Forschungsbericht 2014



Abwärmeausnutzung auf Handels- und Marineschiffen

Institut: M-4
Projektleitung: Günter Ackermann
Stellvertretende Projektleitung: Olaf Jacobsen
Mitarbeiter/innen: Olaf Jacobsen
Laufzeit: 19.01.2003 — 31.12.2016
Finanzierung:Technische Universität Hamburg-Harburg (TUHH)

Auf Kühl- und Kühlcontainerschiffen wird viel elektrische Energie zur Kälteerzeugung benötigt. Mit Anwendung des Absorptionsprozesses lässt sich diese Kälte auch aus der Abwärme gewinnen. Hierzu wurden von Dr.-Ing. Yuan erste Untersuchungen abgeschlossen. Weitere Schiffe mit hohem Kältebedarf zur Klimatisierung sind Kreuzfahrtschiffe und Fährschiffe, zu dieser Thematik wurden zwei Aufgabenstellungen bearbeitet, die Erste beschäftigt sich mit der Abwärmenutzung eines Handelsschiffes mit 5000 - 7000 kW Antriebsleistung und ca. 20 Personen Besatzung. Die Zweite behandelt die Klimatisierung eines Kreuzfahrtschiffes mit 20000 - 30000 kW Antriebsleistung und 2500 - 3500 Personen.

Es wurden in beiden Fällen Lithium-Bromid-Absorptionsanlagen gewählt, einstufige und zweistufige Anlagen überschlägig berechnet und mit Kompressionsmaschinen verglichen. Bei der Betrachtung der verschiedenen Schiffsbetriebsarten wird deutlich, dass der Hafenbetrieb problematisch ist, da der Hauptmotor als Abwärmelieferant ausfällt. Hier kann ein etwas größerer Hilfskessel oder eine geschickte Wahl der Kältemaschinen (Kombination Verdichter und Absorptionsanlgen) Abhilfe schaffen. Mit  Kältespeichern lassen sich u. U. kurze Zeiten überbrücken.

In den Berichtsjahren wurden zum obigen Komplex im Auftrag der Bundesmarine Arbeiten im Rahmen einer Studie durchgeführt. Diese Studie wurde gemeinsam mit dem "Dr.-Ing. Y. Wild Ingenieurbüro" erstellt und zeigte, dass bei Einbeziehung der Heizung und Warmwasserversorgung Lithium-Bromid-Absorptionsklimaanlagen auch für Schiffe der Bundesmarine interessant sein können. Inzwischen hat sich der Klimatisierungsbedarf durch das neuartige ARPA Radar deutlich erhöht. Der Einsatz im Rahmen von "Enduring Freedom" am Horn von Afrika hat außerdem gezeigt, dass die ursprünglich für den Nordatlantik, die Ost- und Nordsee geplanten Fregatten viel zu geringe Kälteleistungen zur Klimatisierung aufweisen. In Kiel wurde von der Marine ein Versuchsstand aufgebaut und praktische Versuche bezüglich der Schiffsbewegungen durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass konstruktiv angepasste Anlagen im normalen Schiffsbetrieb einsetzbar sind.

Es ist das übergeordnete Ziel dieses Projekts, zu untersuchen, ob derartige Anlagen auch für normale Frachtschiffe interessant sein können. Hierbei ist jedoch zu bedenken, dass die Investitionskosten für Absorptionsanlagen höher sind, sich aber durch geringere Energie- und Wartungskosten amortisieren. Inzwischen befindet sich ein innovatives Schiff im Bau, hier wird erstmals eine Absorptions- Klimaanlage auf einem Handelsschiff eingesetzt. Zur weiteren Informationsgewinnung wurden im Rahmen von Studienarbeiten Messungen an Abgaskesseln und Klimaanlagen  im Schiffsbetrieb durchgeführt.

Erste Untersuchungen zum Einsatz von Absorptionsanlagen auf Kreuzfahrtschiffen ergaben, dass 40 bis 60 % der Kälteleistung zur Klimatisierung in allen Betriebsfällen (See, Revier, Hafen) aus Abwärme erzeugt werden kann. Dazu wird  eine nachhaltige Abwärmenutzung erforderlich, d. h. alle Dieselgeneratoren werden mit Abgaskessel ausgestattet.  Eine Messung an den Klimaanlagen von zwei Fährschiffen diente der Untersuchung des notwendigen Kältebedarfs.

Auf Kühl- und Kühlcontainerschiffen wird viel elektrische Energie zur Kälteerzeugung benötigt. Mit Anwendung des Absorptionsprozesses lässt sich diese Kälte auch aus der Abwärme gewinnen. Hierzu wurden von Dr.-Ing. Yuan erste Untersuchungen abgeschlossen. Weitere Schiffe mit hohem Kältebedarf zur Klimatisierung sind Kreuzfahrtschiffe und Fährschiffe, zu dieser Thematik wurden zwei Aufgabenstellungen bearbeitet, die Erste beschäftigt sich mit der Abwärmenutzung eines Handelsschiffes mit 5000 - 7000 kW Antriebsleistung und ca. 20 Personen Besatzung. Die Zweite behandelt die Klimatisierung eines Kreuzfahrtschiffes mit 20000 - 30000 kW Antriebsleistung und 2500 - 3500 Personen.

Es wurden in beiden Fällen Lithium-Bromid-Absorptionsanlagen gewählt, einstufige und zweistufige Anlagen überschlägig berechnet und mit Kompressionsmaschinen verglichen. Bei der Betrachtung der verschiedenen Schiffsbetriebsarten wird deutlich, dass der Hafenbetrieb problematisch ist, da der Hauptmotor als Abwärmelieferant ausfällt. Hier kann ein etwas größerer Hilfskessel oder eine geschickte Wahl der Kältemaschinen (Kombination Verdichter und Absorptionsanlgen) Abhilfe schaffen. Mit  Kältespeichern lassen sich u. U. kurze Zeiten überbrücken.

In den Berichtsjahren wurden zum obigen Komplex im Auftrag der Bundesmarine Arbeiten im Rahmen einer Studie durchgeführt. Diese Studie wurde gemeinsam mit dem "Dr.-Ing. Y. Wild Ingenieurbüro" erstellt und zeigte, dass bei Einbeziehung der Heizung und Warmwasserversorgung Lithium-Bromid-Absorptionsklimaanlagen auch für Schiffe der Bundesmarine interessant sein können. Inzwischen hat sich der Klimatisierungsbedarf durch das neuartige ARPA Radar deutlich erhöht. Der Einsatz im Rahmen von "Enduring Freedom" am Horn von Afrika hat außerdem gezeigt, dass die ursprünglich für den Nordatlantik, die Ost- und Nordsee geplanten Fregatten viel zu geringe Kälteleistungen zur Klimatisierung aufweisen. In Kiel wurde von der Marine ein Versuchsstand aufgebaut und praktische Versuche bezüglich der Schiffsbewegungen durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass konstruktiv angepasste Anlagen im normalen Schiffsbetrieb einsetzbar sind.

Es ist das übergeordnete Ziel dieses Projekts, zu untersuchen, ob derartige Anlagen auch für normale Frachtschiffe interessant sein können. Hierbei ist jedoch zu bedenken, dass die Investitionskosten für Absorptionsanlagen höher sind, sich aber durch geringere Energie- und Wartungskosten amortisieren. Inzwischen befindet sich ein innovatives Schiff im Bau, hier wird erstmals eine Absorptions- Klimaanlage auf einem Handelsschiff eingesetzt. Zur weiteren Informationsgewinnung wurden im Rahmen von Studienarbeiten Messungen an Abgaskesseln und Klimaanlagen  im Schiffsbetrieb durchgeführt.

Erste Untersuchungen zum Einsatz von Absorptionsanlagen auf Kreuzfahrtschiffen ergaben, dass 40 bis 60 % der Kälteleistung zur Klimatisierung in allen Betriebsfällen (See, Revier, Hafen) aus Abwärme erzeugt werden kann. Dazu wird  eine nachhaltige Abwärmenutzung erforderlich, d. h. alle Dieselgeneratoren werden mit Abgaskessel ausgestattet.  Eine Messung an den Klimaanlagen von zwei Fährschiffen diente der Untersuchung des notwendigen Kältebedarfs.

Stichworte

  • Absorptionskältemaschiene
  • Abwärmenutzung
  • Handelsschiffe
  • Kälteerzeugung