О нагреве и охлаждении воды в наземной замкнутой аквакультуре

Одним из ключевых факторов наземной аквакультуры является температура воды, потому что ее колебания влияют на рост рыб. Поддержание оптимальных для роста рыб показателей температуры воды исключают сезонные отклонения в потреблении корма и их развития.

Если рыба может расти с максимальными темпами круглогодично, сокращается время достижения товарного размера, соответственно, скорее возвратятся вложенные средства. Однако нагрев и охлаждение воды ложатся тяжелым бременем на хозяйство. Первоначальные затраты на оборудование высоки, а операционные затраты на его работу подобны невосполнимой кровопотере.

Существует много причин правильно организовать контроль температуры. Владельцы и управляющие фермами обычно не обучаются тонкостям термодинамики, охлаждения и нагрева. И они не должны этого делать. Тем не менее, постижение фундаментальных принципов работы систем охлаждения и нагрева сохранит нервы и деньги.

Восстановление тепла

Правильная организация восстановления тепла исключительный фактор, влияющий на затраты энергии. Присутствие систем восстановления тепла не только влияет на затраты  энергии, но также размер и количество необходимых нагревателей или охладителей.

Например, схема демонстрирует типичную работу теплообменников на морской ферме по выращиванию палтуса. Рассмотрим февраль в Новой Шотландии. Температура океана около побережья составляет 0±1.5°C. Однако на ферме кормление личинок и мальков в проточной системе проводят при температуре 10°C.

Тепловой насос производительностью от 2 до 30 тонн
Тепловой насос производительностью от 2 до 30 тонн

Без восстановления тепла, тепловой насос должен поднять температуру воды от 0 до 10°C; температурная разница 10°C. С восстановлением тепла насос работает на нагрев с 9 до 10°C; температурная разница составляет всего 1°C. В целом, правильное использование теплообменников приводит к десятикратному снижению затрат энергии, десятикратному снижению мощности насоса для нагрева, десятикратному снижению случаев отказа оборудования. С другом стороны, вовлечение теплообменника в процесс культивирования позволяет десятикратно увеличить объем поступающей воды с необходимой температурой.

Примем в расчет, что мы нагреваем водный поток 200 литров/метр с 0 до 10°C. Общая тепловая нагрузка (водный поток*температурную разницу) составляет 50*10 = 500H (тепловая единица). Учитывая вышеприведенные доводы, с использованием теплообменников нагреватель масштабируется до тепловой нагрузки 50*1 = 50H.

Затратное восстановление тепла

Иногда в другом углу фермы мы истощаем теплоемкость и извлекаем часть нагретого объема воды. Например, забираем 10% потока и не возвращаем в теплообменники. Следовательно, нам необходимо нагреть 10% воды от 0 до 10°C. Рециркулирующей воды становится меньше, а свежей воды больше, поэтому теплообменники больше не доводят температуру до 9°C. Тепловая нагрузка составила (200 л/метр*1) + (20 л/метр*10) = 95H. Счет за отопление вырос вдвое! Таким образом, изъятие 10% потока из системы снижает её теплоемкость примерно на 50%.

В другом случае мы используем потоки воды с двумя различными температурами, а затем пропускаем их через теплообменник. Например, один бассейн получает температуру 10°C, а другой – получает смесь свежей океанской воды и воды с температурой 10°C. Результат не будет таким серьезным, как описанный выше сценарий, где вода покидает систему перед теплообменом, но, тем не менее, тепловая нагрузка повысится.

Вероятно, перманентной проблемой теплообменников в аквакультуре является поддержание их чистоты. С обогащенной органикой водой приходят бактериальные обрастания, часто твердые загрязнения, которые забивают узкие просветы внутри теплообменников. Очистку проводят пропусканием химических агентов через просветы, либо путем разборки теплообменника и его механической очисткой пластин. Эти методы обычно сопряжены с частой и регулярной обратной промывкой. Теплообменник с биообрастанием промывают под минимальным давлением 30psi потоком, близким по силе к нормальному потоку через теплообменник. Колебания давления и потока позволяют вымывать загрязнения. Загрязнение на ранней стадии можно обнаружить путем мониторинга давления и температуры воды на входе и на выходе теплообменника.

Как только система восстановления тепла оптимизирована и эксплуатация отлажена, обращаются к системам нагрева и охлаждения для улучшения эффективности и снижения затрат.

Исследование коммерческого морского хозяйства

На ферме «Scotian Halibut Limited» участки с 7 различными температурами. Пять из них функционируют 24 часа в сутки, семь дней в неделю. С 2007 года, оптимизируя систему восстановления тепла, удалось снизить расход энергии на охлаждение на 50% и на 70% снизить затраты на нагрев.

Охлаждение с 50% экономией энергии

До 2007 года охладитель воды являлся загадочным прибором в компании. Никто не знал, как он работает. Поставщики холодильного оборудования не могли объяснить, почему так много компрессоров выходит из строя. Производитель предложил помощь. Каждую весну и лето, при недостатке знаний и непонимании ключевых моментов, приходилось ремонтировать охладитель. Измеряли характеристики систем. Коэффициент полезного действия (COP = энергия полученная/энергия затраченная) составлял 1-2.5 в действующей системе, которая номинально должна достигать 4. В результате оказалось, что производитель продает не подходящее оборудование. Вследствие того, что компрессоры рассчитаны на 10 тонн, а испарители на 5 тонн, компрессоры перегревались и выходили из строя.

В итоге, подобрали подходящие друг другу по объемам компрессоры и испарители. Внезапно оказалось, что необходимый компрессор имеет в два раза меньшую мощность. Изоэнтропическая эффективность компрессора находится около своего пика, в благоприятной точке, что удлиняет его срок службы и снижает операционные затраты.

Обогрев с 70% экономией энергии

Когда в 1999 году построили ферму «Scotian Halibut», топливо стоило 0.3$ за литр. В 2009-2012 годах цена достигла 1.1$ за литр. Ферма буквально прожигала прибыль. Система состояла из четырех мазутных котла, ежегодно сжигающих 30000 литров топлива. Имея водный поток, который поступает в систему и выходящий загрязненный поток, применение водонагревательного насоса становится энергетически эффективным.

В январе 2012 года, на месте построили насос на 30 тонн воды. Отработанная вода, выходя из фермы, проходила через теплообменник, а затем поступала в испарители теплового насоса. Насос снимал тепло с отработанной воды и переносил его на свежую воду, поступающую в систему. Котлы сохранили в качестве резервного источника тепла, но с января 2012 года их не использовали.

Тепловой насос 30-тонник потреблял на нагрев примерно 32 ампер. Таким образом, ежегодный счет на 33000$ за ископаемое топливо заменили на 10500$ за электричество. Эта 70% экономия сопровождалась некоторыми преимуществами:

  1. Тепловой насос использовали летом для охлаждения воды
  2. Нагревали некоторое количество воды и охлаждали другую часть водного потока, исключая затраты на одновременную работу охладителей и мазутных котлов
  3. Летом имелся водный поток 120-320 литров/метр с температурой 20°C (стоки), которые можно использовать для культивирования других видов
  4. Так как тепловой насос создан для работы с пиковой нагрузкой, излишки тепла при работе с умеренными нагрузками направляли в другие области фермы.

——

thefishsite.com; 2013

Раздел: Новости аквакультуры

Реакция постоянных читателей:

Заметил ошибку, тык*:

 Orphus

Комментарии Вконтакте:

Добавить комментарий

Войти с помощью: 

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *