| dc.description.abstract | Kjølemedier som er brukt om bord på cruiseskip i dag er assosiert med en betydelig innvirkning på global oppvarming. Disse kjølemediene blir stadig mer regulert, noe som understreker viktigheten av å bruke bærekraftige kjølemedier. Som et resultat har CO2 gjenoppstått som kjølemedium for marine applikasjoner. Et annet tiltak for å redusere utslipp, vil kreve at skip kobler seg til landstrøm under lengre havneopphold enn to timer. Dette for å redusere utslippene som er assosiert med havneoppholdene.
Grunnet hotellfasilitetene har cruiseskip et stort kjølebehov. Passasjerenes komfortkrav krever store systemer som kan produsere kaldtvann til klimaanlegget. I tillegg bunkrer skipene ofte opp all den nødvendige provianten fra start, noe som resulterer i store mengder proviant som må bevares kjølig.
Målet med dette arbeidet er å utvikle energieffektive CO2-kjølemodeller for cruiseskip i Dymola, samt simulere for å finne den forventede ytelsen fra systemene. Mer spesifikt, et ejektorstøttet to-trinns fordampning AC-system, og et ejektorstøttet parallell-kompresjon proviantsystem blitt modellert og simulert. Ytelsen ble evaluert gjennom systemenes kjøle-COP, men også gjennom varmegjenvinning, da høy grad av integrasjon vektlegges fra moderne systemer. Videre, er det undersøkt hvordan kald termisk energilagring kan utnyttes for å dekke kjølebehovet knyttet til to timers havneopphold. Dette er også undersøkt gjennom modellering og simulering i Dymola.
Tre omfattende referansesituasjoner som inneholder tre forskjellige kjølebehov for hvert kjølesystem ble definert. Da oppgaven kun undersøker systemene under sommerforhold, og systemene utnytter sjøvannskjøling, inneholder referansesituasjonene følgende tre forskjellige sjøvannstemperaturer: 30°C, 23°C og 16°C. Dette er henholdsvis referert til som varm-, medium- og kald situasjon. Kjølebelastningen for AC-systemet er dynamisk, mens den er konstant for proviantsystemet.
Resultatene viser at AC-systemet er i stand til å operere med en maksimal kjøle-COP på ca. 2.89, 4.19 og 5.99 for henholdsvis varm, medium og kald situasjonen. Videre, er proviantsystemet i stand til å operere med en kjøle-COP på 2.33, 2.98 og 3.54, for henholdsvis varm, middels og kald situasjon.
Den gjenvinnende varmen fra AC-systemet varierer fra 400 kW, ved det laveste gasskjølertrykket under den kalde situasjonen, til 5000 kW ved det høyeste undersøkte gasskjølertrykket under den varme situasjonen. Videre varierer den gjenvinnende varmen fra proviantsystemet fra 55 kW under den kalde situasjonen, til 140 kW ved det høyeste undersøkte gasskjølertrykket i den varme situasjonen.
Til slutt har det blitt funnet at et kaldt termisk energilagringssystem, som bruker latent varmelagring, må inneholde 21163 kg vann som faseendringsmateriale, og et samlet volum på 38.0 m3. I tillegg til å bli utladet på 2 timer, kan den lades av AC-systemet på 6 timer uten å påvirke det maksimale kjølebehovet AC-systemet må kunne levere. Imidlertid reduseres AC-systemets kjøle-COP fra 6,13 % til 9,73 % under lading. | |
| dc.description.abstract | Today typical refrigerants utilized on board cruise ships are associated with a significant impact on global
warming. These refrigerants are becoming increasingly regulated, underlining the importance of applying
sustainable refrigerants. As a result, CO2 has resurrected as refrigerant for marine applications. Another
measure towards zero emissions, will require ships to connect to on-shore power during port stays longer
than two hours, to reduce the need for auxiliary engines.
A cruise ship have a great cooling demand from its hotel facilities. The comfort requirements related to the
passengers, require large capacity chillers to generate chilled water for air conditioning (AC). Additionally,
cruise ships often fully supply the provision at the port of origin, resulting in a large amount of provision
that has to be preserved.
The aim of this work is to develop energy-efficient CO2 refrigeration models in Dymola, and simulate
to find the expected performances from such systems when applied to cruise ships. More specifically,
an ejector supported two-staged evaporation AC system, and an ejector supported parallel compression
provision system has been modeled and simulated. Performance is evaluated through the cooling COP,
but also through heat recovery, as a high degree of integration is emphasised from modern systems.
Furthermore, how cold thermal energy storage (CTES) can be utilized to supply the cooling demand
related to a two hour port stay have been investigated. As for the refrigeration systems, the CTES is
modelled and simulated in Dymola.
Three comprehensive reference cases containing three different cooling loads for each refrigeration system
was defined. As the thesis only examine the systems during summer conditions, and the systems utilizes
sea water cooling, the reference cases have sea water temperatures of 30°C, 23°C and 16°C, and are
referred to as the warm-, medium- and cold case, respectively. The cooling load for the AC system is
dynamic, while it is constant for the provision system.
The results shows that the AC system is able to operate with a cooling COP (COPc, AC) about 2.89,
4.19 and 5.99 respectively for the warm-, medium- and cold case, while operating at the best obtainable
high side pressure. Further, at the best operating point, the provision system is able to operate at a
COPc, prov of 2.33, 2.98 and 3.54 respectively for the warm-, medium-, and cold case.
Further, the recovered heat from the AC system ranges from 400 kW at the lowest high side pressure
during the cold case, to 5000 kW at the highest investigated pressure during the warm case. Furthermore,
the recovered heat from the provision system ranges from 55 kW during the cold case, to 140 kW at the
highest investigated high side pressure in the warm case.
Lastly, it has been found that a CTES, utilizing latent heat storage, needs to contain 21163 kg of water
as phase change material, and a total volume of 38.0 m3. As well as being discharged in 2 hours, it can
charged by the AC system in 6 hours without influencing the overall peak load. However, the COPc, AC
is decreased in the range of 6.13% - 9.73% during charging | |
