一种潮汐驱动的集热蓄热式暖棚太阳池蓄水方法技术

一种潮汐驱动的集热蓄热式暖棚太阳池蓄水方法，包括建蓄水池、灌注、运行和维护。所建蓄水系统整体包括集热池、循环池、海水供给系统和暖棚；其中集热池与循环池构成蓄水池主体；海水在潮汐驱动下经消能池消能后进入主进水管，可实现对集热池和循环池分别供水；暖棚设在蓄水池主体上方，覆盖整个蓄水池。蓄水池建好后进行初次池水灌注，而后进入稳定运行阶段，并进行定期维护。本发明专利技术有益效果：将太阳池集热蓄热与暖棚保温相结合，可保证临海养殖场冬季对水温的需求；采用潮汐驱动供水，保证蓄水池及时更新、水质新鲜；蓄水池可长期运行，无需煤、油等一次性能源。本发明专利技术能够在冬季为临海养殖场提供温度适中的新鲜海水，具有广阔的研究应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种潮汐驱动的集热蓄热式暖棚太阳池蓄水方法
本专利技术涉及一种潮汐驱动的集热蓄热式暖棚太阳池蓄水方法，用于北方临海养殖场越冬养殖所需的供热蓄水池的构建与维护。
技术介绍
随着我国海水养殖技术和规模的不断发展和扩大，我国已成为世界海水养殖大国[陈雨生，房瑞景，乔娟，中国海水养殖业发展研究，农业经济问题,2012,6:72-77]。对于海水养殖场尤其是临海养殖场而言，育苗是海水养殖过程中非常重要的一个环节。育苗的关键在于合理的水温和水质控制，因为不同品种的水产品对水温水质的要求不同，尤其是水温将直接影响着养殖对象的生理代谢活动，进而影响其生长发育[钟非，赵永超，孙宇等，海水循环养殖系统冬季运行水温和水质控制，渔业现代化，2017，44(5):25-30]。例如海参育苗要求水温在16～23℃，海水鱼养殖一般要求水温在12～20℃，虾类、贝类养殖要求水温在22～25℃。为了保证水产苗种发育的需要，必须为其提供适宜的温度环境[姜衍礼，董信林，崔从明，杨同，工厂化水产养殖循环水系统控温技术的探讨，水产养殖，2017,3:8-12]。然而由于我国每年海水育苗季节是在11月份至来年5月，而育苗地区又主要集中在山东半岛和辽东半岛，此时近海水温为2～10℃，无法直接用于育苗。因此如何为水产品越冬养殖提供必要的生存条件，特别是保温供热条件，一直是我国水产养殖业的一大难题。目前工厂化海水养殖采用的海水加热方式主要是燃煤锅炉、电加热、热泵及太阳能等。其中应用锅炉加温是当前市场上比较常见的一种方式，尤其是燃煤锅炉，因其运行费用较低、操作简单等优势应用最为广泛。但是其缺点也很明显：一方面，在世界性能源危机的大背景下，石化资源贫乏问题日益严重，煤资源终究会枯竭；另一方面，煤不完全燃烧产生大量污染物排放，会造成严重的环境污染[刘国丹，刘珂珂，胡松涛等，海参养殖热泵系统应用探讨，暖通空调，2014，44(9)：56-61]。此外，电加热方式可获得较高的供热温度，易于实现温度的自动调节和远距离控制，但电加热的运行成本相对较高；[张宇雷，吴凡，管崇武，陈翔，环渤海地区热能资源分布及海水养殖水体调温模式研究，江苏农业科学，2014,42(6):229-231]。近年来，太阳能因具有储量丰富、经济性好、洁净安全等优点，得到了较为广泛的应用，例如太阳能热水器、太阳能光热发电、太阳能建筑及太阳灶等方面[HadiaA.,MustafaG.,Optimisationofcommunitysharedsolarapplicationinenergyefficientcommunities,SustainableCitiesandSociety,2018，43:221-237]。不同的太阳能利用方式，其原理不尽相同，也各具特点和适用范围[孟浩，陈颖健，我国太阳能利用技术现状及其对策，中国科技论坛，2009，5:96-101]。从多种太阳能利用方式的对比来看，由于太阳能照明和光伏发电的效率较低、初期投资较高且容易造成环境污染，其应用受到一定限制；而太阳能热利用技术则较为成熟、优势也更明显，不过目前国内大部分地区尚停留在太阳能热水器的应用层面，而对其他太阳能热技术的应用相对较少[闫云飞，张智恩，张力，代长林，太阳能利用技术及其应用，太阳能学报，太阳能利用技术及其应用012，33(12):47-56]。太阳池是一种能收集和贮存大量热能的太阳能热利用装置[KRRanjan,SCKaushik.Thermodynamicandeconomicfeasibilityofsolarpondsforvariousthermalapplications:Acomprehensivereview,RenewableandSustainableEnergyReviews,2014,32:123–139.]，由于它具有贮热和保温的双重功能，有时甚至能将夏、秋季的太阳能贮存到冬季使用，这为利用太阳池对水产品越冬养殖供热打开了方便之门[高春娟，曹冬梅，张雨山，太阳池技术研究进展，盐业与化工，2015,5:14-19]，有学者认为将温棚与太阳池相结合，能够减小环境对太阳池的扰动，延长太阳池在冬季的运行时间，并提高太阳池的升温能力和蓄热稳定性，但相关研究仅处于小型池探索性实验阶段[肖树阳，孟庆芬，董亚萍等，温棚太阳池模拟实验研究，盐湖研究，2013,21(1):57-61]。塑料大棚在农业上的应用时间早、范围广，在蔬菜种植、水稻育秧等方面起到了很大的作用[李爱英，张帆，许育辉等，农用大棚塑料薄膜材料的研究进展，化工新型材料，2014,44(12):25-26.]。近年来，塑料大棚已推广应用到海水养殖业上，特别在北方地区利用大棚进行了海产经济动物的越冬及其苗种的中间培育[马云聪，李飞，南美白对虾温棚养殖关键技术，河北渔业，2017,9:40-41]。本专利技术基于太阳池集/蓄热的基本思想和塑料大棚保温技术，针对现有技术不足，提出了一种可用于临海养殖场的集热蓄热式暖棚太阳池蓄水方法，旨在建立一种类似太阳池的集热/蓄热型蓄水池，为沿海地区人工饲养水产品安全越冬提供必要的热量，并通过潮汐能驱动海水及时循环更新，确保水产品越冬所需的水温和水质，这种方法具有经济性好、清洁无污染的优点，对临海水产养殖具有十分重要的应用价值。
技术实现思路
本专利技术以临海养殖场冬季蓄水供热为研究背景，综合考虑现有技术不足，以盐梯度太阳池基本原理为指导，结合潮汐驱动海水机理及暖棚保温技术，提出一种潮汐驱动的集热/蓄热式暖棚太阳池的蓄水方法，用于北方临海养殖场越冬养殖所需的海水供给。为达到上述目的，本专利技术技术方案为：一种潮汐驱动的集热蓄热式暖棚太阳池的蓄水方法，所述的蓄水方法包括建池、灌注、运行和维护，其中，建池包括建蓄水系统、建海水供给系统、建暖棚，蓄水方法包括以下步骤：第一步，蓄水池选址、建池所建蓄水池宜选址在临海养殖场的背风、向阳侧，土质为硬泥或泥沙质，离电源、淡水源较近的地方。建蓄水系统：蓄水系统包括集热池与循环池两大主体。所述的蓄水系统可根据实际场地条件与需水容量进行尺寸调整。所述的集热池(或称为外池)的侧墙为倾斜平面，倾角为50-60°；集热池侧墙及底面的分层结构相同，依次包括土壤层、砖层、保温层、水泥层，其中砖层直接覆于土壤层之上，保温层为XPS挤塑板或保温岩棉板，其安装方式与普通住宅的外墙体保温层安装相近，水泥层需做防水处理以防止池水渗漏。所述的集热池两侧底部各开有一集热池进水口，分别与主进水管相连，并由电磁阀控制，可实现集热池的灌注。集热池的两侧分别布置补盐口，当集热池内因盐度扩散严重而导致集热效果不佳时，可对集热池进行适当补盐处理，通过提高下层池水的盐度来改善池内盐梯度分布，进而抑制池内热对流、提升集热效果。所述的循环池(或称为内池)位于集热池中心区域，可根据实际需水容量进行尺寸调整，所述的循环池体积应不超过集热池体积的三份之一。所述的循环池侧墙材质为高强度透明石英玻璃或有机玻璃，通过底面的凹槽嵌入池底并胶封连接、固定，玻璃侧墙可以保证光线透射并避免侧墙阴影产生。所述的循环池侧墙中心高度附近开有多个进水口，各进水口与倾斜的分布式进水管路相连，分布式进水管采用并联管路结构，进水管高位端与循环池的进水口相接本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种潮汐驱动的集热蓄热式暖棚太阳池的蓄水方法，其特征在于，所述的蓄水方法包括建池、灌注、运行和维护，其中，建池包括建蓄水系统、建海水供给系统、建暖棚，蓄水方法具体包括以下步骤：第一步，建蓄水系统蓄水系统整体结构包括集热池、循环池两大主体，根据实际场地条件与需水容量进行尺寸调整；所述的集热池的侧墙为倾斜平面，侧墙及底面分层结构相同，依次包括砖层、保温层、水泥层，砖层直接覆于土壤层之上，水泥层做防水处理；集热池两侧底部各开有一个集热池进水口，分别与主进水管相连，并由电磁阀控制，实现集热池的灌注；集热池的两侧分别设置补盐口；所述的循环池位于集热池中心区域，根据实际需水容量进行尺寸调整；所述的循环池侧墙为透明玻璃，通过底面凹槽嵌入池底并胶封连接、固定；所述的循环池侧墙上开有多个进水口，进水口与倾斜的分布式进水管路的高位端相连，分布式进水管采用并联管路结构；所述的循环池内还布置潜水泵、过滤器，潜水泵与出水管相通，吸热后的海水经过滤器后由潜水泵驱动输送至海水养殖场；第二步，建海水供给系统海水供给系统包括初级进水管、进水总阀、消能池、主进水管、分布式进水管以及集热池进水口，其中，进水总阀为单向阀；所述的初级进水管的海水入口处为敞口结构，直接与大海相通，入口处装有首级过滤器，对新鲜海水进行初次过滤，初级进水管进水总阀与消能池连通；所述的消能池布置于蓄水池和海滩之间，消能池水位高于蓄水池水位；消能池底部通过次级过滤器与主进水管相连；进入消能池的海水流量由进水总阀控制，经过消能的海水经过次级过滤器过滤后，进入主进水管；所述的主进水管埋设于土壤中，布置在蓄水池底部，通过倾斜的分布式进水管路与循环池相通，分布式进水管路出口端与循环池侧墙进水口连接，另一端与主进水管相连通，与主进水管相连端设有电磁阀；同时主进水管通过集热池进水口与集热池相通，集热池进水口处设有电磁阀；循环池和集热池的进水由不同的电磁阀分别控制，该系统可单独对蓄热池或循环池进行潮汐驱动的海水供给；第三步，建暖棚暖棚设置在蓄水池主体上方，面积覆盖整个蓄水池，保证阳光反射至蓄水池内，并在水池四周留有工作空间；第四步，蓄水池建好后进行初次池水灌注在涨潮期，开启进水总阀及集热池、循环池的进水电磁阀，海水在潮汐驱动下进入初级进水管，在封闭管道中形成水击效应，推动海水进入消能池；经过首级过滤器过滤后的新鲜海水经过消能池消能后，在水位差驱动下，由主进水管同时进入循环池和集热池，在此阶段两池保持同步灌注状态；在两池同步灌注期间，从补盐口向集热池内加入粗盐搅拌，提高集热池盐度；当循环池和集热池的海水液位高度高于分布式进水管出口高度时，关闭进水总阀，暂停灌注；待集热池内扰动消失、池水趋于稳定后，开启进水总阀继续灌注，此时关闭集热池进水电磁阀，并保持循环池进水电磁阀开启，仅向循环池注入海水；与此同时，在集热池水面铺设浮板，浮板上开设多处通孔，向浮板表面输送淡水，淡水冲击浮板并减速后，经板上通孔缓慢且均匀地流入集热池，保证在集热池内形成上部为淡水层、下部为高盐度海水层的双层结构；第五步，蓄水池的稳定运行在完成初次池水灌注以后，关闭集热池底部的进水电磁阀，蓄水池进入稳定运行阶段；在蓄水池运行初期，关闭循环池进水电磁阀，保持两池水位不变，令蓄水池集热运行20‑30天，该阶段称为集热蓄热阶段，用于提升循环池水温；当循环池海水温度达到养殖场供水温度要求以后，蓄水池进入循环运行阶段；通过循环池内安装的潜水泵抽水，向养殖场输送海水；当循环池水位降低后，再次开启进水总阀与循环池进水电磁阀，通过潮汐驱动作用向循环池补充新鲜海水；并通过进水量调节循环池水温，补充新鲜海水后的蓄水池可根据水温需求，进行二次集热蓄热；当循环池水温再次升高后，再次从循环池内提水，以此方式实现循环池内新鲜海水的补水、集热、供水的循环，通过该海水循环向养殖场提供温热海水；在该循环模式下，潮汐驱动能够保证池水及时更新，维持海水养殖对水质的要求，新鲜海水经沉淀吸热后温度升高，可直接用于养殖场室内海水养殖，实现“涨潮开闸补水，退潮自主蓄热”的工作过程；第六步，蓄水池的定期维护蓄水池运行后的维护工作主要包括：集热池盐梯度维护，池表面清污、过滤器内杂质清理以及暖棚顶盖灰尘清洗。...

【技术特征摘要】
1.一种潮汐驱动的集热蓄热式暖棚太阳池的蓄水方法，其特征在于，所述的蓄水方法包括建池、灌注、运行和维护，其中，建池包括建蓄水系统、建海水供给系统、建暖棚，蓄水方法具体包括以下步骤：第一步，建蓄水系统蓄水系统整体结构包括集热池、循环池两大主体，根据实际场地条件与需水容量进行尺寸调整；所述的集热池的侧墙为倾斜平面，侧墙及底面分层结构相同，依次包括砖层、保温层、水泥层，砖层直接覆于土壤层之上，水泥层做防水处理；集热池两侧底部各开有一个集热池进水口，分别与主进水管相连，并由电磁阀控制，实现集热池的灌注；集热池的两侧分别设置补盐口；所述的循环池位于集热池中心区域，根据实际需水容量进行尺寸调整；所述的循环池侧墙为透明玻璃，通过底面凹槽嵌入池底并胶封连接、固定；所述的循环池侧墙上开有多个进水口，进水口与倾斜的分布式进水管路的高位端相连，分布式进水管采用并联管路结构；所述的循环池内还布置潜水泵、过滤器，潜水泵与出水管相通，吸热后的海水经过滤器后由潜水泵驱动输送至海水养殖场；第二步，建海水供给系统海水供给系统包括初级进水管、进水总阀、消能池、主进水管、分布式进水管以及集热池进水口，其中，进水总阀为单向阀；所述的初级进水管的海水入口处为敞口结构，直接与大海相通，入口处装有首级过滤器，对新鲜海水进行初次过滤，初级进水管进水总阀与消能池连通；所述的消能池布置于蓄水池和海滩之间，消能池水位高于蓄水池水位；消能池底部通过次级过滤器与主进水管相连；进入消能池的海水流量由进水总阀控制，经过消能的海水经过次级过滤器过滤后，进入主进水管；所述的主进水管埋设于土壤中，布置在蓄水池底部，通过倾斜的分布式进水管路与循环池相通，分布式进水管路出口端与循环池侧墙进水口连接，另一端与主进水管相连通，与主进水管相连端设有电磁阀；同时主进水管通过集热池进水口与集热池相通，集热池进水口处设有电磁阀；循环池和集热池的进水由不同的电磁阀分别控制，该系统可单独对蓄热池或循环池进行潮汐驱动的海水供给；第三步，建暖棚暖棚设置在蓄水池主体上方，面积覆盖整个蓄水池，保证阳光反射至蓄水池内，并在水池四周留有工作空间；第四步，蓄水池建好后进行初次池水灌注在涨潮期，开启进水总阀及集热池、循环池的进水电磁阀，海水在潮汐驱动下进入初级进水管，在封闭管道中形成水击效应，推动海水进入消能池；经过首级过滤器过滤后的新鲜海水经过消能池消能后，在水位差驱动下，由主进水管同时进入循环池和集热池，在此阶段两池保持同步灌注状态；在两池同步灌注期间，从补盐口向集热池内加入粗盐搅拌，提高集热池盐度；当循环池和集热池的海水液位高度高于分布式进水管出口高度时，关闭进水总阀，暂停灌注；待集热池内扰动消失、池水趋于稳定后，开启进水总阀继续灌注，此时关闭集热池进水电磁阀，并保持循...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘宏升，吴丹，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21