КОРРЕКЦИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ

Задача коррекции температуры воды в аквакультуре всегда актуальна. Для боль-
шинства объектов выращивание с максимальной скоростью возможно только при подог-
реве воды большую часть года, Особенно важна эта задача в северных широтах с суровым
климатом. При решении задач созревания производителей в искусственных условиях час-
то необходимо понижение температуры воды. Потери энергии на коррекцию температуры
воды особенно велики при использовании проточных рыбоводных установок. Принима-
лись безуспешные попытки разработать экономные устройства в проточных рыбоводных
установках. Принцип действия таких систем основан на использовании теплообменных
аппаратов для передачи тепла от рыбоводного стока в холодную воду, поступающую в
рыбоводные бассейны. Успешной реализации этой идеи препятствует оседание ила и об-
растание внутренних поверхностей теплообменника биологической пленкой, так как
вода рыбоводных стоков насыщена продуктами жизнедеятельности рыб.
Не нашли широкого применения и так называемые тепловые насосы на базе компрес-
сионных машин, работающих по принципу холодильников. Теплонасосная установка
(рис.29) включает в себя компрессор - 1, конденсатор - 2, испаритель - 3. Компрессор, по-
требляя электрическую энергию, сжимает газ, циркулирующий по замкнутому контуру.
Нагретый в результате сжатия газ отдает тепло воде, поступающей в бассейны с рыбой.
Остывший в результате теплообмена с водой газ расширяется, поступая в испаритель. В
результате испарения температура газа падает. За счет теплообмена с окружающей средой
испаритель подогревается низкотемпературным теплом воздуха или воды. Тепло поток
идет от воды или воздуха к испарителю, температура которого значительно ниже темпе-
ратуры окружающей среды.

Такой режим эксплуатации теплового насоса позволяет на каждый квт.ч электроэнер-
гии, затраченной на сжатие газа, получить 3 - 4 квт.ч тепловой энергии на нагреве воды.
Рис.29. Схема теплового насоса: 1 - компрессор; 2 - конденсатор; 3 - испаритель.

Самая сложная проблема применения теплового насоса - это проблема теплообмена
между испарителем и окружающей средой в зимнее время при отрицательных температу-
рах воздуха и низких температурах воды, близких к точке замерзания.
Коррекция температуры в замкнутых по воде установках не требует столь масштабного
теплообмена, так как расходы свежей подпиточной воды в тысячи раз меньше, чем в про-
точной системе. Задача коррекции сводится к компенсации потерь тепла между водой,
циркулирующей в установке, и окружающей средой и доведении температуры подпиточ-
ной воды до требуемого уровня. При размещение замкнутой рыбоводной установки в ота-
пливаемом помещении и невысоких требованиях к точности стабилизации температуры
достаточно подогревать подпиточную воду с таким расчетом, чтобы компенсировать су-
точное снижение температуры в установке. В зимнее время подпиточную воду можно пе-
регревать, а в жаркие летние дни подавать с температурой, ниже температуры циркули-
рующей воды.
Корректирующее воздействие может быть направлено непосредственно на циркули-
рующую воду. В этом случае дозирование энергии, вводимой в установку, должно регу-
лироваться с помощью автоматических приборов.
Схема корректировки температуры видоизменяется в зависимости от имеющегося в
распоряжении источника энергии и величины теплопотерь.
ЭЛЕКТРОНАГРЕВ. Использование электронагревателей для цели коррекции темпера-
туры упрощает конструирование системы, позволяет автоматизировать процесс с помо-
щью достаточно простых средств автоматического управления. Электронагревательные
устройства для воды разработаны и широко используются. Для самых маленьких рыбо-
водных установок применимы автоматизированные электронагреватели для аквариумов,
поступающие в продажу в магазинах "Природа". Эти нагреватели рассчитаны для разме-
щения в аквариумах.
Для более крупных рыбоводных установок могут быть использованы проточные водо-
подогреватели. Например, водонагреватель электрический марки ВЗП-210, проточного
типа без внутреннего давления, предназначенный для подогрева воды от 7 до 65 оС. На-
греватель обеспеспечивает нагрев от 7 до 65 оС 210 л воды в час, подключается к трехфаз-
ной сети 380 В, 15 квт, имеет массу 25 кг.
Проточные электроводоподогреватели широко применяются в сельском хозяйстве. На-
грев воды осуществляется с помощью трубчатых электронагревателей - ТЭНов. Активная
часть ТЭНа - спираль из сплавов высокого сопротивления. Спираль помещается в трубку-
корпус, все пространство между спиралью и корпусом заполняется периклазом - кристал-
лической окисью магния. Концы спирали выведены из трубки-корпуса через изоляторы.
ТЭНы встраиваются в корпус электроводоподогревателя и соединяются в электрическую
схему в зависимости от питающей сети. Мощность одной серийной водогрейной установ-
ки не превышает 30 квт.
Более мощные электроводоподогреватели выпускаются с электродными элементами.
Металлические электроды размещаются в воде внутри корпуса нагревателя. К электродам
подводится напряжение электрической сети. Ток, возникающий за счет ионной проводи-
мости воды, нагревает ее. Промышленностью выпускаются для нужд потребителей элек-
тродные водогрейные котлы марок ЭПЗ и ЭПЗ-И2 мощностью 25, 60, 100, 250 и 400 кВт.
Нагреватели серии ЭПЗ рассчитаны на использование воды с удельным электрическим
сопротивлением 3 кОм при 20 оС, вода с сопротивлением менее 1 кОм и более 5 кОм не-
пригодна. Нагреватели серии ЭПЗ-И2 рассчитаны на питание от сети 380/220 В, 50 Гц с
глухо-заземленной нейтралью с соединением электродной группы в "звезду".
149
Электродные водоподогреватели серии КЭВ имеют ряд мощностей 9, 40, 63, 100, 160,
250, 400 и 1000 кВт. Питание от трехфазной сети с глухо-заземленной нейтралью, напря-
жением 380/220 В, частотой 50 Гц.
Выбор мощности электронагревательной установки производится с учетом количества
воды, требующей подогрев G, кг, разницы температур конечной tк, оС и начальной tн, оС и
времени, требующегося на нагрев воды τ, час. Количество тепловой энергии, потребной
на нагрев воды,
tк - tн
W = G × C × Кз × ––––––, ккал/час, /55/
τ
где С - удельная теплоемкость воды 1 ккал/кг оС;
Кз = (1,1 - 1,3) - коэффициент запаса на теплопотери.
Электрическая мощность нагревателя
W
Р = ––––––––, кВт, /56/
860 × η
здесь η = 0,88 для электродных котлов.
НАГРЕВ ТЕПЛОНОСИТЕЛЕМ. Этот способ используется там, где имеется постоянный
источник теплоносителя. Теплопередача от теплоносителя к подогреваемой воде осущест-
вляется с помощью скоростных водо-водяных теплообменников, выпускаемых по ОСТ
34-588-68. Устройство водо-водяного нагревателя приведено на рис.30. В корпусе 1 раз-
мещен пучок латунных нагревательных трубок 2 диаметром 16 мм, латунные трубки
свальцованы в отверстия трубных решеток 3, соединенных фланцами 4 с корпусом нагре-
вателя. Секции подогревателя 1 и 11 соединены перемычкой 6, объединяющей внутренние
пространства корпусов этих секций. Вход и выход из внутреннего пространства секции
через патрубки 5 и 8. Торцы секций соединены калачом 7, на свободных концах секции
установлены патрубки 9 и 10.
Теплоноситель поступает в корпус первой секции подогревателя, затем по перемычке 6
поступает в корпус второй секции и возвращается в систему теплоснабжения. Холодная
вода попадает через патрубок 9 в трубки второй секции, по калачу проходит в трубки пер-
вой секции и поступает из патрубка 10 нагретой до нужной температуры.
Водо-водяные подогреватели по ОСТ 34-588-68 выпускаются секциями, из которых на-
бирают теплообменник, собирая секции с помощью калачей последовательно или парал-
лельно. Секции выпускаются двух длин: с трубками 2000 мм и 4000 мм, с внутренним
диаметром корпуса от 50 до 512 мм.

Рис.30. Водо-водяной подогреватель: 1 - корпус; 2 - трубки; 3 - трубные решетки; 4 -
фланцы; 5 - патрубки входа теплоносителя; 6 - перемычка; 7 - калач; 8 - патрубок входа
теплоносителя; 9 - 10 - патрубки для воды.
С увеличением диаметра корпуса секции увеличивается число трубок в корпусе от 4 до
450 шт. Технические данные водо-водяных подогревателей, наиболее часто применяемых
в рыбоводных установках, приведены в табл.39.
Таблица 39

Водо-водяные нагреватели могут включаться в цепь подачи подпиточной воды или в
цепь циркуляции технологической воды по схеме, изображенной на рис.31. При такой
схеме включения через теплообменник пропускается 2 - 3% от общего расхода циркули-
рующей воды. Регулирование подачи теплоносителя осуществляется по температуре тех-
151
нологической воды. Если фактическое значение температуры ниже заданного, то теплоно-
ситель поступает в рубашку теплообменника, если температура выше заданной, то посту-
пление теплоносителя прекращается.
Особенностью работы подогревателя, включенного в цепь циркуляции технологиче-
ской воды, является подбор скорости движения технологической воды в трубках, которая
исключает зарастание трубок биопленкой. Эта скорость должна быть не менее 1,5 м/сек.
Расчет теплообменника сводится к определению площади нагрева и потерь напора в за-
висимости от заданного расхода тепла. Исходными данными для расчета являются: расход
тепла Q, ккал/час; начальная и конечная температуры, греющей и нагреваемой воды и
данные, выбранного предварительно номера теплообменника. Результирующая формула
расчета поверхности теплоотдачи
Q
F = –––––––––––, м2, /57/
μ × k × Δtср
здесь μ = (0,75 - 0,85) - учитывается накипь;
к - коэффициент теплопередачи, рассчитанный по исходным данным, ккал/м2.час.оС;
Δtср - расчетное значение, зависящее от исходных данных (начальное и конечное значе-
ния температур теплоносителя и нагреваемой воды).
Потери давления в секциях пропорциональны длине секции, количеству трубок n и в
квадрате зависят от скорости воды в трубках vтр
Δhтр = A × vтр
2 × n, кг/см2, /58/
здесь А = 0,75 для трубок длиной 4000 мм и 0,048 для - 2000 мм.

Рис.31. Схема включения теплообменника в цепь циркуляции технологической воды:
1 - накопительный бак; 2 - циркуляционный насос; 3 - теплообменник; 4 - датчик темпера-
туры; 5 - регулятор температуры.
НАГРЕВ ПАРОМ. Нагрев паром используется на рыбоводных установках, приближен-
ных к источникам пара. Чаще всего это бывает на предприятиях металлургического ком-
152
плекса. Подогрев осуществляется подачей острого пара непосредственно в воду в накопи-
тельном баке перед циркуляционным насосом. Подача пара в других точках системы цир-
куляции воды может вызвать нежелательные последствия - местный перегрев воды, отри-
цательно влияющий на рыбу и микрофлору биофильтра.
НАГРЕВ ОТОПИТЕЛЬНЫМ ГАЗОМ И ДРУГИМИ ВИДАМИ УГЛЕРОДНОГО ТОП-
ЛИВА. Традиционное использование отопительного газа и других видов углеродного то-
плива (мазут, дрова, отходы деревообработки, солома сельскохозяйственных культур)
производится с помощью водогрейных котлов. Для небольших предприятий и индивиду-
альных домов выпускаются малометражные водогрейные котлы, рассчитанные на давле-
ние до 2 кг/см2 и температуру до 90 оС. Котлы работают на естественной тяге через дымо-
вую трубу.
Чугунные водогрейные котлы КЧМ-2 в зависимости от количества секций (от 4 до 10
секций) имеют тепловую мощность от 17100 ккал/час до 45400 ккал/час.
Стальные водогрейные котлы КВ (ТС) имеют тепловую мощность от 10000 до 15100
ккал/час. Список марок выпускаемых промышленностью маломерных водогрейных кот-
лов не ограничивается двумя, приведенными выше марками.
Для подогрева подпиточной воды рыбоводных установок могут быть использованы ма-
логабаритные проточные газовые нагреватели марок ВПГ-18, ВПГ-25 и ВПГ-20, выпус-
каемые по ГОСТ 19910-74. Газовые водонагреватели имеют автоматическую блокировку
горения основной горелки с пламенем запальника и протоком воды. При не горящем за-
пальнике и отсутствии протока воды газ на основную горелку не поступает. Тепловая
мощность аппарата зависит от его модификации: ВПГ-18 - 18 кВт или 15500 ккал/час,
ВПГ-20 - 20 кВт или 17200 ккал/час, ВПГ-25 - 29 кВт или 25000 ккал/час. Простота об-
служивания и надежность аппаратов обеспечили их широкое применение в быту.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ. В практике рыбоводства солнечная
энергия аккумулируется двумя традиционными способами: путем устройства теплиц для
размещения рыбоводной установки и путем предварительного подогрева подпиточной
воды прямыми лучами солнца. Во втором случае емкость с холодной водой окрашивается
в темный (черный) цвет и размещается под прямыми лучами солнца. Один из вариантов
размещения емкости - в теплице. Этот способ нагрева страдает серьезным недостатком -
емкость с холодной водой в теплом помещении отпотевает с образованием обильного
конденсата. Отсутствие регулирования процесса нагрева также очевидный недостаток.
Схема нагрева воды солнечными лучами, изображенная на рис.32, лишена этих недос-
татков. Емкость для воды 1 покрывается теплоизоляцией 2, препятствующей образованию
конденсата. На трубопроводе подачи холодной воды 3 устанавливается поплавковый ре-
гулятор уровня 4. Из нижней части емкости выведен трубопровод 5, соединенный с при-
емником солнечных лучей 6, который размещается в теплоизолированном ящике 7 со
стеклянной крышкой 8. Вывод нагретой воды в емкость осуществляется по трубопроводу
9.
153
Рис.32. Схема нагрева воды солнечным излучением: 1 - емкость для воды; 2 - теплоизо-
ляция; 3 - трубопровод холодной воды; 4 - поплавковый регулятор уровня; 5 - трубопро-
вод подачи воды на нагрев; 6 - приемник солнечных лучей; 7 - теплоизолированный ящик;
8 - стеклянная крышка.
Схема работает следующим образом. Холодная вода, в силу большей плотности по
сравнению с подогретой водой, опускается по трубе 5 в теплоприемник 6, нагревается и
поднимается по трубопроводу 9. Наличие изолированного ящика со стеклянной крышкой
обеспечивает парниковый эффект вокруг теплоприемника 6. Автоматическое поддержа-
ние уровня воды в емкости обеспечивает непрерывность циркуляции воды между емко-
стью и теплоприемником.
Эффективность отбора тепла зависит от скорости циркуляции воды, которая, в свою
очередь, пропорциональна геометрической разности высот емкости и теплоприемника.
Переориентация теплоприемника относительно положения солнца в течение дня повыша-
ет эффективность устройства.
В качестве приемника могут быть использованы типовые отопительные радиаторы из
чугуна и стали.
Заслуживает внимания опыт использования теплиц для выращивания молоди карпа и
растительноядных рыб в небольших личиночных прудах. В прудах, накрытых пленочной
теплицей, вегетационный период увеличивается на 2 - 4 недели (Московская обл.). Темпе-
ратура воды и другие условия выращивания личинок карпа позволяют в конце сезона по-
лучить сеголеток в 1,5 - 2 раза большей массы и увеличить их выживаемость на 11%.
Дальнейшее развитие рыбы, выращенной в пруду, накрытом теплицей, отмечено высоки-
ми показателями.
В рыбоводстве наряду с каркасными теплицами используются теплицы в виде плаваю-
щих баллонов, покрывающих всю поверхность пруда. Баллоны изготавливаются из поли-
этиленового пленочного рукава, в который закачивается воздух, а концы герметически
завязываются. Длина рукава более 20 м нежелательна, так как создается сильная парус-
ность. Выбирая длину рукава можно покрыть пруд любой конфигурации. Концы баллонов
закрепляются на берегу, а поперек баллонов протягиваются шнуры, удерживающие их
при сильном ветре.