一．应用背景

现代工厂化养殖起源于内陆海洋水族馆技术、自动化水族箱技术和流水高密度养殖技术，是工程科学与生命科学的有机结合；工厂化养殖是集生物、物理、化学和电子等多门学科为一体的技术，它将生物技术、信息技术和现代养殖方式集于一身，所以工厂化养殖是水产养殖高科技的最集中的代表，是世界水产养殖业的发展方向。

在工厂化水产的养殖过程中，对水产的养殖环境尤其是水温的控制一地程度上决定了水产养殖的收益。

部分水产对水温的要求：

研究表明合适的恒定水温对鱼的进食及成长有极大的促进作用。同时可缩短鱼的孵化期。极大的提高养殖的经济效益。

二．地源热泵系统简介

地源热泵是以地表能(包括土壤、地下水和地表水等)为热源，通过输入少量的高品位能源(如电能)，实现低品位热能向高品位热能转移的热泵空调系统

三．地源热泵水产养殖系统运行原理

地源热泵水产养殖恒温系统就是利用地源热泵系统，给养殖池提供恒定温度的一套新型技术系统. 。

（ 1 ）地源热泵系统，通过地埋管换热系统⑥，将土壤中的热量收集起来并通过地埋管管循环泵⑦输送到地源热泵主机，完成能量的采集过程。

（ 2 ）通过地源热泵主机内部的压缩机做功，提高能量的品位，消耗 1 单元的能量，获得 3 ～ 4 单元的能量；进而由保温循环泵②将获得能量输送到养殖池恒温散热系统③。

（ 3 ）由水产养殖池中的热敏水温探头来判断，当温度低于养殖适宜温度时，开启保温循环泵②以及地源热泵主机，完成池水的加热保温；当池水达到适宜温度时，则关闭保温循环泵②以及地源热泵主机，停止供热。

（ 4 ）整个系统通过膨胀补水箱④以及软化水处理设备⑤，完成水路的不断循环与补充。

四．地源热泵水产养殖系统案例分析

广东韶关某南美白对虾养殖场建在大棚室内，养殖水域面积为 1000 平米（ 50×20），水深约3米。南美白对虾的生长最适宜温度为26～28℃，水温低于18℃活动与进食均减弱，反应迟钝，生长缓慢。最低水温下限13℃（冻死），最高水温上线35℃。水温控制在 26℃左右时可常年产卵，孵化温度22～30℃，最适宜温度 24～ 28℃。

1） 韶关气象参数：

室外设计计算参数（见下表）

表 1 室外设计计算参数

表 2 冬季室外设计计算参数

由于夏季池水温度比环境温度低， 不存在或者少量存在蒸发热损失；而冬季池水温度比环境温度高，具有比较大的蒸发热损失，因此，系统仅用于冬季及过渡季节的池水保温。

2 ）计算选型说明

冬季在气温最低 2℃情况下，养殖水池表面蒸发损失的热量计算：
Qx ＝ α· у （ 0.0174vf ＋ 0.0229 ） (Pb － Pq) A(760/B)
式中 Qx—— 泳池表面蒸发损失的热量（ kJ/h ）；
α—— 热量换算系数， α ＝ 4.1868 kJ /kcal ；
у—— 与养殖池水温相等的饱和蒸汽的蒸发汽化潜热（ kcal/kg ）；
vf ——水面上的风速（ m/s ），一般按下列规定采用：室内水池 vf ＝ 0.2~0.5 m/s ；露天水池 vf ＝ 2~3 m/s ；
Pb—— 与池水温相等（26℃）的饱和空气的水蒸汽分压力（ mmHg ）；

Pq——与泳池的环境空气温度（24℃）相等的水蒸汽压力（ mmHg ）；

A——养殖池的水表面面积（ m2 ）；
B—— 当地的大气压力（ mmHg ）。
而泳池的水表面、池底、池壁、管道和设备等传导所损失的热量，占泳池水表面蒸发损失热量的 20% 。

查相关参数表可计算得：

Qx ＝ α· у （ 0.0174vf ＋ 0.0229 ） (Pb － Pq) A(760/B)

=4.1868×582.3×（0.0174×0.3+0.0229）（25.2-18.5）×1000×760÷765

=2437.97×0.02812×6.7×993.46

=456319（ kJ/h ）＝108648（ kcal/h ）

泳池的水表面，池底，池壁，管道和设备等传导所损失的热量，占泳池水表面蒸发损失热量的20%

Qy= Qx*0.2=108648×0.2=21730（ kcal/h ）

经计算得泳池平均每小时经水面蒸发和传导损失的热量、池壁和池底传导损失的热量、管道的净化水设备损失的热量、泳池补水所需的加热量合计为108648+21730= 130378（ kcal/h ）=152KW。所于泳池每小时总的热损失量为152KW。

则选用一台PHNIX地源金刚即可满足要求.机组型号：PWSRW600S-GL,机组标况下的额定制热量为160KW.

3 ）冬夏季地下换热量计算

可由下述公式计算：

file:///C:DOCUME~1crjLOCALS~1Tempksohtmlwps_clip_image-29059.png

Q2＇——冬季从土壤吸收的热量，kW；

Q2——冬季设计总热负荷，kW；

COP2——设计工况下机组的供热系数（4.3）

假设冬季设计总热负荷为 152kW

根据计算可知：Q2＇=152* （ 1-1 ／ 4.3 ） =117KW

4 ）竖井埋管管长的确定

地下热交换器长度的确定除了已确定的系统布置和管材外，还需要有当地的土壤技术资料，如地下温度、传热系数等。这些因素的计算很繁琐，并且部分数据不易获得。在实际工程中，可以利用管材“换热能力”来计算管长。换热能力即单位垂直埋管深度或单位管长的换热量，一般垂直埋管为 70 ～ 110W/m( 井深 ) ，或 30～ 55W/m( 管长 ) ，水平埋管为 20 ～ 40W/m （管长）。 以垂直埋管为例，设计时可取换热能力的下限值，即 30W/m （管长），具体计算公式如下：

L= Q1＇÷30×1000 （3）

其中 L——竖井埋管总长，m

Q1＇ ——冬季向土壤吸收的热量，kW

分母“30”是冬季每m管长换热量，W/m

计算得知： L=117*1000/30=3900 米

5 ）确定竖井的数量及间距

可根据以下公式计算：

file:///C:DOCUME~1crjLOCALS~1Tempksohtmlwps_clip_image-1390.png（ 4 ）

其中 N——竖井总数，个

L——竖井埋管总长，m

H——竖井深度，m

分母“2”是考虑到竖井内供回水埋管管长约等于竖井深度的2倍。

计算得知：N=3900/2*100=19.5

然后对计算结果进行圆整，圆整后取20个竖井。竖井间距取4.5米。

五．经济性分析：

养殖池每天 24 小时需要保持恒温，应用峰谷电价，韶关峰时电价 0.55 元 /KWh ，时间段为 7 ： 00 ～ 21 ： 00 ；谷时电价 0.35 元 /KWh ，时间段为 21 ： 00 ～ 7 ： 00 。

按照公式：

file:///C:DOCUME~1crjLOCALS~1Tempksohtmlwps_clip_image-29326.png

其中： M 表示运行费用， Q 表示热负荷， φ 表示燃烧值， μ 表示燃烧效率， c 表示单价。

①采用地源热泵养殖池恒温系统，按照峰电 14 小时，谷电 10 小时计算，冬季每天运作费用为

416.6元；

②采用电锅炉加热系统，按照峰电 14 小时，谷电 10 小时计算，冬季每天运作费用为1702.4元；

③ 采用燃油锅炉加热系统， 燃油燃烧值 9000Kcal/L, 燃烧效率 85% ，单价 4.5 元 /L, 则冬季每天运作费用为1839.2元；

④采用燃气锅炉加热系统，天然气燃烧值 8500Kcal/L, 燃烧效率 80% ，单价 2.8 元 /L, 则冬季每天运作费用为1287.4元；

六．结 论

1. 从理论和实际工程案例上，地源热泵技术在水产养殖恒温系统中完全具有可行性；

2. 采用地源热泵水产养殖技术，比传统的供热技术节能 50% 以上；经济价值巨大。

3. 地源热泵技术属于绿色生态环保技术，符合我国能源可持续发展的战略，值得推广。