Bachelor klar til udprint.docx....Ventilationsoptimering.! Bachelorprojekt. Thomas.GedsigNielsen....

Ventilationsoptimering Bachelorprojekt

Thomas Gedsig Nielsen 4 Juni -‐2013 Side 2 af 46 A10063

Uddannelsesinstitution: Aarhus maskinmesterskole. Titel: Ventilationsoptimering. Rapporttype: Bachelorprojekt. Projektperiode: Ultimo Januar 2013 – primo Juni 2013. Aflevering: 4. Juni 2013. Fag: Automation, Elektroteknik, Termiske maskiner samt metodelære. Vejleder: Henrik Rønbjerg. Sideantal: 46 Normalsider: Ca. 36 Klassetrin: 6. semester. Udarbejdet af: _____________________ Thomas Gedsig Nielsen

With the vessel m/t Oraholm as the empirical outset, the following thesis comes up with suggestions for the optimization of the already existing ventilation system on board the ship. It is written by a student at Aarhus School of Marine and Technical Engineering, as the final bachelor’s thesis of his education. M/t Oraholm is a small/medium-‐sized tanker that typically operates in Europe. The vessel transports a large number of different liquids, for example, molasses, oil from vegetables, and ethanol. Due to the shifting weather conditions occurring in Europe throughout the year, the vessel is exposed to significant shifts in temperatures, from around minus 10 degrees to plus 35 degrees. These shifts in temperatures, and the fact that the ventilation system on board is of low quality, and some places barely working, results in the operation safety not corresponding to the requirements of the crew, ship owner and customers. Furthermore, the safety of the staff is dropping each time the operations of the ship fail. The main concerns of the crew is that some of the electronic equipment sometimes fail due to the high temperatures in the engine room, while another concern is that some of the valves occasionally freeze up when sailing in cold weather, hence not being operational. As a secondary requirement, the crew would like to have more convenient temperature climate in the engine section, which currently follows the weather outside. The focus of the proposal for optimization will be within the following three categories: crew safety, environmental impact, and reduced monetary costs of the vessel’s operations.



Forord Rapporten er udarbejdet, som min afsluttende bacheloropgave på 6. Semester, på Aarhus maskinmesterskole. I forbindelse med mit praktikophold i perioden ultimo Januar til primo April, har jeg indsamlet information og inspiration, som danner det fundamentale grundlag for denne rapport. Det har været min hensigt at udforme rapporten således, at den er aktuel anvendelig for det rederi, projektet omhandler. Der er med andre ord ikke udelukkende tale om en teoretisk udtænkt problemstilling, men derimod et aktuelt problem, med udgangspunkt i tanker og ønsker fra skibets besætning. I forbindelse med udarbejdelsen at dette projekt er der nogle personer som har hjulpet mig, med inspiration, manglende empiri, rapportopbygning, samt korrekturlæsning. Der skal derfor lyde en stor tak til besætningen om bord på m/t Oraholm, samt rederiet M.H. Simonsen. Endvidere en tak til superintendent -‐Thomas Møller (MAN Prime Serv), Underviser -‐Per Byskov (Aarhus Maskinmesterskole), Studerende -‐Chris Heltborg (Aarhus Maskinmesterskole) og til sidst en stor tak til Lektor –Henrik Rønbjerg (Aarhus maskinmesterskole).



Indholdsfortegnelse LÆSEVEJLEDNING ........................................................................................................................... 5 INDLEDNING ..................................................................................................................................... 6 M/T ORAHOLM .................................................................................................................................................. 6 LOKATIONSBESKRIVELSE ................................................................................................................................. 8 FORMÅL ............................................................................................................................................................... 8 PROBLEMFORMULERING ............................................................................................................................... 10 AFGRÆNSNING OG FORBEHOLD ................................................................................................................... 10 RAPPORTENS METODE OG FORLØB .............................................................................................................. 11 BESKRIVELSE AF NUVÆRENDE VENTILATIONSANLÆG I MASKINAFDELING ......................................... 13

ENERGIOPTIMERING ................................................................................................................... 15 LUFTBEHOV ..................................................................................................................................................... 15 LASTSIGNAL ..................................................................................................................................................... 17 TRYKFØLER ...................................................................................................................................................... 18 FORDELE VED FREKVENSSTYRING ............................................................................................................... 19 ANLÆGSKARAKTERISTIK OG VENTILATORKARAKTERISTIK .................................................................... 21 ENERGIBESPARELSE VED FREKVENSOMFORMER ...................................................................................... 24

MINDSKET BRÆNDSTOFFORBRUG OG SLITAGE ......................................................................... 26 SKYLLELUFTENS FUGTINDHOLD, TEMPERATUR OG MASSEFYLDE. ........................................................ 26 SAMMENDRAG OG KOMMENTARER .............................................................................................................. 27

INDEKLIMA OG ARBEJDSMILJØ ............................................................................................... 29 ARBEJDSTILSYNET KONTRA BYGNINGSREGLEMENTET ............................................................................ 30 KOMFORTVENTILATION ................................................................................................................................ 31 TEMPERATUR .................................................................................................................................................. 31 TRÆK ................................................................................................................................................................ 34 LUGT .................................................................................................................................................................. 36 LUFTFORURENING .......................................................................................................................................... 37 STATISK ELEKTRICITET ................................................................................................................................. 37

FORSLAG TIL ANLÆGSÆNDRINGER ....................................................................................... 39 KANAL OG RØRSYSTEM .................................................................................................................................. 39 VENTILATORERNE .......................................................................................................................................... 40 REGULERING .................................................................................................................................................... 41 ØVRIGE FORSLAG ............................................................................................................................................ 42 FORSLAGSSAMMENDRAG ............................................................................................................................... 43

KONKLUSION ................................................................................................................................. 44 NOMENKLATURLISTE ................................................................................................................. 45 KILDE -‐OG LITTERATURLISTE ................................................................................................. 46 REFERENCER ................................................................................................................................................... 46 ILLUSTRATIONER ............................................................................................................................................ 46



Læsevejledning Bilag findes i vedlagte bilagsmappe. Bilagene er i denne nummereret med sidenumre. Løbende i rapporten er der, i forskellig sammenhæng, benyttet værdier/informationer fra modeller, tabeller og kurver. Henvisninger til bilagene, hvor værdierne/informationerne er hentet, er placeret i bunden af siden. Henvisningerne vises ved, at der efter den benyttede værdi, er en parentes som angiver kort hvor informationen er fundet. Efter parentesen er der opløftet et tal i potens. Dette tal vil, i bunden af siden, fremgå og efter dette vil henvisningen til det vedrørende bilag forefindes. Eks. ”……en maksydelse på ca. 380 KW stykket” (Datablad)1 Samme system er benyttet til kildehenvisninger. Når der i teksten kommer et udsagn, er der umiddelbart efter, i parentes, kortfattet beskrevet, hvor udsagnet kommer fra og efter parentesen vil der ligeledes være opløftet et tal i potens, som så igen kan findes nederst på siden. En uddybende kildebeskrivelse er her beskrevet. Endvidere fremgår kilder også af kilde –og litteraturlisten på side 46. Kilde –og litteraturlisten oplyser titel, forfatter, udgivelsesår, lokaliseringsdato og URL-‐adresse, m.fl. Kildehenvisninger til tabeller, diagrammer, billeder og kurver, m.fl. er placeret, sammen med en kort, beskrivende tekst, under det benyttede billede, diagram m.fl. Illustrationerne er tildelt et nummer, eks. ”Figur 3”. Nummeret henviser til figurlisten som er placeret på side 46. Rapporten er skrevet til maskinmestre, maskinmesterstuderende eller folk med sammenligneligt fagligt niveau. Der bliver i rapporten brugt ord som en kombinering af dansk og engelsk. Disse termer benyttes blandt teknikerne om bord på m/t Oraholm og benyttes derfor ligeledes i denne rapport. Eks. ”Combikedel”. Ord og forkortelser som ikke er direkte åbenlyse for teknikere vil være forklaret i nomenklaturlisten på side 45.

1 Data blad fra www.mhsimonsen.dk se bilagsmappe side 12



Indledning

M/t Oraholm Skibet m/t Oraholm er et mindre tankskib, registeret under dansk flag og ejet af rederiet M.H. Simonsen Aps. M.H. Simonsen er et familieejet rederi, etableret i 1931 og beliggende i Svendborg på Fyn. M/t Oraholm er blandt rederiets største og nyeste skibe. Skibet er ca. 106 meter langt og 16 meter bredt, bygget i 2006 og vejer uden last og ballast (light ship) ca. 2400 tons. Der er 14 lasttanke om bord med en samlet kapacitet på ca. 5400 m3. (Datablad M.H. Simonsen)2 Skibet Sejler hovedsageligt i Europa og fragter mange forskellige medier bl.a. melasse, gødning, vegetabilske olier og Ethanol. Skibet sejler ikke i fast rutefart, men fra opgave til opgave, som løbende bliver bekræftet og uddelegeret til de forskellige skibe. Til fremdrift er der en MAN-‐B&W 2-‐takt motor af typen 5L35MC, som maksimalt yder ca. 3250 KW. Se figur 1. El-‐produktionen varetages henholdsvis af 3 stk. Volvo Penta hjælpemotorer, som driver hver sin generator, disse har en maksydelse på ca. 380 KW stykket. (Datablad)3 Endvidere er der mulighed for at koble akselgenerator på hovedmotoren, denne kan maksimalt yde 400 KW, hvilket er tilstrækkeligt til normal drift, hvor forbruget ligger på ca. 200 KW. Skibet er udstyret med en udstødningskedel som varetager det daglige forbrug af damp. Til tankrensning, hvor dampforbruget er væsentligt forøget er der imidlertid mulighed for supplering fra en separat dampgenerator. Som hjælperedskab ved havnemanøvre er skibet udstyret med en bow thruster. Hovedmotoren, samt de to kedler benytter low sulfur,heavy fuel som brændstof og de tre hjælpemotorer benytter ”marine gas oil”.

2 Se Datablad fra M.H. Simonsen, bilagsmappe side 12 3 Se Datablad fra M.H. Simonsen, bilagsmappe side 12

Figur 1 (Mærkeplade på hovedmotor)



Til opbevaring af ”heavy fuel” er skibet udstyret med en styrbord og bagbord ”storage tank”, en ”settling tank” og to dagstanke. Samlet kapacitet ca. 240 m3. Til ”Marine gas oil” er der henholdsvis en ”storage tank”, en ”settling tank” og en dagstank. Samlet kapacitet ca. 50 m3. (Datablad)4 Det daglige brændstofforbrug er varierende alt efter belastning, men ligger gennemsnitligt på ca. 10 ton/døgn. (Maskinchef logbog)5 Besætningen på skibet består af 20 personer som i hold af 10 skiftes til at varetage skibets drift. Udmønstringstiden er varierende, men ligger typisk på 6 uger ude og 6 uger hjemme. Nationaliteterne er fordelt således at kaptajn og størstedelen af officererne er danske og den øvrige besætning polsk. Besætningen er fordelt som følger, en kaptajn, 1. styrmand, 2. styrmand, maskinchef, 1. maskinmester, motormand, kok og fire matroser, til at varetage den daglige drift af skibet. (Observation)6

4 Se Datablad fra M.H. Simonsen, bilagsmappe side 12. 5 Information fra logbog som føres af maskinchefen om bord (Logbog ultimo 2012 -‐ primo 2013). 6 Forfatters egne observationer under praktikophold (Januar 2013).



Lokationsbeskrivelse For at lette forklaringer og henvisninger til specifikke lokationer om bord på m/t Oraholm er der her beskrevet og forklaret i henhold til oversigtsdiagrammer af skibet. Endvidere er de forskellige rum/lokationer blevet tildelt et nummer, som vil fungere som reference gennem hele rapporten. (Oversigtsdiagrammerne kan findes i bilagsmappen)7 Som det ses på bilagene er de forskellige lokationer tildelt et rødt nummer, omridset af en rød cirkel, disse numre er der løbende refereret til gennem rapporten. Da diagrammerne er af ringe kvalitet er omridset af rummene markeret med mørkeblå tusch. Endvidere fremgår det nuværende ventilationsanlæg, markeret med orange og grøn tusch, på samme diagrammer.

Formål Grundlaget for udarbejdelsen af dette projekt er med tanke på maskinpersonalets (1. Mester og Maskinchef) ønsker og prioriteter ang. maskinrumsventilationen på m/t Oraholm. Grundet de store temperaturspænd som skibet sejler under, opleves der skiftende temperaturer i maskinrummet. Dette bevirker, at der ved sejlads i farvand omkring frysepunktet, er opstået problemer med frosne ventiler på bl.a. kedelanlægget. Modsat er der ved sejlads i varme farvande problemer med, at maskinrumstemperaturen til tider stiger til et niveau over, hvad elektronikken kan operere under -‐herunder kan nævnes elektronikken til viskositetsanlægget, lokaliseret i separatorrummet, samt el-‐tavler og frekvensomformere. Fejlscenarierne har alle fatale funktionsmæssige konsekvenser og bør derfor undgås for at opretholde en høj drift og personsikkerhed. Som en nødløsning har teknikerne om bord lavet et par lavpraktiske tiltag, som til en vis grad løser problemet. Eksempelvis har de fra ventilationsudløbet i separatorrummet fæstnet en flexslange og ført denne direkte ind i viskositetstavlen. Dette tiltag sørger for, at elektronikken ikke bryder sammen, men bevirker samtidig at indblæsningen til selve rummet ikke fungerer som tiltænkt. Endvidere er viskositetstavlen nødsaget til konstant at stå åbent, for at flexslangen kan afgive luft hertil. Derved er der konstant fri adgang til elektrisk

7 Se bilagsmappe, side 7-‐11



førende dele og derved øget risiko for kontakt med elektrisk udstyr, samt personskade. Foruden de ovenstående driftsmæssige problemer, oplever personalet også problemer i forhold til arbejdsmiljø og klima. Maskinrummet opleves både meget varmt og koldt alt efter årstid og skibets geografiske placering. Maskinpersonalet ønsker derfor at der gøres nogle tiltag som højner personvelværet under arbejde i maskinen, med tanke på bl.a. træk, temperatur og luftfugtighed.

Til sidst er besætningen og rederiet interesseret i at spare energi og derved brændstof. Maskinpersonalet har en formodning om, at det nuværende ventilationsanlæg har et unødvendigt stort energiforbrug og ønsker derfor at få nedbragt dette, hvis muligt.

Figur 2 viskositetstavle med alternativ ventilationsudmunding



Problemformulering Dette projekt vil prøve at belyse muligheden for at kombinere nogle af de udfordringer, som mange rederier i dag kæmper med, nemlig at forbedre arbejdsvilkårene for de ansatte, skåne miljøet og begrænse udgifter vedrørende skibets drift. Dette vil ske med udgangspunkt i de, i formålet nævnte fokusområder, som personalet har fremlagt forfatter. Projektet vil, som tidligere nævnt, blive udarbejdet med udgangspunkt i, allerede eksisterende E/R ventilationsanlæg, på M.H. Simonsens tankskib, m/t Oraholm. Maskinpersonalets ønsker og tanker er blevet konkretiseret ned til følgende tre hovedspørgsmål, som denne rapporten vil blive bygget op omkring. Disse lyder som følger. 1: Hvordan energioptimeres nuværende ventilationsanlæg, med tanke på implementeringsevne? 2: Er det muligt at forbedre brændstoføkonomien på hovedmotoren, samt mindske behovet for vedligehold ved, at ændre de ventilationsmæssige forhold i maskinrummet. 3: Hvilke krav og anbefalinger er der opstillet i forbindelse med opbygningen af et ventilationsanlæg? -‐herunder fokus på arbejdsmiljø, driftsikkerhed og velvære.

Afgrænsning og forbehold Det økonomiske aspekt af rapporten tager ikke udgangspunkt i konkrete priser fra producenter, men vil blive behandlet på et generelt og vurderingsmæssigt niveau. Lovgivning og anbefalinger vedrørende ventilationsanlæg, arbejdsmiljø og sikkerhed vil tage udgangspunkt i dansk lovgivning, for sammenlignelige forhold fra det danske erhvervsliv. Eks. autoværksteder, svejseværksteder, maskinhaller. Mere herom senere! Konkret anlægsdimensionering vil ikke blive udført i denne rapport. Principielle udregninger vil blive udført i det omfang som de findes relevante.



Rapportens metode og forløb Rapporten tager, som nævnt, udgangspunkt i ønsker opstillet af maskinpersonalet på m/t Oraholm. Disse ønsker er blevet konkretiseret i den foregående problemformulering. For at besvarer spørgsmålene vil disse blive behandlet individuelt videre i rapporten. Ved energioptimering af maskinrummet vil der via læsestof og korrespondance med motorproducenten MAN B&W blive undersøgt, hvordan ventilationsanlæg på andre skibe er udført. Dette vil give forfatter viden og inspiration til den videre behandling af emnet. Da motoren om bord, som bekendt er af typen MAN B&W, er det nærtliggende at finde ud af, om motorproducenten stiller krav til maskinrumsventilationen og hvis ja –hvilke? Med kravene/anbefalingerne fra MAN B&W, samt inspiration fra andre lignende anlæg, vil der blive udformet et forslag til en energioptimeringsplan. Med udgangspunkt i denne plan vil udregninger førende til en eventuel besparelse blive udført. Udregningerne er tiltænkt, som et vejledende argument for en aktuel implementering af forslaget. I forbindelse med udregninger, vil teori omkring beregning på ventilationsanlæg, blive beskrevet og diskuteret, hvorvidt kendt ventilationsteori er anvendeligt på det pågældende anlæg og hvorfor. Til beregning af anlægget vil der, hvor det er muligt, blive brugt informationer fra anlægget på m/t Oraholm. Dog vil der komme udregningseksempler, hvor den nødvendige information, fra anlægget på m/t Oraholm ikke har været til rådighed. I ovenstående tilfælde vil der blive hentet oplysninger og værdier fra eksempler i litteratur og andet, for på den måde at være i stand til at bevise, at det beskrevne optimeringsforslag reelt har en positiv virkning på energiforbruget. I forbindelse med hvilke lovpligtige krav der stilles til et ventilationsanlæg på et skib, vil der blive undersøgt hvilke instanser der diktere disse lovkrav. Instanserne vil blive beskrevet og den del af lovgivningen som er specifikt relevant for m/t Oraholm vil blive beskrevet i det omfang det findes relevant. På punkter, hvor der modsat installationer på land ikke er udstukket regler og anbefalinger vil disse tage udgangspunkt i dansk lovgivning. For at tilsigte de bedste forhold, for det ombordværende personel, vil emner, som har relevans for indeklimaet blive beskrevet. Først generelt for at give et teoretisk indblik i emnet og derefter specifikt med udgangspunkt i m/t Oraholm.



For at undersøge hvorvidt det er muligt at forbedre brændstoføkonomien på hovedmotoren og mindske behovet for vedligehold ved at ændre de ventilationsmæssige forhold, vil termodynamisk grundteori blive beskrevet, herunder om luftens fugtindhold og temperatur har indvirkning på en given forbrænding og, hvis ja, i hvilket omfang? Endvidere vil MAN B&W’s Research and Development afdeling blive kontaktet og spurgt om disse emner er med i deres overvejelser når nye motorer bliver dimensioneret eller gamle motorer renoveret. Herefter vil forestående undersøgelser blive sammenlignet med forholdene om bord på m/t Oraholm og hvorvidt en mulig ombygning af ventilationsanlægget kan bevirke bedre brændstoføkonomi og mindre vedligehold. De foregående forslag til anlægsændringer vil herefter blive sammenfattet i ét afsnit. Afsnittet vil, inddelt i kategorier, beskrive, hvor det anbefales at gøre tiltag, hvilke, hvorfor og hvad tiltagene vil bevirke. Til sidst vil en konklusion belyse projektets, forløb, relevans, omfang, m.fl. med afsæt i forfatters tanker, erfaring og viden.



Beskrivelse af nuværende ventilationsanlæg i maskinafdeling Ventilationen i maskinrummet er bestående af flere separate anlæg. Der er øverst, på fronten af skorstenen, placeret to stk. 15 KW elmotorer som drivkraft til to blæsere. Disse forsyner to parallelle kanalsystemer, som udgør hoveddelen af indblæsningen. (mærkeplade)8

Elmotorerne styres på nuværende tidspunkt hundred procent manuelt, dvs. at de, ansvarlige for maskinens drift, selv skal tage stilling til hvorvidt drift med begge ventilatorer er nødvendigt eller om den ene er tilstrækkelig. Denne vurdering er alene baseret på personlig erfaring og vil derfor i stor grad variere proportionelt med besætningsskifte. De to parallelløbende systemer kan opdeles i et bagbord og styrbord system. (Forkortelse)9 Blæseren har for hver af disse systemer en kapacitet på 50000 m3/h. (Anlægsoversigt)10 På bilagene ses det hvilke ventilationsarmaturer/udmundinger som forsynes af henholdsvis E/R-‐FAN1 (markeret med orange) og E/R-‐

FAN2 (markeret med grøn). Begge systemer styres som tidligere nævnt af en kontakt lokaliseret i kontrolpanelet i kontrolrummet. Oplysninger om rør/kanalstørrelser, samt dimensioner på armaturer, fremgår ligeledes af bilagene. (Anlægsoversigt)11 Den generelle udsugning i maskinafdelingen består hovedsagligt af hovedmotorens luftforbrug, dvs. gennem luftfilteret på turboladerens luftside.

8 Aflæst på motorens mærkeplade, se bilagsmappe, side 13. 9 Bagbord ventilationssystem vil videre i rapporten refereres til med forkortelsen ”E/R-‐FAN1” og styrbord ventilationssystem med forkortelsen ”E/R-‐FAN2” se bilagsmappe side 7. 10 Aflæst på mærkeplade, samt diagram over anlæg , se bilagsmappe, side 11. 11 Se anlægsoversigt i bilagsmappen, side 7-‐11.

Figur 4 (De to ventilationsindløb bag på skorsten, rum 13 og 14)

Figur 3 (Èn af de to identiske ventilatorer)

Figur 5 (kontakter som styrer de to ventilatorer, rum 11)



”luftudsugningen” øges og sænkes derfor i takt med hovedmotorens belastning. Endvidere er der separate udsugningssystemer i rum 5, 7 og 8 men disse er i vid

udstrækning defekte eller på anden måde sat ud af drift. Disse eksterne udsugningssystemer styres lokalt, med undtagelse af udsugningen i separatorrummet som styres af kontakten for E/R-‐FAN1. Til sidst har luftforbruget fra hjælpemotorerne, combikedlen, steamgeneratoren, kompressorne og inciniratoren også indvirkning på mængden af ”udsugningsluft”. Trykket i maskinrummet er, over en periode, varierende og et resultat af om både E/R-‐FAN1 og E/R-‐FAN2 kører, samt hvilke luftforbrugende maskiner som er i drift. Der kan derfor både forekomme vakuum og overtryk i maskinrummet, men oftest er der overtryk, da både E/R-‐FAN1 og E/R-‐FAN2 typisk er i drift. (Personlig erfaring)12

12 Egne observationer fra praktikforløb.

Figur 6 (Hovedmotor, til venstre på billedet ses turboladerens indsugningside)

Figur 7 (Princip diagram af ventilationsanlægget)



Energioptimering 1: Hvordan energioptimeres nuværende ventilationsanlæg, med tanke på implementeringsevne? Som tidligere nævnt er maskinrumsventilationen på M.H. Simonsen udgjort af simple elementer. To Ventilatorer er placeret på, hver sit separate og parallelløbende ventilationssystem. Disse udgør henholdsvis, tidligere omtalte, E/R-‐FAN1 og E/R-‐FAN2. Se bilagsmappen, side 7-‐11. Disse er styret af hver sin On/Off kontakt, som på nuværende tidspunkt styres manuelt.

Luftbehov I stedet for manuelstyrede kontakter, er det en mulighed at montere en styring, som håndterer denne On/Off funktion automatisk. Styringen skal agere i takt med hovedmotorens luftforbrug. Dette luftforbrug er varierende da det ændrer sig i forbindelse med motorens last. I forbindelse med sejlads på M.H. Simonsen har det vist sig, at majoriteten af sejladsen foregår ved omkring 75 procent last. Ifølge MAN B&W´s testrapport, for den pågældende motor, opbygger turboladeren et trykforhold på ca. 2.9 på indsugningssiden, ved 74.5 procent last. Dvs. at turboladeren giver et tryk på 2.9 bar ved et omgivende tryk på 1 bar. (Testrapport)13 Turboladeren er af typen MAN B&W NA34/S og leverer, ifølge den medfølgende dokumentation, ca. mellem 5.4 og 7.7 m3 luft/s, ved et trykforhold på 2.9. Se figur 8.

13 Se MAN B&W ”test ved 74.5 procent load”, bilagsmappe, side 6.

Figur 8 (Karakteristik for turbolader. -‐viser luftindtaget ved et givent trykforhold)



75 procent last, er den hyppigste last men, luftforbruget heraf, er ikke optimalt alene at basere luftindblæsningen på, da motoren til tider også opererer ved mindre last og ved fuld last. Eksempelvis. ved havneanløb, dårligt vejr, modstrøm og ved laster som hurtigt skal bringes frem. På grafen for turboladeren aflæses det at turboladeren af den pågældende type maksimalt kan levere ca. 8 m3 luft/s. Se figur 8. Dertil kommer forbrugsluften til de øvrige forbrændingsmaskiner, herunder tre hjælpemotorer, to kedler, kompressorerne, samt inciniratoren. Endvidere bør luften i maskinrummet skiftes et antal gange, hver time for at opretholde et sundt indeklima. Til bestemmelse af det nødvendige luftskifte, har bygningsreglementet opstillet nogle krav, som skal overholdes i forbindelse med byggerier, herunder svejseværksted, mekanisk værksted, m.fl. Selve maskinrummet på m/t Oraholm kan til en vis grad sammenlignes med et mekanisk værksted, da den type arbejde, som her bliver udført, ofte er af mekanisk art og luften derfor hovedsagligt bliver forurenet af dampe fra forskellige olier, samt røg fra slibe, skære og svejsearbejde. Bygningsreglementet foreskriver, i et mekanisk værksted, et luftskifte på 3-‐4

!! × !! (Bygningsreglement)14 Denne værdi er dog kun vejledende da man på et skib ofte har en anderledes rumopbygning end i typiske værkssteder. Endvidere er rummene ikke direkte defineret, da der er i nogle af rummene er vertikale åbninger fra det ene plan til det andet. (Oversigtsdiagrammer)15 En estimeret opmåling af de forskellige rum, på de forskellige plan, udgør et totalt gulvareal på ca. 1400 m2. (Opmålinger)16 Det estimerede luftskiftebehov, i forbindelse med komfortventilation, estimeres, som følge deraf, til 5000 liter pr. sekund, dvs. ca. 5 m3 luft pr sekund. Udregningen tager udgangspunkt i et luftskifte på ca. 4 !

! × !! , som bygningsreglementet foreskriver, og ved arealet på 1400 m2. Denne værdi ligger imidlertid under den nødvendige lufttilførsel til hovedmotoren, som tidligere nævnt er min. 5.4 m3/s, og kan derfor ses bort fra da kravet er opfyldt, alene, ved hovedmotorens luftforbrug. Foruden hovedmotorens luftforbrug er der som tidligere nævnt en række øvrige forbrugere, samt nogle eksterne udsugningssystemer, eks. i separatorrummet (rum 5). Grundet manglende oplysninger om disse udsugningssystemer og anlæg, estimeres det samlede luftforbrug til at være maksimalt 10 m3/s, dvs. 36000 m3/t

14 Se tabel fra bygningsreglementet, bilagsmappe side 14. 15 Se oversigtsdiagrammer i bilagsmappen, side 7-‐11. 16 Forfatters egne opmålinger, estimatmål med tommestok.



Estimeringen dannes med hovedmotorens luftforbrug, kontra KW ydelse, som udgangspunkt. Eks. fuld last på hovedmotoren kræver, som nævnt, en lufttilførsel på ca. 8 m3/s og motoren yder her ca. 3280 KW. Forholdet mellem disse to værdier overføres til hjælpemotorerne og luftforbruget estimeres til !

!"#$ × 380 = 0.93 m3 luft/sek.

Dertil kommer de øvrige systemer og 10 m3/s synes deraf som et fornuftigt estimat. De nuværende ventilatorer, som forsyner maskinrummet har som nævnt en maksimal kapacitet på ca. 13.9 m3/s pr. enhed dvs. ca. 50000 m3/t pr. enhed. De 50000 m3/t er ikke opgivet ved et specifikt modtryk og da volumenkapacitet ændrer sig med modtrykket fra anlægget er værdien ikke anvendelig. Dog vurderes anlægsmodstanden, til at være uden større betydning, grundet de store kanaldimensioner og rum, og kapaciteten sættes derfor stadig til 50000 m3/t. Se kanaldimensioner i bilagsmappe side 7-‐11.

Lastsignal På størstedelen af de motorstyringer, som i dag sidder på MAN B&W´s motorer er der fra producentens side en lastindikator funktion. (Korrespondance med Thomas Møller)17 Med denne funktion kan motorstyringen afgive et signal, som indikerer, hvor hårdt motoren er belastet, altså en procentsats af motorens maksimale afgivne effekt. Da en motors last varierer i takt med brændstofforbrug og deraf luftindtaget, kan denne funktion benyttes til, at styre en frekvensomformer, som man lader forsyne ventilationsmotoren. På den måde er man i stand til at regulere frekvensen på motorerne, som driver ventilatorerne og derved luftindblæsningsmængden således at den følger motorens last. Er motoren, fra producentens side, ikke udstyret med denne funktion kan man på indexakslen påmonterer en føler som eks. afgiver et 4-‐20 mA signal. Den strøm som føleren afgiver vil således være et produkt af at index’en reguleres og på den måde opnås samme funktion som ved den præfabrikerede funktion. Ovenstående vil ligeledes være implementeringsvenligt på samtlige luftforbrugende maskiner, herunder de tre hjælpemotorer, combikedlen, m.fl. Med en relativt simpel styrring og nogle følere vil et brugbart signal til frekvensomformeren kunne etableres. Der er dog nogle problemer med denne form for regulering. Reguleringen vil ikke tage højde for uforudsete luftbelastninger, dvs. at alle processer som

17 Korrespondance med superintendent, Thomas Møller, MAN B&W, Prime Serv.



behøver luft skal være forbundet til styringen, dette kræver en del kabelføring og er derfor omfattende at etablere i praksis, da maskinerne er placeret med afstand på forskellige niveauer. Endvidere kan dårligt vejr og høj sø resultere i, at ventilationsmotoren vil variere meget i hastighed og derved øge slitagen på denne, samt forbruge mere effekt. Dette vil ske fordi hovedmotoren, i dårligt vejr, er udsat for skiftende belastning, fordi skruen bevæger sig voldsomt i de vertikale plan, hvilket bevirker lastændringer på motoren og derved skiftende signal til den tidligere nævnte frekvensomformer. Signalændringerne vil dog kunne afhjælpes med en form for dæmpning, implementeret i styringen, af ventilationsmotorerne.

Trykføler En anden mulighed til styring af ventilationsmotorerne er at basere reguleringen på trykfølere placeret i maskinrummet. Ved skiftende belastning, på de luftforbrugende maskiner, vil trykket enten falde eller stige, alt efter om lasten øges eller sænkes. Trykændringen vil bevirke at trykføleren, via en transmitter, kan sende et signal, som kan benyttes til at styre frekvensomformeren. Fordelen ved denne metode er, at kabelføringen vil være af et væsentlig mindre omfang, da mængden af følere, er begrænset til, mængden af afskærmede rum, og at følerne derfor kan anbringes, hvor kabelføringen er lettest, med tanke på, at følerne er placeret i de ønskede rum. Endvidere vil rummene som følerne er anbragt i dæmpe trykændringerne således, at signalet til frekvensomformeren vil være af mere konstant karakter og bevirke mere jævn drift af ventilationsmotorerne og derved minimere slitage og effektforbrug. Dette sker fordi de store rum vil udjævne trykændringer, grundet deres rumfang. Rummene vil principielt fungerer som buffertanke.



Fordele ved frekvensstyring Frekvensstyring af en motor giver mulighed for at regulere drejefeltets hastighed og derved motorens omdrejningstal. På den måde kan man få motoren til at levere det eksakte omdrejningsniveau, som er nødvendigt ve en given last. Størstedelen af frekvensomformere er forudindstillet således, at de holder spænding/frekvensforholdet konstant. Ved at fastholde spænding/frekvensforholdet tilsigter man, at motoren ikke bliver overbelastet eller ”staller”. At en elmotor staller betyder, at den bliver belastet indtil den når sit maksimale moment (Mmax) og derefter bliver belastet yderligere. Den yderligere belastning bevirker at motoren falder ned i det som kaldes saddelpunktet. I dette punkt vil motoren enten falde ud, eller intet moment yde. For at bringe motoren ud af saddelpunktet, er man nødsaget til at genstartet motoren. Se figur 9. (Danfoss A/S)18 Det faste spænding/frekvensforhold bevirker dog, at motoren ved ventilatordrift bruger en større mængde effekt end nødvendigt. En ventilator er på mange punkter sammenlignelig med en centrifugalpumpe. tryk/volumenstrømskarakteristikken er, for begge, en nedadgående kurve og beregning herom udføres på samme måde. Visse typer frekvensomformere, herunder ”VLT” fra Danfoss, har en funktion som ikke fastholder spænding/frekvensforholdet, men derimod justerer de to parametre i forhold til belastningskurven for den pågældende brugsgenstand.

18 Danfoss A/S, Værd at vide om frekvensomformere, 1.st udgave, 3. Oplag, 1988.

Figur 9 (Momentkurve for elmotor, ved start og nominelt forløb)

Figur 10 (Anlæg og ventilatorkarakteristik)



Derved tillades motoren at yde det præcist nødvendige moment, tilpasset den givne belastning. Dette vil ved drift af ventilatorer og centrifugalpumper reducerer effektforbruget betragteligt. Denne type regulering kaldes VT (varible torque). (T.Heilmann)19. Indstillingen gør det muligt for frekvensomformeren at tilpasse magnetiseringen af statoren til den belastning som motoren er udsat for. Dette betyder i praksis at frekvensomformeren forsyner motoren med en wattløs strøm som er proportionel med wattstrømmen. Den wattløse strøm er den strøm som magnetiserer motoren og wattstrømmen er den strøm som giver motoren moment. Populært kan det siges at, wattstrømmen er belastningsbestemt og magnetiseringsstrømmen normalt tilnærmelsesvis konstant. At begge strømme bliver variable bevirker, at motoren opnår en stort set konstant cosφ vinkel gennem hele belastningsforløbet. Da cosφ vinklens forløb på motorens momentkurve ligger tilnærmelsesvist parallelt med virkningsgraden for samme, kan cosφ vinklen uden større fejl bruges som udtryk for virkningsgraden. Dvs. ved at tillade frekvensomformeren, at regulere spænding/frekvens forholdet opnås en næsten kontinuerlig virkningsgrad gennem hele belastningsforløbet. Se figur 11. I forbindelse med energieffektiv drift af en elmotor, til ventilatordrift, er det udover at tilpasse magnetiseringsgraden, af motoren til den givne belastning, vigtigt at notere sig, at modstanden i et ventilationsanlæg stiger med volumenstrømmen i 2. potens. og at effektforholdet stiger med volumenstrømmen i 3. potens og da

volumenstrømmen er proportionel med ventilatorens, og derved motorens omdrejningstal, kan følgende udtryk opstilles. (Ventilation Ståbi)20 P!P!=

n!n!

!

Der er derfor energi at spare, hvis elmotoren bliver styret således at ventilatoren blot roterer med det nødvendige omdrejningstal.

19 T.Heilmann, Praktisk regulering og instrumentering, 5 udgave, 4 oplag, 2007. 20 Nyt Teknisk Forlag, Ventilation Ståbi, 2 udgave, 4. oplæg 2007.

Figur 11 (Viser før og efter reducering af magnetiseringsstrømmen. Essensen er at den resulterende strøm bliver mindre ved kun at magnetisere den nødvendige mængde –derved spares energi)



Fra udregningerne tidligere i rapporten er det påvist at én af de to maskinrumsventilatorer alene er i stand til at forsyne maskinrummet med den fornødne mængde luft. Det ses endvidere at ventilatoren leverer mere end den nødvendige mængde. Der er derfor, selv ved fuld last, på alle de luftforbrugende maskiner, mulighed for at regulere ventilatormotoren ned i omdrejninger, således at den indblæste mængde luft modsvarer luftbehovet. Samtidig og fuldstændig drift af alle de luftforbrugende maskiner er imidlertid et urealistisk scenarie. Dette er fordi, at når hovedmotoren kører ved fuld last vil el-‐produktionen fra akselgeneratoren alene være tilstrækkelig. I modsat fald køres el-‐produktionen over på én eller to af hjælpemotorerne -‐aldrig tre. Endvidere leverer udstødningskedlen, ved fuld last, meget varme, således at samtidig drift med begge oliefyrede kedler vil være en sjældenhed. Der kan derfor, uden stor fejl, påregnes en samtidighedsfaktor, på det samlede luftbehov. Denne estimeres til 0.9, hvilket, efter forfatters egne observationer og vurdering, er højt sat og derfor på den sikre side.

Anlægskarakteristik og ventilatorkarakteristik Der forefindes en del litteratur som beskriver teorien om beregning af et ventilationsanlæg. For at kunne retfærdigøre brugen af de beskrevne beregningsmetoder er man nødsaget til gøre sig nogle overvejelser om hvorvidt det anlæg man vil beregne svare overens med de eksempler man kan finde i litteraturen. Som nævnt tidligere er teorien omkring centrifugalpumper og ventilationsanlæg sammenlignelig. Dette bevirker, at der i ventilationssammenhæng også er tale om en anlægs -‐og ventilator(pumpe)karakteristik. For at kunne afgøre, hvordan et samlet anlæg, bestående af flere komponenter, reagerer i forskellige driftssituationer, tages der udgangspunkt i de to karakteristikker. Anlægskarakteristikken viser, hvilke modstande anlægget yder, ved forskellige luftvolumenstrømme. Modstanden i anlægget er under indflydelse af lufthastighed, friktion, luftens densitet, bøjninger, forgreninger, m.fl. Anlægskarakteristikken er en opadgående, eksponentielt sigende kurve, dvs. at forøgelse af luftvolumenstrømmen har stor indvirkning

på modstanden, se figur 12. Figur 12 (Anlægs og ventilatorkarakteristik)



Ventilatorkarakteristikken er en eksponentielt faldende kurve i forhold til trykydelse ved øget volumenstrøm. Dvs. at en ventilator typisk kan levere et højt tryk ved en lav volumenstrøm og lavt tryk ved høj volumenstrøm. Karakteristikken for en ventilator er bestemt af ventilatortype. Karakteristikken for en ventilator er bestemt af omdrejningstal, om ventilatoren er med faste eller justerbare skovle, er af typen radial eller aksial, mv. Når man sammensætter karakteristikken fra henholdsvis anlægget og ventilatoren vil man få et driftspunkt, altså en volumenstrøm ved et givent tryk. Ventilator -‐og anlægskarakteristikkerne fra m/t Oraholm har som nævnt ikke været mulige at skaffe. Der er imidlertid nogle teoretiske tiltag som man kan gøre sig for at belyse anlægget. Først kigges der på indblæsningsdelen, denne består af to ventilatorer som forsyner to parallelt løbende systemer. De to ventilatorer er af typen aksial med faste skovlhjul. Et eksempel på denne type ventilators karakteristik er vist på figur 13. Udsugningsdelen er hovedsagligt udgjort af turboladeren. Denne

er af typen radial, med bagudrettede skovle, det betyder at luften suges ind i centrum og blæses ud i ydredelen af blæserhjulet. Dette princip kan sammenlignes med en radial ventilator og dennes karakteristik vil se ud som på figur 14. Ventilationsanlægget på m/t Oraholm er derfor bestående af tre ventilatorer og karakteristikkerne herfra kan samles til en. De to ventilatorer skal lægges sammen efter at de er forbundet parallelt.

Dette bevirker at de to ventilatorer tilsammen kan levere en større

volumenstrøm ved det samme tryk, da parallelforbindelse af ventilatorer giver et større volumenflow. Se figur 15 og 16.

Figur 13 (Karakteristik for aksial ventilator)

Figur 14 (Karakteristik for radial ventilator)

Figur 15 (Addering af paralleltsiddende ventilatorer)

Figur 16 (addering af paralleltsiddende ventilatorer)



Da de to indblæsningsventilatorer i princippet sidder i serie med udsugningsventilatoren (turboladeren) skal den resulterende karakteristik for indblæsningsventilatorerne lægges sammen med udsugningsventilatoren. Derved kan en teoretisk resulterende karakteristik for de tre separate ventilatorer fremstilles og den vil principielt se ud som figur 19. Se også figur 17 og 18. Når denne karakteristik er fundet skal anlægskarakteristikken for det samlede anlæg fremstilles. Dette er imidlertid ikke uden

problemer. Problematikken ligger i, at de to indblæsningsventilatorer har, hver sin anlægskarakteristik, grundet

de forskellige kanalføringer. Dog vurderes disse til, at være overvejende uden betydning, grundet omfanget er deres dimensioner, samt det faktum, at maskinrummet i sig selv bliver en del af anlægskarakteristikken og derfor har majoriteten af rumfang. Anlægskarakteristikken tager derfor udgangspunkt i et teoretisk eksempel, som i figur 12. Den resulterende ventilatorkarakteristik og den teoretiske anlægskarakteristik indsættes herefter i samme diagram.

Se figur 20. Det konkluderes, ud fra eksampler i litteratur, at diagrammet er sammenlignelig med teoretiske eksempler og beregningsmetoderne herfra vil derfor benyttes. Beregningsmetoderne kaldes proportionalitetslove. Det skal påpeges at disse love gælder for et cirkulerende system, hvilket systemet på m/t Oraholm ikke overholder. Dog vil udregningerne resultere i vejledende resultater, som bør beregnes nærmere inden implementering af omdrejningsregulering

Figur 17 (Addering af serieltsiddende ventilatorer)

Figur 18 (Addering af serieltsiddende ventilatorer)

Figur 19 (Resulterende karakteristik af to paralleltsiddende og én serieltsiddende ventilatorer)

Figur 20 (Resulterende karakteristik og anlægskarakteristik)



Energibesparelse ved frekvensomformer Da det ikke har været muligt at finde karakteristikken eller driftspunktet for den ventilator som er monteret på m/t Oraholm, tages der udgangspunkt i en karakteristik for en aksial ventilator fundet i et katalog. Dvs. en ventilator af samme type, som den der er monteret på m/t Oraholm og ved samme omdrejningsniveau –ca. 1500 omdr./min. For at kunne fastlægge driftspunktet for ventilatoren i diagrammet skal anlægsmodstanden kendes, målt som totaltrykmodstanden (∆p!). Dette er udtryk for differenstrykket over ventilatoren, dvs. trykforskellen på indsugningsside og udblæsningssiden af ventilatoren. Trykket har imidlertid ikke været muligt at måle, grundet manglende adgang og udstyr. Totaltrykmodstandsværdien vurderes derfra ud fra eksempler i litteratur. Fundamentet for vurderingen ligger i tanke på de store kanal og rumdimensioner og modstanden heraf vurderes derfor til at være af relativt lille karakter. ∆p! sættes i udregningseksemplet, ved nuværende driftsforhold, til 900 Pa. Det skal understreges at de følgende udregnede værdier er teoretiske og derfor ikke modsvarer virkeligheden nøjagtigt. Dog bør udregningerne give et indtryk af, hvad monteringen af en frekvensformer vil betyde for ventilationsanlæggets energiforbrug og derved stadig findes relevante. Luftbehovet er tidligere blevet estimeret til 10 m3/s, se anlægsbeskrivelse. Dertil kommer samtidighedsfaktoren på 0.9 og luftbehovet bliver derfor 9 m3/s, ved 100 procent last. For eksemplets skyld vil det hyppigste luftbehov ligeledes blive benyttet i beregningsmæssig sammenhæng –altså drift med hovedmotoren, som eneforbruger, ved ca. 75 procent last -‐luftbehovet er, ved denne last, aflæst til ca. 6 m3/s. Se figur 8. For at beregne de forskellige lasttilstande opstilles disse i tre scenarier. Disse beregnes med henblik på at eftervise en besparelse i form af el-‐effekt. Scenarie 1 (nuværende ved drift med én motor) ∆p! = 900 Pa qv = 14 m3/s n = 1460 omdr/min P1= 15 KW



Scenarie 2 (100 procent last) qv = 9 m3/s !"!!!"

= !!!!" ⟶ !"

!= !"#$

!!" ⟶ n!" = 939 0mdr/ min.

∆!!,!"∆!!

= !!"!!

! ⟶ ∆!!,!"

!""= !"!

!"#$

! ⟶ ∆p!,!" = 372 Pa

!!"!!= !!"

!!

!⟶ !!"

!"= !"!

!"#$

! ⟶ Pny = 4 KW

Scenarie 3 (75 procent last) qv = 6 m3/s !"!!!"

= !!!!" ⟶ !"

!= !"#$

!!" ⟶ n!" = 626 0mdr/ min.

∆!!,!"∆!!

= !!"!!

! ⟶ ∆!!,!"

!""= !"!

!"#$

! ⟶ ∆p!,!" = 166 Pa

!!"!!= !!"

!!

!⟶ !!"

!"= !"!

!"#$

! ⟶ Pny = 1.2 KW

Ved at kigge på ovenstående udregninger ses det, at energibesparelserne er væsentlige og dette er kun ved omdrejningsregulering. Ved at regulere ventilatoren således, at den kun tilfører den mængde luft som hovedmotoren benytter (scenarie 3) er der en energibesparelse på 13.8 KW, hvilket udgør 92 procent af det nuværende energiforbrug –og dette er ved drift af én af de to ventilatorer. Ellers er besparelsen 28.8 KW hvilket udgør 96 procent af det samlede energiforbrug. Dertil kommer besparelsen ved, at lade frekvensomformeren, som tideligere beskrevet, justere magnetiseringsstrømmen i forhold til belastning og derved nedsætte energiforbruget yderligere.



Mindsket brændstofforbrug og slitage 2: Er det muligt at forbedre brændstoføkonomien på hovedmotoren, samt mindske behovet for vedligehold ved, at ændre de ventilationsmæssige forhold i maskinrummet. Udgangspunktet for dette afsnit er termodynamik og deraf den energimæssige påvirkning af eks. luftens fugtindhold på forbrænding i hovedmotoren. Mere herom bliver belyst i følgende.

Skylleluftens fugtindhold, temperatur og massefylde. Luften som hovedmotoren forbruger kommer som tidligere nævnt fra den atmosfæriske luft som skibet befinder sig i. Luften er essentiel for opretholdelsen af en god forbrænding i motoren. Luftens beskaffenhed har derfor indflydelse på forbrændingen. Massefylden for atmosfærisk luft ændres ved skiftende temperatur -‐kold luft fylder mindre end varm luft. I forbindelse med drift af en forbrændingsmotor er forholdet mellem mængden af luft og mængden af brændstof afgørende, da der skal en rette mængde ilt til at forbrændingen forløber optimalt. Jo mere luft man er i stand til at presse ind i motoren, desto mere brændstof kan der tilføreres og ydelsen på motoren maksimeres. Turboladeren har et fast rumfang, men mængden af luft som turboladeren kan tilføre forbrændingen varierer med omdrejningerne. Dvs. jo koldere luften er og jo flere omdrejningerne turboladeren yder, desto mere luft og, i forlængelse deraf, brændstof kan der tilføres forbrændingskammeret. For at sikre at motoren har den nødvendige mængde luft til rådighed søger man at opretholde et lille overtryk i det rum, hvorfra turboladeren henter luften. På m/t Oraholm er dette i det centrale maskinrum (Lokation 1, 4 og 10). Se bilagsmappe, side 7-‐11. Omvendt skal alt hvad der føres ind i forbrændingskammeret varmes op til forbrændingstemperatur og dette kræver energi. Dvs. jo koldere luften er desto mere skal den varmes op og yderligere energi forbruges. Ved sejlads i tropiske områder er luftfugtigheden høj. Dette bevirker at den luft som ledes ind til turboladeren har et højere vanddampindhold ind det er tilfældet ved sejlads i tempererede omgivelser. Hvis denne mængde vanddamp bliver tilført forbrændingen bevirker det, at en mængde af den energi, som kommer fra brændstoffet bruges til at varme vanddamp op i stedet for at skabe akseleffekt. Atmosfærisk luft består af ca. 1 procent vand og det er trods øget relativ luftfugtighed relativt små mængder vanddamp der er tale om. Derfor kan energispildet hertil undlades i beregningsmæssig sammenhæng.



Anderledes ser det ud med tanke på vedligehold af hovedmotoren. Da man som nævnt tidligere er interesseret i at køle luften for derved at tilføre forbrændingen mere luft, kan der opleves problemer med høje relative luftfugtigheder. Dette er fordi, at efter luften har passeret turboladeren, ledes denne til en køleflade. Når luften her, køles ned, kondensere vandet, fordi den nu koldere luft ikke kan rumme vandindholdet. Dette kondensat vil agere som potentiel skadelegeme i motoren og bør derfor fjernes inden det når forbrændingen. Af samme årsag er motorer i dag udstyret med affugter i forbindelse med skylleluftskølingen. Man B&W har udført en række test på en motor af samme type som den på m/t Oraholm. Sejlads under tropiske forhold ved en temperatur på 45 ℃, relativ luftfugtighed på 60 procent og hovedmotoren kørende ved 75 procent last, vil ifølge testrapporten bevirke at 8200 kg vand/ døgn vil kondensere i forbindelse med skylleluftskøling. Af denne mængde, vil affugteren være i stand til at fjerne 7800 kg af kondensatet. Derved vil der på døgnbasis blive tilført forbrændingen 400 kg vand som vil optage energi ved fordampning. (MAN B&W)21 Denne mængde udgør, med et brændstofforbrug på 10 t/døgn, 4 procent og har derfor relativ lille indflydelse på afgangseffekten fra motoren. Dog vil det være ønskeligt at nedbringe vandmængden yderligere og derved øge virkningsgraden for motoren.

Sammendrag og kommentarer Det er en mulighed at holde klimaforholdende nogenlunde konstante i maskinrummet. Det vil imidlertid kræve meget store køle, varme og affugtningsanlæg, grundet den store mængde luft som skal tilføres maskinrummet. På et skib som m/t Oraholm vil dette være vanskeligt at implementere da pladsen er begrænset. Endvidere konkluderes det fra ovenstående, at luftbehandling ved indblæsning til maskinrummet vil have lille positiv virkning på brændstofforbruget og vedligehold på hovedmotor heller ikke nedsættes markant. Dog vil det i forbindelse med nogle af skibets andre processer, være en fordel at tilføre luft af kontrolleret beskaffenhed. Eksempelvis i forbindelse med startluft og procesluftkompressorerne. Disse skal, som det er i dag, affugtes flere gange dagligt og især ved høj relativ luftfugtighed. Dette gøres manuelt og omfanget af denne opgave vil, ved luftbehandling, blive kraftigt nedsat.

21 Se testrapport under bilagsmappe, side 3.



Forbehandlet luft vil også være en fordel unde kedeldrift, da disse ingen affugtersystemer er udstyret med og derfor bruger energi på at opvarme vanddampindholdet i luften, hvilket nedsætter virkningsgraden for anlægget. Dog vurderes det at luftbehandling i ventilationsmæssig sammenhæng på skibet m/t Oraholm ikke har en positiv indflydelse, som vil bevirke, at det er økonomisk ansvarligt at implementere ændringerne. Det skal understreges, at vurderingen kun er med tanke på proces og ikke menneskelig velfærd.



Indeklima og arbejdsmiljø 3: Hvilke krav og anbefalinger er der opstillet i forbindelse med opbygningen af et ventilationsanlæg? -‐herunder fokus på arbejdsmiljø, driftsikkerhed og velvære. Det følgende afsnit vil prøve at belyse sidstnævnte spørgsmål i problemformuleringen –ovenstående spørgsmål 3. Som et led i denne belysning vil, med udgangspunkt i kendt teori, de væsentligste faktorer i tilstræbelse af et sundt indeklima, blive beskrevet. Endvidere vil de lovgivende instanser indenfor dette felt blive belyst og relevant lovgivning, samt anbefalinger herom beskrevet. Den lovgivende instans vedrørende dansk registrerede skibe i nationalt og internationalt farvand er, i forbindelse med arbejdsmiljø og anlægsretningslinjer, to organisationer, som henholdsvis hedder Seahealth og søfartsstyrelsen. Seahealth’s formål er at opretholde en vis standard for danske sømand rundt i verdenen. Organisationen er med til at udbrede og håndhæve en international konvention kaldet MLC (Maritime Labour Convention). Denne blev oprettet i 2006 og beskriver en masse forhold og lovgivning vedrørende søfolks velvære. Dog er der ikke i denne konvention eller på Seahealth’s hjemmeside beskrevet noget konkret vedrørende luftkvalitet, arbejdstemperatur, luftfugtighed og de øvrige punkter som i denne rapport bliver belyst i forbindelse med et godt arbejdsmiljø. Derimod har Søfartsstyrelsen i meddelelse B, vedrørende skibes bygning og udrustning beskrevet nogle krav til udførelsen af maskinrumsventilation til søs. Disse lyder som følger:

”Af hensyn til personalets sikkerhed og velbefindende samt maskinernes

drift skal maskinrum af kategori A være tilstrækkeligt ventilerede for at sikre, at der opretholdes en tilstrækkelig lufttilførsel til rummene, når maskineri eller kedler i disse rum arbejder på fuld kraft under alle vejrforhold, herunder hårdt vejr. Ethvert andet maskinrum skal være tilstrækkeligt ventileret under hensyntagen til dets anvendelse.” (Retsinformation)22

”Forskriften gælder for passagerskibe i international fart uanset størrelse og for lastskibe med en længde på 15 meter og derover eller med et dimensionstal på 100 og derover, uanset om de går i national eller international fart, samt fritidsfartøjer med en skroglængde over 24 m, medmindre andet er anført i de enkelte kapitler.” (retsinformation)23

22 Søfartsstyrelsens meddelelser B, vedrørende skibets bygning og udrustning, Afsnit C, regel 35. www.retsinformation.dk 23 Hentet fra www.retsinformation.dk



Det vurderes af, ovenstående lovtekster, at retningslinjerne for udførslen af ventilationsanlæg til søs er begrænsede og overvejende mangelfulde, sammenlignet med lovgivningen på land. Derfor tages der, som tidligere nævnt udgangspunkt i dansk lovgivning indenfor komfortventilation, dog med tanke på indfrielse af ovenstående krav udsendt af søfartsstyrelsen. Komfortventilation er imidlertid et misvisende ord da formålet ikke er decideret komfort, som det måske vil være tilfældet i et kontormiljø, men derimod blot at tilstræbe et bedre indeklima for det arbejdende personel. Der skal derfor ikke herske tvivl om, at selve processerne i maskinrummet er hovedprioritet og at arbejdsmiljøet forsøges optimeret omkring disse.

Arbejdstilsynet kontra bygningsreglementet Bygningsreglementet og arbejdstilsynet er to forskellige instanser i Danmark som begge udsteder love og anbefalinger indenfor bl.a. ventilation. Bygningsreglementet er en instans under energistyrelsen, som har til formål at sikre en standard indenfor dansk byggeri i forbindelse med brandsikkerhed, energiforhold, indeklima, installationer m.fl. Dvs. en teknisk standard som varetager de bygningsmæssige aspekter, altså ikke med direkte tanke på personvelvære, men en byggeteknisk standard med indirekte effekt på personvelfærden og direkte indvirkning på energi og byggeteknisk korrekthed. (Bygningsreglementet)24 Arbejdstilsynet er derimod en instans som arbejder indenfor arbejdsmiljøloven. Arbejdstilsynets har til formål at sikre en standard indenfor sundhed og sikkerhed på arbejdspladsen, hvilke i begge tilfælde stiller krav til ventilationsanlægget på arbejdspladsen. Arbejdstilsynet prøver med andre ord at nedbringe arbejdsulykker, samt psykisk og kropslig overbelastning. (Arbejdstilsynet)25

24 Energistyrelsens hjemmeside, Maj 2013, www.bygningsreglementet.dk 25 Arbejdstilsynets hjemmeside, Maj 2013, www.arbejdstilsynet.dk



Komfortventilation Ved komfortventilation sigtes der mod at opnå velvære for de personer som benytter et givent lokale. Der tages ikke hensyn til eventuelle processer som kræver en form for ventilation, som eksempel herpå kan lufttilførslen til en motor nævnes. For at en person føler velvære i et rum er der nogle kriterier, som skal være opfyldt. I forbindelse med ventilation er disse kriterier opstillet af førnævnte instanser og kan kategoriseres i luftfugtighed, temperatur, træk, forurening, lugtgener samt statisk elektricitet. Disse emner vil blive belyst i det følgende. Luftfugtighed Luftens fugtindhold har stor indflydelse på personers velvære. Er fugtigheden for høj kan det føles trykkende og give anledning til hovedpine, endvidere kan der opstå risiko for kondensdannelse, som giver anledning til opblomstring af bakterier og mikroorganismer. Omvendt vil for lav luftfugtighed medføre udtørring af slimhinder, sprukne læber, m.m. Der skildres i forbindelse med måling af luftighed mellem relativ og absolut luftfugtighed. Det anbefales, at man ved en temperatur på omkring 20 ℃, har en relativ luftfugtighed på 40-‐45 procent. (Arbejdstilsynet)26 Det bør dog nævnes at påvirkningen af den relative fugtighed er individuel og forskellig fra person til person. I maskinrummet på m/t Oraholm er den relative fugtighed alene bestemt af fugtindholdet i den luft der bliver blæst ind. Denne vil, da den kommer direkte fra den omgivende, atmosfæriske luft og ikke gennemgår nogen form for behandling, variere meget alt efter, hvor skibet befinder sig -‐altså i hvilket klima sejladsen foregår. M/t Oraholm sejler, som tidligere nævnt, hovedsagligt i Europa, men her kan klimaet også varierer meget. Som eksempel kan temperaturen i det nordlige Sverige variere fra minus 5 ℃ om vinteren til plus 35 ℃ om sommeren. (Temperaturlog)27

Temperatur Temperatur er en væsentlig faktor i forbindelse med personers velvære. Temperaturen i et lokale er som bekendt under indflydelse fra dets omgivelser. Er temperaturen udenfor lav, vil dette bevirke, at temperaturen indvendigt vil være lavere end ved en varm sommerdag. Hvor stor indvirkning temperaturen, som omgiver lokalet eller bygningen har på den indvendige temperatur kommer 26 Arbejdstilsynet hjemmeside, Maj 2013, www.Arbejdstilsynet.dk 27 Se temperaturlog i bilagsmappe fra side 16.



an på, hvilke materialer lokalet/bygningen er udført i. Er ydrevæggene bestående af tykke betonvægge, med begrænset varmeledningsevne, vil den omgivende temperatur være væsentlig længere om at have indflydelse på inde temperaturen end hvis ydrevæggene er udført i tyndt metal. Betonvægge vil grundet sin begrænsede varmeledningsevne opretholde en mere stabil indetemperatur end ved metalvægge, med større varmeledningsevne. Disse overvejelser er essentielle i forbindelse med valg af styrring til ventilationsanlægget. Er bygningen/skibet som man skal ventilere eks. udført i tyndt metal og beliggende et sted med store temperaturvariationer, er et hurtigt regulerende anlæg nødvendig for at opretholde en konstant temperatur døgnets 24 timer, året rundt. Man kan herfra slutte, at jo ringere varmeledningsevne, det til bygningen anvendte materiale har, desto mindre forstærkning er nødvendigt i reguleringsmæssig sammenhæng og omvendt. Endvidere har masse i et rum indflydelse på behovet for forstærkning. Et rum, indeholdende megen masse, eks. en fyldt tank, vil være mere temperaturstabilt end, hvis massen ikke havde været tilstede. Dette er fordi massen her optræder som en akkumuleringsbeholder, som henholdsvis optager og afgiver energi i form af varme, præcis på samme måde som tykke betonvægge. Andre elementer, som har indflydelse på den indvendige temperatur er bl.a. solindfald, solopvarmede flader, flader opvarmet af processer, eks. brændstoftanke, procesvarme fra maskiner og afgiven varme fra mennesker. For at afgøre hvilken temperatur som er mest ønskværdig i et givent rum er man nødt til at kigge på hvad rummet skal anvendes til. For at lette denne proces, samt for at gøre forhold i forskellige situationer sammenlignelige er der lavet nogle modeller og tabeller, som til dette formål er anvendelige. Til bestemmelse af den mest optimale temperatur kigger man på et begreb, som hedder menneskets komfortområde. Til dette tages udgangspunkt i diagrammet, se figur 21. Figur 21 viser et gennemsnitligt udtryk for effekt som en person producerer ved forskellige arbejdsbelastninger. Endvidere viser den hvilke globetemperaturer, som skal være tilstede i lokalet for, at de personer, som opholder sig der, føler sig komfortable. I diagrammet ser man et mørkt område, dette område indikerer komfortområdet for et gennemsnitligt menneske med yderpunkter i henholdsvis varm og let beklædning.

Figur 21 (Arbejdstemperaturkurve)



Man kan i diagrammet se, at jo tungere belastning en person udsættes for, desto bredere spænder komfortområdet, det er med andre ord vanskeligere at holde en stillesiddende person i komfortområdet end en tungt arbejdende person. Det er derfor vigtigt, i forbindelse med fastlæggelse af globetemperaturen, i et rum, at se på hvilke typer arbejde som bliver udført. Man kan ved hjælp af forskellige påklædninger godt kombinerer tætliggende belastningsgrupper, men bliver spændet for bredt er dette umuligt og andre løsninger må søges, eks. opdeling af rummet, køling med luftstråler etc. Der kan forefindes scenarier, hvor tilstrækkelig køling ikke er muligt, eks. ved arbejde nær en kedel eller forbrændingsovn. Man vil her søge at holde temperaturen så lav som muligt og derefter søge hjælp i figur

22. Tabellen viser, at man ved arbejde i ekstra varme omgivelser er nødsaget til at kombinerer arbejdet med pauser af variabel længde. Jo varmere og tungere arbejde der udføres, desto større del af arbejdsdagen skal der holdes pause. Eksempelvis ved tungt arbejde i 29 ℃ varme bør man blot arbejde 25 procent af tiden. Dette er ikke optimal udnyttelse af arbejdskraften, da man til en opgave skal bruge fire personer frem for én. Arbejdstemperaturer iht. figur 21 bør derfor altid tilstræbes. Arbejde ved temperaturer under komfortområdet er ligeledes et problem. Stillesiddende arbejde i en temperatur omkring 18 grader vil nedsætte blodtilførslen til hænder og fødder. Dette resulterer i nedsat føleevne og fingerfærdighed og vil i visse arbejdsopgaver resulterer i øget risiko for fejl og arbejdsulykker. (Industriventilation)28Der kan som tidligere nævnt forekomme temperaturer væsentligt under 18 grader på m/t Oraholm (Temperaturlog)29 Foruden den vejledende figur 21, har arbejdstilsynet opstillet nogle retningslinjer ang. minimum og maksimumstemperaturer. Hertil kan nævnes, at smertetærskelen, i forbindelse med maksimaltemperaturen, er når den overstiger legemstemperatur. Dette er ofte tilfældet på m/t Oraholm, især i separatorrummet. Hvis dette ikke kan udbedres med ventilation, skal evt.

28 Ole Valbjørn, Ventilation i industrien, 2 udgave, 1983. 29 Se temperatur log i bilagsmappe, fra side 16.

Figur 22 (Hviletidstabel i forbindelse med varmt arbejde)



arbejde udføres med passende pauseinterval fx som iflg. Figur 22. (Arbejdstilsynet)30 Ved temperaturer i den modsat kolde ende af skalaen er der udarbejdet en figur som bør følges. Se figur 23. Ved den type arbejde som oftest bliver udført på m/t Oraholm, altså arbejde med en vis fysisk anstrengelse, ses det at temperaturen ikke må komme under 10℃. Denne værdi er imidlertid tilegnet jern og metalindustrien, men må betragtes som værende af sammenlignelig karakter med det pågældende tilfælde om bord på m/t Oraholm. Minimumsgrænsen blev ikke overholdt, på m/t Oraholm, under nogle af sejladserne i 2012. (Temperaturlog)31 På m/t Oraholm er temperaturen i maskinrummet et resultat af kombinationen af temperaturen på den indblæste luft og den, fra maskiner og personer, afgivne varmeeffekt. Varmeeffekten som kommer fra mennesker er dog i denne sammenhæng forsvindende lille, i forhold til maskinernes afgivne varmeeffekt, og kan derfor uden større fejl undlades i beregninger. I temperaturloggen ses det, at m/t Oraholm bevæger sig i områder med forskellige temperaturer. Denne erkendelse sætter store krav til ventilationsanlægget og et kompromis, frem for direkte diktering af anbefalinger og retningslinjer kan blive en realitet. Mere herom sidst i afsnittet.

Træk Træk er som bekendt ikke behageligt i de fleste situationer. Der er dog forskel på ved, hvilken intensitet man oplever et givent træk. Træk er et universelt begreb for en hurtig og/eller kold luftstrøm som bevæger sig gennem et rum. Træk kan opstå på forskellige måder, herunder kan nævnes åbninger til det fri eks. døre eller porte eller kuldenedslag, som opstår ved, at man indblæser luft, som er koldere end den omgivende luft og denne derved søger mod et lavere plan, under den varme luft. Dette fænomen kan også opstå ved, at en luftstrøm rammer en kold flade, eks. dårlig isoleret ydrevæg, og derved bliver afkølet og søger mod et lavere plan. En for høj indblæsningshastighed, eks. fra et armatur, opleves også som træk, da kroppen opfatter en hurtigt bevægende luftstrøm koldere end hvis luftstrømmen blev indblæst ved mere moderat hastighed. 30 Arbejdstilsynets hjemmeside, Maj 2013, www.arbejstilsynet.dk 31 Se temperatur log i bilagsmappen, fra side 16.

Figur 23 (Arbejdstilsynets anbefalinger vedr. mindste temperatur)



Træk kan især være en gene ved stillesiddende arbejde og bør her helt undgås. Ved fysisk hårdt arbejde kan et kontrolleret træk virke afkølende, men bør benyttes med forsigtighed, da man ikke er interesseret i at underafkøle de tilstedeværende personer. Anbefalinger vedrørende træk lyder på at vindhastigheden bør holdes under 0.15 m/s ved en lufttemperatur på 21℃ eller derover. Ved stigende temperatur vil øget vindhastighed virke mindre generende. På m/t Oraholm hersker der under alm. drift overtryk i maskinrummet. Dette skyldes, at man som tidligere nævnt indblæser en stor mængde luft ind i maskinrummet, langt større end, hvad hovedmotoren forbruger. I forskelligt litteratur ang. industriventilation anbefaler, man i forurenede miljøer at have undertryk da man herved ikke spreder de usunde partikler til omkringværende lokaler, men derimod beholder dem i rummet. Derved har man mulighed for at fjerne dem kontrolleret ved hjælp af mekanisk ventilation. Endvidere skaber et stort overtryk problemer med døre, som agerer kraftigt på trækforholdene. Da disse ofte er af brandsikker karakter og derved tunge, kan dette føre til skade på personel -‐for stort undertryk kan dog skabe samme problemer. Med ovenstående i tankerne er det en mulighed at nedregulere indblæsningen i maskinrummet og på den måde tvinge hovedmotorens turbolader til at skabe et undertryk og derved følge diverse anbefalinger i forbindelse med indeklima og ventilation. Denne nedregulering bevirker dog, at motoren nu i stedet for at få ”skubbet” luft ind i turboladeren bliver nødsaget til at bruge en øget mængde energi på at ”suge” luft ind i turboladeren. Den ekstra energi som hertil vil blive benyttet skal komme fra turboladerens udstødningside og i sidste instans brændstoffet, altså et øget brændstofforbrug. Dette er dog ikke nødvendigvis et udtryk for et forøget brændstofforbrug overordnet set, da den energi som før benyttedes til at skabe, det tidligere nævnte, overtryk blev forbrugt af én eller to ventilatorer trukket af elmotorer og denne energi vil nu være sparet. Disse elmotorer har, som tidligere nævnt, hver et nominelt effektforbrug på 15 KW. El-‐effekten hertil produceres på enten én eller flere af de tre dieselgeneratorer eller på hovedmotorens akselgenerator. Dvs. at man til produktion af elmotorernes elforbrug skal påregne diverse tab i form

af varmetab, røggastab, generatortab, transformertab, kabeltransmissionstab og til sidst elmotorens eget tab. Til sammenligning skal man ved at lade turboladeren ”gøre arbejdet” kun påregne tab i form af varmetab og

Figur 24(Sankey diagram, Principtegning over tabene i hovedmotoren) A= effekt ind, B= Effekt bortledt via kølevand, C=Effekt bortledt via olie, D= Røggastab, E=Varmestrålingstab, D=afgangseffekt(nytteeffekt))



røggastab. Se Sankey diagram, figur 24. I forhold til ovenstående teori anbefales det fra motorproducenterne at opretholde et lille overtryk der, hvor hovedmotoren indtager luft, hvilket modsætter ovenstående forslag (MAN B&W)32

Lugt Den manglende tilstedeværelse af dårlige lugte er et vigtigt element i jagten på et godt indeklima. Lugtgener kan ved stigende grad og i ekstreme tilfælde gøre et rum uudholdeligt at befinde sig i. I mindre ekstreme tilfælde kan ophold over længere tid skabe nedsat koncentration og ubehag. Det er dog en realitet at folk hurtigt vænner sig til lugte, såkaldt ”adaption”, og det skal derfor tages med i overvejelserne, hvilken arbejdsplads, der er tale om. Igen er kontormiljøer ofte ekstra følsomme og lugtgener vil her skabe koncentrationsbesvær og nedsat velvære før det eksempelvis sker på et værksted eller en byggeplads. Derfor er tolerancerne også varierende alt efter arbejdsplads og branche. Endvidere er det ikke muligt at måle lugtkoncentration og tilstedeværelsen deraf beror derfor udelukkende på personers objektive vurderinger og skøn. Lugte opstår ved afsondring fra mennesker og ved industrieller processer. De fleste lugte nedbrydes af sig selv til mindre lugtende stoffer og kan fjernes ved simpel luftudskiftning, eks. udluftning eller mekanisk ventilation. Behovet for ventilation i lugtfjernelsessammenhæng er som nævnt en vurderingssag og bør fastlægges ved empiriske forsøg. I maskinrummet på m/t Oraholm florerer der lugtgener, fra forskellige processer. Afsondring fra mennesker er her ikke et problem da lokalerne, i forhold til mængden af tilstedeværende personel, er meget store. Som ventilationen fungerer nu er der tilnærmelsesvis ingen ventilation i separatorrummet. Dette bevirker at rummet lugter stærkt af diesel, fuel oil og smøreolie. Dette er ikke behageligt og bør udbedres. Dette vil imidlertid højst sandsynligt ske i forbindelse med at nedbringelse af giftig gasarter som også hersker i rummet. Det er dog vigtig at understege at lugte i et maskinrum aldrig kan undgås og personel også forventer en

32 Anbefaling fra MAN B&W, Research And Development.

Figur 25 (Tabel ang. luftskifte, udstukket af bygningsreglementet)



form for lugt. Lugte er ikke sundhedsskadelige og punktet kan derfor, i stort omfang, negligeres.

Luftforurening Vigtigere er det at tage hensyn til luftforurening. Luftforurening er et begreb som dækker over flere ting, herunder koncentrationen af udåndingsluft fra mennesker, gasser fra væsker og andet, samt svejserøg m.fl. Der er i arbejdsmiljøloven opstillet grænseværdier som skal overholdes i forbindelse med giftige stoffer. Eksempelvis må den luft som en person under arbejde indånder maksimalt indeholde 1.3 mg svovldioxid/m3. Svovldioxid er et affaldsprodukt, som opstår ved forbrænding af eks. dieselolie og er derfor relevant i maskinrumssammenhæng. (Retsinformation)33 Alle grænseværdier for de forskellige stoffer som forekommer i maskinrummet skal ventileres væk, eks. ved punktudsugning. Denne type ventilation er meget brugt i forbindelse med svejseværksteder. Der er fra bygningsreglementets side opstillet nogle luftudskiftningsværdier som skal overholdes. Se figur 25. Endvidere er der i bygningsreglementet beskrevet nogle værdier omkring luftudskiftning i forhold, hvor mange mennesker, som opholder sig i rummet. Dette er dog mest anvendeligt i klasselokaler, kontormiljøer og andre steder, hvor der er en stor koncentration af mennesker. Da mængden af personel i forhold til størrelsen af maskinrummet er meget begrænset, vil udregninger, af den karakter, ikke blive behandlet videre.

Statisk elektricitet Statisk elektricitet er som nævnt også et emne som skal tages stilling til i bestræbelse på et fornuftigt indeklima/miljø. Statisk elektricitet opstår typisk når materialer glider mellem hinanden, eks. skosåler og gulvbelægning eller overdel og bordoverflade. Statisk elektricitet er ikke direkte farligt men kan skabe ubehag og føre til potentielt farlige situationer. Man kan forestille sig at en tekniker står og udføre en opgave nær varme dele eller elektrisk udstyr. Bliver denne person opladet imens han udfører arbejdet og pludselig berører en anden genstand og derved bliver afladt, fører dette typisk til en reaktion i form af forskrækkelse og måske en bevægelse, som så videre kan føre til berøring med det førnævnte elektriske eller varme udstyr. Endvidere er det ubehageligt at af få ”stød” hver gang man rører noget ledende. Det bør derfor tilstræbes at minimere forekomsten af dette fænomen.

33 Retsinformation bekendtgørelse nr. 1072, 7/9-‐2010, www.retsinformation.dk



Luftfugtigheden og i forlængelse deraf varme, har begge indflydelse på dette fænomen. Forekomsten af statisk elektricitet er hyppigere ved lav relativ luftfugtighed end ved høj relativ luftfugtighed. Dvs. at hvis temperaturen i et rum hæves og derved sænker den relative luftfugtighed, øges risikoen for forekomst af statisk elektricitet markant. Vigtigt er det at notere sig, at statisk elektricitet i forbindelse med tankskibe indeholdende brandfarlig last og generel omgang med sprængfarlige stoffer er yderst risikoforbundne. Dette vil dog ikke blive behandlet yderligere i denne rapport.



Forslag til anlægsændringer Med udgangspunkt i de foregående tre afsnit vil der i det følgende blive udarbejdet forslag til forbedringer, på det eksisterende ventilationsanlæg på m/t Oraholm. Foslagene vil inddelt i emner som de vedrører blive beskrevet og diskuteret.

Kanal og rørsystem Som bekendt er der på m/t Oraholm udført to parallelt løbende ventilationssystemer. Begge systemer er forsynet med identiske ventilatorsystemer. Som det fremgår af afsnittet om energioptimering, er én af ventilatorerne alene i stand til at forsyne maskinrummet med den nødvendigt luftmængde. Derfor vil drift med begge ventilatorer i procesmæssig sammenhæng ikke være aktuelt. I stedet kan de to parallelle systemer ombygges således, at hvert system har udmunding i alle maskinens rum. Dette vil kræve ombygning af systemet, men påmontering af flere udblæsninger, på det allerede eksisterende kanalsystem, vil næsten kunne resultere i lufttilførsel til alle maskinens lokationer. I de lokationer som ikke gennemløbes af begge rørsystemer vil det dog være nødvendigt at udføre ekstra rørføring. Som det fremgår af oversigtsdiagrammerne (bilagsmappen side 7-‐11) er det i dag ikke alle rum som ventileres. Det vil ved ombygning af rørsystemerne være muligt at få ventileret alle lokationer og derved opnå en generel bedre luftkvalitet i maskinafdelingen. En anden positiv effekt ,som ombygningen af rørsystemet, vil have, er at der ved to, tilnærmelsesvis identiske, ventilationssystemer vil være mulighed for at etablere redundans på ventilationsanlægget og derved øge driftsikkerheden. Eksempelvis er der, ved luftindtaget for begge ventilationssystemer, to filtre, som sørger for, at større partikler ikke bliver blæst ned i maskinrummet. Dette filtermateriel skal efter en vis driftstid udskiftes, eller renses. I dag er man nødsaget til at undvære ventilation i en stor del af maskinen under udførsel af denne udskiftning. Dette er fordi, at man er nødsaget til at slukke anlægget mens der arbejdes på dette. Ved etablering af redundans vil dette stadig være tilfældet , men da ét anlæg alene forsyner samtlige rum i maskinen vil skibet stadig være ventileret optimalt under udførslen. Endvidere vil der i tilfældet af øvrige reparationsopgaver og driftsfejl stadig være mulighed for optimal ventilation, da ventilationen blot vil varetages af det anlæg som ikke er under reparation og/eller fejramt .



Ved etablering af flere udmundinger vil det endvidere være fornuftigt at etablere punktudblæsninger de steder, hvor varmegener er mest kritiske både med tanke på personel og proces. Punktudblæsninger bevirker at varme fra det givne sted cirkuleres yderligere og derved vil blive fjernet. Endvidere har luft med høj hastighed den fordel, at det virker kølende for mennesker og vil derfor bevirke at arbejde i varme områder er udholdeligt i længere tid. For at opnå det rette ventilationsniveau i de forskellige rum bør der etableres spjæld på alle udblæsninger. Dette giver mulighed for at opnå den rette volumenstrøm, samt mulighed for retningsbestemmelse af luftstrømmene. I forbindelse med brandsikring er der fra bygningsreglementet opstillet nogle krav som skal overholdes. Det kan som tommelfingerregel siges at installationen af et ventilationsanlæg ikke må forringe en bygnings brandsikkerhed/brandtætning. En bygning er delt ind i brændceller. Disse brændceller er adskilt fra hinanden med konstruktionsdele af typen BD60, hvilket betyder at konstruktionsdelene overvejende kan tilbageholde en brand i 60 min. Standarden ligger derfor op til at man ved installation af ventilationskanaler, ikke må lave gennemføringer i vægge, som rørføringen ikke udfylder helt. Endvidere skal der etableres brændspjæld som bevirker, at røg og brand ikke kan spredes gennem ventilationskanaler. (bygningsreglentet)34 Brandspjældssystemet skal være opbygget således, at det fungerer selv ved spændingsløs tilstand. Derfor er brandspjæld ofte udformet således, at de ved hjælp af en mekanisk funktion, eks. en fjeder, søger tilbage til udgangspunktet i tilfældet af strømsvigt. (Komfortventilation)35 Dog er der på m/t Oraholm etableret brandspjæld og yderligere spjæld er derfor kun nødvendige at montere i tilfældet af at rørføringen udvides.

Ventilatorerne Ventilatorerne som er monteret til indblæsning på m/t Oraholm er af typen aksialventilatorer, hvilket betyder at ”vingerne” støder ud fra en aksel i centrum. Sammenligneligt med en propel på et fly. Luften tilføres fart ved at ”vingerne” via deres hældning danner et vakuum som trækker luft ind mellem vingerne og ind i anlægget.

34www.Bygningsreglementet.dk 35 B. Howald Petersen, Komfortventilation -‐2005.

Figur26 (Aksialventilator)



Denne type ventilator udmærker sig bl.a. ved at den, i mange tilfælde, kan monteres direkte på drivmaskinens aksle –dette er også tilfældet på m/t Oraholm. At ventilatoren er monteret direkte på akslen har flere positive betydninger. Vedligehold af transmissionsudstyr er ikke aktuelt, dvs. at man ikke behøver at tilse og skifte rem og remskiver, da disse ikke er tilstede på anlægget. Endvidere har alle former for transmission en virkningsgrad. Ved remtræk, er denne ofte opgivet til et sted mellem 90 og 99 procent. På m/t Oraholm slipper man imidlertid for den virkningsgrad og opnår derved en energibesparelse i forhold til et anlæg med transmissionsudstyr. Aksialventilatoren er sammen med radialventilatoren med B-‐hjul den type ventilator, som opnår den højeste virkningsgrad. Denne er opgivet til mellem 75 og 85 procent. (Den lille blå)36 Udsugningsdelen på m/t Oraholm består hovedsageligt af hovedmotorens forbrug. Denne ”ventilator” er derfor ikke mulig at ændre og typen af denne er dimensioneret i forhold til hovedmotoren. Derfor vil ændring af denne, udelukkende med tanke på at forbedre ventilationen, være et tiltag af tvivlsom karakter. Selve ventilatordelen på m/t Oraholm anses derfor for at være af rette type og idéelt monteret.

Regulering I energi og procesmæssig sammenhæng er nuværende regulering af ventilationsanlægget på m/t Oraholm ikke hensigtsmæssig. Styringen heraf bør som minimum automatiseres så anlægget i én eller anden form følger skibets lastforhold. Det anbefales at lade to frekvensomformere styre de to motorer som trækker ventilatorerne. Frekvensomformerne bør indstilles således, at de har mulighed for at ændre spænding/frekvensforholdet proportionelt med belastningen af anlægget. Frekvensomformerene tiltænkes at regulere motorerne således, at der opretholdes et lille overtryk i maskinrummet, hvilket bevirker, at de luftforbrugende maskiner har den fornødne luftmængde til rådighed. Opretholdelse af overtryk er med tanke på anbefaling fra motorfabrikant MAN B&W (MAN B&W)37 At montere frekvensomformere er ikke specielt pladskrævende og vil derfor være uføreligt i praksis, trods den sparsomme plads som hersker på skibet. Som

36 Claus M. Hvengaard, Den lille blå om ventilation, 1. udgave -‐2002. 37 Anbefalinger fra MAN B&W, se bilagsmappe side 15.



et forslag vil det være muligt, at monterer frekvensomformeren inde i selve indsugningshuset, dvs. i rum 13 og 14, hvor ventilatorerne er placeret. Dette vil bevirke at frekvensomformerne, som har brug for en vis mængde køling, bliver nedkølet af de turbulente luftstrømme som opstår i rummene. Endvidere vil frekvensomformerne her være let tilgængelige, samt kabelføringen hertil minimeres mest muligt. Det er muligt at regulere volumenstrømmene i anlægget ved hjælp af manuelle spjæld som placeres i ventilationskanalerne. Indstillingerne vil dog kun være præcise ved et givent driftspunkt og derved ikke ved skiftende belastninger. Alternativt kan der, for at modvirke problemet, monteres elektriske spjæld som via en styring kan reguleres, alt efter hvilke omdrejninger ventilationsmotoren kører med. Denne form for regulering kræver væsentlig mere styring, men vil til gengæld, hvis programmeret og indstillet rigtigt, resultere i stort set konstante trykforhold i maskinrummet og derved minimere træk og gøre ophold mere behageligt.

Øvrige forslag For at opnå et mere jævnt temperaturniveau året rundt er nuværende ventilationsanlæg ikke tilstrækkeligt. Om vinteren er den indsugede luft nødsaget til at blive varmet op og om sommeren nedkølet. Disse processer kræver henholdsvis en opvarmning og nedkølingsproces. Opvarmningsprocessen kan udføres på flere måder. En løsning vil være at lade varmt vand, eks. HT-‐kølevand, passere gennem en vekslerflade. HT-‐vandet bliver som bekendt opvarmet ved at køle hovedmotoren og skal derefter nedkøles efter cirkulering i motoren, energien herfra er derfor et spildprodukt. Noget af den energi kan derfor benyttes til opvarmning af den indsugede luft, ved at passerer denne gennem varmefladen. En anden mulighed er at montere en krydsveksler eller rotorveksler, som overfører restvarme fra udstødningsgassen til den indsugede luft. Det skal dog understreges at denne løsning kun må benyttes, hvis vekslerfabrikanten kan garanterer, at der ikke vil ske overførsel af udstødningspartikler til den indblæste luft. Vekslere af denne type er typisk rotorvekslere, som er meget pladskrævende. Køleprocessen kan ligeledes udformes med en vekslerflade. I stedet for at lede varmt vand igennem, kan der benyttes søvand, som typisk er koldere end den omgivende luft. Dog vil dette ikke være tilstrækkeligt de steder, hvor vandet og luften er varm og kølingen derfor mest efterspurgt.



I det tilfælde, er implementering af et køleanlæg en nødvendighed. Køleanlægget skal forsyne kølefladen med en kold brine. Dette er imidlertid meget energiforbrugende og bør derfor kun benyttes, hvor det er allermest nødvendigt. Problemet med både varmeprocessen og køleprocessen er, at grundet de store luftmængder er anlæggene nødsaget til at være af sådan en størrelse at det kan varetage opgaven, dette vil resulterer i et pladskrævende anlæg. Dette er grundet pladsmangel et problem og implementeringen heraf vil derfor være vanskelig om ikke urealistisk.

Forslagssammendrag Det anbefales, på baggrund af tidligere afsnit i denne rapport, at m/t Orholm ombygger deres ventilationsanlæg med udgangspunkt i følgende. Det anbefales at omdrejningsregulere ventilationsanlægget således, at det følger luftforbruget om bord. Dette skal gøres ved hjælp af en tryktransmittere, som placeres i de rum der ikke har åben forbindelse til andre rum. Anlægget skal programmeres således, at det opretholder et lille overtryk i de rum, hvor der er luftforbrugende processer, således at processerne har den fornødne luftmængde til rådighed. I de rum hvor der ikke er luftforbrugende processer kan der med fordel herske et lille undertryk, dette vil bevirke at gasser herfra ikke spredes til tilstødende rum. Det er dog en nødvendighed, at der i disse rum etableres separate udsugningsanlæg da hovedmotoren ikke vil udsuge luft fra disse rum, da de er afspærret fra de rum, hvor hovedmotoren suger luft. Et eksempel herpå er kontrolrummet, rum 11. Ventilationskanalerne bør ombygges således, at hver ventilationsstreng forsyner alle rum i maskinafdelingen. Dette vil øge personvelværet da alle rum nu vil blive ventileret. Der skal etableres automatisk redundans, som selv varetager omskiftningen af ventilationsanlægget i tilfælde af fejl. På den måde øges driftsikkerheden Endvidere bør der etableres punktudblæsninger ved varmefølsomme processor, eksempelvis elektronik, og steder hvor der er varmt og ofte bliver udført manuelt arbejde, eksempelvis i separatorrummet, rum 5. Dette vil øge personvelværet og driftsikkerheden.



Konklusion Dette projekt havde til opgave, at udarbejde idéer og forslag til forbedring af ventilationsanlægget, i maskinrummet, på m/t Oraholm. Forbedringerne skulle tilsigte mindsket vedligehold, øget personvelfærd og mindre energiforbrug. Ønsker som i problemformuleringen blev konkretiseret i tre spørgsmål. 1: Hvordan energioptimeres nuværende ventilationsanlæg, med tanke på implementeringsevne? 2: Er det muligt at forbedre brændstoføkonomien på hovedmotoren, samt mindske behovet for vedligehold ved, at ændre de ventilationsmæssige forhold i maskinrummet. 3: Hvilke krav og anbefalinger er der opstillet i forbindelse med opbygningen af et ventilationsanlæg? -‐herunder fokus på arbejdsmiljø, driftsikkerhed og velvære. Via rapporten er det blevet belyst, at der er mulighed for at spare energi ved omdrejningsregulering af ventilatoranlægget og ved kun at benytte ét anlæg ad gangen. Endvidere vil ombygning af ventilationskanalerne og etablering af spjæld, samt flere udmundinger heri, bevirke at driftssikkerhed og personvelfærd øges. Derved synes majoriteten af de ønsker, som maskinpersonalet fremlagde før udarbejdelsen at denne rapport, som værende overvejende opfyldt. Spørgsmålene, fremlagt i problemformuleringen, er blevet undersøgt og belyst og elementer herfra har vist sig ikke at være mulige. Hovedsageligt er tiltag i rapporten blevet begrænset og/eller vurderet urealistiske grundet pladsmæssige aspekter eller økonomiske forhold. Herunder kan nævnes luftbehandling af udeluft til brug som indblæsningsluft. At luftbehandling vurderes urealistisk bevirker, at de klimamæssige forhold i maskinrummet ikke, under alle sejladser, kan indfri samtlige krav som er stillet fra lovgivende instanser, herunder arbejdstilsynet og bygningsreglementet. Dog vurderes de reelt lovpåkrævede, krav til maskinrumsventilationen, som er dikteret af søfartsstyrelsen som værende opfyldte. Ved at implementere, i rapporten beskrevne ændringsforslag, på m/t Oraholm vil ventilationsanlægget forbruge mindre energi, personvelfærden vil bedres og driftssikkerheden øges.



Nomenklaturliste Globetemperatur: Er den temperatur som kan måles på et termometer placeret i centeret af en mat, sort kugle. Termometeret benyttes i forbindelse med måling af strålevarme. Den matte kugle absorberer strålevarme og opvarmer derfor centrum af kuglen hvori termometeret er placeret. Combikedel: Er en kedel som består af henholdsvis en brænderdel og en røggasdel. Røggasdelen bruger overskudsvarme fra røggas fra en proces, eks. en skibsmotor, til at opvarme og fordampe vand. I tilfælde, hvor røggassen ikke er tilstrækkelig, benyttes brænderdelen, hvor en oliebrænder tilfører vandet yderligere energi. Forstærkning: Forstærkning er i reguleringsmæssig sammenhæng et udtryk for, hvor hurtigt eller kraftigt et system påvirkes. Ved meget forstærkning vil en lille ændring i inputtet resultere i en stor ændring af outputtet. Forstærkning kan udtrykkes via stejlheden af en karakteristik med output op af y-‐aksen og offset eller input hen af x-‐aksen i et koordinatsystem. Lav stigning høj forstærkning og omvendt. Brine: Typisk en saltblanding som ofte benyttes i kølemæssig sammenhæng, som medie til cirkulering gennem et køleanlæg. Dvs. en væske som grundet sit saltindhold kan nedkøles kraftigt uden at ændre fase og som ikke er skadeligt i tilfældet af læk på anlægget.



Kilde -‐og litteraturliste

Referencer -‐ Arbejdstilsynet hjemmeside,www.Arbejdstilsynet.dk -‐ B. Howald Petersen, Komfortventilation -‐2005. -‐ Claus M. Hvengaard, Den lille blå om ventilation, 1. udgave -‐2002. -‐ Danfoss A/S, Værd at vide om frekvensomformere, 1.st udgave, 3. Oplag, 1988. -‐ Energistyrelsens hjemmeside, www.bygningsreglementet.dk -‐ Maskinrumslogbog, m/t Oraholm, (Ultimo 2012-‐Primo 2013) -‐ MAN B&W, afdeling Search And Development. -‐ MAN B&W, Prime Serv -‐Superintendent, Thomas Møller. -‐ Nyt Teknisk Forlag, Ventilation Ståbi, 2 udgave, 4. oplæg 2007. -‐ Ole Valbjørn, Ventilation i industrien, 2 udgave, 1983. -‐ Retsinformation bekendtgørelse nr. 1072, 7/9-‐2010, www.retsinformation.dk. -‐ Søren Gundtoft, Termodynamik, 2. Udgave, 1 oplag, 2007. -‐ T.Heilmann, Praktisk regulering og instrumentering, 5 udgave, 4 oplag, 2007.

Illustrationer Figur 1: Forfatters eget arkiv. Figur 2: Forfatters eget arkiv. Figur 3: Forfatters eget arkiv. Figur 4: Forfatters eget arkiv. Figur 5: Forfatters eget arkiv. Figur 6: Forfatters eget arkiv. Figur 7: MAN B&W, Research and development. Figur 8: MAN Diesel and Turbo Green technology. Figur 9: Poul Peter Eriksen, Elektronik 3, elektriske maskiner, 4. Udgave, 2006. Figur 10: Nyt Teknisk Forlag, Ventilation Ståbi, 2 udgave, 4. oplæg 2007. Figur 11: Forfatters eget arkiv. Figur 12: Nyt Teknisk Forlag, Ventilation Ståbi, 2 udgave, 4. oplæg 2007. Figur 13: Nyt Teknisk Forlag, Ventilation Ståbi, 2 udgave, 4. oplæg 2007. Figur 14: Nyt Teknisk Forlag, Ventilation Ståbi, 2 udgave, 4. oplæg 2007. Figur 15: Nyt Teknisk Forlag, Ventilation Ståbi, 2 udgave, 4. oplæg 2007. Figur 16: Nyt Teknisk Forlag, Ventilation Ståbi, 2 udgave, 4. oplæg 2007. Figur 17: Nyt Teknisk Forlag, Ventilation Ståbi, 2 udgave, 4. oplæg 2007. Figur 18: Nyt Teknisk Forlag, Ventilation Ståbi, 2 udgave, 4. oplæg 2007. Figur 19: Forfatters eget arkiv. Figur 20: Forfatters eget arkiv. Figur 21: Ole Valbjørn, Ventilation i industrien, 2 udgave, 1983. Figur 22: Ole Valbjørn, Ventilation i industrien, 2 udgave, 1983. Figur 23: www. Arbejstilsynet.dk Figur 24: Tom Banke Andersen, Noget om dieselmotorer, 1. Udgave, 2010. Figur 25: www.bygningsreglemntet.dk Figur 26: Claus M. Hvengaard, Den lille blå om ventilation, 1. udgave -‐2002.

Bachelor klar til udprint.docx....Ventilationsoptimering.! Bachelorprojekt. Thomas.GedsigNielsen....

Documents

Transcript of Bachelor klar til udprint.docx....Ventilationsoptimering.! Bachelorprojekt. Thomas.GedsigNielsen....