Most studies that tried to minimize carbon emissions from marine vessels have used the recycled waste heat generated from the propulsion engines to generate heating and minimize the electricity needed for the cooling systems. In this Master Thesis, a collaboration with Saab Kockums was conducted which had a goal to evaluate the possibilities to use waste heat from a cooling machine to create a more energy-efficient, sustainable and cost-efficient system for a surface vessel. The aim was to reduce carbon emissions and energy consumption without compromising the economic costs. But to also evaluate the advantages and disadvantages of using a cooling machine as a heating system for common areas and to examine the functionality and performance of such a system. This system would remove the current existing heating systems on a maritime platform and supplement the heating demand by recycling the waste heat from the cooling machines. The research questions posed were as follows: What structure would a system have that can integrate cooling and heating systems into a sustainable system? How can the functionality and performance of a cooling and heating system, designed with a focus on sustainability and economy, be evaluated both qualitatively and quantitatively? How will the functional flow of the concept operate under different operating conditions? What advantages and disadvantages will the concept have in different operating conditions? The research engineering methods applied in this thesis consists of interviews with system engineers, a design of a new heating battery, and a new concept generation. Furthermore, evaluation and systematic design drawing of the system’s connections to its subsystems and a functional flow diagram of the system are included. The result of this thesis shows that there is a possibility to use the water mixed with 20% glycol from the condenser side of a cooling machine with a temperature at 42℃ to provide heat to the platforms heating demands while maintaining its cooling functionality. The implementation would require some new pipelines and multiple valves between certain components so that the cooling machine would operate as a heat pump and/or as a cooling machine despite the weather conditions. Finally, a new heating battery would be needed and created. An operating year was determined to be 292 days and the system would switch between the two operating cases: summer- and winter-mode, in two geographical areas, the Mediterranean and the Baltic Sea. The new system compared to the current system of a Visby class corvette resulted in a reduction of carbon emissions up to 14%, 9% reduction in weight, and up to and 25% reduction in power usage. The fuel reduction cost is estimated up to 14%, for each operating year. / De flesta studier som har försökt minimera koldioxidutsläppen från marina fartyg har använt den återvunna restvärmen som genereras från framdrivningsmotorerna för att generera värme och minimera den elektricitet som behövs för kylsystemen. I detta arbete har ett samarbete tillsammans med Saab Kockums genomförts med syftet att undersöka möjligheterna att använda restvärmen från en kylmaskin för att skapa ett mer energieffektivt, hållbart och kostnadseffektivt system för ett ytfartyg. Målen var att minska koldioxidutsläppen och energianvändningen utan att kompromissa de ekonomiska kostnaderna, utreda för- och nackdelarna med att använda kylmaskinen som ett värmesystem för gemensamma utrymmen samt undersöka funktionaliteten och systemstrukturen för ett sådant system. Detta system skulle ersätta det existerande värmesystemet och komplettera värmebehovet genom att återvinna restvärmen från kylmaskinen. De forskningsfrågor som ställdes var följande, vilken struktur skulle ett system ha som kan integrera kyl- och värmesystemen till ett hållbart system? Hur kan funktionaliteten och prestandan hos ett kyl- och värmesystem, utformat med fokus på hållbarhet och ekonomi, utvärderas både kvalitativt och kvantitativt? Hur kommer det funktionella flödet i konceptet att fungera under olika driftfall? Vilka för- och nackdelar kommer konceptet att ha i olika driftfall? Metoderna som ingick i detta arbete var intervjuer med systemingenjörer, en design av ett nytt värmebatteri, konceptgenerering, utvärdering och systematisk designritning av systemens kopplingar till dess delsystem samt ett funktionellt flödesschema över systemet. Resultatet av detta arbete var att det är möjligt att använda en vattenblandning med 20 % glykol från kondensorsidan av en kylmaskin med en temperatur på 42 ℃ för att ge värme till plattformens värmebehov samtidigt som dess kylfunktion bibehålls. Det krävdes lite nya rörledningar och flera ventiler mellan vissa komponenter för att kylmaskinen skulle fungera som värmepump och/eller som kylmaskin trots väderförhållandena. Slutligen behövdes ett nytt värmebatteri skapas. Ett verksamhetsår fastställdes till 292 dagar och systemet kunde växla mellan två driftfall, sommar- och vinterläge i två geografiska områden, Medelhavet och Östersjön. Det nya systemet jämfört med det nuvarande systemet på en korvett, Visby-klassen, resulterade i en minskning av koldioxidutsläppen upp till 14 %, 9 % minskning av vikten, en minskning av effektförbrukningen upp till 25 % och en bränslereduktionskostnad upp till 14 % för varje verksamhetsår.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:bth-26432 |
| Date | January 2024 |
| Creators | Jennerhed, Luc, Erikson, Magnus |
| Publisher | Blekinge Tekniska Högskola, Institutionen för matematik och naturvetenskap |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
Page generated in 0.0032 seconds