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6. März 2025

Dampf ist eine grundlegende Energiequelle an Bord von Kreuzfahrtschiffen, da er zahlreiche Funktionen erfüllt, die sowohl zur Betriebseffizienz als auch zum Komfort der Passagiere beitragen. Er wird für Heizung,

Warmwasserbereitung, Kraftstoffbehandlung, Frischwassererzeugung, Wäscherei, Küchenbetriebe und Abfallmanagement verwendet. Dank seiner hohen Energietransportkapazität und Wärmeübertragungseigenschaften stellt Dampf das effektivste Mittel dar, um den thermischen Bedarf an Bord zu decken.

Ein Schlüsselfaktor des Dampfs ist seine Fähigkeit, große Wärmemengen durch die latente Verdampfungswärme zu speichern und zu übertragen. Im Gegensatz zu heißem Wasser, das beim Abkühlen allmählich Wärme verliert, gibt Dampf beim Kondensieren eine erhebliche Energiemenge ab, wodurch er eine effiziente und gleichmäßige Wärmequelle darstellt. Darüber hinaus kann er über isolierte Rohrleitungssysteme mit minimalen Verlusten verteilt werden, was eine effektive Erwärmung auf dem gesamten Schiff ermöglicht.

Die Dampferzeugungsmethode variiert je nachdem, ob das Schiff sich auf See oder im Hafen befindet. Auf See wird die Abwärme der Haupt-Dieselmotoren zur Dampferzeugung über Abgaskessel (EGBs) genutzt, wodurch eine hohe Energieeffizienz gewährleistet wird. Im Hafen, wenn die Hauptmotoren ausgeschaltet sind oder bei niedriger Last laufen, muss der Dampf über Hilfskessel, die mit Brennstoff betrieben werden, erzeugt werden. Beide Systeme bieten spezifische Vorteile und operative Überlegungen, die im Detail betrachtet werden.

Was ist Dampf und warum ist er ein leistungsfähiger Energieträger?

Dampf ist die gasförmige Phase von Wasser, die entsteht, wenn flüssiges Wasser über seinen Siedepunkt hinaus erhitzt wird. Der Hauptgrund, warum Dampf ein so effektiver Energieträger ist, liegt in seiner latenten Verdampfungswärme, also der großen Energiemenge, die während des Phasenwechsels von flüssig zu gasförmig aufgenommen wird. Dies macht Dampf zu einem äußerst effizienten Mittel für den Wärmeübertrag, da er eine große Energiemenge in einem relativ kleinen Volumen transportieren kann.

Aus thermodynamischer Sicht besitzt Dampf zwei grundlegende Energiekomponenten:

– Sensible Wärme (spezifische Enthalpie von Wasser): Dies ist die Energie, die erforderlich ist, um die Temperatur des Wassers bis zum Siedepunkt zu erhöhen.
– Latente Verdampfungswärme: Dies ist die Energie, die während des Phasenwechsels ohne Temperaturänderung aufgenommen wird, was es dem Dampf ermöglicht, eine erhebliche Menge an thermischer Energie zu speichern und zu transportieren.

Beispielsweise erfordert das Erhitzen von Wasser von 0°C auf 100°C etwa 419 kJ/kg. Um es jedoch in Dampf bei 100°C umzuwandeln, ist zusätzliche Energie von 2.257 kJ/kg erforderlich, also mehr als fünfmal so viel wie für das einfache Erhitzen des Wassers. Wenn der Dampf wieder in Flüssigkeit kondensiert, gibt er diese gespeicherte latente Wärme ab, was ihn zu einem ausgezeichneten Mittel für die Wärmeübertragung in den Systemen an Bord von Schiffen macht.

Warum verwenden Schiffe Dampf statt anderer Wärmeübertragungsmethoden?

Im Vergleich zu heißem Wasser oder Wärölen bietet Dampf mehrere Vorteile, darunter:

– Höhere Energiedichte: Dampf transportiert mehr Energie pro Masseeinheit als heißes Wasser und reduziert so das Volumen, das für die Wärmeverteilung benötigt wird.

– Selbstdrucksystem: Dampf bewegt sich aufgrund von Druckunterschieden auf natürliche Weise durch das Rohrleitungssystem, wodurch in vielen Anwendungen auf Pumpen verzichtet werden kann.

– Gleichmäßige Erwärmung: Dampf kondensiert bei einer konstanten Temperatur, was eine gleichmäßige Wärmeverteilung gewährleistet, im Gegensatz zu heißem Wasser, das allmählich abkühlt.

– Wiederverwendbarkeit: Der kondensierte Dampf (Kondensat) kann aufgefangen, wieder erhitzt und wiederverwendet werden, wodurch er eine nachhaltige Wärmequelle darstellt. Durch die Rückgewinnung und Wiederverwendung des Kondensats verbessern Schiffe die Kraftstoffnutzungseffizienz, sparen Süßwasser und reduzieren Energieabfälle. Das Kondensat wird aus den Systemen, die Dampf nutzen, gesammelt und in den Boiler-Zufuhrkreis zurückgeführt. Da es bereits gereinigt und vorgewärmt ist, reduziert das Kondensat den thermischen Schock für die Kessel und verhindert die Bildung von Ablagerungen durch mineralische Rückstände. Eine effiziente Kondensatrückgewinnung senkt die Betriebskosten, verbessert die Nachhaltigkeit und stellt eine kontinuierliche Dampfnutzung für die Bord-Systeme sicher.

Dampferzeuger auf einem Kreuzfahrtschiff

An Bord eines Kreuzfahrtschiffes wird Dampf hauptsächlich durch zwei Hauptsysteme erzeugt:

– Hilfsdampfkessel (Brennstoffbetrieb) – Diese erzeugen Dampf durch die Verbrennung von Schiffskraftstoff, hauptsächlich wenn das Schiff im Hafen liegt.
– Abgaskessel (EGB) – Diese nutzen die Abwärme der Hauptmaschinen, während das Schiff auf See ist.

Hilfsdampfkessel (Brennstoffbetrieb) – Dampferzeugung im Hafen

Wenn ein Kreuzfahrtschiff im Hafen anlegt, arbeiten die Hauptmotoren bei niedriger Leistung oder sind ausgeschaltet, sodass die Abgaskessel nicht genug Dampf erzeugen können. Stattdessen erzeugen die Hilfsdampfkessel Dampf durch die Verbrennung von marinem Dieselöl (MGO) oder schwefelarmem Schweröl (LSFO), die den Emissionsvorschriften des Hafens entsprechen.

Der Prozess funktioniert wie folgt:

– Der Kraftstoff wird in einer Brennkammer verbrannt, wobei das Wasser in den Kesselrohren erhitzt wird.
– Die Wärme verwandelt das Wasser in Dampf, der Temperaturen von 170–190°C bei einem Druck von 7–10 bar erreicht.
– Der Dampf wird an verschiedene Systeme an Bord verteilt.
– Der verbrauchte Dampf kondensiert zu Wasser und wird wieder in den Kessel zurückgeführt, um erneut genutzt zu werden.

Diese Einheiten liefern eine kontinuierliche und kontrollierbare Dampfvorrat, erfordern jedoch einen zusätzlichen Kraftstoffverbrauch, was die Betriebskosten erhöht. Umweltvorschriften in einigen Häfen begrenzen die Emissionen und verlangen manchmal, dass Schiffe auf Landstrom zurückgreifen. Da Landstrom jedoch keinen Dampf liefert, bleiben Hilfsdampfkessel oft notwendig.

Abgaskessel (EGB) – Dampferzeugung auf See

Wenn das Schiff unterwegs ist, nutzen die Abgaskessel die Abwärme der Propellermotoren des Schiffes und machen die Dampferzeugung energetisch effizient. Die Abgase dieser großen Dieselmotoren erreichen Temperaturen zwischen 300°C und 450°C. Statt direkt in die Atmosphäre abgegeben zu werden, wird diese Wärme aufgefangen und verwendet, um das Wasser in Dampf umzuwandeln.

Der Prozess funktioniert wie folgt:

– Die heißen Abgase aus den Hauptmaschinen des Schiffes strömen durch eine Reihe von Rohren, die mit Wasser gefüllt sind, innerhalb des Kessels.
– Die Wärme wird auf das Wasser übertragen und wandelt es in gesättigten Dampf bei etwa 7–10 bar (170–185°C) um.
– Die abgekühlten Abgase werden dann über den Schornstein freigesetzt.
– Der erzeugte Dampf wird an die verschiedenen Systeme verteilt, einschließlich Heizsysteme, Kraftstoffbehandlung und Verdampfer.

Da diese Methode auf den Abgasen der Motoren basiert, hängt die Menge des erzeugten Dampfes von der Motorlast ab. Wenn das Schiff mit niedrigerer Geschwindigkeit fährt oder manövriert, reicht die Temperatur der Abgase möglicherweise nicht aus, um eine vollständige Dampferzeugung zu gewährleisten, was den Einsatz zusätzlicher Hilfsdampfkessel erforderlich macht.

Dampfverbraucher auf einem Kreuzfahrtschiff

Der Dampf wird an verschiedene Verbraucher auf dem Schiff verteilt, darunter:

– Heizsysteme – Beheizung von Kabinen, Gängen und öffentlichen Bereichen.
– Warmwassererzeugung – Der Dampf erwärmt das Süßwasser für Duschen, Waschbecken und Küchen.
– Kraftstoffheizung – Schweröl (HFO) muss vorgeheizt werden, um die Viskosität zu verringern.
– Verdampfer – Meerwasser wird in Trinkwasser und Wasser zum Waschen umgewandelt.
– Wäschereibetrieb – Industrielle Waschmaschinen, Trockner und Bügelanlagen.
– Küche und Lebensmittelzubereitung – Kochen, Geschirrspülen und Sterilisation.
– Abfallmanagement – Sterilisation von gefährlichen Abfällen und Volumenreduktion.

Jeder Verbraucher benötigt Dampf bei bestimmten Temperaturen und Drücken, je nach seiner Funktion. Schiffe verwenden verschiedene Dampfdrucke für unterschiedliche Anwendungen, da der Druck die Temperatur und den Energieinhalt des Dampfes bestimmt. Hochdruckdampf enthält mehr Energie, erfordert jedoch auch robustere Rohrleitungen und Sicherheitsvorkehrungen. Das Dampfsystem ist mit mehreren Druckstufen ausgestattet, um Effizienz und Sicherheit zu optimieren.

– Hochdruckdampf (7–10 bar, 170–190°C): Wird für hochenergetische Anwendungen wie Kraftstoffheizung, Hochleistungsverdampfer und schwere Wäschereibetriebe verwendet.

– Mitteldruckdampf (4–6 bar, 140–160°C): Wird für allgemeine Heizungen, Warmwasserbereitung und Dampfoffen in der Küche verwendet.

– Niederdruckdampf (1–3 bar, 100–130°C): Wird für Luftbefeuchtung, Heizung bei niedrigen Temperaturen und empfindliche Wäschereianwendungen verwendet.

– Dampf in Heizsystemen

Kreuzfahrtschiffe müssen ein angenehmes Klima für Passagiere und Besatzung aufrechterhalten, insbesondere wenn sie in kälteren Regionen unterwegs sind. Dampf wird in Heizspulen, Lüftungsheizgeräten und Wärmetauschern verwendet, um Wärme in das Belüftungssystem des Schiffes zu übertragen.

– Heizspulen und Lüftungsheizgeräte: Der Dampf bei 6–8 bar (160–175°C) strömt durch Heizspulen und erwärmt die Luft, die dann im Lüftungssystem des Schiffes zirkuliert wird.
– Heizung von Decks und Fenstern: Um Kondensation oder Einfrieren in kälteren Klimazonen zu vermeiden, halten beheizte Rohre unter den Außenwänden und rund um Fenster die Temperaturen über dem Gefrierpunkt.
– Dampf in der Warmwasserbereitung

Dampf wird verwendet, um Süßwasser für Duschen, Waschbecken und Küchenanwendungen durch Warmwasser-Wärmetauscher zu erwärmen. Der Prozess erfolgt wie folgt:

– Der Dampf bei 4–6 bar (140–160°C) tritt in einen Wärmetauscher ein.
– Das kalte Wasser absorbiert die Wärme und erreicht eine Endtemperatur von 60–70°C.
– Das warme Wasser wird in isolierten Tanks gespeichert, bevor es verteilt wird.
– Dampf in der Kraftstoffheizung

Schweröl (HFO) ist bei Umgebungsbedingungen hochviskos und muss auf 120–140°C erhitzt werden, bevor es in den Motoren verwendet werden kann. Zu diesem Zweck wird Dampf bei 6–8 bar (160–175°C) durch Wärmetauscher in den Tanks und Rohrleitungen des Kraftstoffsystems zirkuliert. Auf diese Weise erreicht der erhitzte Kraftstoff die richtige Viskosität für eine ordnungsgemäße Zerstäubung und Verbrennung in den Dieselmotoren.

– Dampf in Verdampfern (Süßwassererzeugung)

Kreuzfahrtschiffe können ihr eigenes Süßwasser mit Verdampfern erzeugen, die Dampf verwenden, um Salz aus Meerwasser zu entfernen. Dieser Prozess findet nur statt, wenn das Schiff auf See ist, und der Großteil des verwendeten Dampfs stammt in dieser Situation aus den Abgaskesseln. Der Prozess besteht darin, Dampf bei 5–6 bar (150–160°C) zu verwenden, um das Meerwasser in einer Vakuumkammer zu erhitzen. Das Vakuum senkt den Siedepunkt auf 40–60°C, wodurch das Wasser effizient verdampft und der Dampf anschließend zu Süßwasser kondensiert, wobei das Salz zurückbleibt. Das kondensierte Süßwasser wird zur Trinkwasserversorgung, zum Kochen und Waschen gespeichert.

– Dampf in Wäschereibetrieben

Der Wäschereidienst eines Kreuzfahrtschiffes verarbeitet täglich Tausende von Bettlaken, Handtüchern und Uniformen. Eine Standard-Schiffswäscherei umfasst:

– Industrielle Waschmaschinen: Dampf bei 4–5 bar (130–150°C) erhitzt das Wasser auf 90°C für eine effektive Reinigung.
– Dampf-Trockner: Dampf bei 6–8 bar (160–175°C) trocknet Stoffe schneller und gleichmäßiger als elektrische Trockner.
– Dampf-Bügelgeräte: Dampf bei 4–5 bar (130–150°C) entfernt Falten und desinfiziert Stoffe.
– Dampf in der Küche (Kombüse des Schiffes)

Die Küche eines Kreuzfahrtschiffes kann rund um die Uhr arbeiten, um Tausende von Passagieren und Besatzungsmitgliedern zu bedienen. Eine Standard-Schiffsküche umfasst:

– Dampfgarer: Dampf bei 4–5 bar (130–150°C) sorgt für eine gleichmäßige Wärmeverteilung beim Kochen im großen Stil.
– Geschirrspülmaschinen: Dampf bei 5–6 bar (140–160°C) gewährleistet die Hochtemperatur-Sanitisierung von Besteck.
– Dampfkochtöpfe: Dampf bei 6 bar (160°C) wird verwendet, um Suppen, Saucen und Eintöpfe effizient zu kochen.
– Dampf im Abfallmanagement

Kreuzfahrtschiffe produzieren erhebliche Mengen an Abfällen, darunter Essensreste, Verpackungen und biologische Abfälle. Dampf wird verwendet für:

– Sterilisation von gefährlichen Abfällen: Dampf bei 6–8 bar (160–175°C) sterilisiert medizinische und organische Abfälle.
– Verdichtung und Trocknung: Dampf reduziert den Feuchtigkeitsgehalt und minimiert das Abfallvolumen vor der Entsorgung.

Fazit

Dampf ist ein wesentliches Element im Betrieb von Kreuzfahrtschiffen und übernimmt eine Vielzahl wichtiger Funktionen. Auf See erzeugen Abgaskessel effizient Dampf, indem sie die Abwärme zurückgewinnen, während im Hafen Brennstoffkessel Dampf erzeugen, wenn die Motoren nicht in Betrieb sind. Dampfverbraucher wie Heizsysteme, Verdampfer, Wäschereibetriebe, Küchen und Abfallmanagementsysteme sind auf präzise kontrollierte Dampfdrücke und -temperaturen angewiesen.

Während Kreuzfahrtschiffe weiterhin auf mehr Energieeffizienz hinarbeiten, werden Fortschritte bei der Rückgewinnung von Abwärme, alternativen Kraftstoffen und Umweltvorschriften eine Schlüsselrolle bei der Optimierung der Dampferzeugung und -nutzung spielen. Das Verständnis der komplexen Beziehung zwischen Dampferzeugern und Dampfkonsumenten ist entscheidend, um einen reibungslosen und effizienten maritimen Betrieb zu gewährleisten.

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Luca Paglia

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