太阳能集热辅以空气源热泵在对虾养殖中运用.docx

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太阳能集热辅以空气源热泵在对虾养殖中运用

目录

摘要………………………………………………………………….4

第一章绪论.....................................................................................4

1.1项目背景………………………………………………………….4

1.2项目概况………………………………………………………….4

1．3国内外研究进展…………………………………………………5

1.3.1国内研究进展…………………………………………..………….5

1.3.2国外研究现状……………………………………..……………….5

1.3.3空气源热泵热泵辅以太阳能集热器作为海水养殖的冷热源…………..6

第二章空气源热泵辅以太阳能集热器用于对虾养殖的市场调研分析.........................................................................................9

第三章太阳能集热辅以空气源热泵用于对虾养殖的技术简介………………………………………………………………….11

3.1空气源热泵工作原理……………………………………………11

3.2平板太阳能集热器工作原理……………………………………13

3.3空气源热泵辅以平板式太阳能集热器耦合运行工作原理及简介

………………………………………………………………………..14

3.3.1空气源热泵机组与太阳能集热系统组合可实现优势互补..................14

3.3.2工作原理......................................................................................15

3.4空气源热泵辅以太阳能集热器在对虾养殖中的作用及意义..15

3.5太阳能集热器以及空气源热泵选择..........................................16

第四章 太阳能集热辅以空气源热泵用于对虾养殖实例分析……………………………………………………………….……17

4.1外界环境建厂选址调查………………………………..………..17

4.2场址选择………………………………………………………….17

4.2.1场址调查………………………………………………………….17

4.2.2 总体规划…………………………………………………….……17

4.2.3生态环境………………………………………………………….18

4.2.4经济环境……………………………………………………….…19

4.3 项目工程设计方案综述……………………………………..…...19

4.3.1. 太阳能—热泵中央热水系统组成…………………….…………….19

4.3.2太阳能—热泵中央热水系统的工作原理.............................................20

4.4.能量分析……………………………………………………….22

4.4.1　空气源热泵供热系统的节能效果……………………………….....22

4.4.2　空气源热泵供热系统的节能效果……………………………….…22

4.4.3日平均效率……………………………………………………..…24

4.5运行可靠性分析…………………………………………………..26

4.6.节能效益分析……………………………………………………26

第五章太阳能集热辅以空气源热泵用于对虾养殖投资及效益分析……………………………………………………………..27

5.1系统的经济效益分析................................................................27

5.1.1太阳能集热辅以空气源热泵的经济效益分析……………………...27

5.1.2空气源热泵供热系统和锅炉供热系统的经济性比较准则关系式…...28

5.1.3太阳能与热泵组合供热系统在对虾养殖中的费用…………………..28

第六章系统运行控制优化..........................................................29

6.1系统控制优化分析.........................................................................29

6.1.1充分利用电费差价政策,调整热泵运行时间.......................................30

6.1.2优化供热水箱补水控制,提高太阳能集热效率.....................................30

6.1.3提高系统的自动化程度,保持系统运行性能的稳定性.........................31

6.2环境保护措施...................................................................................31

6.2.1项目运营期间的主要环境污染物.........................................................31

6.2.2环境保护措施.....................................................................................31

6.3节能节水...........................................................................................32

第七章总结………………………………………………………...32

参考文献……………………………………………………………....32

太阳能集热辅以空气源热泵在对虾养殖中的可行性研究

摘要：

以对虾工厂化养殖系统为研究对象，了解太阳能集热辅以空气源热泵系统的性能。

通过测量其主要运行参数，进行系统热利用效率的计算和经济性分析。

结果表明，该太阳能集热系统集热器及空气源热泵系统的效率在4月份可达45％以上，池中散热器热利用效率在50％左右。

在4、5月份和ll、12月份利用太阳能集热辅以空气源热泵可维持对虾生长所需的水温，延长对虾养殖时间，至少可增加一茬对虾产量。

第一章绪论：

1.1项目背景：

传统的对虾养殖完全根据自然气候条件来安排养殖，由于南美白对虾生长对温度要求较高，使得对虾养殖在我国北方地区具有很大的时间局限性。

例如青岛地区的南美白对虾养殖时间为6一10月份。

采用半地下式塑料大棚对虾工厂化养殖模式⋯，青岛地区南美白对虾的养殖时间延长为4一l2月份。

为实现对虾养殖的节能、清洁，借鉴国外太阳能集热辅以空气源热泵系统在水产养殖中的应用，青岛市崂山区东海湾对虾养殖场采用半地下式塑料大棚和太阳能集热辅以空气源热泵系统相结合的方法进行南美白对虾养殖，取得了良好的效果。

1.2项目概况：

南美白对虾养殖采用半地下式塑料大棚对虾工厂化养殖系统。

养殖池池底铺碎石，用水泥浇灌，向中央排水口以适当坡度倾斜；池壁为砖砌后用砂浆抹面；池深1.5m，池顶设拱形梁上覆透明塑料薄膜保温。

太阳能集热系统采用的是强制循环全真空玻璃管式太阳能集热器，散热器部分采用的是防止海水腐蚀的PVC塑料管道，空气源热泵采用自动化控制，使用自动控温智能一体机系统。

1．3国内外研究进展

1.3.1国内研究进展：

海水养殖需要一定的条件,其中控制水温是一项关键技术,对虾育苗要求水温在22℃～25℃左右。

一般情况下,3、4月份是对虾的育苗季节,而此时山东半岛的近海水温约为10℃,需要给海水升温。

而在夏季的某些时间,水温约25℃,对于对虾的养殖比较有利。

在3、4月份利用锅炉（燃煤、燃油或用电）产生的热水作为海水的加热热源。

但这样的加热方法存在很多问题：

燃煤锅炉虽然造价和运行费都比较低,但引起了严重的大气污染。

燃油锅炉和电锅炉的运行费都比较高,不经济。

一些对虾、扇贝育苗场,因锅炉运行费高,对环境危害大，急需寻找一条节能、经济的加热冷却方案,从而确保水产养殖业的健康发展。

另外直接用电加热不仅运行费高,而且一次能源利用率低,造成能源的浪费,是不可取的。

1.3.2国外研究现状：

近几十年来，世界各国的对虾养殖业发展迅猛，为全球粮食安全、食物供给、经济增长、国际贸易平衡、就业和扶贫等做出了巨大贡献。

20世纪80年代是世界对虾养殖发展的鼎盛时期，“养虾热”席卷全球。

由于世界对虾三大消费市场美国、日本和西欧对虾供不应求，而海洋生物捕捞过度以及受海况等自然条件的制约，对虾捕捞业不可能满足人们的需要，对虾养殖业便应运而生。

另一方面，由于对虾养殖业在养虾国（主要是亚洲和南美洲的发展中国家）国民经济发展中的突出贡献，政府持鼓励态度，同时养殖对虾的出口贸易所带来的巨额利润也驱使更多投资者青睐于投资对虾养殖业。

从20世纪80年代末期以来，养殖对虾一直是虾类贸易强劲增长的不懈推动力，单从贸易额来讲，对虾是国际贸易中最重要的水产品，其中有超过1／4的份额来自水产养殖部门。

保守估计，全球养虾业每年直接提供100万人次的就业岗位。

对虾养殖是水产养殖业中最具有代表性的产业之一。

在经历了20世纪80年代末90年代初暴发性流行病的严重困扰之后，近年来全球对虾养殖进入了一个更为理性的发展阶段。

亚洲作为世界养殖对虾的主要产区，2003年养殖对虾产量达到150多万t，约占全球总产量的83.5%。

对虾在水产品国际贸易中占有突出的地位，并且成为水产业增长的主要推动力。

1.3.3空气源热泵热泵辅以太阳能集热器作为海水养殖的冷热源

由以上的分析可知,必需改变海水养殖传统的冷热源设置方案,以满足我国国民经济可持续发展的战略要求。

空气源热泵辅以太阳能集热器是以冷凝器放出的热量来供热的设备空气源热泵辅以太阳能集热器,从低温热源（例如空气、地下水、海水、土壤等）吸热,然后放热至所需区域。

空气源热泵辅以太阳能集热器机组可以达到一机两用的效果,即冬季利用热泵供热,夏季进行制冷，空气源热泵辅以太阳能集热器作为冷热源,一直应用于建筑的空调和供暖系统中,作为冷热源的一种形式,也可以应用于海水的加热和冷却,为海产品的育苗和养成提供合适的水温环境。

以空气源热泵辅以太阳能集热器作为热源和冷源来完成海水的加热和冷却,可有效的解决水产养殖的水温控制问题。

用热泵作为海水养殖的冷热源时,有几种热泵可供选择,1）风冷热泵机组,2）地源热泵机组,3）海水热泵机组。

风冷热泵机组存在体型较大,噪声较高,除霜技术尚需进一步完善等问题。

由于气候特点,在空调和供暖领域,大量应用风冷热泵的地区是长江流域。

但风冷热泵作为海水养殖的冷热源时,严寒的冬季并不用,而是在三月份育苗时才开始应用,因此,应用的地区可大大增加。

并且除霜和冬季供热量不够的问题不再是主要矛盾。

地源热泵以地能（地下水、土壤或地表水）进行冷热交换作为热泵的冷热源,冬季把地能中的热量”取”出来,此时地能为”热源”;夏季把控制区的热量取出来,释放到地下水、土壤或地表水中,来达到制冷的目的。

热泵作为海水养殖的冷热源时,地源热泵机组的吸热端（供热时）或放热端（供冷时）采用闭环水系统,由设于海水中的高强度的塑料管作为热交换器,向海水中放热或从海水中吸热。

环路中充满热媒,通常是水或者抗结冰的水溶液,用泵来循环。

由于是封闭的,热媒不与海水混合,所以热泵不受材料限制,并且对海水不造成任何污染。

第二章空气源热泵辅以太阳能集热器用于对虾养殖的市场调研分析

以空气源热泵热泵辅以太阳能集热器作为热源和冷源来完成集约化水产养殖海水的加热和冷却,其能源消耗低,符合目前我国能源、环保的基本政策。

但由于九十年代初我国的热泵设备依赖进口,其价格远远高出水产养殖业的接受能力,一直未能在水产养殖中得到应用。

目前,我国已生产出空气源热泵热泵辅以太阳能集热器,其技术已达到国际先进水平,其价格已达到水产养殖企业的接受能力。

综合分析可知,对虾养殖采用空气源热泵热泵辅以太阳能集热器具有明显的优势,能满足冷却和加热的要求,达到一机两用,管理方便,运行费低。

在对虾养殖中,以空气源热泵热泵辅以太阳能集热器作为热源和冷源来完成海水的加热和冷却,是一种低能耗、无污染的加热冷却技术,不消耗地下水,符合目前我国能源、环保的基本政策和国民经济可持续发展的战略要求。

对虾养殖采用空气源热泵热泵辅以太阳能集热器具有明显的优势,能充分回收利用水产养殖池的排水中的能量,占地少,无污染,运行费低,以空气源热泵热泵辅以太阳能集热器作为水产养殖的热源和冷源,能促进集约化水产养殖的发展、减少地下水的过度开采、保护地下水资源,防止海水回灌,是替代燃煤、燃油和电锅炉的最佳方案,其经济效益和社会效益非常显著。

北欧诸国在利用海水热源方面具有丰富的实践经验。

以瑞典为例,1MW以上的热泵装置中约30%为海水热源,将低温的海水温度提升到50℃～80℃作供热用。

海水热泵用于水产养殖者亦十分普遍。

第三章太阳能集热辅以空气源热泵用于对虾养殖的技术简介

3.1空气源热泵工作原理

空气源热泵又称热泵热水器，由热泵吸收空气热源制取热水，节能效率是电热水器的4倍以上，比太阳能热水器还要节能，是目前世界上最为先进的节能环保热水系统。

工作原理：

一台完整的空气能热泵包含2个主要部分：

　　制造冷气部分和加热热水部分。

但其实这两个部分又是紧密的联系在一起的，密不可分，必须同时工作。

即在加热热水的同时，给厨房制冷。

或者说在给厨房制冷的同时也在加热热水。

　　其内部结构主要由四个核心部件：

压缩机，冷凝器，膨胀阀，蒸发器组成。

　　其工作流程是这样的：

压缩机将回流的低压冷媒压缩后，变成高温高压的气体排出，高温高压的冷媒气体流经缠绕在水箱外面的铜管，热量经铜管传导到水箱内，冷却下来的冷媒在压力的持续作用下变成液态，经膨胀阀后进入蒸发器，由于蒸发器的压力骤然降低，因此液态的冷媒在此迅速蒸发变成气态，并吸收大量的热量。

同时，在风扇的作用下，大量的空气流过蒸发器外表面，空气中的能量被蒸发器吸收，空气温度迅速降低，变成冷气排进厨房。

随后吸收了一定能量的冷媒回流到压缩机，进入下一个循环。

　　由以上的工作原理可以看出，空气能热泵的工作原理与空调原理有一定相似，应用了逆卡诺原理，通过吸收空气中大量的低温热能，经过压缩机的压缩变为高温热能，传递给水箱中，把水加热起来。

整个过程是一种能量转移个过程（从空气中用转移到水中），不是能量转换的过程，没有通过电加热元件加热热水，或者燃烧可燃气体加热热水。

　　总之不管是任何空调，都遵循能量守恒原理：

能量（冷热）交换的过程，是把室内的热量交换到外面如果是风冷机就把热量交换到大气中，大部分空调就是这样工作的一定程度上导致局部气温上升，而这里指的空气能热泵把释放的能量送到水箱里交换热量。

制热就反过来。

冷媒的循环：

气态-->液态--->气态，气态在压缩机压力下变成液态过程要产生热量，热量排出后液态冷媒变冷了流到室内交换管道与室内空气交换变成冷气，此时变成了气态冷媒。

工作原理图如下：

空气源热泵系统优势

　　1、高效节能：

集热效率高，运行成本低。

（同比用电量是电热水器五分之一）

　　2、绿色环保：

高新科技的结晶，代表未来发展方向。

　　3、安全节约：

无后顾之忧，初装费低，一元钱当五元钱花。

4、四季制热：

阴雨天或寒冷冬季，均能全天候合成高温热源。

3.2平板太阳能集热器工作原理

平板太阳能集热器是一种吸收太阳辐射能量并向工质传递热量的装置，它是一种特殊的热交换器，集热器中的工质与远距离的太阳进行热交换。

平板型太阳能集热器是太阳能集热器中的一种类型。

是由吸热板芯、壳体、透明盖板、保温材料及有关零部件组成。

在加接循环管道，保温水箱后，即成为能吸收太阳辐射热，使水温升高。

平板太阳能集热器工作原理：

平板太阳能集热器的基本工作原理十分简单。

概括地说，阳光透过透明盖板照射到表面涂有吸收层的吸热体上，其中大部分太阳辐射能为吸收体所吸收，转变为热能，并传向流体通道中的工质。

这样，从集热器底部入口的冷工质，在流体通道中被太阳能所加热，温度逐渐升高，加热后的热工质，带着有用的热能从集热器的上端出口，蓄入贮水箱中待用，即为有用能量收益。

与此同时，由于吸热体温度升高，通过透明盖板和外壳向环境散失热量，构成平板太阳集热器的各种热损失。

这就是平板太阳集热器工作原理。

平板太阳能集热器特点：

平板型太阳能集热器结构简单，运行可靠，成本低廉，热流密度较低，即工质的温度也较低，安全可靠，与真空管太阳能集热器相比，它具有承压能力强，吸热面积大等特点，是太阳能与建筑一体结合最佳选择的集热器类型之。

3.3空气源热泵辅以平板式太阳能集热器耦合运行工作原理及简介

3.3.1空气源热泵机组与太阳能集热系统组合可实现优势互补

太阳能解热系统的最大优势在于，在日照充足的条件下，整个系统的运行成本几乎为零，这也是在太阳能比较丰富的地区以太阳能作为生产热水主要能源的重要原因。

气缺点在于，当天气条件不利（如光照不足，夜间等情况）或者屋面可以放置集热器买农机有限时，只能依靠辅助热源进行加热。

空气源热泵热水机组与太阳能集热系统相比，最大的优势在于只要室外环境温度在机组运行范围内就可以全天候直供热水，弥补了太阳能本身存在的缺陷；同时在相同条件下，机组占地面积远小于太阳能集热板所占面积。

可见将空气源热泵和太阳能集热器两者组合，既可以充分运用太阳能，又可节约辅助能源，最大限度降低运行成本，节省费用。

3.3.2工作原理

整个系统是由太阳能集热系统和空气源热泵辅助加热系统两部分组成，包括太阳能集热板，太阳能热水循环泵，太阳能承压热水罐，空气源热泵机组，热水箱，热水箱循环泵，热水系统循环泵以及控制器等。

系统原理图见下图。

3.4空气源热泵辅以太阳能集热器在对虾养殖中的作用及意义

综上所述：

1.在太阳能充足的情况下用太阳能集热器收集太阳能直接加热水到需要温度。

2.当阳光不足时启动空气源热泵，进行加热，加热到固定温度停止。

3.太阳能集热器与热泵同时工作。

在日照良好情况下，如果热水系统的耗热量大于太阳能即热系统提供的有效热量或者太阳能集热器数量较少，不能满足热水系统需要，则太阳能和热泵机组同时工作。

系统采用自动温差控制循环加热，结合空气源热泵的性能特点来自动切换热泵机组运行，最大限度少开机或不开机从而确保热水在不低于需要温度前提下，为太阳能的充分利用提供保障，同时也为机组的节能利用和安全运行提供可靠保障。

3.5太阳能集热器以及空气源热泵选择

（1）设计热水日用量为600m³，最大时用水量为60

，冷水计算温度为

15℃，热水计算温度为

=25℃，设计消失耗热量约为2000kW。

（2）太阳能即热系统设计

A：

太阳能即热系统日均产水量

太阳能热水系统产水量与太阳辐射强度和日照时间及集热器受光面积相关，一年四季变化很大，本工程按年平均辐射量进行设计。

根据资料查本市太阳能集热采光面上的年平均太阳辐射量

；太阳能保证率f以0.8计，由于放置面积受限，放置太阳能集热器面积约为700

，考虑到一定的安装角，设计安装太阳能即热面积A=750

；集热器的年平均即热效率取

，则热损失效率取

，日均产水量Q=

106.07

.

（3）空气源热泵的选择

太阳能集热系统循环流量

，其中B2位太阳能集热系统单位面积流量，A为集热器面积，本系统中

qxl=0.02x750=15（L/s），循环水泵的养成依据所客服的系统阻力确定。

设计算冷水15℃，查的某品牌的空气源热泵在室外温度为14.6℃时单台输入功率N1=16.8KW，输出热功率为N2=61KW，COP=3.6，每天产水量为160㎡。

（4）综上所述，可采用2组太阳能集热器与5组空气源热泵相结合方式对虾池进行供热。

第四章  太阳能集热辅以空气源热泵用于对虾养殖实例分析

4.1外界环境建厂选址调查

1. 组成养殖池塘（养虾场） 主要由池塘（养虾池）堤（主堤、渠堤、池堤）、水闸（供水闸、排水闸）、扬水站与供、排水渠等组成.

2.规模养殖池塘的设计规模以养殖水面的总面积作为计算标准, 单位为㎡。

4.2 场址选择

4.2.1 场址调查

应对拟建场址的地形、地貌、地质气象（ 风降雨）汐、波浪、海流、泥沙）地震等自然条件和供电供水通讯、交通、建筑材料供应等社会经济条件进行勘测和综合调查。

4.2.2  总体规划

总体规划的原则与要求:

（1） 应符合国家的产业政策和当地经济发展的要求, 正确处理与国防、工业、交通、旅游部门之间的关系, 因地制宜, 统筹安排;

（2） 认真做好养殖生产与育苗、饵料加工、保鲜冷藏等各生产区域的区划与布置. 做到功能分区明确,布置结构合理,交通运输方便;（3） 养殖池塘及供、排水渠道充分利用自然地形条件,尽量减少整平、削坡土石方工程量;（4） 认真保护生态环境, 减少污染, 逐步实现良性生态循环;（5） 尽量采用行之有效的新技术、新工艺、新设备, 做到技术先进, 经济合理。

4.2.3生态环境

（1） 地质与地貌应选择风浪较小、潮流通畅、潮差适宜（3 —4m） 的沿岸内湾、河口、海汉滩涂等地建场. 不应选择河口泄洪区和海滩变迁区。

（2） 土质

场址的土壤种类、结构与组成、物理与力学性能应符合下列要求:

1） 上质应含有足够的粘土颐粒, 含砂量小于50%, 筑堤土质宜采用塑性指数Ip=10 —17 , 渗透系数小于10 ^-5cm/s 的亚粘上或粘土;2） 一般不宜在沙质海滩、酸性或潜酸性土壤地区建场. 必须使用含砂量大于50% 的土料筑堤时, 应采取措施增加堤的防渗能力;在酸性或潜酸性土壤上建场时, 应采取相应的措施防止土壤对水的影响;3） 地基承载力不宜低于4.9x10 ^4Pa。

（3） 水质

水源地的水质应符合TJ35 《渔业水质标准》的要求, 海水的盐度pH值等应符合下列要求:

1） 盐度, 2 —35；2）pH 值,7.8—8.7；3） 化学耗氧量（COD） 和生物耗氧量（BOD） 《3mg/dm3.（4） 生物应对场址附近海域的饵料生物、敌害生物、竞食生物的种类和资源量进行调查和区分,防止敌害生物和竞食生物进入养殖水域.

（ 4 ） 污染

场地附近无工农业生产污染, 在河口地区建场时, 应查清河流沿岸是否有污染源, 并采取措施避开污染水团。

4.2.4. 经济环境

（l） 交通

场址地区应有方便的交通条件.

（2） 水、电源

场址附近应有可靠的海、淡水水源和电源.

（3） 劳力

场址所在地区应有充足、廉价的劳力资源.

（4） 设备与材料

充分利用当地的建筑材料和就近选购配套的机电设备.

（5） 产品销售

综合论证产品的销售渠道及价格, 确定适度的经营规模.

综上所述，本研究地址选在山东省青岛市崂山区东海湾对虾养殖场。

4.3 项目工程设计方案综述

4.3.1. 太阳能—热泵中央热水系统组成

太阳能—热泵中央热水系统的主要由太阳能集热系统和空气源热泵机组组成，其他辅助设备与常规的中央热水系统相同，包括太阳能循环泵、热水加热环泵、换热器、热水箱及控制器等。

如图所示。

4.3.2太阳能—热泵中央热