“太陽能+”多能互補清潔供熱技術在家禽養殖中的應用

摘 要：隨著“碳達峰”“碳中和”戰略目標的深入推進，以太陽能為主的綠色清潔能源在畜牧養殖行業得到廣泛應用，解決了傳統養殖模式能耗高、污染重、供熱成本高等問題?！疤柲?”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，供熱效果明顯優于傳統燃煤取暖方式。

關鍵詞：太陽能+；多能互補；畜禽養殖

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”戰略的實施，以太陽能為代表的新能源在各行業獲得了廣泛應用，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]。根據行業推算，每使用1㎡太陽能集熱板相當于每年節約120 kg煤炭。太陽能不僅儲量豐富、使用安全，與傳統能源相比，還具有獲取方便、使用過程中對環境無污染、無能源浪費[2]等優點，成為煤炭、天然氣、石油、電力等傳統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，但大多數情況下二者分別獨立運行，各自發揮作用。太陽能供熱受制于地理環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，可以長期持續運行，但電能消耗大，尤其是低溫季節系統需要頻繁化霜導致性能系數（COP）較低。

“太陽能+”多能互補清潔供熱技術是在充分發揮太陽能供熱優勢的基礎上，以空氣源熱泵為輔助熱源，采用能量智能分配的原則，將太陽能系統和空氣源熱泵系統進行有機耦聯，擇優補短。太陽輻射量充足時，通過太陽能集熱器光熱轉換系統把光能轉化為熱能，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，降低養殖場供暖成本，節約傳統化石能源，降低污染物的排放，從而滿足現代綠色低碳養殖的供暖需求，促進現代畜牧養殖業高質量發展。

1 " 供熱系統運行控制

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 " 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，集熱循環泵自動開啟，使儲熱水箱底部的低溫水循環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，溫差循環自動停止。

1.1.3 " 自動上水 " 太陽能系統采用強制補水，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的損壞。

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

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，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。如果采用傳統燃煤方式供暖，整個場區每天需燃煤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燃煤供熱方式，每只雞至少節省采暖費分別為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%。良好的體況發育為產蛋期發揮更加穩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

供熱系統具有節能環保、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，養殖場可顯著降低養殖成本，降低污染物的排放，提高清潔能源使用率，改善養殖環境質量，提高動物生產性能，滿足現代畜牧養殖業對環境友好型需求，提高養殖經濟效益，滿足我國家禽養殖業從“要素增長型”向“創新驅動型”轉變的需求。同時，可有效解決傳統燃煤、燃氣取暖能耗高、污染物排放重等問題，減少常規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測平臺統計，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”的戰略目標。

參考文獻：

[1] "周璇，劉國強，閆軍威.并聯式太陽能空氣源熱泵熱水系統優化運行策略[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狀與發展[J]. 中國勘察設計， 2010 （7）： 70-72.

[3] "趙芝蓉. 嚴寒C區空氣源熱泵輔助太陽能供暖系統優化及策略研究[D]. 內蒙古工業大學， 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， 2018（17）：

26-29.