| dc.description.abstract | Målet med prosjektet “Future Low-Emission Passenger Ships” (LowPass) er å finne innovative løsninger som kan brukes for å redusere energiforbruk i hotelsystemene på passasjerskip. Dette bidrar til det ultimate målet: å kutte utslipp fra hele passasjerskipet. Målet med denne masteroppgaven er å utvikle en energimodell for hotelsystemet på et effektivt passasjerskip, Color Hybrid, og deretter bruker den for å vurdere mulige energisparingsløsninger. Det blir gitt en beskrivelse av hvordan disse tiltakene påvirker både Color Hybrids drift og driften på andre skip.
Det første steget i modellutviklingen var å gjennomgå designdataene for å bestemme modellparametre i bygningssimuleringsverktøyet IDA ICE. Mange av skipets fysiske egenskaper, som konstruksjon, materialer og ventilasjonssystemer, var beskrevet i designdataene med et høyt detaljnivå. I det andre steget ble modellen validert ved hjelp av både historiske energiforbruksdata og driftsdata. Detaljert analyse av dieselforbruket og landstrømforbruket ble utnyttet for å forsterke forståelsen av skipets energiforbruk og driftsegenskaper. Historiske data for hotelsystemets elektrisitetsforbruk ble sammenlignet med modellerte laster. Dette inkluderte totale gjennomsnittslaster, månedlige lasteprofiler og daglige lasteprofiler. Modellen ble justert for å samsvare bedre med dataene. Modellberegnede vinter-designlaster i hver sone ble sammenlignet med ytelsen til skipets faktiske oppvarmingsutstyr, og dette førte til flere modelljusteringer. Til tross for begrenset tillit til modellen på grunn av manglende tilgang til historiske termiske energidata, er tilliten til modellen støttet av designdata og data for elektrisitetsforbruk som ble brukt til å bygge og justere modellen.
Seks energisparingstiltak ble identifisert med hjelp av både tilgjengelige driftsdata fra skipets oppvarmings-, kjøle- og ventilasjonsanlegg, og fra diskusjoner med skipets ingeniører. Tiltakenes påvirkning på skipets energiforbruk ble beregnet både med modellen og de tilgjengelige dataene. Tre tiltak som påvirker hotellsystemets ventilasjonssystemer viser årlig energibesparelse opp mot 15 % av oppvarmingen, 4.5 % av kjølingen og 8.3 % av elektrisitetsforbruket. En kvalitativ analyse av å reparere en lufttemperatursensor indikerer at det er viktig å kontinuerlig vurdere styring av skipets ventilasjonssystem. Vinduer med en 0.20 økning i solfaktor fører til en 1.1 % reduksjon i den årlige oppvarmingslasten, men en 4.4 % økning i den årlige kjølelasten. Til slutt ble det estimert et konservativt anslag av energibesparelsen fra å ta i bruk Color Hybrids absorpsjonskjøler. Dette ble beregnet ut ifra den modellerte kjølelasten og arbeidssyklusene som ble beregnet fra historiske temperaturdata.
Resultatene til modellvalideringsprosessen tilsier at videre arbeid er nødvendig for å sikre at modellen representerer skipets elektriske energiforbruk. For å fullstendig validere modellen trengs det termiske energiforbruksdata for oppvarming og kjøling, samt enten styringssignaldata eller elektrisitetsforbruk for kjølesystemene. Ved varsom bruk av den nåværende modellen, kan den imidlertid benyttes for å hjelpe å ta beslutninger på eksisterende skip og nye skip. | |
| dc.description.abstract | The project “Future Low-Emission Passenger Ships” (LowPass) intends to find innovative solutions to reduce the energy use of passenger ship hotel systems in support of the larger effort to ultimately eliminate emissions from passenger ships. The focus of this master’s thesis, which is a part of the LowPass project, was to build an energy model of the hotel system of an efficient passenger ship, the Color Hybrid, and use the model to evaluate potential energy efficiency measures. The results are described in terms of operational impacts on the Color Hybrid and other ships.
In the first step of the model development, ship design data were reviewed and used to set model parameters within the building simulation tool IDA ICE. Many of the ship’s physical characteristics, including the ship construction and ventilation systems, were specified with high levels of detail using the design data. In the second step, model validation was performed using historical energy consumption and operational data from the ship. Detailed review and analysis of the diesel and shore power consumption data were useful to develop a better understanding of the ship’s energy use and confirm some of its operational characteristics. Historical data for the hotel system’s electricity use were compared to the modeled electrical loads in multiple ways, including total average loads, monthly load profiles, and daily load profiles. Adjustments were made to the model to achieve better alignment with the data. The model’s implied design winter heating load for each zone was compared to the actual installed heater capacity, and this comparison was used to further adjust the model. While the unfortunate lack of historical thermal energy use data causes some limitations in the model’s reliability, the use of detailed design data in the development of the model and the available electricity consumption data help support the trustworthiness of the model.
Operational data from the ship’s heating, cooling, and air conditioning (HVAC) and chilled water systems, along with discussions with the ship engineering team, helped identify six efficiency opportunities, whose energy impacts were estimated using a combination of the data and the model. Three measures related to the hotel system’s ventilation system – nighttime reduction of the galley ventilation rate, galley ventilation air heat recovery, and reduction of the ventilation rate throughout the rest of the ship – show annual hotel savings of up to 15% of the heating energy, 4.5% of the cooling energy, and 8.3% of the electrical energy. A qualitative analysis of repairing a faulty inlet air temperature sensor indicates the importance of continually recommissioning the ship’s HVAC system. Selection of windows with a 0.20 higher solar heat gain coefficient results in a 1.1% reduction in the annual hotel heating load, but a 4.4% increase in the annual cooling energy load. Lastly, a conservative savings estimate for operating the Color Hybrid’s absorption chiller was made using the modeled hotel cooling demand along with duty cycles inferred from historical temperature data from the chilled water system.
The results of the model validation process indicate further work is necessary to ensure that the model represents the ship’s hotel electricity consumption. Thermal energy consumption data for both the hot water and cooling water systems, as well as control signal data or electricity consumption of the cooling systems, will be needed to fully validate the model. However, as shown by the efficiency measure analyses, with care the model can be useful in its current form to help guide efficiency measure decisions for existing or new ships. | |
