CN109629893B - 一种潮汐驱动的集热蓄热式暖棚太阳池蓄水方法 - Google Patents

Abstract

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。

Description

一种潮汐驱动的集热蓄热式暖棚太阳池蓄水方法

技术领域

本发明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。

背景技术

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[Hadia A.,Mustafa G.,Optimisation of community shared solar application in energyefficient communities,Sustainable Cities and Society,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[K R Ranjan,S CKaushik. Thermodynamic and economic feasibility of solar ponds for variousthermal applications:A comprehensive review,Renewable and Sustainable EnergyReviews,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]。

本发明基于太阳池集/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。

发明内容

本发明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，本发明技术方案为：

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，并联的进水管为耐腐蚀PPR管，在材料强度允许的情况下，分布式进水管长度应尽量加长。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

海水供给系统主要由初级进水管、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构成。

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，可对新鲜海水进行初次过滤，初级进水管内设有进水总阀，该进水总阀为单向阀，具有防止回流的功能；进水总阀布置在阀井内，同时在阀井内留有一定空间，可安装辅助提水泵协助提水。初级进水管与消能池连通，所述的消能池布置于蓄水池和海滩之间，可露天开池、采用方形结构，外覆盖板、以水泥抹平内部墙面；消能池水位高度高于蓄水池水位；消能池内堆积大量鹅卵石，形成鹅卵石堆积床，能够起到增阻消能的作用，从而缓解潮汐驱动所引起的强湍流对管道的冲击；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单向进水总阀控制，经过消能的海水经次级过滤器过滤后，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，分布式进水管路一端与循环池侧墙连接，另一端与主进水管相连通，并设有电磁阀；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耐腐蚀电磁阀分别控制，因此本供水系统可以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，呈长方形布局，外观上采用斜坡型设计，面积覆盖整个蓄水池，并在水池四周留有一定的工作空间。暖棚四周侧墙为砖块水泥混凝土构造，为了减少侧墙阴影，墙体高度不宜过高，墙上设有门窗用于高温期通风，暖棚顶部用钢管或铁管焊接成外弓形内三角构架，横跨固定于大棚四壁上。温棚北侧墙壁上方安装弧形反光板，反光板由可伸缩式支杆支撑，可以通过调整支杆长度，调整反光板的角度，从而最大限度的保证阳光反射至蓄水池内。

暖棚的顶盖材料可根据支架的结构强度，选用耐磨、耐晒的透明塑料或玻璃材料。其中玻璃材料优点是持久性好，易清洗，保温效果佳，缺点是重量大、费用高，对支撑钢架的要求较高；塑料材料的优点是轻便、易拆换，但清理困难，保温性能弱，建棚时可根据实际情况择优选用顶盖材料。

第四步，初次池水灌注

蓄水池建好以后应进行初次池水灌注。初次灌注的最佳时期是在7、8月份，在此阶段太阳辐照强、环境温度较高，有利于蓄水池集热/蓄热，为蓄水池过冬储备热量。其具体步骤是：

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，在管道中形成水击效应，从而推动海水进入消能池。一般情况下，潮汐能足以驱动海水进入消能池，倘若在进水量需求较大、或海水表面结冰等特殊情况下，可以在阀井内安装辅助提水泵协助提水。

经过首级过滤器过滤后的新鲜海水，经消能池消能以后，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。进入集热池的海水由集热池进水电磁阀控制，从集热池底部的进水口进入；进入循环池的海水由循环池进水电磁阀控制，经分布式进水管进入循环池。在集热池与循环池同步灌注期间，从补盐口向集热池内加入粗盐搅拌，以提高集热池盐度，所加入的粗盐质量应根据集热池注水量计算确定，集热池下部较佳的盐水浓度在6-8％为宜。

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。待集热池内海水扰动消失、池水趋于稳定后，重新开启进水总阀继续进行灌注，此时关闭集热池进水电磁阀，并保持循环池进水电磁阀仍处于开启状态，仅向循环池注入海水。与此同时，在集热池自由表面上铺设浮板，浮板选用聚乙烯泡沫板，浮板上开设多处通孔，通过水泵驱动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，以此减少由淡水灌注所造成的对流扰动，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。

所述的淡水层厚度在0.60-0.80m为宜，两层高度尽量按照黄金分割比例布局，在集热池内形成与盐湖盐度分布相似的人工盐湖结构，构建出一个简易的盐梯度太阳池。根据太阳池集热蓄热原理，因下层海水盐度较大，其对应的海水密度也大，当池水吸收太阳辐射热以后，盐梯度的存在可以抑制因受热而导致的自然对流，使热海水稳定存储位于集热池的高盐度海水层内，从而达到蓄热的目的。

初次池水灌注的要点在于两池应同时进水，并尽量保持集热池和循环池的液位始终在同一高度，这样可以较少循环池侧墙因两池水位差引发的墙体倾斜或破坏。初次灌注后，集热池和循环池最终的水位高度在1.8-2.0m范围。需要说明的是：从实用性角度考虑，本发明提出的蓄水池水体结构，与传统的盐梯度太阳池的三层结构(上对流层、下对流层和非对流层) 有很大的区别，并不是严格意义上的太阳池，这种蓄水池具有结构简单、便于灌注的特点。

第五步，蓄水池的稳定运行

在完成初次灌注以后，关闭集热池底部的进水电磁阀，不再进行集热池池水更新，蓄水池进入稳定运行阶段。

在蓄水池稳定运行初期，由于集热池和循环池的水温均相对较低，不宜立刻进行循环池的海水循环，应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，该阶段可称为集热蓄热阶段。在此阶段，集热池高盐度海水区吸热后水温逐渐升高，集热池通过循环池侧墙与循环池进行热交换，推动循环池内海水温度上升；同时因分布式进水管采用倾斜的并联排管结构，排管在集热池内吸热升温，管内海水易形成自然对流，在没有进水的情况下，热海水自动上行进入循环池，这将进一步提升循环池水温。

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。可通过循环池内安装的潜水泵进行抽水，向养殖场输送温度适宜的新鲜海水。当循环池水位降低以后，则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以后，便可以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，通过这种海水循环可向养殖场提供温热海水。在这种循环模式下，由潮汐能驱动的海水能够在循环池内实现及时更新，从而满足海水养殖对水质的要求，同时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，从而实现“涨潮开闸补水，退潮自主蓄热”的工作过程。

本方法中采用倾斜式的并联排管结构的优势在于：(1)当循环池进水电磁阀关闭以后，分布在集热池内的排管通过管壁导热，吸收集热池热量后，管内海水温度升高；由于倾斜的排管高位端与循环池相连，因此排管内海水温度升高以后会在倾斜管道内形成自然对流，热海水上行进入循环池，其原理与倾斜式太阳能集热管的自然对流原理相似。(2)以潮汐驱动方式对循环池进行海水供给时，易在循环池内壁海水进口附近形成强涡旋，这种涡旋能够增强循环池内的湍流脉动，从而强化池内对流换热，有利于冷热海水均匀混合。

第六步，蓄水池的定期维护

蓄水池运行以后的维护工作主要包括：集热池盐梯度维护、蓄水池表面清污、过滤器内杂质清理以及暖棚顶盖灰尘清洗等。

由于蓄水池存在表面海水蒸发现象，随着蓄水池的运行，集热池池水会有所减少，应定期在池表面补充淡水，淡水补充方式与首次灌注的方法相同；集热池内盐扩散效应导致池内海水盐梯度降低，因此需要对集热池进行补盐维护。具体做法是：当蓄水池运行超过半年以后，通过倾斜布置在集热池内的补盐管向集热池底部补盐，从而提高池底盐浓度，通过这种“低位补盐，高位补淡水”的方式，可维持集热池内的盐梯度。

定期对蓄水池表面进行清污处理，清理漂浮物，保持池水的透射度。对于运行时间超过一年的蓄水池，还应对集热池内进行杀菌处理，防止微生物滋生。通过这种“池表清污，池内杀菌”的做法，保持集热池池水清澈、稳定。

此外，应定期对暖棚盖层上的灰尘进行冲洗、清理，保持良好的透光度，并及时擦拭暖棚的反光板。

定期清理初级过滤器和次级过滤器的杂质沉淀物，对消能池内的鹅卵石堆积床进行清洗，防止细沙、杂质沉积。

对运行多年的蓄水池，可以在清空池水后，进行重新灌注。

本发明以临海养殖场冬季蓄水供热为研究背景，以盐梯度太阳池基本原理为指导，结合潮汐驱动供水与暖棚保温技术，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。

本发明的有益效果为：

(1)本方法采用特殊的内、外两池结构，以外池实现太阳能的集热/蓄热，以内池实现新海水的循环吸热，有利于蓄水池的集/蓄热与水循环工况交错运行，达到最佳的集热/供水效果。不仅如此，本发明还将太阳池集热蓄热原理与暖棚保温技术相结合，能够有效保证临海养殖场冬季对海水水温的要求。

(2)本方法提出采用潮汐能驱动海水供给的方式，为临海蓄水池的海水供给提供了一种新模式。这种潮汐驱动供水模式能够保证循环池内的海水不断更新，新鲜海水经消能、沉淀、吸热后，可为室内海水养殖提供新鲜优质海水。

(3)本方法基于盐梯度太阳池的基本原理，提出了一种双层集热池结构，其上层为淡水、下层为浓盐海水，该结构与传统意义上的太阳池结构并不相同，本方法的蓄水池结构更为简单实用并易于灌注、维护。

(4)本方法中的循环池采用倾斜式排管进水方式，该结构既方便冷热海水的均匀混合，又便于在管内形成热海水的局部热对流循环，能够同时发挥进水管与换热管的双重功能，有效吸收集热池内热量、提高循环池池水温度。

(5)本方法提出的蓄水池可长期运行，维持费用低，无需煤碳、燃油等一次性能源，同时本方法具有清洁无污染的特点，能够有效避免环境污染。通过该系统和方法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。

附图说明

图1为本发明所涉及的蓄水池建造、运行流程图；

图2为蓄水池整体结构示意图；

图3为蓄水池中心剖面结构图；

图4为蓄水池俯视图；

图5为侧墙结构示意图；

图6为潮汐驱动供水系统结构图；图(a)为没有辅助提水泵的潮汐驱动供水系统结构，图(b)为有辅助提水泵的潮汐驱动供水系统结构；

图7暖棚结构示意图；

图8淡水注入示意图。

具体实施方式

本发明所涉及的蓄水池建造、运行流程图如图1所示，以下结合具体实施例对本发明做进一步说明。

第一步，蓄水池选址、建池

本发明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。

本蓄水方法所涉及的蓄水池整体结构示意如图2所示，集热池与循环池构成蓄水池主体。

蓄水池中心剖面结构如图3所示，蓄水池整体面积在10m×60m，水深在1.5米-1.8米之间，可根据实际场地条件与需水容量进行尺寸调整，但池水深度不宜超过2m。

集热池(或称为外池)结构如图3和图4所示，集热池侧墙为倾斜平面，倾角50-60°；集热池侧墙及底面的分层结构相同，如图5所示，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，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。集热池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。集热池两侧分别布置补盐口，当集热池内盐度扩散严重，导致集热效果不佳时，可对集热池进行适当补盐，通过提高下层池水的盐度来改善池内盐梯度分布，进而抑制热对流、提升集热效果。

循环池(或称为内池)位于集热池中心区域，如图4所示，面积在10m×20m范围以内，也可根据实际需水容量进行尺寸调整，建议循环池体积不超过集热池体积的三份之一。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；考虑到侧墙应承载一定的静水压力，侧墙厚度应大于1cm；侧墙上开孔并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，与内池相接的高位出口高度为1m，并联的进水管为耐腐蚀PPR管，在材料强度允许的情况下，分布式进水管长度应尽量加长，以5-8m为宜，管道直径建议在4-6cm之间；循环池内布置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

海水供给系统主要由初级进水管、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构成，如图6(a)所示。

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，可对新鲜海水进行初次过滤，初级进水管内设有进水总阀，该进水总阀为单向阀，具有防止回流的功能；进水总阀布置在阀井内，同时在阀井内留有一定空间，可安装辅助提水泵协助提水，如图6(a)所示。消能池可布置于蓄水池和海滩之间，可露天开池、采用方形结构，外覆盖板、以水泥抹平内部墙面；消能池水位高度要比蓄水池水位高1m左右，消能池内堆积大量鹅卵石，形成鹅卵石堆积床，能够起到增阻消能的作用，从而缓解潮汐驱动所引起的强湍流对管道的冲击；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单向进水总阀控制，经过消能的海水经次级过滤器过滤后，进入主进水管。

如图3所示，主进水管布置在蓄水池底部，通过倾斜的分布式进水管路与循环池相通，同时通过集热池进水口与集热池相通。循环池和集热池的进水由不同的耐腐蚀电磁阀分别控制，因此本供水系统可以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

暖棚结构如图7所示。暖棚呈长方形布局，外观上采用斜坡型设计，面积覆盖整个蓄水池，并在水池四周留有一定的工作空间。暖棚四周侧墙为砖块水泥混凝土构造，为了减少侧墙阴影，墙体高度在1.2-1.8m之间，墙上设有门窗用于高温期通风，暖棚顶部用钢管或铁管焊接成外弓形内三角构架，横跨固定于大棚四壁上，拱顶高度3m左右。温棚北侧墙壁上方安装弧形反光板，反光板由可伸缩式支杆支撑，可以通过调整支杆长度，调整反光板的角度，从而最大限度的保证阳光反射至蓄水池内。

暖棚的顶盖材料可根据支架的结构强度，选用耐磨，耐晒的塑料或玻璃材料。其中玻璃材料优点是持久性好，易清洗，保温效果佳，缺点是重量大、费用高对支撑钢架的要求较高；塑料材料的优点是轻便、易拆换，但清理困难，保温性能弱，建棚时可根据实际情况择优选用。

第四步，初次池水灌注

蓄水池建好以后应进行初次池水灌注。初次灌注的最佳时期是在7、8月份，在此阶段太阳辐照强、环境温度较高，有利于蓄水池集热/蓄热，为蓄水池过冬储备热量。其具体步骤是：

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，从而推动海水进入消能池。一般情况下，潮汐能足以驱动海水进入消能池，倘若在进水量需求较大、或海水表面结冰等特殊情况下，可以在阀井内安装辅助提水泵协助提水。

经过首级过滤后的新鲜海水在消能池内消能以后，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。如图3所示，进入集热池的海水由集热池进水电磁阀1、电磁阀2控制，从集热池底部的进水口进入；进入循环池的海水由循环池进水电磁阀3、4控制，经分布式进水管进入循环池。在集热池与循环池同步灌注期间，向集热池内加入粗盐搅拌，以提高集热池盐度，所加入的粗盐质量应根据集热池注水量计算确定，集热池下部较佳的盐水浓度在6-8％为宜。

当循环池和集热池的海水液位高度达到1.2m时(高于分布式进水管出口高度)，关闭进水总阀、暂停灌注。待集热池内海水稳定后，重新开启进水总阀继续进行灌注，此时关闭集热池进水电磁阀1、电磁阀2，并保持循环池进水电磁阀3、电磁阀4仍处于开启状态，仅向循环池注入海水。与此同时，在集热池水面铺设浮板，如图8所示，浮板选用聚乙烯泡沫板，板上开设多处通孔，通过水泵驱动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，以此减少由淡水灌注所造成的对流扰动，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。

淡水层厚度在0.60-0.80m为宜，两层高度尽量按照黄金分割比例布局，在集热池内的盐度分布上，形成与盐湖盐度分布相似的人工盐湖结构，构建一个简易的盐梯度太阳池。根据太阳池集热蓄热原理，因下层海水盐度较大，其对应的海水密度也大，当池水吸收太阳辐射热以后，盐梯度的存在可以抑制因受热而导致的自然对流，使热海水稳定存储位于集热池的高盐度海水层内，从而达到蓄热的目的。

初次池水灌注的要点在于两池应同时进水，并尽量保持集热池和循环池的液位始终在同一高度，这样可以较少循环池侧墙因两池水位差引发的墙体倾斜或破坏。初次灌注后，集热池和循环池最终的水位高度在1.8-2.0m范围。需要说明的是：从实用性角度考虑，本发明提出的蓄水池水体结构，与传统的盐梯度太阳池的三层结构(上对流层、下对流层和非对流层) 有很大的区别，并不是严格意义上的太阳池。

第五步，蓄水池的稳定运行

在完成初次灌注以后，关闭集热池进水电磁阀1、电磁阀2，不再进行集热池池水更新，蓄水池进入稳定运行阶段。

在蓄水池运行初期，由于集热池和循环池的水温均相对较低，不宜立刻进行循环池的海水循环，应关闭循环池进水电磁阀3、电磁阀4。保持两池水位不变，令蓄水池集热运行20-30 天，该阶段可称为集热蓄热阶段。在此阶段，集热池高盐度海水区吸热后水温逐渐升高，集热池通过循环池侧墙与循环池进行热交换，使循环池水温升高；同时分布式进水管采用倾斜的并联排管结构，排管在集热池内吸热升温，管内海水易形成自然对流，在没有进水的情况下，热水自动上行进入循环池，这将进一步提升循环池水温。

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。可通过循环池内安装的潜水泵抽水，向养殖场输送海水。当循环池水位降低以后，再次开启进水总阀与循环池进水电磁阀3、电磁阀4，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以后，便可以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，通过这种海水循环向养殖场提供温热海水。在这种循环模式下，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，从而实现“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

蓄水池运行以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等。

由于存在表面海水蒸发现象，随着蓄水池的运行，集热池池水会有所减少，应定期在池表面补充淡水，淡水补充方式与首次灌注的方法相同；集热池内盐扩散效应导致池内海水盐梯度降低，因此需要对集热池进行补盐维护。具体做法是：当蓄水池运行超过半年以后，通过倾斜布置在集热池内的补盐管向集热池底部补盐。

定期对蓄水池表面进行清污处理，清理漂浮物，保持池水的透射度。对于运行时间超过一年的的蓄水池，还应对集热池内进行杀菌处理，防止微生物滋生。该维护过程可称为“池表清污，池内杀菌”。此外，应定期对暖棚盖层上的灰尘进行冲洗、清理，保持良好的透光度，并及时擦拭暖棚的反光板。定期清理初级过滤器和次级过滤器的杂质沉淀物，对消能池内的鹅卵石堆积床进行清洗，防止细沙、杂质沉积。对运行多年的蓄水池，可以在清空池水后，进行部件更换、整修、重新灌注。

以上所述实施例仅表达本发明的实施方式，但并不能因此而理解为对本发明专利的范围的限制，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护内容。

Claims (7)

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。

2.根据权利要求1所述的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，所述的海水供给系统还包括辅助提水泵，辅助提水泵协助初级进水管向消能池供水。

3.根据权利要求1所述的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，所述的循环池体积不超过集热池体积的三份之一。

4.根据权利要求1所述的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，所述的消能池内堆积鹅卵石，形成鹅卵石堆积床，能够起到增阻消能的作用，从而缓解潮汐驱动所引起的强湍流对管道的冲击。

5.根据权利要求1所述的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，所述的暖棚上方安装弧形反光板，反光板由可伸缩式支杆支撑，可以通过调整支杆长度，调整反光板角度，最大限度的保证阳光反射至蓄水池内。

6.根据权利要求1所述的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，所述的初次池水灌注期间，从补盐口加入的粗盐质量根据集热池注水量计算确定，集热池下部盐水浓度在6-8％。

7.根据权利要求1所述的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，所述的集热池侧墙及底面的保温层为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；所述的分布式进水管为耐腐蚀PPR管；所述的浮板选用聚乙烯泡沫板。