引言目前市场对于虾的需求越来越大，实现全年养虾是保证虾的产量及经济效益的重要措施。虾的成长需要水温维持在26~28 ℃之间，每天需要更换部分新鲜热水。如何解决冬季、春秋季热水的制取、池水恒温成为保障全年养虾的关键问题。1养虾场几种可利用的制热方式分析随着小型燃煤锅炉的逐步取消，养虾场需重新选择制热方式。可选择的制热方式包括：（1）燃气锅炉系统。利用燃气锅炉燃烧天然气满足养虾场制热需求，此方式虽然可以满足制热需求，但是面临着污染问题，燃烧后的烟气具有污染性，不符合国家环境保护政策，有被再次取缔的风险；运行费用高，经济负担重；天然气量不稳定，存在气荒风险；燃气锅炉存在一定的安全隐患。（2）电锅炉系统。利用电锅炉消耗大量的电制取所需热量，此方式虽然没有污染物产生，符合环保要求，但是面临运行费用高的问题；变压器初投资大；附近未必有足够的增容电量满足配电需求。（3）空气源热泵系统。以空气作为热源通过空气源热泵机组制取热水，此方式环保、节能性一般，在冬季空气源热泵系统存在制热量不稳定的问题，养虾场冬季一般温度较低、湿度大，机组易结霜，影响机组的制热能力；冬季运行成本较高，机组结霜使机组制热能效降低，同时机组在化霜过程需要从末端热水侧吸收热量，是一个耗费电量进行反向制热的过程。（4）海水源热泵系统。以海水作为热源，通过海水源热泵机组制取热水，此方式环保、节能性一般。系统主要存在冬季海水温度低，无法保证冬季供热需求的问题；海水成分复杂，无法把海水处理成为满足海水源热泵机组需要的工况；系统面临易生藻类、易腐蚀等问题；海水取水、回水口位置的优化选择等问题亟待研究。（5）废水源热泵系统。以养虾废水作为热源通过板换、废水源热泵机组制取热水，此方式环保、节能、稳定可靠。系统存在的问题包括废水的收集，而废水一般集中排放，需要建设废水收集池。废水需要经过水处理、沉淀，减少废水中的杂质、污物，防止对系统造成堵塞。（6）太阳能系统。吸收太阳能制取热水，此方式最为环保、节能。系统主要存在的问题：系统占地面积大；阴天下雨天气，无法保证供热，需要额外配备其他供热设备，投资高。2多能互补供热在养虾场的技术方案2.1养虾场多能互补供热技术思路为满足养虾场供热改造的稳定可靠、节能高效的需求，采用多能互补方式进行供热改造。在技术选择上，优先考虑环保、性能可靠、技术成熟、运行成本低的供热系统进行组合。推荐采用太阳能系统、废水源热泵系统、空气源热泵进行组合供热。系统的运行考虑节能性先高后低的顺序依次启动，关闭时按照节能性先低后高的顺序依次关闭。2.2养虾场多能互补供热工艺流程系统流程如图1所示。本系统中间设置蓄热水箱，蓄热水箱的作用：（1）蓄热水箱具有承前启后的作用，系统前端为各个供热系统，蓄热水箱作为一个供热平台，把各个系统汇集为一个整体，优先利用高能效系统；系统后端为各个供热需求末端，比如养殖池恒温、养殖池加热，通过蓄热水箱合理分配各个末端的供热需求，达到按需分配的目的。（2）蓄热水箱具有平衡系统流量的作用，系统前端各个制热系统一般为小温差、大流量的设计，末端系统一般为变流量或大温差小流量设计，通过水箱作为耦合体，可配备各自的循环水泵，满足各自需求流量。（3）蓄热水箱可提供稳定的供热工况。蓄热水箱保证供热水温恒定在一定的温度范围内，避免温度大范围波动，利用系统的稳定可靠运行。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.03.008.F001图1养虾场多能互补供热工艺流程本系统为保证废水的充分利用，需要增设废水收集池。废水的排放时间一般每天集中在2 h左右，废水源热泵系统无法在2 h内消耗掉全部废水，废水收集池的大小按照每天的废水排量进行设置。为保证废水源热泵系统运行的稳定性，需要对养殖废水进行水处理、过滤，此过程不可省略。系统中废水源热泵系统可兼顾海水源、其他余热源的使用，废水源热泵机组蒸发器侧采用钛管换热器，可适应多种热源介质。当废水源热泵系统具有比废水温度更高工况的热源可供使用时，可切换为其他热源。比如当系统具有足够的海水流量及海水温度在10 ℃以上时，可把海水作为热源使用。本系统中太阳能系统可根据现场实际情况，有条件地安装，作为整个系统的补充热源。系统中空气源热泵需要选择具有智能化除霜的空气源热泵产品，除霜通过微电脑智能控制，根据环境温度、湿度、时间、蒸发温度等多因素变量，计算结果自动除霜，完全做到“有霜除霜、无霜不除、除霜迅速彻底、不形成二次冰锥”，保证机组在不同气象条件下获得最好的制热效果，将能量损失降至最低。养虾水体适宜硬度一般在250 mg/L以上，如采用养虾水直接进入热泵机组的加热方式，容易造成机组结垢，影响机组的制热性。故本系统制取45 ℃高温热水，与末端系统采用间接换热方式换热。系统设置集中控制平台，可检测各个独立供热系统、末端系统的进出水温度、流量、压力等参数，使整个系统运行直观、管控简洁。3多能互补供热在养虾场的供热能效分析3.1废水源热泵系统供热能效分析此系统热水侧制取热水温度工况为45/40 ℃，而热源侧热源水温度为变值，受季节、废水温度、初始冷水温度、余热资源类型等因素影响，温度越高，机组的制热能效比越高，呈正比例相关。废水源热泵机组制热能效曲线，如图2所示。综合全年运行情况分析，废水源热泵系统可按照机组出水温度7 ℃下的制热能效作为全年运行的平均能效，即废水源热泵机组综合平均制热能效为5.25。而废水源热泵系统前端设有预热板换系统，进行冷水的首次加热，此部分的制热是免费制取。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.03.008.F002图2废水源热泵机组制热能效曲线3.2空气源热泵系统能效分析空气源系统在热水侧45/40 ℃的工况下，机组制热能效随环境温度的降低而降低，同时当环境温度在4 ℃以下时，机组开始结霜，并有化霜过程，影响机组的制热能效。在计算空气源热泵系统制热能效时，不能按照厂家的样本工况计算，需要考虑一定结霜化霜的能效损耗率。空气源热泵的制热能效曲线如图3所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.03.008.F003图3空气源热泵的制热能效曲线综合全年运行情况分析，空气源热泵系统可按照室外环境温度0 ℃时，制热能效作为全年运行的平均能效，即空气源热泵综合平均制热能效为2.48。3.3太阳能系统能效分析太阳能系统可认为是最环保、节能系统，只需消耗少量循环水泵的耗电量，即可产生热水。按照太阳能热水系统的日有用得热量7 MJ/m2、太阳的利用小时数为7 h/d、1 m2集热器的流量为50 L/h考虑。太阳能热水系统的制热能效可达75。3.4多能互补供热综合能效分析预热板换系统技术成熟、简单，不管采用何种形式的供热，均可首先通过此方式把冷水进行免费预热，因此在分析养虾场供热系统性能时此部分可不考虑。多能互补供热系统由太阳能供热系统、废水源热泵系统、空气源热泵共同构成，根据理论推导及实际经验分析，太阳能供热系统一般可满足5%的系统供热量，废水源热泵系统可满足40%的供热量，剩余55%的热量可由空气源热泵系统进行补充。采用多能互补供热系统后，系统的供热能效比综合可达7.2，节能效果非常显著。多能互补供热系统综合能效计算如下：Q=40%Q1+55%Q2+5%Q3 （1）式中：Q1——废水源热泵系统综合平均制热能效；Q2——空气源热泵系统综合平均制热能效；Q3——太阳能热水系统制热能效。4多能互补供热在养虾场的效益分析4.1项目概况信息某养虾场共有12个养殖棚，每个棚内养殖池池水量为1 400 m³，养虾池池水温度需要维持在28 ℃左右，每天的最大换水量为5 000 m³，换水温度为28 ℃。冬季最冷时刻冷水温度为4 ℃，池水温度每天最大降幅为2 ℃，每天排放废水5 000 m³，废水温度为24 ℃。4.2项目热负荷分析本项目供热需求共有两部分构成，分别为池水恒温供热和热水制取。（1）池水恒温系统热负荷。本项目池水温度最冷时刻一天最大降温2 ℃，水池的降温时间主要集中在晚间，因此本项目可按照16 800 m³的池水12 h温度降温2 ℃考虑。维持16 800 m³的池水温度为28 ℃左右，所需热负荷为：N1=16 800×1 000×4.18×2÷(12×3 600)=3 252 kW。（2）热水制取系统负荷。每天最大换水量为5 000 m³，水温由4 ℃加热至28 ℃。池水的加热按照12 h制取考虑，即可在12 h内完成每天最大5 000 m³的热水制取需求。本系统分为两个过程完成，第一过程为预热板换加热过程，此过程可把4 ℃水加热至19 ℃，第二过程为废水源热泵加热过程，此过程可把19 ℃水加热至28 ℃。预热板换系统热负荷为：N2=5 000×1 000×4.18×(19-4)÷(24×3 600)=3 628 kW。废水预热在24 h内进行，热泵加热系统热负荷N3=5 000×1 000×4.18×(28-19)÷(12×3 600)=4 354 kW。考虑池水加热及池水恒温可在每天不同时间段内完成，因此系统的热泵负荷按照两者中较大值进行设计考虑，故本项目每个系统的热泵负荷至少为4 354 kW。4.3项目全年耗热量分析项目全年需要供热天数按照240 d，冷水平均初始温度为7 ℃，池水恒温平均满负荷率按最冷时刻的50%考虑。项目全年耗热量可分为3部分：（1）冷水由7 ℃加热至19 ℃，此部分总耗热量R1=240 d×5 000×1 000×(19-7)×4.18=16 720 000 kWh。（2）19 ℃的预热水加热至28 ℃，此部分总耗热量R2=240×5 000×1 000×(28-19)×4.18=12 540 000 kWh。（3）维持池水恒温所需热量，此部分总耗热量R3=240×12×3 252×0.5=4 682 880 kWh。4.4项目效益分析本项目分析多能互补供热系统、燃气锅炉供热系统、电锅炉供热系统的经济效益。第一部分的耗热量通过预热板换系统均可免费制取，故不再考虑。对比分析情况，如表1所示。在养虾场供热中，采用多能互补供热改造经济效果最佳，年运行成本最低，可节省大量的供热运行费用，而且无任何污染物产生。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.03.008.T001表1各系统效益分析参数效益多能互补供热系统燃气锅炉供热系统电锅炉供热系统总耗热量17 222 880 kWh17 222 880 kWh17 222 880 kWh燃料种类电天然气电热值1 kWh9.884 kWh/m³1 kWh系统热效率7.200.850.90供热所需总燃料量2 392 067 kWh2 050 001 m³19 136 533 kWh燃料价格0.6元/kWh3.6元/m³0.6元/kWh供热运行费用1 435 240元7 380 004元11 481 920元5结语养虾场多能互补供热改造把几种单一的高能效清洁供热方式整合为一个整体。不仅满足整个养虾场的供热需求，而且系统运行节能效果好、绿色无污染，是养虾场供热改造的理想选择方式。系统不仅可以满足供热需求，同时也可以满足制冷需求，对于夏季有降温需求的养殖项目也可使用，系统可实现一机两用的功能。养虾场的多能互补供热模式不仅适用于养虾行业，还可以适用于整个海水养殖行业，多能互补供热系统的供热方式更加适合未来养殖行业。