Gemi ısıtma, havalandırma ve hava iklimlendirme (HVAC) sistemi enerji tasarım, analiz ve eniyilemesi.

Abstract

Gelişen teknoloji ile, su üstü gemilerindeki elektronik sistemlerin sayısı ve kapasitesi artmakta, bu durum Isıtma, Havalandırma ve Hava İklimlendirme (HVAC) sistemleri üzerindeki soğutma yüklerini önemli ölçüde artırmaktadır. Bununla birlikte, kış şartlarında gemideki diğer mahallerin ısıtma ihtiyacı da devam etmektedir. Artan soğutma yükleri ve enerji verimliliği gereksinimi, gemilerde alternatif soğutma sistemlerinin önemini ortaya koymaktadır. Bu çalışmada, artan soğutma talepleriyle karşılaşan su üstü gemilerinde, tek ve çift etkili LiBr-H?O absorpsiyon soğutma sistemleri ile dizel motor ceket suyu atık ısısından yararlanan ısıtma sistemlerinin uygulanabilirliği incelenmiştir. Önerilen sistemler, gaz türbinleri ve dizel jeneratörlerin egzoz gazları ile ceket soğutma suyu atık ısısını ısı kaynağı olarak kullanmaktadır. Çalışmada, egzoz gazlarına yönelik yanma analizi yapılmış ve her bir gaz türbini hız kademesi ile dizel jeneratör yük durumu için absorpsiyon sistemi jeneratörüne beslenebilecek atık ısı miktarları hesaplanmıştır. Termodinamik analiz, geminin yaşam döngüsü boyunca karşılaşacağı ortalama liman ve seyir süreleri ile mevsimsel hava ve deniz suyu sıcaklıkları dikkate alınarak gerçekleştirilmiştir. Simülasyon sonuçlarına göre, önerilen absorpsiyon soğutma sistemi ile elde edilen soğutma gücü, gemi jeneratör yükünü azaltmak amacıyla kullanılmıştır. Liman koşullarında önerilen tek etkili LiBr-H?O sistemi, yılda toplam 27,6 ton (%1,83) yakıt tasarrufu sağlarken; seyir koşullarında çift etkili sistemin uygulanması, dizel jeneratörlerde 104,1 ton (%6,92) ve toplamda 131,7 ton (%8,75) yıllık yakıt tasarrufu sağlamaktadır. Ayrıca, dizel ceket soğutma suyu atık ısı ısıtma sistemi ilave olarak 12 ton (%0,8) yakıt tasarrufu sağlamıştır. Tasarlanan sistemlerin bütünleştirilmesiyle yılda 455,9 ton CO? emisyonunun azaltılabileceği öngörülmektedir. Bununla birlikte, gelecekteki soğutma taleplerini karşılayabilecek düzeyde, ortalama 894,1 kW ilave soğutma gücü elde edilebileceği gösterilmiştir. Sonuç olarak, bu çalışma, LiBr-H?O absorpsiyon soğutma sistemlerinin su üstü gemilerinde artan soğutma ihtiyaçlarının karşılanmasında ve atık ısıya dayalı ısıtma sistemlerinin mevcut ısıtma gereksinimlerini karşılamada etkili ve uygulanabilir bir çözüm sunduğunu ortaya koymaktadır.As technology advances, the number and capacity of electronic systems used in surface ships are increasing, which significantly raises the cooling loads on heating, ventilation, and air conditioning (HVAC) systems. However, the need for heating in other areas of the ship continues during winter conditions. The increasing cooling loads and the need for energy efficiency highlight the importance of research into alternative cooling systems on ships. In this study, the feasibility of a heating system utilizing the waste heat from the jacket water of diesel engines, along with single and double effect LiBr-H?O absorption cooling systems, has been examined for surface ships facing increasing cooling demands. The proposed systems utilize the exhaust gases of gas turbines and diesel generators, as well as the waste heat from the jacket's cooling water, as heat sources. In the study, a combustion analysis of the exhaust gases was conducted; the amounts of waste heat that could be fed to the absorption system generator for each speed stage of the gas turbine and diesel generator load condition were calculated. The thermodynamic analysis was conducted considering the average port and underway durations the ship will encounter throughout its life cycle, as well as the seasonal air and seawater temperatures. According to the simulation results, the cooling power obtained with the proposed absorption cooling system has been used to reduce the ship's generator load. In port and underway, the single-effect LiBr-H?O system saves 27.6 tons of fuel each year (1.83%), and while underway, the double-effect system saves 104.1 tons (6.92%) from diesel generators, totaling 131.7 tons (8.75%) annually. In addition, the heating system designed using the waste heat of the diesel jacket cooling water saved an extra 12 tons (0.8%) of fuel. The integration of the designed systems could potentially reduce CO2 emissions by 455.9 tons annually. However, it has been demonstrated that an average of 894.1 kW of additional cooling power can be obtained to meet future cooling demands. In conclusion, this study demonstrates that LiBr-H?O absorption cooling systems provide an effective and feasible solution for meeting the increasing cooling needs on surface ships and for addressing the current heating requirements with waste heat-based heating systems.