“太陽能+”多能互補清潔供熱技術在家禽養(yǎng)殖中的應用

摘 要：隨著“碳達峰”“碳中和”戰(zhàn)略目標的深入推進，以太陽能為主的綠色清潔能源在畜牧養(yǎng)殖行業(yè)得到廣泛應用，解決了傳統(tǒng)養(yǎng)殖模式能耗高、污染重、供熱成本高等問題。“太陽能+”多能互補清潔供熱技術是以太陽能供熱為主、以空氣能為輔，從而以最低供熱成本實現(xiàn)最佳供熱效果。試用結果證明，“太陽能+”多能互補清潔供熱技術供熱成本明顯低于僅利用空氣能供熱方式，供熱效果明顯優(yōu)于傳統(tǒng)燃煤取暖方式。

關鍵詞：太陽能+；多能互補；畜禽養(yǎng)殖

中圖分類號： 文獻標識碼：A 文章編號：1673-1085（2024）07-0114-04

近年來，隨著國家“雙碳”戰(zhàn)略的實施，以太陽能為代表的新能源在各行業(yè)獲得了廣泛應用，由于其清潔無污染、方便獲取等特點，太陽能已成為供暖方式的首選[1]。根據行業(yè)推算，每使用1㎡太陽能集熱板相當于每年節(jié)約120 kg煤炭。太陽能不僅儲量豐富、使用安全，與傳統(tǒng)能源相比，還具有獲取方便、使用過程中對環(huán)境無污染、無能源浪費[2]等優(yōu)點，成為煤炭、天然氣、石油、電力等傳統(tǒng)能源的最佳替代能源，被廣泛應用到各個采暖領域[3]?？諝饽軣岜脛t是通過利用少量的電能，利用逆卡諾循環(huán)原理，通過傳熱介質將空氣中的低品位熱能提升為可被利用的高品位熱能，從而滿足生產生活需要[4]。

目前，太陽能、空氣能供暖技術已相對成熟且在各個領域獲得了廣泛應用，但大多數(shù)情況下二者分別獨立運行，各自發(fā)揮作用。太陽能供熱受制于地理環(huán)境及太陽輻射量變化，為間斷性供熱方式[5]，如果單純利用太陽能，則需要加裝蓄能裝置，投資成本和占地面積增大；空氣源熱泵無使用時間限制，可以長期持續(xù)運行，但電能消耗大，尤其是低溫季節(jié)系統(tǒng)需要頻繁化霜導致性能系數(shù)（COP）較低。

“太陽能+”多能互補清潔供熱技術是在充分發(fā)揮太陽能供熱優(yōu)勢的基礎上，以空氣源熱泵為輔助熱源，采用能量智能分配的原則，將太陽能系統(tǒng)和空氣源熱泵系統(tǒng)進行有機耦聯(lián)，擇優(yōu)補短。太陽輻射量充足時，通過太陽能集熱器光熱轉換系統(tǒng)把光能轉化為熱能，太陽輻射量較低時，啟動空氣能進行熱量補充，克服了太陽能和空氣能單獨使用缺點，降低養(yǎng)殖場供暖成本，節(jié)約傳統(tǒng)化石能源，降低污染物的排放，從而滿足現(xiàn)代綠色低碳養(yǎng)殖的供暖需求，促進現(xiàn)代畜牧養(yǎng)殖業(yè)高質量發(fā)展。

1 " 供熱系統(tǒng)運行控制

1.1 " 太陽能供熱運行控制

1.1.1 " 定溫上水 " 通過太陽能集熱板，將太陽輻射產生的熱量收集至太陽能儲熱水箱中。當太陽能集熱器出水端的水溫達到設定值時，上水電磁閥自動開啟，利用低溫水將太陽能集熱器中的高溫水壓進儲熱水箱；當太陽能集熱器出水端的水溫低于設定溫度時，上水電磁閥自動關閉。循環(huán)往復，儲熱水箱中高溫水水量逐步上升，直至水位達到設定高點，上水電磁閥自動鎖閉，停止運行。

1.1.2 " 溫差循環(huán) " 當太陽能集熱器出口端水溫與儲熱水箱內水溫溫差大于設定值時，集熱循環(huán)泵自動開啟，使儲熱水箱底部的低溫水循環(huán)入集熱器中進行再加熱，直至溫差低于設定值或儲熱水箱內的水溫達到設定水溫，溫差循環(huán)自動停止。

1.1.3 " 自動上水 " 太陽能系統(tǒng)采用強制補水，當儲熱水箱內水位低于設定值時，上水電磁閥開啟，低溫水通過集熱器加熱后進入儲熱水箱；當儲熱水箱內水位到達設定值時，上水電磁閥自動關閉，從而避免缺水對太陽能系統(tǒng)的損壞。

1.1.4 " "防凍循環(huán) " 寒冷季節(jié)，當室外管道末端的水溫低于設定值時，集熱循環(huán)泵自動開啟，儲熱水箱中的高溫水進入集熱系統(tǒng)進行循環(huán)，直至管道末端水溫提升至設定值時，集熱循環(huán)泵自動關閉，防止寒冷季節(jié)管道內結冰。

1.2 " 空氣能熱泵運行控制

當太陽能儲熱水箱內水溫達到設定的低溫點時，空氣源熱泵開啟，把儲水箱水位加熱到設定溫度，當溫度達到設定水溫，空氣源熱泵關閉，如此往復循環(huán)，保證儲水箱雞舍供暖的基礎水溫。

2 " 供暖成本分析

以位于煙臺海陽市的山東省鼎立農牧科技有限公司一個飼養(yǎng)場20萬套父母代肉種雞存欄為例，春秋及夏季輻射量充足時，僅通過太陽能即可實現(xiàn)雞舍供暖，每天設備運行耗電45.7kw/h，所需費用24元/d，育雛期間每只雞供暖成本為0.0032元；遇陰冷或冬季雨雪天氣僅靠太陽能無法滿足場區(qū)供暖時，空氣源熱泵自動啟動，補足太陽能供暖不足的熱量，如果全部采用空氣能供暖，每天消耗電量為1 000 kw/h，所需費用525元/d，育雛期每只雞供暖成本為0.07元。如果采用傳統(tǒng)燃煤方式供暖，整個場區(qū)每天需燃煤1.575 t，煤炭成本為1 575元/d，育雛期每只雞的供暖成本為0.21元。由此計算，在太陽輻射量充足或較低情況下，“太陽能+”多能互補清潔供熱方式相較于傳統(tǒng)燃煤供熱方式，每只雞至少節(jié)省采暖費分別為0.2068、0.14元。

3 " 對種雞生產性能的影響

與傳統(tǒng)燃煤供熱方式相比，使用以太陽能為主、以空氣源熱泵為輔的雞舍供熱方式可顯著改善雞舍空氣質量，不同供熱方式雞舍不同位置溫度檢測結果見表1。

通過精準溫控，雞群冷應激和熱應激降低，生產性能得以提升，1～24周齡成活率由93.51%提升至94.87%，較傳統(tǒng)供熱方式提高1.36%；體重均勻度明顯提升，由1～24周齡平均87.33%提升至89.51%。良好的體況發(fā)育為產蛋期發(fā)揮更加穩(wěn)定持久的生產成績奠定了良好的基礎。

通過試驗比對，采用“太陽能+”供熱方式，雞群高峰產蛋率為89.40%，85%以上產蛋率維持10個周；而傳統(tǒng)燃煤取暖方式雞群高峰產蛋率為88.59%，85%以上產蛋率維持7個周，高峰產蛋率提高0.81%，85%以上產蛋率維持時間增加了3個周。從25周轉入產蛋場至56周末，傳統(tǒng)燃煤取暖方式組合計死淘率24.94%，而“太陽能+”供熱方式為14.58%，降低10.36%。以20萬套1日齡雛雞入舍數(shù)計算，截至56周末多產種蛋34萬枚。不同供熱方式對種雞生產性能見圖1～3。

4 " 結語

供熱系統(tǒng)具有節(jié)能環(huán)保、運行成本低、散熱末端舒適性強及智能控制等功能，因而利用太陽能為主、輔以空氣源熱泵的供熱方式，養(yǎng)殖場可顯著降低養(yǎng)殖成本，降低污染物的排放，提高清潔能源使用率，改善養(yǎng)殖環(huán)境質量，提高動物生產性能，滿足現(xiàn)代畜牧養(yǎng)殖業(yè)對環(huán)境友好型需求，提高養(yǎng)殖經濟效益，滿足我國家禽養(yǎng)殖業(yè)從“要素增長型”向“創(chuàng)新驅動型”轉變的需求。同時，可有效解決傳統(tǒng)燃煤、燃氣取暖能耗高、污染物排放重等問題，減少常規(guī)能源消耗和二氧化碳、二氧化硫、粉塵等污染物排放。根據山東省太陽能熱能計量與監(jiān)測平臺統(tǒng)計，對一個存欄200萬套父母代肉種雞場，利用“太陽能+”多能互補清潔供熱方式，每年可節(jié)約標準煤700余噸，減排粉塵10余噸、二氧化碳200余噸、二氧化硫10余噸，符合國家“碳達峰”“碳中和”的戰(zhàn)略目標。

參考文獻：

[1] "周璇，劉國強，閆軍威.并聯(lián)式太陽能空氣源熱泵熱水系統(tǒng)優(yōu)化運行策略[J].華南理工大學學報（自然科學版）， 2017， 45（10）： 16-25.

[2] "鄭瑞澄. 中國太陽能供熱采暖技術的現(xiàn)狀與發(fā)展[J]. 中國勘察設計， 2010 （7）： 70-72.

[3] "趙芝蓉. 嚴寒C區(qū)空氣源熱泵輔助太陽能供暖系統(tǒng)優(yōu)化及策略研究[D]. 內蒙古工業(yè)大學， 2020.

[4] "Nie Jinzhe， Li Zan， Kong Xiagnrui， et al. Analysis and Comparison Study on Different HFC Refrigerants for Space Heating Air Source Heat Pump in Rural Residenttial Buildings of North China[J]. Procedia Engineering， 2017，205（14）： 588-624.

[5] "梁棟， 邵利敏， 李麗華. 太陽能在我國蛋雞育雛育成舍供暖中的應用[J}. 黑龍江畜牧獸醫(yī)， 2018（17）：

26-29.