節(jié)能環(huán)保型海水養(yǎng)殖水體恒溫系統(tǒng)的應用

殷堯其

（上海阿爾西空調(diào)系統(tǒng)服務有限公司，上海 200333）

0 引言

北方渤海和黃海水域海水冬季水溫在2℃左右，夏季水溫在25℃左右。大部分海水養(yǎng)殖海洋生物的育苗或養(yǎng)殖過程中對海水溫度的要求通常在8～18℃。冬季需要將海水加熱，夏季需要將海水冷卻，以達到一定的養(yǎng)殖溫度。

1 困擾海水養(yǎng)殖企業(yè)的能耗問題

通過對海洋水族館和海水養(yǎng)殖企業(yè)的調(diào)研，發(fā)現(xiàn)目前養(yǎng)殖企業(yè)一般均采用鍋爐加冷水機組運行、調(diào)節(jié)海水養(yǎng)殖溫度模式。即：冬季常用的加熱方式為燃煤鍋爐、電熱鍋爐、燃油鍋爐或燃氣鍋爐加熱海水。經(jīng)過統(tǒng)計，燃煤鍋爐約占鍋爐總數(shù)的70%，電熱鍋爐約占鍋爐總數(shù)的10%，燃油鍋爐約占鍋爐總數(shù)的10%，燃氣鍋爐約占鍋爐總數(shù)的10%；夏季常用的制冷方式是由冷水機組系統(tǒng)冷卻海水。

通過調(diào)研，發(fā)現(xiàn)3個問題一直困擾著養(yǎng)殖企業(yè)。

1）能耗高 養(yǎng)殖企業(yè)用于加熱或冷卻海水的能耗，約占整個企業(yè)總能耗的50%以上，降低海水養(yǎng)殖過程的能耗和養(yǎng)殖成本，是養(yǎng)殖戶們迫切需要解決的實際問題。

2）空氣污染 燃煤鍋爐和燃油鍋爐在運行時排放的二氧化硫、氮氧化物和煙塵，是空氣污染的重要來源。如果PM2.5嚴重超標，霧靄沉沉，老百姓的生活質(zhì)量會受到影響。

3）管道腐蝕造成海水污染 鍋爐爐管及管道海水腐蝕嚴重，導致使用壽命縮短，維修量大，生產(chǎn)成本增加。由于海水養(yǎng)殖水體恒溫系統(tǒng)的大量金屬管道被海水腐蝕，導致排放后的海水酸堿度改變，影響海洋生物的正常生長。

2 海水養(yǎng)殖企業(yè)的節(jié)能改造

2.1 挖潛增效的節(jié)能環(huán)保方案

上海阿爾西空調(diào)系統(tǒng)服務有限公司，作為一家專業(yè)的以空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能為特長的高新技術(shù)企業(yè)，長期以來一直致力于空調(diào)節(jié)能新技術(shù)在客戶工藝性系統(tǒng)的創(chuàng)新應用的研發(fā)。為了降低海水養(yǎng)殖企業(yè)的生產(chǎn)成本，改善當?shù)丨h(huán)境，降低鍋爐加熱海水等能耗問題，通過走訪海水養(yǎng)殖企業(yè)，在實地檢測、分析和評估的基礎(chǔ)上，制定了利用原有設(shè)施、改造舊設(shè)備、挖潛增效的節(jié)能環(huán)保方案。設(shè)想用1套系統(tǒng)實現(xiàn)冬季加熱海水，夏季冷卻海水，替代鍋爐加熱系統(tǒng)與冷水機組制冷系統(tǒng)，用以節(jié)省投資、全壽命管理、降低系統(tǒng)能耗，提高節(jié)能效果。

2.2 設(shè)計新型海水養(yǎng)殖水體恒溫系統(tǒng)

節(jié)能環(huán)保型海水養(yǎng)殖水體恒溫系統(tǒng)，主要由加熱系統(tǒng)和制冷系統(tǒng)構(gòu)成，不但要確保冬季工況運行，還要滿足夏季工況運行。

1）冬季運行 節(jié)能環(huán)保型海水養(yǎng)殖加熱系統(tǒng)為兩級加熱系統(tǒng)：1級加熱系統(tǒng)為1級熱回收系統(tǒng)，充分利用海水養(yǎng)殖排水中的熱量來預熱低溫海水作為養(yǎng)殖補水。1級熱回收系統(tǒng)為板式換熱器，冬季取代鍋爐預熱海水，用以回收養(yǎng)殖池排水中的熱量，實現(xiàn)預熱海水節(jié)能。2級加熱系統(tǒng)為海水源熱泵機組，冬季制熱運行時回收排水池中的熱量實現(xiàn)加熱低溫海水。根據(jù)養(yǎng)殖池的大小、數(shù)量、補水量和排水量等參數(shù)計算熱平衡，確定需要配置的1級加熱系統(tǒng)的板式換熱器的材料與規(guī)格，以及需要配置的2級加熱系統(tǒng)的海水源熱泵機組的材料與配置。

2）夏季運行 節(jié)能環(huán)保型海水養(yǎng)殖制冷系統(tǒng)為兩級制冷系統(tǒng)：1級制冷系統(tǒng)為1級冷回收系統(tǒng)，充分利用海水養(yǎng)殖排水中的冷量來冷卻高溫海水預冷養(yǎng)殖補水，2級制冷系統(tǒng)為海水源熱泵機組，夏季取代冷水機組系統(tǒng)冷卻海水。1級制冷系統(tǒng)為板式換熱器，用以回收養(yǎng)殖池排水中的冷量實現(xiàn)預冷海水節(jié)能，2級制冷系統(tǒng)為海水源熱泵機組，夏季制冷運行用以冷卻高溫海水。

3）設(shè)計要求 做好冷熱平衡計算和設(shè)備選型。設(shè)計1級制冷系統(tǒng)的板式換熱器的配置規(guī)格，選擇需要配置的2級制冷系統(tǒng)的海水源熱泵機組的規(guī)格，以及確定補水池和排水池的容量，達到既保證冬季工況運行，又滿足夏季工況運行。節(jié)能環(huán)保型海水養(yǎng)殖恒溫系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

圖1 節(jié)能環(huán)保型海水養(yǎng)殖恒溫系統(tǒng)

2.3 新型海水養(yǎng)殖水體恒溫系統(tǒng)的節(jié)能環(huán)保優(yōu)勢

節(jié)能環(huán)保型海水養(yǎng)殖加熱系統(tǒng)與制冷系統(tǒng)為同一套設(shè)備和系統(tǒng)，通過閥門之間的切換，實現(xiàn)冬季制熱或夏季制冷工作模式的切換，替代了常規(guī)的鍋爐加熱系統(tǒng)與冷水機組制冷系統(tǒng)，合二為一后減少了投資。

認知彈性理論的第二個基本原理是：概念與案例構(gòu)成的多維、非線性的十字交叉形狀。這句話表明，當一個知識點比較復雜時，可以通過多個有意義的實際案例加以解釋說明，使得該概念便于理解與掌握。初中階段的學生雖然認知水平相對于小學生有很大的提高，但相比較于成人來說，邏輯思維水平還未成熟，對于一些復雜概念常常難以理解，久而久之，自信心下降，對學習自暴自棄。因此，多樣化簡易化的知識表征形式對于初中生英語教學是十分有必要的，這種表征形式在英語教學中主要是以多樣化實例與概念相結(jié)合而得，學生通過實例能夠更好理解概念知識，進而學習自信得到提高，學習會更加有動力。

節(jié)能環(huán)保型海水養(yǎng)殖系統(tǒng)內(nèi)的1級加熱系統(tǒng)與1級制冷系統(tǒng)為換熱器，采用防腐的鈦合金材料制造。板式換熱器在冬季回收養(yǎng)殖排水中的熱量，夏季回收養(yǎng)殖排水中的冷量，循環(huán)回收的熱量或冷量不消耗額外的能耗，因此節(jié)能效果非常顯著。

節(jié)能環(huán)保型海水養(yǎng)殖系統(tǒng)內(nèi)的2級加熱系統(tǒng)與2級制冷系統(tǒng)為海水源熱泵機組，冬季制熱，夏季制冷。海水源熱泵機組為高效節(jié)能產(chǎn)品，替代常規(guī)電熱水鍋爐、燃煤、燃油或燃氣鍋爐運行后經(jīng)濟性更好，同時也對降低周圍環(huán)境的PM2.5指數(shù)做出了貢獻，尤其是減少了管道腐蝕后污染排放對海洋生物正常生長的影響。

3 應用案例分析

3.1 海參養(yǎng)殖廠概況

某海參養(yǎng)殖廠共有4個海參養(yǎng)殖車間，每個海參養(yǎng)殖車間有20個苗池，苗池規(guī)格為7m×3m×1.3m；按養(yǎng)殖實際水位計算，有效水體為24m3。海參越冬水溫一般要求在14～17℃，全天候溫差最好保證在0.5℃以內(nèi)。每天早晚2次投餌，要求每次投餌前換水，如果水質(zhì)允許，也可以每天換水1次，換水量為1／4～1／3，即每天海參養(yǎng)殖車間的用水量為480～640m3。

另外，海參養(yǎng)殖苗池需要每周循環(huán)倒池1次，每次每池循環(huán)倒池用水量為20m3，即每次海參養(yǎng)殖車間的循環(huán)倒池用水量為230m3，當天海參養(yǎng)殖車間苗池用水量合計為710～870m3。每年需要加熱海水的時間為160天，需要冷卻海水的時間為100天。

3.2 改造前

1）加熱與制冷設(shè)備的能耗 原先海參養(yǎng)殖系統(tǒng)配置了1臺4t燃油蒸汽鍋爐，用于冬季海水加熱；配置了1臺水冷螺桿機組系統(tǒng)，制冷量為1 470kW，用于夏季海水冷卻，耗電量為304kWh；1臺冷凍水泵耗電量為30kWh，1臺冷卻水泵耗電量為30kWh，1臺冷卻塔耗電量為11kWh。

2）系統(tǒng)運行能耗計算 一般情況下每年海水加熱時間為160天，海水冷卻時間為100天，由于海水溫度隨著氣溫的變化而變化，所以計算能耗時需要綜合一下。全年按海水從2℃加熱到17℃的天數(shù)約為120天，海水從25℃制冷到17℃的天數(shù)約為70天，每天海參養(yǎng)殖車間苗池用水量約為800m3，按燃油蒸汽鍋爐效率為90%，蒸汽加熱海水效率為90%，柴油熱值為42 652kJ／kg計算，得到燃油蒸汽鍋爐冬季加熱耗油量為174.3t，折合標煤為254t，油費為139.44萬元。而水冷螺桿機組系統(tǒng)，夏季制冷耗電量為132 890kWh，折合標煤為46.6t，電費為11.97萬元。

3）合計 每年能耗折合標煤為300.6t，每年總能耗費用為151.41萬元。

3.3 改造后

1）新型海水養(yǎng)殖水體恒溫系統(tǒng) 經(jīng)過節(jié)能改造，配置了節(jié)能環(huán)保型海水養(yǎng)殖水體恒溫系統(tǒng)：1級板式換熱器（換熱量為650kW，冬夏兩季都能將海水溫度提升或降低4℃以上），2級海水源熱泵系統(tǒng)（制熱量為1 888kW，耗電量為461.5kWh；制冷量為1 889kW，耗電量為329.4kWh；低溫側(cè)循環(huán)變頻水泵為37kW，高溫側(cè)循環(huán)變頻水泵為37kW。）

2）系統(tǒng)運行能耗計算 在相同的養(yǎng)殖條件下，冬季耗電量為348 275kWh，折合標煤為121.9t，能耗費用為31.34萬元。夏季耗電量為73 876kWh，折合標煤為25.9t，能耗費用為6.65萬元。

3）合計 每年能耗折合標煤為147.8t，每年總能耗費用為37.99萬元。

4 新舊系統(tǒng)運行后的節(jié)能比較

4.1 燃煤蒸汽鍋爐加熱系統(tǒng)＋常規(guī)水冷螺桿機組系統(tǒng)

改造前每年能耗折合標煤為351.4t，每年總能耗費用為42.47萬元。

燃煤蒸汽鍋爐效率為75%，蒸汽加熱海水效率為90%，煤熱值為29 271kJ／kg。燃煤蒸汽鍋爐冬季加熱耗煤量為304.8t，折合標煤量為304.8t，購煤費用為30.5萬元。常規(guī)水冷螺桿機組系統(tǒng)夏季制冷耗電量為132 890kWh，折合標煤量為46.6 t，電費為11.97萬元。

4.2 燃煤蒸汽鍋爐加熱系統(tǒng)＋常規(guī)水冷機組系統(tǒng)

節(jié)能改造后，全年節(jié)省能耗費用為4.48萬元；節(jié)約能源費用為10.55%；全年節(jié)省標煤量為203.6t，節(jié)能率為57.94%。該項目全年減少二氧化碳排放533t，減少二氧化硫排放1.7t，減少氮氧化物排放1.5t。

4.3 天然氣蒸汽鍋爐系統(tǒng)＋常規(guī)水冷螺桿機組系統(tǒng)

改造前每年能耗折合標煤為300.6t，每年總能耗費用為91.45萬元。

天然氣蒸汽鍋爐效率為90%，蒸汽加熱海水效率為90%，天然氣熱值為35 544kJ／kg。天然氣蒸汽鍋爐冬季加熱耗天然量為209 150m3，折合標煤量為254t，天然氣費用為79.48萬元。常規(guī)水冷螺桿機組系統(tǒng)夏季制冷耗電量為132 890kWh，折合標煤量為46.6t，電費為11.97萬元。

4.4 天然氣蒸汽鍋爐系統(tǒng)＋常規(guī)水冷機組系統(tǒng)

節(jié)能改造后，全年節(jié)省能耗費用為53.46萬元；節(jié)約能源費用為58.45%；全年節(jié)省標煤為152.8t，節(jié)能率為50.83%。該項目全年減少二氧化碳排放為400t，減少二氧化硫排放為1.3t，減少氮氧化物排放為1.2t。

4.5 電熱水鍋爐系統(tǒng)＋常規(guī)水冷螺桿機組系統(tǒng)

改造前每年能耗折合標煤為663.5t，每年總能耗費用為170.6萬元。

電熱水鍋爐效率為95%。電熱水鍋爐冬季加熱耗電量為1 762 546kWh，折合標煤量為616.9t，電費為158.63萬元。水冷螺桿機組系統(tǒng)夏季制冷耗電量為132 890kWh，折合標煤量為46.6t，電費為11.97萬元。

4.6 電熱水鍋爐系統(tǒng)＋常規(guī)水冷機組系統(tǒng)

節(jié)能改造后，全年節(jié)省能耗費用為132.61萬元；節(jié)約能源費用為77.73%；全年節(jié)省標煤為515.7t，節(jié)能率為77.72%。

該項目全年減少二氧化碳排放為1 351t，減少二氧化硫排放為4.4t，減少氮氧化物排放3.8 t。

4.7 節(jié)能環(huán)保型水體恒溫系統(tǒng)

節(jié)能改造后，節(jié)能環(huán)保型海水養(yǎng)殖水體恒溫系統(tǒng)比改造前舊系統(tǒng)全年節(jié)省能耗費用為113.42萬元，節(jié)約能源費用為74.90%。全年節(jié)省標煤152.8t，節(jié)能率達到50.83%。該項目全年減少二氧化碳排放400t，減少二氧化硫排放1.3t，減少氮氧化物排放1.2t。節(jié)能環(huán)保型水體恒溫系統(tǒng)工程投資330萬元左右，投資回收期為3年。

4.8 節(jié)能量對比

綜上所述，節(jié)能環(huán)保型海水養(yǎng)殖水體恒溫系統(tǒng)與電熱水鍋爐系統(tǒng)、燃油蒸汽鍋爐系統(tǒng)、燃氣蒸汽鍋爐＋常規(guī)水冷機組系統(tǒng)對比，可以節(jié)省大量運行費用，節(jié)省標煤量也很可觀，而且還具備經(jīng)濟效益和環(huán)保社會效益；與燃煤蒸汽鍋爐系統(tǒng)＋常規(guī)水冷機組系統(tǒng)對比，節(jié)省運行費用最少，但是節(jié)省的標煤量較多，環(huán)保社會效益較大。

5 結(jié)語

節(jié)能環(huán)保型海水養(yǎng)殖水體恒溫系統(tǒng)僅替換了原有的鍋爐加熱設(shè)備和制冷設(shè)備，保留原有的養(yǎng)殖管路設(shè)施，安裝施工方便，而且改造后節(jié)能量顯著，得到了養(yǎng)殖企業(yè)認可。

該項目畢竟需要資金的投入，部分養(yǎng)殖企業(yè)對較大的投資存在一定困難，呼吁政府部門對這種經(jīng)濟效益與環(huán)保社會效益顯著的項目給予一定的資金獎勵和貸款優(yōu)惠政策，鼓勵企業(yè)進行節(jié)能改造。

對于使用燃煤鍋爐、燃油鍋爐等加熱設(shè)備的養(yǎng)殖企業(yè)，這些設(shè)備的運行對大氣污染嚴重。呼吁政府環(huán)保部門出臺相關(guān)責令整改的政策，督促這些企業(yè)進行節(jié)能改造。