Central Heating System Design

Abstract

Sentralvarmesystemet ombord et servicefartøy er et system som henter overskuddsvarme fra motorene samt produserer varme i en oljefyrt kjel og leverer den til ulike forbrukere. I denne oppgaven utforskes potensialet for å energioptimalisere et slikt system ved å bytte fra konstant volumstrøm til et som kan styres dynamisk etter behovet til forbrukerne. I oppgaven er det lagt stor vekt på numeriske beregninger for effekten av volumstrøm, pumpetrykk og frekvensstyring.

Ved å bytte til et dynamisk system er det mulig å spare energi i pumpesystemet, som vil føre til lavere drivstofforbruk og lavere miljøgassutslipp. To forskjellige løsninger har blitt sammenlignet og vurdert. Den første løsningen var å justere volumstrømmen til hver forbruker ved hjelp av dynamiske ventiler, samt å frekvensstyre pumpen slik at pumpekurven treffer systemkurven i det optimale driftspunktet. Den andre løsningen var kun justering av volumstrømmen til hver forbruker uten frekvensstyring av pumpen. Som forventet var det den første løsningen som hadde de største besparelsene basert på utregningene i denne oppgaven.

Til tross for effekten av frekvensstyring var det løsningen med å justere volumstrømmen som ble arbeidet videre med, da denne løsningen også har store besparelser. Dette er et enklere system med få forandringer sammenlignet med det originale systemet. Det ble konkludert med at ved å bytte til systemet ved justering av volumstrøm potensielt kan spare ~ 70% av energiforbruket til hovedpumpen som tilsvarer ~ 100 000 kr per år i drivstoffkostnader. Denne investeringen har en beregnet avkastning på investering på 2,1 år.

Besvarelsen består av en hovedrapport der teori, metode, resultater og konklusjoner er presentert. Samt nødvendige systemdokumenter som P&ID, abstract of function, systembeskrivelse, armaturliste og brukermanual som er produsert av gruppen. Beregningene gjort i denne oppgaven er også vedlagt.

The central heating system on board a service operative vessel is a system that extracts excess heat from the engines and produces heat in an oil fired boiler and delivers it to various consumers. This project explores the potential for energy optimization of such a system by switching from constant flow, to a flow that can be dynamically controlled according to the needs of the consumers. The project has great emphasis on numerical calculations for the effects of flow restriction, pump pressure and frequency control.

By switching to a dynamic system, it is possible to save energy in the pumping system, which will lead to lower fuel consumption and lower environmental gas emissions. Two different solutions have been compared and evaluated. The first solution was to adjust the flow to each consumer using dynamic valves, as well as frequency control on the pump so that the pump curve hits the system curve at the optimal operating point. The second solution was only adjusting the flow to each consumer without frequency control of the pump. As expected, it turned out that the first solution had the largest savings based on the calculations in this project.

Despite the effect of frequency control, solution one was developed further, as this solution also has significant savings. This is a simpler solution with few changes compared to the original system, thus bringing the development costs down. It was concluded that switching to this system by adjusting the flow has the potential to save ~ 70% of the energy consumption of the main pump, which corresponds to ~ 100 000 NOK per year in fuel costs. This investment has a calculated return on investment of 2.1 years.

This submission consists of a main report where theory, methodology, results and conclusions are presented. Necessary system documents such as P&ID, abstract of function, system description, valve list and user manual created by the group are included. The calculations preformed in this project are also attached.