kølevand ind i varmeveksleren HT kølevand ud af varmeveksleren Centralvarme ind i varmeveksleren. Centralvarme ud af varmeveksleren HT kølevand ind i varmeveksleren er det opvarmede kølevand der kommer ud af hovedmotorerne. HT kølevand ud er det kølevand der bliver sendt ud til HT køleren og derefter retur til hovedmotorerne. Centralvarme ind i varmeveksleren er det vand der kommer ude fra de forskellige forbrugere og vil senere hen blive refereret til som returvandstemperaturen på centralvarmesystemet. Centralvarme ud af varmeveksleren er det vand bliver sendt tilbage til de oliefyrede kedler Udstyr De 2 røde ringe på Figur 5 viser det lokale udstyr til at måle temperaturen med. Under en samtale med (Eriksen, 2015), blev der gjort opmærksom på, at temperaturfølerene sandsynligvis ikke viste rigtigt. Da det ikke har været muligt kalibrere de temperatur følere der allerede er monteret, er der valgt andet udstyr til at måle temperaturen med. Figur 5 Temperaturføler (EgetArkiv, 2015) Side 21 af 58

23 Derudover sidder den ene temperaturføler ikke ved varmeveksleren, men på kølevands afgangen på motoren. Hvilket gør at de fire temperaturer ikke kan tages de samme steder på systemet, hvis man anvender de fast monterede følere. For at komme frem til så præcise målinger som muligt blev det valgt at bruge en håndholdt infrarødt termometer af typen Elma 620A Elma Alle temperaturmålinger er taget med Elma 620A infrarød termometer. Følgende instrument er ikke valgt på grund af sine specifikationer, men fordi der er begrænsede muligheder til søs. Ifølge (Elma instrumens, u.d.) har termometeret følgende specifikationer: Måle område: C Nøjagtighed: ±1% eller ± 2,5 C hvad der end er størst. Reaktionstid: 0,15 sek. Ved at anvende denne type instrument kan der opstå målefejl ved måling på blanke overflader. I dette tilfælde er målingerne foretaget på matte overflader og de enkelte målinger er fortaget gentagende gange, for at opnå en mere nøjagtig måling. Side 22 af 58

24 5.3. Hvordan er målingerne fortaget Der er kun taget målinger på de 2 varmevekslere i maskinrum G, da den hovedmotor som står i maskinrum F, kun kunne få 70 % af den dieselolie den skulle have, hvilket betød at belastningsgraden ikke var den samme som de andre motorer den blev sammenlignet med. Dette medførte at HT-kølevandet aldrig kom over 75 C. Figur 6 viser en af de 2 varmevekslere som der er fortaget temperaturmålinger på. De røde pile viser hvor de forskellige målinger er taget. De isolerede rør kommer fra centralvarmesystemet. Isoleringen medfører at temperaturmålingerne kun kunne tages lige før varmeveksleren, hvor røret ikke var isoleret. De rør der ikke er isoleret er fra HTkølevands systemet. Disse målepunkter er valgt dels fordi centralvarme rørene er isoleret og fordi Figur 6- Varmeveksler (EgetArkiv, 2015) målingerne skal bruges til at finde den effekt som bliver afsat i centralvarmevandet. Begge varmevekslere er placeret på en platform øverst i maskinrummet, hvilket medfører at varmevekslerne kommer tættere på dækket. Maskinrumsventilationen har sin indblæsning oppe under dækket, hvilket indebærer at indblæsnings luften blæser direkte ned på varmevekslerne. Derfor blev maskinrumsventilationen stoppet inden målingerne blev fortaget, så det ikke påvirkede overflade temperaturen på rørene. Ventilation blev stoppet 30 minutter før målingerne blev fortaget, for at sikre at temperaturen havde stabiliseret sig. Ved hver måling er der taget flere målinger, for at minimere dårlige målinger. Der er fortaget målinger når det har været muligt at få det til at passe ind i skibets sejlplan og det almindelige arbejde ombord. Alle målinger er indført i et Excel regneark og ligger som bilag 1 og bilag 2. Side 23 af 58

25 5.4. Usikkerheder I forbindelse med målingerne er der forekommet nogle usikkerheder som vil blive belyst i det følgende afsnit. Da det ikke har været muligt at fastmontere et termometer på anlægget med indbygget log, har det ikke været muligt at se hvordan temperaturene på centralvarmesystemet har udviklet sig, hen over et helt døgn. Dette har medført at det ikke har været muligt at regne et gennemsnit ud for hvor stor en effekt der bliver afsat i varmeveksleren over et døgn. Derudover har (Elma instrumens, u.d.) også sine begrænsninger i forhold til præcision. Som det er blevet beskrevet i et tidligere kapitel, har instrumentet en usikkerhed på ± 2,5C, hvilket kan betyde meget, når en 1C kan betyde forskellen på at overføre effekt og tage effekt fra centralvarmesystemet. Der er også en stor usikkerhed ved at tage målingerne uden på røret, istedet for at tage målingerne direkte ned i mediet eller i en målelomme. Men da der ikke har været andet udstyr til rådighed, var dette den bedste løsning når der skal undersøges hvor stor en effekt der eventuelt kan overføres i varmeveksleren Data usikkerheder I dette afsnit vil der blive reflekteret over hvordan målingerne passer sammen og hvilke usikkerheder der er i forbindelse med de forskellige måledata. I forbindelse med målingerne blev det observeret at der var forskel på centralvarmesystemets returvandstemperatur. Dette blev i første omgang tilskrevet forskellig belastning af centralvarmesystemet. Umiddelbart før praktikforløbets ophør blev det dog konstateret, at den svingende temperatur skyldes at de 2 oliekedler ombord ikke havde samme setpunkt. Dette kommer til udtryk i måledataene, ved at hver anden uge er der en anden temperatur på centralvarmevandets fremløbstemperatur. Da det har været nødvendigt at slukke for ventilationen, har det ikke været muligt at tage målinger nok til at det kan give et fuldstændigt billede af, hvor stor en effekt der kan overføres til centralvarmesystemet. De målinger der er taget med en hovedmotor er alle taget inden for 2 dage. Dette gør at der ikke burde være så store afvigelser i temperaturen på returvandstemperaturen. Man Side 24 af 58

26 kan i midlertidig konstatere ud fra de målte data, at der er 4 graders forskel på centralvarmevandet på de 2 dage. Dette skyldes at målingerne er taget en søndag og en mandag, hvilket er det tidspunkt hvor der skiftes rundt på oliekedlerne for at få et ens slid på de 2 kedler. Derfor er der nogle af måleværdierne der alligevel ikke passer ind. Endvidere kan temperatursvingningerne skyldes, at der er forskellig belastning af centralvarmesystemet. Det har dog ikke været muligt at måle om dette er tilfældet. De data der er kommet ud af målingerne ved 1 hovedmotor og akselgeneratoren, er gode til sammenligning, da de er taget ved samme belastning af hovedmotoren. De data der er kommet ud af målingerne ved 2 hovedmotorer både variabel og fast omdrejningstal, er taget over hele praktikperioden når der har været mulighed for det. Derfor er der flere usikkerheder forbundet med disse data. Det kommer til udtryk i den varierende returvandstemperatur på centralvarmesystemet. Disse udsving på returvandstemperaturen tilskrives de forskellige setpunkter på oliekedlerne, men samtidigt er der også større usikkerhed omkring forbruget af varme på centralvarmesystemet. Disse faktorer kan være med til at gøre at centralvarmevandet har en svingende temperatur. Side 25 af 58

27 5.6. Delkonklusion Ud fra de beskrevne usikkerheder i måleværdierne anbefales det at der tages flere målinger. Derudover vil man med fordel kunne tage målingerne med noget mere præcist måleudstyr. Samtidigt vil det give mere valide data hvis man foretager målinger engang i minuttet over flere døgn, med registrering af eventuelle ændringer i motorbelastningen. Dette vil kunne lade sig gøre hvis man havde flere temperaturfølere i målelommer, med en pc med logningsprogram tilknyttet. Dataene vil blive delt op efter hvilken oliekedel der har været i drift. Dette gør at det ikke bliver muligt at lave en klar grænse for hvornår der bliver overført effekt til systemet, fordi der bliver færre punkter i de grafer der bliver sat op i et senere kapitel. Ved at dataene bliver delt vil det samtidigt medfører at det bliver belyst hvad der sker med virkningsgraden af systemet, når man sænker fremløbstemperaturen på centralvarme systemet. Efter nærmere gennemgang af de målte data er det konstateret, at der bør være flere målinger for at kunne drage en sikker konklusion. Fremadrettet i rapporten vil der blive regnet med de data der er til rådighed. Side 26 af 58

28 6. Energi genindvinding I dette afsnit vil det blive undersøgt, om der kan overføres effekt fra HT-kølevand til centralvarmesystemet. Derudover vil det blive undersøgt hvilke driftsforhold der kan give den største effekt overførsel, og det vil blive forsøgt belyst hvor meget hovedmotorerne skal belastes for at afsætte effekt i centralvarmeveksleren. Samtidig vil der blive lavet udregninger for hvor stor en effekt, der kan overføres både ved drift med kedel 1 og kedel 2, for at belyse hvor meget fremløbstemperaturen på centralvarmevandet betyder for virkningsgraden af systemet. Der forligger beregninger på begge kedler, da fremløbstemperaturen på centralvarmevandet varierer i forhold til hvilken kedel der er i drift. Alle effekt beregninger vil blive taget på centralvarme siden af varmeveksleren. Dette er gjort fordi det så er muligt at bestemme flowet i systemet via pumpekurver og systemtrykket. Der er valgt centralvarme systemet ud fra gentagende observationer der viser at trykket er mere konstant der end på kølevandssiden. På kølevandssiden er det en tvangstrukket pumpe og dermed varierer flowet efter belastningen af motoren. Dette har gjort at det ikke har været muligt at bestemme flowet af kølevand. Derudover er det valgt at foretage beregningerne på centralvarme siden af varmeveksleren for ikke at skulle anvende virkningsgraden på varmeveksleren for at regne fra HT-kølevandssiden til centralvarmesystemet. Den virkningsgrad det var muligt at finde for varmeveksleren, ville have været taget under optimale driftsforhold for varmeveksleren. Dette vil gøre, at hvis virkningsgraden havde indgået i beregningerne ville dette have givet en usikkerhed, da det ikke vides hvad den fatiske virkningsgrad ville være. For samtlige udregninger og grafer gennem dette afsnit gælder det at, hvor der er taget flere målinger ved samme driftsforhold vil der blive beregnet et gennemsnit af temperaturene. Dette medfører at beregningerne vil være mere valide fordi der på denne måde er taget højde for data udsving. Side 27 af 58

29 C C 9. semester Bachelor projekt Det antages at centralvarmevandet er 100% vand og ikke opblandet med Liquidewt 1. Hvilket skyldes at det ikke har været muligt at finde den specifikke varmefylde for Liquidewt. Denne antagelse kan tages da der kun er tilsat 10% Liquidewt til centralvarmevandet aksel Når skibet sejler for en hovedmotor er der ikke en særlig stor manøvreevne. Dette skyldes at den sejlede hastighed falder i forhold til når der bliver sejlet for 2 eller 3 hovedmotorer. Motorbelastningen er holdt på frem 55%, som er det maksimale for denne driftssituation, for at give så stor en manøvreevne som muligt. Dette medfører at de målinger der er taget for 1+aksel alle er taget ved frem 55%. Derfor er der i dette tilfælde lavet målinger som kan sammenlignes. Dette medfører at der kan laves et gennemsnit af temperatur forskellen hen over varmeveksleren, som der så vil blive regnet med i de videre udregninger. 1+Aksel 1+Aksel ,5 1 1,5 2 2,5 Aksetitel Aksetitel Figur 8- Temperatur oliekedel 2 Figur 7- Temperatur oliekedel 1 På Figur 8 og Figur 7 er vist de målinger der er taget ved 1 aksel og det er disse temperaturer der er taget gennemsnit af. Den blå kurve på graferne viser HTkølevandstemperatur ind i varmeveksleren. Den røde kurve viser returvandstemperaturen på centralvarmesystemet. På Figur 8 og Figur 7 er der sat kurver op for hvornår der bliver tilført effekt til centralvarmesystemet. Ud fra kurverne ses det, at ved denne belastning af hovedmotoren 1 Liquidewt er et vandbehandlings produkt, som bliver brugt til at frostsikre og tæresikre med. Side 28 af 58

30 bliver der altid overført effekt til centralvarmesystemet, både ved den høje og den lave fremløbstemperatur på centralvarmesystemet. Følgende effekt formel vil blive brugt til at finde ud af hvor stor en effekt der kan overføres til centralvarmesystemet: Q Tilført = m k c p t For at kunne anvende denne formel skal der findes frem til hvor stor et flow der er af enten kølevand eller centralvarmevand. Da den pumpe der bliver brugt til at cirkulere kølevandet med er trukket af hovedmotoren selv, har det ikke været muligt at komme frem til hvor meget kølevandet der bliver cirkuleret. Derimod har det været muligt, at finde frem til en pumpekurve for centralvarme pumperne i skibets dokumentation. Ud fra denne pumpekurve har det været muligt at fastlægge hvor mange m 3 centralvarmevand der bliver cirkuleret i timen. Driftstrykket er aflæst til 3bar og med det, er det muligt at finde et driftspunkt på pumpekurven. Pumpekurven er lagt ind som bilag 3 og bilag 4. Driftspunktet er indtegnet med rødt på bilag 3. Følger man driftspunktet lodret ned, kommer man frem til at pumpen flytter 28m 3 /h. For at kunne bruge dette flow videre i udregningerne skal det regnes om til et masseflow. Dette gøres ved at anvende massefylden for vand, da det ikke har været muligt at finde en massefylde for Liquidewt 2. Massefylden for vand er taget fra (Aage, et al., 2. Udgave 1. Oplag 2007) hvor massefylden for 80 varmt vand er 971,8 kg/m 3. Der er gået ud fra de 80 da det er de dårligste forhold for at overføre effekt der kan forekomme. Den specifikke varme kapacitet fundet til 4,196 kj kg (Aage, et al., 2. Udgave 1. Oplag 2007) som ligeledes er taget ved 80. t er taget fra bilag 1 og bilag 2 hvor man kan se en oversigt over de målinger der er taget. Til disse beregninger er der som sagt lavet et gennemsnit af temperatur forskellen hen over varmeveksleren. 2 Liquidewt er et vandbehandlings produkt, som bliver brugt til at frostsikre med og tæresikre. Side 29 af 58

31 På Figur 9 ses en skitse af en varmeveksler. De to temperaturer er taget på varmevekslerens sekundærside, hvilket i dette tilfælde er centralvarme siden. Ud fra de samlede informationer er det nu muligt at regne ud, hvor stor en effekt der bliver overført. Figur 9- Varmeveksler (EgetArkiv, 2015) m k = Massen af vand i m3 massefylden 3600 = , = 7,56 kg/s Q Tilførtkedel 2 = m k c p t = 7,56 4,196 (77,1 71,3) = 183,99 kw Q Tilførtkedel 1 = m k c p t = 7,56 4,196 (78,8 76,7) = 67,57 kw Ifølge disse udregninger bliver der altså tilført enten 183,99 kw/h eller 67,57 kw/h til centralvarme systemet, alt efter hvilken af de 2 olie kedler der er i drift. Dette er dog forudsat at der ikke blive ændret på gashåndtaget Aksel Modsat ved 1+akse så varierer belastningen meget mere ved drift med 2+aksel. Så for at kunne belyse under hvilke driftsforhold der kan overføres effekt fra kølevandet til centralvarmesystemet, er der sat følgende 2 graffer op. X-aksen viser hvor meget hovedmotorerne er belast og y-aksen viser temperaturene. Som ved de tidligere grafer er den blå kurve HT-kølevandstemperaturen og den røde returvandstemperaturen. Side 30 af 58

32 C C 9. semester Bachelor projekt Der er i de følgende udregninger brugt samme tal for varmefylden (Aage, et al., 2. Udgave 1. Oplag 2007) og den specifikke varmekapacitet. Derudover er driftstrykket på centralvarmesystemet det samme som i de forgående udregninger. Dette medfører at flowet i centralvarmesystemet kan regnes for det samme. 2+Aksel 2+Aksel Aksetitel Aksetitel Figur 11- Temperatur oliekedel 1 Figur 10- Temperatur oliekedel 2 Figur 10 og Figur 11 er 2 grafer som viser hvad der sker med temperaturene efterhånden som hovedmotorerne ændrer belastningen. Figur 10 og Figur 11 kommer dermed til at vise en oversigt over hvornår der bliver taget effekt fra centralvarme systemet og hvornår der tilføres effekt. Det kan ses på Figur 11 at indtil man rammer frem 55% er centralvarmesystemets returvandstemperatur til varmeveksleren større end det kølevand der kommer ud af hovedmotoren. Dette betyder at, for at der er noget effekt at hente fra kølevandet skal motorbelastningen minimum stå på frem 55%. Hvorimod man på Figur 10 kan se at der allerede bliver overført effekt fra frem 45%. Dette vil sige at det er hensigtsmæssigt at sænke fremløbstemperaturen i forhold til at overføre effekt til centralvarmesystemet. Da det ikke har været muligt at lave et gennemsnit af de forskellige temperaturer over et døgn, vil der i stedet blive beregnet en minimums tilførsel og en maksimums tilførsel af effekt ud fra de givne målinger. Side 31 af 58

33 For at kunne vise hvor stor en forskel det gør om man sænker fremløbstemperaturen, vil den første beregningen der bliver udført, være beregnet ved frem 55%. Dette gøres da det er ved dette punkt der begynder at blive overført effekt til centralvarmesystemet i kedel 1 s tilfælde. Det antages at 2 hovedmotorer hver især leverer den samme effekt til centralvarmesystemet. Denne antagelse kan fortages da de 2 motorer altid er belast ens. Hvilket skyldes at de begge er koblet op på gearet og at Lyngsø systemet går ind og regulere det sidste, så de tager lige meget af belastningen. Derudover er motorerne koblet på centralvarmesystemet på samme måde og med de samme rørstrækninger. Dette medfører at de effekter der bliver regnet i det følgende afsnit skal ganges med 2, da der i dette tilfælde er 2 hovedmotorer koblet ind på systemet. Q Tilførtmin,kedel 2 = m k c p t 2 = 7,56 4,196 (75,2 73,1) 2 = 133,24 kw Q Tilførtmin,kedel 1 = m k c p t 2 = 7,56 4,196 (76,4 76) 2 = 25,4 kw For at kunne at kunne klarlægge hvor meget effekt der kan blive tilført, bliver de samme beregninger lavet igen, bare med en højere belastningsgrad. Da der ikke foreligger nogle data for en højere belastningsgrad når det er kedel 2 der er i drift, vil der i dette tilfælde kun blive lavet en beregning når kedel 1 er i drift. Q Tilførtmax,kedel 1 = m k c p t 2 = 7,56 4,196 (78,8 77,8) 2 = 30,8 kw Dette viser at når det er kedel 1 der er i drift, vil der kunne overføres en effekt på mellem 25,4kW 30,8kW forudsat at motorbelastningen ikke kommer under frem 55%. Hvorimod når det er kedel 2 der er i drift kan der overføres 133,24 kw ved frem 55%. Som tidligere beskrevet, kan man på Figur 11 og Figur 10 se at der ikke altid er muligt at overfører effekt til centralvarmesystemet. Det vil sige at når hovedmotorerne er belastet Side 32 af 58

34 mindre end et givent punkt, vil der blive overført effekt til kølevandet i stedet for omvendt. Dette betyder at der bliver brugt effekt fra centralvarmesystemet til at varme HTkølevandet op og derefter bliver den effekt afsat i HT-kølevands køleren. For at klarlægge hvor stor denne effekt er, vil der blive lavet beregninger på de driftssituationer hvor der bliver tilført effekt til kølevandet. Q Tilførtmax,kedel 1 = m k c p t 2 = 7,56 4,196 (73,8 76,4) 2 = 165 kw Q Tilførtmax,kedel 2 = m k c p t 2 = 7,56 4,196 (70 71,3) 2 = 82,5 kw Som det ses ud fra disse udregninger, bliver der afsat en negativ effekt, hvilket betyder at effekten bliver overført i den modsatte regneretning af, hvad der er valgt i dette projekt. Samtidigt ses det ud fra disse 2 beregninger at det ville være hensigtsmæssigt at indsætte automatik, så der automatisk sker en omskiftning af ventilerne når temperaturforskellen mellem HT-kølevand og returvandstemperaturen bliver for lav. Side 33 af 58

35 C 9. semester Bachelor projekt og variabel Variable omdrejningstal er den driftsform der giver den største manøvre frihed. Men samtidigt er det også den driftsform der har størst omkostninger. Det skyldes dels at hovedmotorerne for lov at arbejde noget mere og dels at der skal kører 1 til 2 hjælpemotorer. Da hovedmotorerne formentlig leverer en større effekt, så afsættes der også en større effekt i HT-kølevandet, hvilket er interessant i forbindelse med varmegenvinding. Følgende udregninger vil blive udført med en varmefylde på 971,8 kg/m 3 (Aage, et al., 2. Udgave 1. Oplag 2007) og en specifik varme kapacitet på 4,196 kj kg (Aage, et al., 2. Udgave 1. Oplag 2007). Da der ikke er data fra andre belastningsgrader end frem 75%, regnes der med et gennemsnit af de målinger der er foretaget. Med gennemsnitlig HT-kølevands temperatur på 81,3 og en returvandstemperatur på 78,3 vil der i denne driftsituation altid kunne overføres en effekt når kedel 1 er i drift. De øvrige målinger ved 2 varible er taget når kedel 2 er i drift. 2 og variabel ,9 7 7,1 7,2 7,3 7,4 7,5 7,6 Aksetitel Figur 12- Temperatur oliekedel 2 I denne driftsituation er tempertaturforskellen steget til 6 fordi fremløbstemperaturen på kedel 2 er lavere. Figur 12 viser hvordan effekt overførselen stiger med belastningsgraden. Side 34 af 58

36 Ud fra de temperaturer der er opgivet i bilag 2, vil det blive beregnet hvor stor en effekt der kan overføres ved denne driftssituation. Da der kun foreligger data ved varierende belastning af hovedmotorerne på kedel 2, har det kun været muligt at beregne minimums effekten, når det er kedel 2 der er i drift. Q Tilført.min kedel 2 = m k c p t 2 = 7,56 4,196 (79,1 74,6) 2 = 285,5 kw De nedenstående 2 udregninger viser, hvor meget der maximalt kan overføres til centralvarmesystemet, alt efter hvilken kedel der er i drift. Q Tilførtmax.kedel 1 = m k c p t 2 = 7,56 4,196 (80,2 78,3) 2 = 120,5 kw Q Tilførtmax.kedel 2 = m k c p t 2 = 7,56 4,196 (80,3 74,3) 2 = 380,7 kw Side 35 af 58

37 6.4. Økonomi Dette afsnit har til formål at belyse hvor mange penge, der kan spares ved at anvende forvarmevekslerne til at overføre effekt til centralvarmesystemet. Beregningerne vil blive udført ved de bedste forhold og for de dårligste forhold. Ud fra beregningerne i det forgående afsnit kan det ses, at den dårligste effekt overførsel sker ved 2+aksel og frem 55%, samtidig med at det er kedel 1 der er i drift. Derfor vil den laveste effekt der bliver gået videre med være 25,4kW. Den størst overførte effekt er blevet beregnet til 380,7kW ved 2 og variable og frem 75%, med kedel 2 i drift. Disse 2 effekter vil danne grundlag for en minimums besparelse og en maksimum besparelse på brændolie forbruget til opvarmning. For at kunne beregne den besparede mængde brændolie, bliver følgende formel brugt til at finde ud af hvor meget brændolie der går til at lave den effekt som kommer ind i centralvarmesystemet via varmevekslerne. mb [ kg kj ] hi [ h kg ] Q ind = 3600[s] For at kunne bruge denne formel skal massen af brændolie isoleres så formlen kommer til at se sådan ud: mb = 3600[s] [ kg h ] Q Tilført [ kj s ] kg hi [ kj = [ kg ] h ] virkningsgraden3 3 Dette er virkningsgraden for oliekedlerne. Side 36 af 58

38 Ved at indsætte de 2 effekter og hi 4 (DCC Energi A/S, u.d.) samt virkningsgraden (Erik, 2015) kommer man frem til hvor meget brændolie der skal til at lave den samme effekt. mb minimum = ,4 42, = 2,3 kg/h 0,93 mb maksimum = ,7 42, = 34,5 kg/h 0,93 Dette indsættes i nedenstående formel sammen med massefylden fra (DCC Energi A/S, u.d.): mb [ kg h ] h m = vægtfylden [ kg 24 [ m 3] døgn ] = [ m3 døgn ] m minimum = 2, = 65, m 3 /døgn m maksimum = 34, = 986, m 3 /døgn Ud fra disse udregninger kan det ses at der kan spares mellem 65,7 og 986,1 liter brændolie i døgnet. 4 hi = den nedre brændværdi Side 37 af 58

39 For at kunne påvise hvor stor besparelsen er i kroner og øre vil dette blive udregnet ved hjælp af prislisten fra (DCC Energi, 2015). Dette medfører at man kan finde ud af hvor stor en besparelse dette tiltag medfører: Min. besparelse = m minimum brændolie pris = 67, ,00 = 569 kr/døgn Max besparelse = m maksimum brændolie pris = 986, ,00 = 8291 kr/døgn Disse beregninger viser at der kan spares mellem 596 og 8291 kr. i døgnet på brændolie til opvarmning af skibet. Det følgende vil vise hvor stor en merudgift systemet kan forsage, hvis hovedmotorerne ikke minimum er belastet med hvad der svare til frem 55%. Da der ikke foreligger målinger ved andre konfigurationer end 2+aksel hvor virkningen er negativ, har det kun været muligt at undersøge det ved denne konfiguration: mb minimum = ,5 42, ,93 = 7,5 kg h mb maksimum = , = 15 kg/h 0,93 m minimum = 7, = 214, m 3 /døgn m maksimum = = 428, m 3 /døgn Ud fra udregningerne kan det ses, at det vil koste mellem 214 og 429 liter brændolie i døgnet hvis hovedmotorerne ikke er belastet nok. Side 38 af 58

40 De næste beregninger vil vise hvor meget det vil koste hvis systemet ved en fejl er i drift når belastningen af hovedmotorerne ikke er stor nok: Min. pris forøgelse = 214, ,00 = 1802 kr/døgn Max. pris forøgelse = 428, ,00 = 3604 kr/døgn 6.5. Delkonklusion For at overskueliggøre de beregninger der er lavet i forgående afsnit, vil der i dette afsnit blive lavet en opsamling som fortæller hvad udregningerne viser. Driftssituation Kedel nr. Overført effekt maksimum Overført effekt minimum 1+aksel Kedel kw - Kedel 1 68 kw - 2+aksel Kedel kw Kedel 1 31 kw 25 kw 2 variable Kedel kw 286 kw Kedel kw - Af dette ses det at der maksimalt kan overføres 381 kw og minimum 25 kw i de driftssituationer hvor systemet giver overskud. Samtidig bliver det synligt, at det er ved variabel drift der overføres den største effekt til centralvarmesystemet. Endvidere kan man se at der er en stor effekt selv ved en minimal nedsættelse af kedel temperaturen. I de driftssituationer hvor motorbelastningen er under frem 55% skal systemet kobles fra, da der ellers vil forekomme meget store tab. Side 39 af 58

41 7. Andre forbedringer Da man ud fra beregningerne i foregående kapitel kan se at systemet godt kan optimeres, vil der i dette kapitel blive givet nogle yderlige forslag til hvordan varmegenvindingen kan etableres. Ændrings ideerne er fundet i sammenråd med (Eriksen, 2015) og (Nielsen, 2015). De fremkommende forslag er forholdsvis simple, og kan implementeres uden meget store omkostninger Sænkning af fremløbstemperatur Denne løsning går ud på at sænke fremløbstemperaturen på centralvarmesystemet. For at kunne gøre dette er der nogle ting der skal undersøges. Temperaturen i varmvandsbeholderen skal undersøges nærmere da denne skal holdes over 60 ifølge (Aarhusvand, u.d.) Dette skal gøres for at undgå Legionella bakterier som trives bedst ved temperaturer mellem 20 og 50 og dermed er varmvandssystemet meget udsat. Der sidder en reguleringsventil til at styre temperaturen i varmvandsbeholderen, så den er over de 60. Det er konstateret ved undersøgelse af varmvandssystemet, at temperaturen på det varme vand i varmvandsbeholderen ikke kommer over 55, hverken ved den høje eller den lave fremløbstemperatur. Det har umiddelbart ikke været muligt at lokalisere fejlen der gør at vandtemperaturen ikke kommer over 55, men det kunne se ud som om at reguleringsventilen ikke fungere som den skal. Denne konklusion fremkommer, da temperaturen i varmvandsbeholderen falder med nøjagtig den samme temperatur som centralvarmesystemet sænkes med. Hvilket har været muligt at observere da fremløbstemperaturen blev sænket hver anden uge, grundet fejlindstilling af oliekedlerne. Dette kunne tyde på at reguleringsventilen sidder fast, eller ikke får den rigtige temperatur feedback. Derudover kan der være noget med virkningsgraden på varmvandsbeholderen. Denne kan være nedsat hvis der over tid er blevet opbygget en belægning på varmespiralen. Denne belægning kan være kalk, da man også tager ferskvand ombord i de havne man anløber i Side 40 af 58

42 modsætning til som normalt hvor man anvender omvendt osmose anlægget som afsalter havvandet. Men da det ikke er nærmere undersøgt er det kun de teoretiske bud, på hvad der kan gøre at temperaturen i varmvandsbeholderen er for lav. I forbindelse med undersøgelsen af om det kan lade sig gøre at sænke fremløbstemperaturen, er der foretaget temperatur målinger af fremløbstemperaturen på de fjerneste punkter i centralvarmesystemet. Dette er gjort for at klarlægge hvor stor et temperatur fald der sker på fremløbsrørene. De fjerneste punkter på centralvarmesystemet blev bestemt i sammenråd med (Nielsen, 2015). De fjerneste punkter er som følgende: Varme på broen Varme på agterste fortøjningsdæk Varme på forreste fortøjningsdæk Det har ikke været muligt at finde ud af hvor stort et varmebehov der er på de forskellige lokationer. På broen står radiatoren altid på 6 og temperaturen reguleres udelukkende ved at åbne en luge ud til. Varmen på dækkene bliver kun anvendt ved is sejllads og de var dermed ikke i drift da disse undersøgelser blev foretaget. Ud fra de kontrol målinger der foreligger kan man se, at temperatur differencen ikke bliver større end 2 og dette var kun tilfældet ved radiatorerne oppe på broen. Den større temperatur difference skyldes mindre rørdimensioner som bevirker et lavere flow af vand og et mindre flow giver et større varme tab. Ved forbrugerne på fortøjningsdækkene er temperatur differencen nede på 0,5. Ud fra disse undersøgelser kan det ikke vurderes om man kan sænke fremløbstemperaturen i forhold til varmvandsbeholder-temperaturen. Men dette skyldes udelukkende at det ikke har været muligt undersøge hvorfor varmvandsbeholderen ikke bliver varm nok. Side 41 af 58

43 På broen kan det konkluderes at der ikke manglede varme i og med at der altid stod minimum en luge åben. Derudover blev der ikke observeret en mangel på varme i de uger hvor fremløbstemperaturen på centralvarmesystemet var sænket, grundet fejlindstillingen af oliekedel 2. Grundet det lave varme behov i den periode hvor undersøgelserne er foretaget i, har det ikke været muligt at teste hvad en sænket fremløbstemperatur reelt betyder for kalorifererne på fortøjningsdækkene. Disse usikkerheder gør at det ikke kan siges med sikkerhed hvad det ville betyde for skibet at sænke fremløbstemperaturen under is sejllads. Under normal sejllads har det ikke været et problem at fremløbstemperaturen har været sænket hver anden uge. Side 42 af 58

44 7.2. Automatik For at kunne undgå at der bliver tilført effekt til kølevandet under drift, vil det følgende beskrive hvordan denne problemstilling kan undgås. For at undgå at der bliver afsat effekt i kølevandet under drift skal man på nuværende tidspunkt manuelt ned i maskinen og lukke ventil D072 og D077 hver gang kølevandstemperaturen bliver lavere end returvandstemperaturen på centralvarmesystemet. Denne fremgangsmåde kræver en del tid, hvilket betyder at det sandsynligvis aldrig vil blive anvendt. Derfor er der blevet udarbejdet en løsning hvor denne proces bliver automatiseret, så der ikke skal sendes en mand ned for at betjene ventilerne manuelt. Figur 13- Kølevandssystem Figur 13 viser højtemperatur kølevandssystemet til G2. De blå nummererede cirkler der er indsat på figuren, viser de punkter hvor der skal indsættes nye komponenter. For at kunne styre om kølevandet bliver sendt hen til varmeveksleren eller direkte i HTkøleren, skal D076 og D072 skiftes ud med en 3 vejs ventil. Denne 3 vejs ventil bliver sat ind i systemet, hvor punkt 1 er sat ind i Figur vejs ventilen skal være forsynet med en elektrisk aktuator så den kan styres automatisk. Punkt 2 på Figur 13 er der indsat en kontraventil som skal søge for at kølevandet ikke kommer til at cirkulere uden om HT-køleren. Punkt 3 og 4 er temperatur følere. Disse følere har til formål at måle temperaturen på HT-kølevandet og returvandstemperaturen på Side 43 af 58

45 centralvarmesystemet. Dette skal give et setpunktet til automatikken og dermed sørge for, at kølevandet ikke bliver kørt ned i varmeveksleren hvis temperaturen på kølevandet er under fremløbstemperaturen på centralvarmesystemet. Selve 3 vejs ventilen kan være styret med en PLC eller andet udstyr der kan få input fra 2 temperaturfølere og sammenligne dem og derefter fortage en handling. Når disse enheder er monteret i systemet, skulle det gerne sikre at der på intet tidspunkt bliver tilført effekt fra centralvarmesystemet til kølevandssystemet under drift. Side 44 af 58

46 8. Konklusion Ud fra de forgående kapitler vil der blive opsamlet og svaret på følgende spørgsmål fra problemformuleringen: Hvordan er det muligt at genanvende overskudsvarme fra hovedmotorerne? Hvor stor besparelse kan der opnås ved at genanvende overskudsvarmen? Hvordan kan systemet optimeres yderligt for at få en større besparelse? Gennem arbejdet med dette projekt, kan det konstateres at der via forvarmevekslerne er mulighed for at overføre en effekt til centralvarmesystemet. Dette kan gøres uden ændringer på systemet, der skal dog åbnes 2 manuelle ventiler og en enkelt manuel ventil skal lukkes. Det kan dog ses gennem undersøgelse af systemet, at man ved forkert anvendelse vil det kunne medføre store effekt tab til kølevandet når hovedmotorerne ikke er belastet tilstrækkeligt. Derudover er det undersøgt hvor stor en besparelse systemet kan medføre, som følge af et lavere brændolie forbrug til oliekedlerne. Der er beregnet at der kan spares mellem 569 kr/døgn og 8291 kr/døgn. Denne besparelse er dog varierende i forhold til hvor meget hovedmotorerne er belastet. Derudover kan det ses ud fra graferne, at der er forskellige motor konstellationer som giver en større effekt overførsel end andre. Den største effekt overførsel opnås ved 1+aksel og 2 variable, hvilket skyldes at motorerne er belastet hårdest ved disse konstellationer. Derudover er det konstateret at systemet ikke altid kan tilføre effekt, men derimod også kan tage effekt fra centralvarmesystemet. Det ses ved 2+aksel at når der bliver sejlet for en lavere belastning end frem 55% bliver der taget effekt fra centralvarmesystemet til opvarmning af kølevandet. Dette gør det relevant at automatisere systemet, for ikke at tabe den besparede effekt når motorerne ikke er belastet nok. Denne metode er i overensstemmelse med skibets krav om at de løsninger der skal undersøges ikke må være for bekostelige. Der er ikke indhentet tilbud på et reguleringssystem til kølevandet, men det vurderes ud fra omfanget af ændringerne at det Side 45 af 58

47 ikke vil være en lige så dyr løsning som at implementerer en udstødningskedel til systemet. Derudover er det undersøgt om det kan lade sig gøre at sænke fremløbs temperaturen på centralvarmesystemet. Ud fra denne undersøgelse kan det konkluderes, at man godt kan sænke fremløbstemperaturen og dermed gøre forskellen mellem centralvarme og kølevandstemperaturen større. Dette gør at der kan overføreres større effekt og samtidigt behøves motorerne ikke belastes så meget før der sker en effekt overførsel til centralvarmesystemet. Side 46 af 58

48 9. Perspektivering Gennem arbejdet med dette projekt er det blevet undersøgt hvor stor en effekt der kan udnyttes fra kølevandet. Dette kan fremad rettet benyttes på alle 4 skibe i THETIS klassen. Da det ikke har været muligt at få målinger nok, vil man med fordel kunne udarbejde en rapport som mere præcist går ind og belyser hvor store besparelser systemet kan medføre. Derudover vil man med fordel kunne tage flow målinger af gennemstrømningen i centralvarmesystemet, hvilket medfører at man får nogle mere præcise tal for besparelser ud af samme beregninger som er foretaget tidligere i dette projekt. Samtidigt ville man med fordel kunne undersøge om der er andre af Søværnets skibsklasser som har monteret samme forvarmningssystem af hovedmotorerne. I så fald ville dette kunne danne grundlag for samme undersøgelse, som der er fortaget i dette projekt og dermed afklare om der er andre skibsklasser, hvor man kan spare den samme mængde energi. Da det ikke har været muligt at undersøge fremløbstemperaturen i detaljer i dette projekt, vil man med fordel kunne udforme en mere dybdegående undersøgelse af, hvad der vil ske med temperaturen i varmvandsbeholderen når fremløbstemperaturen sænkes. Dette ville kræve at man fik lokaliseret den fejl der medfører at temperaturen i varmvandsbeholderen aldrig overstiger 55. Derudover ville det også være interessant at klarlægge om der kan sættes noget automatik på hele varmestyringen oppe på broen. Da man på denne måde vil kunne sænke det daglige energi forbrug. Det vil samtidigt skulle undersøges hvor stor et energi behov der er på broen. Dette skulle gøres for at vurdere om det kan betale sig at gå i gang med en større optimering af varmestyringen til broen. Denne problemstilling kunne have relevans da reguleringsmetoden på nu værende tidspunkt fungerer ved at der åbnes en eller to luger ud til det fri, for at regulere temperaturen ned. Dette betyder i sidste ende at der bliver lukket en masse energi ud i det fri. Side 47 af 58

49 10. Efterskrift I forbindelse med udarbejdelsen af dette projekt, er der nogle punkter hvor forfatteren har udviklet sine evner. De 10 uger ombord har givet et virkeligt godt indblik i hvad det vil sige at arbejde ombord på et skib. Specielt personalet i maskinen har sørget for at jeg har været en del af det daglige arbejde og fået et særdels godt indblik i, hvad det vil sige at være maskinmester på et af Forsvarets skibe. Gennem arbejdet med dette projekt er det konstateret, at hvis man skal have mulighed for tage nogle præcise målinger ombord på et skib, er man nødt til at vide hvad projektet skal omhandle inden man påmønstre skibet. Dette er en nødvendighed, da det ellers ikke er muligt at få fat i det rigtige udstyr til at foretage målinger med. Derudover er det vigtigt at have kendskab til driften af skibet, for at kunne tilrettelægge sine målinger på den mest hensigtsmæssige måde. Samtidigt er det vigtigt at man får planlagt sine målinger så man for så mange forskellige driftssituationer med som muligt. Derudover er det konstateret hvor vigtigt vedligehold er for at opretholde en sikker og effektiv drift. Som det kan ses ud fra dette projekt har der været flere fejl og mangler på især centralvarmesystemet. Side 48 af 58

50 11. Litteraturliste Referencer DCC Energi A/S, u.d. Nedre brændværdi og vægtfylde. [Online] Available at: d/marine_gasoil_005_msds.pdf [Senest hentet eller vist den 11 maj 2015]. DCC Energi, Pris liste marine gasoli. [Online] Available at: [Senest hentet eller vist den 13 Maj 2015]. EgetArkiv, Eget Arkiv. THETIS, Nord atlanten: s.n. Elma instrumens, u.d. Indfrarød temperaturmåler. [Online] Available at: fugt/infrar%c3%b8dt-termometer,- h%c3%a5ndholdt/p/ ?shop.product.id= &tabchoice=desc ription [Senest hentet eller vist den 2 Maj 2015]. Erik, K., Teknisk supporter [Interview] (13 Maj 2015). Eriksen, S. O., Vedligeholdsofficer [Interview] (3 April 2015). Nielsen, J. B., Drifts officer [Interview] (14 April 2015). Søværnet, Dokumentation. s.l.:s.n. Thuren, T., Videnskabsteori for begyndere. 2 red. s.l.:s.n. Aage Birkkjær, S. G. A. B. E., 2 udgave, 1. Oplag Nedre brændværdi. I: T. Rump, red. Termodynamik. s.l.:nyt Teknisk Forlag, pp. 182, Tabel 8.2. Aage, B. L., Gundtoft, S. & Aage, B. E., 2. Udgave 1. Oplag Specifik varme kapacitet. I: T. Rump, red. Termodynamik. s.l.:nyt Teknisk Forlag, pp. 244, Tabel Aage, B. L., Søren, G. & Aage, B. E., 2. Udgave 1. Oplag Massefylden for vand. I: T. Rump, red. Termodynamik. s.l.:nyt Teknisk Forlag, pp. 244, Tabel Aarhusvand, u.d. [Online] Available at: [Senest hentet eller vist den 21 Maj 2015]. Side 49 af 58

51 11.2. Interviewede fagpersoner Eriksen, S. O., Vedligeholdsofficer [Interview] (3 April 2015). Jesper, N. B., Drifts officer [Interview] (14 April 2015). Anglia-Harvard Navn Firma Stilling Uddannelse Baggrund Erfaring Eriksen, S. O., Vedligeholdsofficer [Interview] (3 April 2015). Steven Olander Eriksen Forsvaret Vedligeholdsofficer (1.mester) Marine ingeniør Marine ingeniør i forsvaret Sejlet med THETIS-klassen i 6 år. Både som driftsofficer og vedligeholdsofficer Anglia-Harvard Navn Firma Stilling Uddannelse Baggrund Erfaring Jesper, N. B., Drifts officer [Interview] (14 April 2015). Jesper Birkelund Nielsen Forsvaret Driftsofficer (2.mester) Marine ingeniør Marine ingeniør forsvaret Færdig uddannet som marine ingeniør i Har sejlet med THETIS-klassen i 5 år. Side 50 af 58

52 12. Bilag Bilag 1 - målinger ved høj fremløbstemperatur G1 og G2, 2 og variabel 75% 75% 75% Fremløb motor 82,6 80,8 80,6 Retur motor 81, ,7 Fremløb central. 76,9 79,2 78,8 Retur central. 80,1 80,3 80,1 Delta t 3,2 1,1 1,3 G2 og G1, 2+aksel 40% 55% 55% 84% 87% 87% 87% Fremløb motor 71,5 76, ,2 78, Retur motor 74, ,4 76,5 75,3 77,9 80,2 Fremløb central. 76,4 75,8 76, ,5 77,5 79,5 Retur central. 73,8 76,3 76,5 78,6 78, Delta t -2,6 0,5 0,3 1,6 1,9 0,5 0,5 G2, 1 + Aksel Frem 55% Frem 55% Frem 55% Gennemsnit Fremløb motor Retur motor 76,5 75,3 77,1 Fremløb central. 75,6 75,8 78,6 76, Retur central. 78,5 78,4 79,6 78, Delta t 2,9 2,6 1 G2 og G1, 2+aksel 40% 55% 84% 87% Gennemsnit Fremløb motor 71,5 76,75 79,2 79, Retur motor 74,5 74,7 76,5 77,8 Fremløb central. 76, , Retur central. 73,8 76,4 78,6 78,8 Delta t -2,6 0,4 1,6 0, Side 51 af 58

53 C C C 9. semester Bachelor projekt og variabel ,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 Aksetitel 2+Aksel % 20% 40% 60% 80% 100% Aksetitel 1+Aksel ,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 Aksetitel Bilag 2 - målinger lav fremløbstemperatur G2 og G1, 2 og variabel 70% 70% 75% 75% Fremløb motor 80 80,2 81,4 81,6 Retur motor 77,6 77,8 77,4 76,5 Fremløb central. 74,6 74,5 74,7 73,8 Retur central. 78,9 79, ,5 Delta t 4,3 4,8 5,3 6,7 Side 52 af 58

54 G2 og G1, 2 + Aksel 36% 55% 55% 55% Fremløb motor 68,5 77,2 77,3 76 Retur motor 71, ,5 Fremløb central. 71, ,4 Retur central ,3 74,8 75,5 Delta t -1,3 1,3 3,8 1,1 G2, 1 + Aksel 55% 55% Gennemsnit Fremløb motor 78,4 78,5 Retur motor 72,5 73 Fremløb central. 71,1 71,5 71,3 Retur central ,2 77,1 Delta t 5,9 5,7 G2 og G1, 2 + Aksel 36% 55% Gennemsnit Fremløb motor 68,5 76,8 Retur motor 71,3 73,8 Fremløb central. 71,3 73,1 Retur central ,2 Delta t -1,3 2,1 G2 og G1, 2 og variabel 70% 75% Fremløb motor 80,1 81,5 Retur motor 77,7 76,95 Fremløb central. 74,55 74,25 Retur central. 79,1 80,25 Delta t 4,55 6 Side 53 af 58

55 C C C 9. semester Bachelor projekt 2 og variabel % 70% 71% 72% 73% 74% 75% 76% Aksetitel 2+Aksel % 10% 20% 30% 40% 50% 60% Aksetitel 1+Aksel ,5 1 1,5 2 2,5 Aksetitel Side 54 af 58

56 Bilag 3 - pumpekurve med indtegnet driftspunkt Side 55 af 58

57 Bilag 4 - pumpekurve Side 56 af 58

58 Bilag 5 - pumpedata Side 57 af 58

59 Bilag 6 - Danstoker oliekedel Side 58 af 58