一种水产养殖池热量平衡计算方法

本发明属于水产养殖节能减排设计与评估的领域，具体地说，涉及一种水产养殖池热量平衡计算方法。

背景技术：

1、我国是水产品生产、贸易和消费大国，水产品产量居世界首位，也是世界上唯一水产养殖量超过捕捞量的国家。工厂化水产养殖因具备可集中处理养殖废弃物、有效减少环境污染、满足大规模养殖、自动化管理程度高、养殖耗费成本低等特点成为２１世纪水产养殖业的发展趋势。过去的科研或工程人员在系统形式、养殖设备、水质净化、传热等多了一些研究。

2、文献一（魏京广，吴思婷，秦启伟，雷晓霞，詹洲玲，许琼月，曹贺龙.一种水产养殖系统[p].中国专利：cn202410752577.1，2024-08-16）公开了一种水产养殖系统,包括养殖池、过滤装置、脱气装置、生化池、回水装置和沉淀去除装置,养殖池底部设置有进水系统,养殖池的侧壁设置有排水口；过滤装置通过管道与排水口连接,用于将从排水口流出的养殖水进行过滤；脱气装置与过滤装置连接,用于将从过滤装置排出的水进行二氧化碳脱气去除；生化池用于除去从脱气装置排出水中的的重金属离子；回水装置与生化池连接和养殖池连接,用于将生化池排出的水会送至养殖池内；沉淀去除装置设置在养殖池内,能沿着养殖池的内底面运动,并在运动的过程中将养殖池底部的沉淀物铲起。本水产养殖系统,能对养殖箱进行清扫,减少养殖箱内的沉淀,从而提高养殖水的质量。

3、文献二（黄耀荣.一种循环水式水产养殖单元及水产养殖系统[p].中国专利：cn202410575458.3，2024-06-28)涉及水产养殖技术领域,具体涉及一种循环水式水产养殖单元及水产养殖系统,包括圆壳和三角槽。本发明通过设置有旋转清洁组件、环形壳、三角槽和排污管,在使用的过程中漂浮的杂质会通过三角槽进入到环形壳内部,实现对漂浮杂质的处理,并通过第二电机的驱动,可以使得连接板和刮板转动,通过连接板和刮板上的清洁刷可以实现对环形壳、圆壳和活动壳的内壁进行清理操作,漂浮杂质则通过排污管排出,沉淀杂质可以通过对第二阀门的开关控制排出,有效的减少杂质等在养殖单元内部的吸附,提高对养殖单元的清洁效果,便于水产养殖使用。本发明具有可以有效的提高水产养殖的清洁性和便于使用的优点。

4、文献三（严晶，赵思帆，邓登.一种水产养殖槽及水产养殖设备[p].中国专利：cn202322984760.8，2024-06-14)涉及一种水产养殖槽及水产养殖设备,包括容器箱体、抽水泵以及过滤块,容器箱体包括用于储存水的容置槽,容器箱体上端外侧壁设置有配置安装槽的容置块,安装槽与容置槽连通；过滤块数量与容置块对应,多个过滤块分别安装在多个安装槽中；抽水泵固定在容器箱体下端,且抽水泵的抽水端穿设容器箱体与容置槽连通；抽水泵的出水端通过安装槽与容置槽连通。通过观察经过过滤块稀释过滤后的水流的大小,来判断过滤块是否需要更换,改善在循环水处理的过程中,过滤块一般是内置水产养殖设备的内部,让过滤块与水直接接触,不便于及时更换,存在着过滤块积累过量杂质物质后,出现水质处理不干净的问题。

5、文献四（郑志灿.一种内循环水产养殖净化用设备以及使用方法[p].中国专利：cn202211105929.1，2024-08-16）涉及循环净化技术领域,更具体地涉及一种内循环水产养殖净化用设备以及使用方法,包括本体结构,所述本体结构包括养殖箱,所述养殖箱的内表面开设有槽,所述养殖箱顶部的前部设有箱体打开盖,所述箱体打开盖的前部固定连接有打开把手,所述箱体打开盖的背部两侧均固定连接有打开合页,所述养殖箱内表面顶部的中部设有挡板,所述挡板前部与背部的顶部均固定连接有挡板固定块,六个所述挡板固定块的底部均设有挡板固定栓,所述养殖箱两侧的中部与背部均设有侧边连接板,四个所述侧边连接板外侧的顶部与底部均设有侧边固定栓,所述箱体打开盖的背部设有循环及净化结构,所述循环及净化结构包括循环块,所述循环块背部的一侧开设有槽。

6、文献五（李卫东，姚兴锐，李文清，邓静，姚荣才，李占增，畅文安.一种水产养殖污水处理方法及水产养殖污水综合处理系统[p].中国专利：cn201710927596.3，2023-10-03）涉及一种水产养殖污水综合处理系统,还涉及一种采用上述装置处理水产养殖污水的方法。所述水产养殖污水综合处理系统,包括依次连通的集污池、生物反应器、曝气调节池、混凝沉淀池,所述集污池内设有格栅,所述生物反应器的上端设有进水口,生物反应器的进水口与集污池的出水口相连通；混凝沉淀池和曝气调节池中分别设有搅拌器；所述生物反应器内安装有水平设置的转轴,转轴上固定安装有多个支撑杆,支撑杆垂直于转轴设置,支撑杆的自由端固定安装有螺旋形的叶片,所述叶片的外表面凸凹不平,叶片上涂覆有微生物降解菌剂。本发明的优点是其降解水产养殖污染的效率高而且成本低廉。

7、文献六（王九龙.低能耗工厂化养鱼池优化设计研究[d]. 银川：银川大学，2022）建立了工厂化养鱼池的数理传热模型,确定了鱼池传热模型的边界条件,使用ansys仿真软件中的fluent软件包对鱼池的稳态传热过程进行仿真模拟,得到了鱼池的三维稳态传热温度分布云图,并设计实验对仿真模拟得到的结果进行实验验证和对比分析,实验结果表明所建立的鱼池传热模型符合实际的鱼池传热过程,在进行鱼池的保温优化设计时可以通过改变传热模型的相关参数得出相关优化结果。

8、综上所述，过去的研究较少关注水产养殖池的能量平衡，不方便对水产养殖池进行节能设计与节能评估。

技术实现思路

1、本发明提供了一种水产养殖池热量平衡计算方法，适应各种气候区水产养殖池的工况分析和节能设计，给出养殖池的耗热量或耗冷量、负荷或冷负荷、围护结构的热阻以及室内空气设计温度等参数的计算方法，实现水产养殖池的热量平衡计算和节能评估。

2、本发明是通过以下技术方案实现的：

3、一种水产养殖池热量平衡计算方法，包括如下步骤：

4、s1.确定水产养殖池的换热项；

5、s2.计算水产养殖池的换热项；

6、s3.计算水产养殖池的瞬时耗热量或耗冷量，如果不需要计算瞬时耗热量或耗冷量，直接进入步骤4；

7、s4.计算水产养殖池的热负荷或冷负荷，如果热负荷或冷负荷已知，可递次进入步骤5和6，也可分别进入步骤5或6；

8、s5.计算水产养殖池的围护结构的热阻；

9、s6.计算水产养殖池的室内空气设计温度。

10、优选地，所述步骤s1中水产养殖池的换热项，包括如下内容：池壁换热量 q1，池底换热量 q2、池口换热量 q3、补水换热量 q4、补气换热量 q5、其它换热量 q6。

11、优选地，所述步骤s2中各换热项的计算方法，包括如下内容：

12、(1) 池壁换热量 q1

13、 q1= α1 k1 f1( ts- tk)

14、 q1 ——池壁换热量，w；

15、 α1 ——池壁的温差修正系数；

16、 k1 ——池壁的传热系数，w/(m2·℃)；

17、 f1 ——池壁的面积，m2；

18、 ts ——池水的温度，℃；

19、 tk ——池壁外空气的温度，℃；

20、(2) 池底换热量 q2

21、 q2= α2 k2 f2( ts- td)

22、 q2 ——池底换热量，w；

23、 α2 ——池底的温差修正系数；

24、 k2 ——池底的传热系数，w/(m2·℃)；

25、 f2 ——池底的面积，m2；

26、 td ——池底外土壤的温度，℃；

27、(3) 池口换热量 q3

28、池口换热量 q3包括池口对流换热量 q31和池口蒸发换热量 q32

29、池口对流换热量 q31

30、 q31= α31 k31 f3( ts- tk)

31、 q31 ——池口对流换热量，w；

32、 α31 ——池口对流换热的温差修正系数；

33、 k31 ——池口对流换热的传热系数，w/(m2·℃)；

34、 f3 ——池口的面积，m2；

35、池口蒸发换热量 q32

36、 q32= 0.28α32 rf3g

37、 q32 ——池口蒸发换热量，w；

38、 α32 ——池口蒸发换热的修正系数；

39、 r ——水蒸气的冷凝热，kj/kg；

40、g ——单位面积蒸发的水蒸气量，kg/(m2·h)；

41、 f3 ——池口的面积，m2；

42、(4) 补水换热量 q4

43、 q4= cs ρs v4( ts- tj)

44、 q4 ——补水换热量，w；

45、 cs ——补水的比热，j/(kg·℃ )；

46、 ρs ——补水的密度，kg/m3；

47、 v4 ——补水的体积流量，m3/s；

48、 tj ——补水的进水温度，℃；

49、(5) 补气换热量 q5

50、 q5= α5 cq ρq v5( ts- tq)

51、 q5 ——补气换热量，w；

52、 α5 ——补齐换热量的修正系数；

53、 cq ——补气的比热，j/(kg·℃ )；

54、 ρq ——补气的密度，kg/m3；

55、 v5 ——补气的体积流量，m3/s；

56、 tq ——补气的进气温度，℃；

57、(6) 其它换热量 q6

58、其它换热量由具体养殖工艺决定，失去热量取正值，得到热量取负值。

59、优选地，所述步骤s3中计算水产养殖池的耗热量 qr和耗冷量 ql，包括如下内容：

60、耗热量

61、 qr= q1+ q2+ q3+ q4+ q5+ q6

62、如果上述六项之和为正值，计算结果为耗热量 qr

63、如果上述六项之和为负值，计算结果为耗冷量 ql

64、 ql=- qr。

65、优选地，所述步骤s4中计算水产养殖池的热负荷 qr，或冷负荷 ql，，包括如下内容：

66、水产养殖池的热负荷 qr，即为冬季最不利工况下的耗热量，又称设计耗热量；

67、水产养殖池的冷负荷 ql，即为夏季最不利工况下的耗冷量，又称设计耗冷量。

68、优选地，所述步骤s5中计算水产养殖池的围护结构的热阻，包括如下内容：

69、冬季工况：

70、(1) 池壁的设计热阻 r1’

71、 r1’ =1 /k1， =( qr， -q2， -q3， -q4， -q5， -q6，)/ α1， f1，( ts，- tk，)

72、 r1’ ——池壁的设计热阻，(m2·℃)/w；

73、 k1， ——池壁的设计传热系数，w/(m2·℃）；

74、 q2， ——池底的设计换热量，w；

75、 q3， ——池口的设计换热量，w；

76、 q4， ——补水的设计换热量，w；

77、 q5， ——补气的设计换热量，w；

78、 q6， ——其它的设计换热量，w；

79、 α1， ——池壁的设计温差修正系数；

80、 f1， ——池壁的设计面积，m2；

81、 ts， ——池水的设计温度，℃；

82、 tk， ——池壁外的设计空气温度，℃；

83、(2) 池底的设计热阻 r2’

84、 r2’ =1 /k2， =( qr， -q1， -q3， -q4， -q5， -q6，)/ α2， f2，( ts，- td，)

85、 r2’ ——池底的设计热阻，(m2·℃)/w；

86、 k2， ——池底的设计传热系数，w/(m2·℃）；

87、 q1， ——池壁的设计换热量，w；

88、 α2， ——池底的设计温差修正系数；

89、 f2， ——池底的设计面积，m2；

90、 ts， ——池水的设计温度，℃；

91、 td， ——池底外的设计土壤温度，℃。

92、优选地，夏季工况：

93、夏季工况时，计算池壁和池底的设计热阻，只需把水产养殖池的热负荷 qr，换成冷负荷 ql，。

94、优选地，所述步骤s6中计算水产养殖池的室内空气设计温度，包括如下内容：

95、冬季工况：

96、水产养殖池的结构设计、养殖工艺和冷热源配置固定以后，室内空气设计温度必须满足如下等式：

97、 q1，+ q3，= qr，-( q2，+ q4，+ q5，+ q6，)。

98、优选地，夏季工况：

99、夏季工况时，计算水产养殖池的室内空气设计温度，只需把水产养殖池的热负荷 qr，换成冷负荷 ql，。

100、有益效果：本发明提供的水产养殖池能量平衡计算方法可以用来评估已建或拟建养殖池的运行工况和能耗水平，冷热负荷计算方法可以为养殖场冷热源的设计和选型提供依据，维护结构热阻计算方法可以为维护结构的设计提供依据；室内空气温度计算方法可以为养殖车间通风空调系统提供设计依据。本发明不仅可以用于水产养殖领域，还可以用于其它农牧领域或工业车间。