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.

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