Abb. 1: Modernes energieoptimiertes Kreuzfahrtschiff von der Meyer Werft (Quelle Imtech)
STG Sprechtag "Energieeffiziente Klimatisierung von Schiffen"
Vorgestellt wurden u. a. Wirkungsgrad optimierte Lüfter, rotierende Wärmetauscher, magnetgelagerte Verdichter und als Höhepunkt Anlagen, die aus Abwärme Kälte erzeugen.
von Karl-Heinz Hochhaus
Abb. 2: Lido, täglicher Energiebedarf der unterschiedlichen Klimasysteme bei Vollast in der Westkaribik (Quelle Imtech)
Fachausschuss Lüftung, Klima, Kälte
Der FA wurde von Dr.-Ing. Yves Wild geleitet und ist aus der 1998 gegründeten Arbeitsgruppe Lüftung, Klima, Kälte hervorgegangen. Dieser FA ermöglicht, wie auch die anderen 17 FA`s in der STG [1], den Wissens- und Erfahrungsaustausch zwischen den verschiedenen an der Planung, Konstruktion, Genehmigung, Bau und Betrieb eines Schiffes beteiligten Firmen und Institutionen. Die FA-Mitglieder kommen aus den Bereichen Reederei, Werften, Zulieferer, Planungsbüros, Klassifikation und Forschungseinrichtungen, die sich regelmäßig treffen und einen Informationsaustausch zu schiffstechnischen Anlagen der Lüftung, Klima und Kälte pflegen. Zu diesem Zweck finden zweimal jährlich Sitzungen statt, an denen ca. 20 bis 30 Personen teilnehmen. In der Regel werden während der sechs bis achtstündigen Sitzungen neben den Routinearbeiten ausgewählte Themengruppen anhand von vier bis fünf Vorträgen vorgestellt und ausführlich diskutiert. Da die Sitzungen vorwiegend in den Räumen der Mitgliedsfirmen stattfinden, werden diese Veranstaltungen oft durch Betriebsbesichtigungen ergänzt, um die Praxis nicht zu vernachlässigen [2]. Die Teilnahme an diesen Fachausschusssitzungen ist für jedermann möglich, eine STG- Mitgliedschaft ist jedoch erwünscht und wird in der Regel auch von den Gästen erworben. Etwa alle zwei Jahre werden dann von diesem FA öffentliche Sprechtage mit 8-10 Vorträgen durchgeführt, um die Öffentlichkeit über aktuelle Entwicklungen zu informieren. Diese Vorträge werden im STG-Jahrbuch abgedruckt, das einmal pro Jahr erscheint.
Hier soll über den am 19.10.2011 im Deutschen Schiffahrtsmuseum in Bremerhaven durchgeführten Sprechtag "Energieeffiziente Klimatisierung von Schiffen" berichtet werden, der sich neben Reedern und Werften besonders an die Schiffbau-Zulieferindustrie wendete. Die organisatorische Vorbereitung erfolgte durch Frau Bohn-Möller und Frau Lau in enger Zusammenarbeit mit Dr. Wild, der auch die Vorträge moderierte. Der Vortragsraum und die Infrastruktur wurde der STG vom Deutschen Schiffahrtsmuseum aufgrund der engen Zusammenarbeit kostenlos zur Verfügung gestellt.
Abb. 3: Taufe des Windanlagen-Errichterschiffes „Friedrich Ernestine“ für RWE Innogy, die Klimatisierung erfolgt mit Einsatz einer Absorptionsanlage (Quelle Novenco)
1. Energetische Simulation von Klimaanlagen auf Kreuzfahrtschiffen (Dipl.-Ing. Georg Bieler, Imtech Deutschland GmbH & Co. KG, Hamburg)
Bei der Auslegung, Regelung, und Optimierung komplexer Klimaanlagen auf Kreuzfahrtschiffen (Abb. 1) arbeitet Imtech erfolgreich mit den Werkzeugen der stationären und dynamischen Simulation. Georg Bieler beschrieb die Vorteile dieser Werkzeuge. Als Programmiersprache wird Modelica/Dymola benutzt, damit lassen sich die einzelnen spezifischen Module der Komponentenbibliothek zu einem Gesamtsystem zusammensetzen. Es werden Simulationsmodelle unterschiedlicher technischer Systeme miteinander verknüpft, ihre Interaktionen untersucht und bei Bedarf erfolgen mit dem Modell erste Optimierungen. Als Beispiel wurde die Regelstrategie bei der Zu- und Abschaltung der Kaltwassersätze vorgestellt.
Als interessante Anwendungen wurden neben Untersuchungen zur energetischen Nachbildung von Außen- und Innenkabinen auch Simulationen durchgeführt, um die Kabinen-Klimatisierung abhängig von der zeitlichen Benutzung und der Umgebung zu optimieren. Über die heute üblichen Key-Cards wird die jeweilige Kabinenbelegung und zeitliche Benutzung erfasst, um die Fan Coils gezielt zu- oder abzuschalten. Um die realistischen Wetterdaten im Tages- und Jahresverlauf in den betrachteten Fahrtgebieten zu berücksichtigen, wurde mit der Datenbank Meteonorm gearbeitet. Sie liefert für jeden beliebigen Ort der Erde die Wetterdaten eines typischen Jahresverlaufes.
Abb. 4: Klimaanlage mit Zentraleinheit (1), Einrohrversorgung (2), Fan Coils (3) und Energierückgewinnung in der Zentraleinheit (Quelle Novenco)
Der auf die Passagiere bezogene spezifische Energieeinsatz für die Schiffsklimatisierung wurde durch die technische Weiterentwicklung und steigenden Schiffsgrößen stark reduziert. Dies zeigt auch die Abb. 2, die den täglichen Energiebedarf des Lidos 1990, 2000 und 2010 systemabhängig darstellt. Eine große Rolle spielen dabei die Energierückgewinnung und der Einsatz drehzahlvariabler Lüfter, deren Lüfterleistung sich mit der 3. Potenz zur Drehzahl (Frequenzumrichter) ändert. Eine weitere Optimierung könnte mit der Regelung des Frischluftbedarfs anhand von CO2-Messungen realisiert werden.
Abb. 5: Annahme der Kosten zur Klimatisierung sowie der Be- und Entlüftung im Küchenbereich (Quelle Halton)
2. Energieeffiziente Klimatisierung von Cargoschiffen (Gyrd Mortensen, Novenco A/S, Naestved/Dänemark)
Vor dem Hintergrund ansteigender Brennstoffpreise in der Seeschifffahrt verwies Gyrd Mortensen auf die Vorgabe, bis 2025 laut IMO (Marpol Annex VI) eine auf den EEDI (Energy Efficiency Design Index) basierende Energieeinsparung von 30% zu realisieren. Novenco hat reagiert, die Systeme zur Belüftung und Klimatisierung wurden optimiert und bei der Kälteerzeugung wurden neue Wege beschritten. Ein interessantes Beispiel sind die innovativen Klimaanlagen auf den Errichterschiffen vom Typ „Seabreeze“ für RWE Innogy [3]. Das erste dieser Schiffe wurde am 16.9.2011 in Südkorea auf den Namen „Friedrich Ernestine“ (Abb.3) getauft. Diese Klimaanlagen erhalten ihr Kaltwasser zur Klimatisierung aus einer auf Schiffen neuartigen Absorptionsanlage, die in einem der folgenden Vorträge vorgestellt wird.
Weitere Maßnahmen zur Verbesserung der Klimatisierung für Frachtschiffe sind der Einsatz von Einrohranlagen, die Energierückgewinnung durch rotierende Wärmetauscher, die Wirkungsgradverbesserung der eingesetzten Axiallüfter mit Leistungen über 2 kW und „Fan Coils“ zur Klimatisierung des Maschinenkontrollraums (MKR) sowie der Werkstatt (Abb. 4). Bei den Kaltwassersätzen wird dem Reeder die Kombination aus einer mechanischen Verdichter- und einer Absorptionsanlage angeboten.
Zum Thema Belüftung ging Mortensen ausführlich auf die neuen Konstruktionen von energetisch optimierten Axialventilatoren ein. Bei Leistungen über 2 kW (z. B. Anwendung in der schiffsseitigen Wohnraum-Klimatisierung) liegt der Wirkungsgrad über 85%, bei deutlich größeren Leistungen der vorwiegend für die Maschinenraum- und Laderaumbelüftung eingesetzten Ventilatoren werden Wirkungsgrade bis zu 92% erreicht.
Abb. 6: Datenerfassung in der Ablufthaube zur Drehzahlanpassung der Lüfter (Quelle Halton)
3. Energieeinsparpotential bei Küchenlüftungsanlagen (Fabrice Deldreve, Halton Klimatechnik GmbH, Hamburg)
Die Bedeutung der Energiekosten im Küchenbereich von Kreuzfahrtschiffen stellte Fabrice Deldreve am Beispiel der größten Kreuzfahrtreederei Carnival Corperation vor. Die 93 Schiffe dieser Gesellschaft haben 2009 Brennstoff für 1,16 Mrd. $ gebunkert. Deldreve nahm eine Aufteilung der Kosten vor und ermittelte die erstaunliche Summe von rund 100 Mio. $ (Abb. 5). Brennstoffkosten für die Lüftung und Klimatisierung im Küchenbereich.
Anschließend stellte er die Entwicklung einer energiesparenden Technologie (Capture Jet) vor, die in den Dunstabzugshauben integriert wird. Mit Infrarotsensoren und Thermoelementen werden die notwendigen Daten ermittelt, um den Luftvolumenstrom durch Drehzahlsteuerung der Lüfter anzupassen (Abb. 6). Die Messung der Druckdifferenz ermöglicht Aussagen über den Verschmutzungszustand der Filter.
Anschließend erläuterte Deldreve die Funktion der übergeordneten Automation mit der Bezeichnung MARVEL [4] zur Küchenbe- und entlüftung. Ein Produkt, das gemeinsam mit der Firma „Current Energy“ für Küchen von Hotels entwickelt wurde und sich auch für Kreuzfahrtschiffe eignet.
Abb. 7: Prinzipschaltbild einer Absorptionssanlage (Quelle Dr. Wild)
4. Erste Betriebserfahrungen mit einer LiBr-Absorptionskälteanlage an Bord eines Schiffe (Dr.-Ing. Y. Wild, Dr.-Ing. Yves Wild Ingenieurbüro GmbH, Hamburg)
Dr. Y. Wild erläutert das Prinzp und die Vorteile von LiBr-Absorptionsanlagen zur Klimatisierung [5], die bei vorhandener Abwärme den Treibstoffverbrauch und die CO2-Emissionen reduzieren (Abb. 7). Er berichtete über die weltweit erste Absorptionsanlage auf einem Schiff. Sie befindet sich, wie auch in [6] berichtet, auf dem von der Lindenau-Werft vom Stapel gelaufenem Rotorschiff „E-Ship 1“ von Enercon (Abb. 8). Zwei weitere dieser innovativen Anlagen zur Erzeugung von Kaltwasser für die Klimaanlage wurden auf den zwei Windenergieanlagen-Errichterschiffen von RWE Innogy (Projekt „Seabreeze“ [3]) eingebaut. Diese Spezialschiffe mit einer Länge von über 100 Metern, einer Breite von 40 Metern, ausfahrbaren Stahlbeinen und einem Kran mit 1.000 Tonnen Hebekraft sind für die Errichtung von Offshore-Windkraftanlagen optimiert und gehören zu den leistungsfähigsten ihrer Klasse. Das 1. Schiff, die „Friedrich Ernestine“ ist vor England in Betrieb, das zweite Schiff wird im November in Bremerhaven erwartet und soll hier getauft werden.
Abb. 8: Blick auf die Absorptionssanlage auf dem Rotorschiff „E-Ship 1“ (Quelle Dr. Wild)
Die Absorptionsanlagen wurden von der EAW Energieanlagenbau Westenfeld GmbH unter Beratung von Dr. Wild gebaut und in Betrieb genommen. Die LiBr-Absorptionsanlagen von EAW haben eine Kälteleistung von 140 kW und benötigen pro kW Kälteleistung etwa 1,35 kW Wärmeleistung in Form von Dampf oder Warmwasser (Abb. 9). Sie werden zur Klimatisierung eingesetzt und sind mit einer mechanischen Kälteanlage parallel geschaltet, um auch den Revier- und Hafenbetrieb abzudecken, wenn wenig oder keine Abwärme zur Verfügung steht.
Im Vortrag wurde deutlich, dass derartige Anlagen nur dann wirklich effizient genutzt werden können, wenn sie systemtechnisch optimal in die gesamte Maschinenanlage integriert werden. Daher wurde anhand von Kennlinien dargestellt, wie sich Abweichungen von der Heizwasser- bzw. Kühlwassertemperatur auf die Kälteleistung auswirken.
Abb. 9: Absorptionssanlage für 140 kW Kälteleistung (Hintergrund) und mechanischer Kälteverdichter (Vordergrund) auf dem Windenergieanlagen-Errichterschiff vom Typ „Seabreeze“ (Quelle Dr. Wild)
Es sind die typischen Anforderungen des Schiffbaus, wenig Platz, niedrige Deckshöhen und kompakte Modulbauart, die hohe Ansprüche an die Konstrukteure von INVEN stellen. Die als Kaltwassersatz fungierende Absorptionsanlage ist für den Nennpunkt auf 1300 kW Kälteleistung bei 26 °C Kühlwassertemperatur ausgelegt und wurde in die vorhandenen Systeme integriert (Abb. 10). Die Nennwärmeleistung von 2000 kW wird in Form von Warmwasser aus dem Kühlwassersystem mit 88 °C Eintrittstemperatur bereitgestellt und wird mit 78 °C austreten. Zur Kühlung wird aufgrund der Edelstahlausführung die direkte Seewasserkühlung angewendet. Bei höheren Kühlwassertemperaturen (max. 32 – 35 °C) wird die Kälteleistung entsprechend sinken.
Die Anlage mit der Leistungszahl (COP, Coefficient of Performance) von 0,75 besteht materialseitig aus Chrom-Edelstahl mit sehr wenig Nickelanteilen (Abb. 11). Die Rohre wurden auf einer Laseranlage geschweißt, da die Dichtigkeit eine sehr hohe Priorität genießt. Da Korrosion und Lochfraß die Seewasser führenden Bauteile der Anlage gefährden, ist eine Kugelreinigungsanlage vorgesehen, außerdem wird auch bei Stillstand der Anlage ein Seewasserumlauf durchgeführt.
Abb. 10: Systemintegration der Absorptionssanlage des Aida-Neubau der Meyer Werft (Quelle Inven)
5. Vorstellung der 1,3 MW LiBr Absorptionsanlage für die Abwärmenutzung (Dr. Jürgen Scharfe, INVEN Absorption GmbH, Erding; Dipl.-Ing. Gerhard Untied, Meyer Werft GmbH, Papenburg)
Vortragender war Dr. J. Scharfe, Inhaber von INVEN, ein Ingenieurbüro, das im April 2008 aus der 1995 gegründeten ENTROPIE GmbH hervorgegangen ist [7]. Schwerpunkt des Büros ist die Konzeption und der Bau von Absorptionskälteanlagen, Absorptionswärmepumpen und Wärmetransformatoren aus den Bereichen Industriekälte und Energierückgewinnung. Aufbauend auf den vorhergehenden Vortrag ging Scharfe auf die Konstruktion und Daten dieser auf Schiffen neuartigen Anlage ein, die zur Zeit auf dem Aida-Neubau „Aidamar“ der Meyer Werft installiert wird. Im März 2012 wird dieser Neubau das Baudock verlassen.
Abb. 11: Die aus Chrom-Edelstahl bestehende Absorptionssanlage mit einer Kälteleistung von 1300 kW für den Aida-Neubau der Meyer Werft (Quelle Inven)
6. Reduzierung des Kältebedarfs durch Wärme reflektierende Farben (Dipl.-Ing. Siegfried Kaltwasser, Valerio Mantegazza; Daikin Europe Hamburg Marine Office, Hamburg)
Wärme reflektierende Farben bei Kühlschiffen, Kühlcontainern und Aufbauten von Schiffen sorgten auch schon in der Vergangenheit für ein strahlendes Weiß und geringere Kälteleistung. Siegfried Kaltwasser zeigte in seinem Vortrag eine konsequente Weiterentwicklung mit Farben auf Fluorpolymer-Basis. Sie enthält Pigmente mit hohem Reflexionsgrad für die Infrarot-Strahlen und wird in drei Schichten aufgetragen. Diese Beschichtung bewirkt, dass sich die Außenhautflächen deutlich weniger aufheizen (Abb. 12). und auch die Innentemperaturen niedriger bleiben.
Das Prinzip und die Ergebnisse dieser Beschichtung mit ZIRC wurden in diesem Vortrag anhand mehrerer Grafiken verdeutlicht (Abb. 13) und als entscheidend für den erfolgreichen Einsatz in der Schifffahrt wurden die weiteren Eigenschaften wie Beständigkeit gegen Chemikalien, Korrosion, Seeluft- und Wellenschlag angeführt [8]. In Japan wurden diese Farben inzwischen bei 14 Schiffen angewendet, dabei ergaben sich auf der Sonnenseite Temperaturdifferenzen im dahinterliegenden Raum bis 5 K (Abb. 14). Inzwischen wurden auch erste Versuche mit Kühlcontainern begonnen. 2009 erhielt Daikin für dieses Produkt den Lloyd's List Global Award, rund 20 dieser Auszeichnungen werden jährlich von Lloyd's List vergeben.
Abb. 12: Vergleich der Temperaturen auf den Oberflächen mit und ohne Wärme reflektierende Farbe (Quelle Daikin)
Abb. 13: Prinzip der Wärme reflektierende Farben auf einem Passagierschiff (Quelle Daikin)
Abb. 14: Temperaturmessungen auf Oberflächen mit und ohne Wärme reflektierenden Farben (Quelle Daikin)
7. Einsatz von magnetgelagerten ölfreien Kompressoren auf Schiffen, (Dipl.-Ing. Hellmut Rau, Johnson Controls Systems & Service GmbH, Hamburg).
Helmut Rau stellte sich und die Firma Johnson Controls Marine vor, die in der Vergangenheit auch die Kältetechnikfirmen Sabroe, YORK, ABB und Stal übernommen hat. Johnson Controls Marine liefert Klima-, Kälte- und Proviantkühlanlagen für alle Typen von Schiffen. Rau berichtete am Beispiel der Anfang der 80ger Jahre in Dienst gestellten Fregatten F 122 über die Nachrüstung von magnetgelagerten ölfreien Turboverdichtern für die Kaltwassererzeugung (Abb. 15). Damit verbunden waren eine Erhöhung der zulässigen Kühlwassertemperatur von 30 °C auf 32 °C, eine Steigerung der Nennkälteleistung von 465 kW auf 530 kW und auch eine Umstellung der Kältemittel von R 11 auf das umweltfreundlichere R 134a (Abb. 16).
Die kompakte Bauweise der Kaltwassersätze mit verringertem Gewicht, minimierten Geräuschen und schwingungsarmen Betrieb der magnetgelagertem Verdichter ist für Marineschiffe und Yachten von hoher Bedeutung. Durch die magnetische Lagerung kann auf die Ölschmierung verzichtet werden. Dadurch ergeben sich höhere mechanische Wirkungsgrade, bessere Wärmeübergänge und höhere Leistungszahlen (COP). Der durch Frequenzumformer in der Drehzahl verstellbare E-Motor vermeidet störende Stromspitzen beim Anlauf und ermöglicht eine energetisch vorteilhafte Leistungsregelung.
Abb. 15: Magnetgelagerte ölfreie Turboverdichter für die Kaltwassererzeugung auf den Fregatten F122 (Quelle York)
Abb. 16: Technische Daten des Kaltwassersatzes mit magnetgelagertem Turboverdichter mit 530 kW Kälteleistung, (Quelle York)
8. Energieeffiziente Automation auf Schiffen, von Heino Salge (Stefan Demelt, Siemens AG, Hamburg)
Der Vortragende, Heino Salge stellte sich und das Automationskonzept der Fa. Siemens für Kreuzfahrtschiffe mit Schwerpunkt Klimatisierung vor [9]. Moderne integrierte Automationssysteme sind aus vielen dezentralen Modulen aufgebaut, wodurch eine fehlertolerante Gesamtanlage mit mehreren autarken Anlagen entsteht. Die früher üblichen wandgroßen Flussdiagramme der Maschinenkontrollräume wurden von Bildschirmen abgelöst (Abb. 17). Aufgrund der gestiegenen Speicherkapazitäten von heutigen Automationsanlagen werden wichtige und aussagekräftige Daten in kurzen Zeitabständen abgespeichert, wodurch das Bordpersonal weit in die Vergangenheit blicken kann.
Salge gab als Beispiel einen interessanten und aussagekräftigen Überblick zum gesamten Energieverbrauch einer einwöchigen Reise eines modernen Kreuzfahrtschiffes (Abb. 18). Daraus wurde u. a. sichtbar, dass die nur in der Nacht laufende Propulsionssanlage in diesem Zeitraum etwa 55% der Gesamtenergie benötigte. Sehr interessant waren seine Ausführungen zu den Möglichkeiten der zukünftigen energetischen Optimierung bei Kreuzfahrtschiffen insgesamt und besonders bei der Steuerung der Systeme zur Lüftung und Klimatisierung.
Mit EcoMAIN [9], eine Art Expertensystem, erfolgt mit Hilfe der dokumentierten Betriebsdaten eine Verdichtung, Auswertung und Darstellung auf einer gemeinsamen Datenplattform. Die Schiffsleitung und die Reedereiinspektion erhält damit wichtige und aussagekräftige technische und organisatorische Informationen, die zur nachhaltigen Optimierung des Schiffsbetriebes aber besonders zum Flottenmanagement benötigt werden.
Abb. 17: Blick in den Maschinenkontrollraum eines modernen Schiffes (Quelle Siemens)
Salge gab als Beispiel einen interessanten und aussagekräftigen Überblick zum gesamten Energieverbrauch einer einwöchigen Reise eines modernen Kreuzfahrtschiffes (Abb. 18). Daraus wurde u. a. sichtbar, dass die nur in der Nacht laufende Propulsionssanlage in diesem Zeitraum etwa 55% der Gesamtenergie benötigte. Sehr interessant waren seine Ausführungen zu den Möglichkeiten der zukünftigen energetischen Optimierung bei Kreuzfahrtschiffen insgesamt und besonders bei der Steuerung der Systeme zur Lüftung und Klimatisierung.
Mit EcoMAIN [9], eine Art Expertensystem, erfolgt mit Hilfe der dokumentierten Betriebsdaten eine Verdichtung, Auswertung und Darstellung auf einer gemeinsamen Datenplattform. Die Schiffsleitung und die Reedereiinspektion erhält damit wichtige und aussagekräftige technische und organisatorische Informationen, die zur nachhaltigen Optimierung des Schiffsbetriebes aber besonders zum Flottenmanagement benötigt werden.
Abb. 18: Modernes Kreuzfahrtschiff, Energieverbrauch der Antriebs- und Hilfsanlagen einer einwöchigen Kreuzfahrt (Quelle Siemens)
Abb. 18. Rotationswärmetauscher- höchste Form der Energierückgewinnung (Wilfried Stolle, Klingenburg GmbH, Gladbeck)
Wilfried Stolle stellte die Firma Klingenburg vor, ein mittelständischer Wärmtauscher und Befeuchter produzierender Betrieb, der als Weltmarktführer bei den Rotationswärmetauschern gilt. Nach einem Überblick der Luft-Luft-Energierückgewinnung nach DIN EN 308 erläuterte Stolle die Unterschiede der Systeme (Abb. 19) und ging ausführlich auf die Funktionsweise der rotierenden Wärmetauscher ein. Nicht hygroskopische Rotoren übertragen Energie, jedoch keine Feuchte. Es sei denn, es findet eine Taupunktunterschreitung und damit eine Kondensation statt. Im Gegensatz dazu werden hygroskopische Rotoren mit spezieller Beschichtung verbaut, wenn neben Wärme bzw. Kälte auch Feuchte übertragen werden soll. Bei der typischen Anwendung dreht sich der Rotor zwischen dem warmen Abluft- und dem kalten Außenluftstrom (Abb. 20). Die wabenartig aufgebaute Rotormasse wird von der Abluft erwärmt, sie überträgt bis zu 80% der in der Abluft enthaltenen Wärme und Feuchtigkeit auf die kalte Zuluf
Abb. 19: Überblick der Systeme zur Luft-Luft-Energierückgewinnung nach DIN EN 308 (Quelle Klingenberg)
Sorptionsrotoren, die auch als Rotationsentfeuchter bezeichnet werden, finden besonders in den Tropen und in vielen Spezialfällen zur Trocknung Anwendung [10]. Dabei spielt die richtige Auswahl der hygroskopischer Beschichtung der Räder aufgrund der unterschiedlichen Hygieneanforderungen eine wichtige Rolle.
Sorptionsrotoren, die auch als Rotationsentfeuchter bezeichnet werden, finden besonders in den Tropen und in vielen Spezialfällen zur Trocknung Anwendung [10]. Dabei spielt die richtige Auswahl der hygroskopischer Beschichtung der Räder aufgrund der unterschiedlichen Hygieneanforderungen eine wichtige Rolle.
Abb. 20: Bei der typischen Anwendung auf Kreuzfahrtschiffen dreht sich der Rotationswärmetauscher zwischen dem kalten Abluft- und dem warme Außenluftstrom (Quelle Klingenberg)
10. Mehrfachfunktionale Hochleistungs-Wärmerückgewinnungssysteme (Dr.-Ing. Christoph Kaup, Howatherm Klimatechnik GmbH, Brücken)
Der Vortragende, Dr. C. Kaup ist geschäftsführender Gesellschafter der Fa. HOWATHERM, die raumlufttechnische Geräte für Landanwendungen fertigt und installiert. In seinem Vortrag ging er besonders auf die Kreislaufverbund-Systeme (KV-Systeme) für die Wärmerückgewinnung (WRG) ein [11]. Sie sind in Klimasystemen auf Schiffen dann interessant, wenn die Wärme tauschenden Luftströme örtlich getrennt sind.
Kreislaufverbund-Systeme sind unter den WRG-Systemen ein Sonderfall, da sie nicht aus einem Wärmeüberträger, sondern aus zwei durch einen Umlaufstrom gekoppelten Wärmeüberträgern bestehen. In seinen Beispielen wurde deutlich, dass neben der Energierückgewinnung auch zusätzliche und sekundäre Funktionen wie Nacherwärmung, Kühlung sich vorteilhaft in den Systemen integrieren lassen (Abb. 21).
Abb. 21: Einspeisung von Wärme oder Kälte in den Zwischenkreis (Quelle Howatherm)
Für Hochleistungssysteme der WRG-Anwendung sind hohe Systemübertragungsgrade (Gesamtübertragungsgrade) von etwa 80% erforderlich. Und hierfür errechnen sich Wärmeübertragungsgrade pro Wärmetauscher (Zuluft und Abluft) von 90%. Dies bedeutet, dass pro Wärmetauscher 90% der eingespeisten Wärme auch tatsächlich an die Luft abgegeben werden (Abb. 22). Abschließend sprach Kaup die Nutzung der Wärmetauscher als Befeuchtungskörper (Hybridsystem) an, damit können die Kälteleistungen erhöht und gleichzeitig die Druckverluste verringert werden.
Abb. 22: Rekuperative Wärmetauscher im Kreislaufverbund-System (Quelle Howatherm)
11. Literatur und Weblinks
[1] STG-Fachausschüsse: http://www.stg-online.org/fachausschuesse.html
[2] Hochhaus, K.-H: STG Fachausschuss-Sitzung im Marinearsenal Wilhelmshaven; Hansa Nr. 5, 2011
[3] Viele Verfasser: The Seabreeze Class - Offshore Installation Vessels of 3rd Generation
From Research and Development to Construction of the first two Units; STG Jahrbuch 2010
[4] Homepage von Halton: http://www.haltoncompany.com/halton/usa/cms.nsf/www/MARVEL
[5] Wild, Y.: Absorptionskälteanlagen - Neue Wege in der Schiffsklimatechnik; STG Jahrbuch 2007
[6] Hochhaus, K.-H.: Schiffselektrotechnik und Schiffshilfssysteme- ein Überblick; Hansa Nr. 9, 2011
[7] Homepage von Inven: http://inven-gmbh.com/
[8] Daikin: http://www.daikin.com/chm/products/coating/coating_10.html
[9] Homepage Siemens Marine: http://www.industry.siemens.com/industrysolutions global/de/marine/
[10] Rotationswärmetauscher: http://www.klingenburg.de/de/produkte/rotoren.html
[11] Kaup, C.: Mehrfachfunktionale Hochleistungs-Wärmerückgewinnungssysteme in Praxishandbuch: Thermodynamik bei der Wärmeübertrager-Auslegung und der Anwendung in der Kälte-, Klima- und Lufttechnik (Taschenbuch), Herausgeber Siegfried Lück,