הפקולטה להנדסה - המגמה להנדסה מכנית

מאי 2002

מערכת חימום לבריכות דגים

תקציר לספר ספר הפרוייקטים

פרוייקט גמר

מגיש: תורג'מן צחי

מנחה:דר' תשובה משה

תקציר מנהלים

מערכת חימום לבריכות דגים

נושא הגידול החורפי של דגים ושל דגי אמנון בפרט מעסיק רבות את מגדלי הדגים בארץ ובעולם, כיוון שהתחלואה והתמותה בתקופת החורף גבוהה בהרבה מאשר בשאר ימות השנה, תקופת הגידול של הדגים מתארכת ומקטינה את היעילות הכלכלית של הבריכות.

במחקר שנערך בחורף 1999 בתחנת הניסיונות בקיבוץ גינוסר נבדקה השפעת הטמפרטורה על הדגים והתברר כי בטמפרטורה של 26°C רמת התמותה ירדה לרמה של 2.2% והדגים הוסיפו למשקלם 6.3% יחסית לדגים שגודלו בתנאי סביבה ללא חימום.

מטרת הפרויקט

עבודה זו נועדה לבדוק את נושא חימום בריכות דגים בהיבטיו השונים, חישוב הפסדי החם הבריכה ושיטות להקטנת הפסדים אלו.

תכנון מערכת היעילה ביותר לחימום הבריכה.

מהות העבודה

חישוב סך הפסדי החם מהבריכה ועל פי זה התאמת מערכת חימום לבריכה.

המערכת כוללת: משאת חם, מחליף חם, משאבה, מערכת צינורות וכיסוי לפני הבריכה.

בדיקת עלות כלכלית של המערכות השונות והתאמת המערכת המתאימה ביותר מבחינת עלות, אמינות לאורך זמן והתאמתה לתנאי הסביבה.

הבריכה ממוקמת בקיבוץ באזור בקעת בית שאן. מניתוח אקלימי לאזור זה התברר כי הטמפרטורה הממוצעת בימות השנה היא 21°C כאשר בימים קרים במיוחד הטמפרטורה בלילה יכולה לרדת עד 5°C. המערכת מתוכננת לעבודה של 3240 שעות בשנה, כאשר בקיץ אין צורך בחימום.

מחישוב סך הפסדי החם בהולכה, הסעה, קרינה והתאידות התקבל כי בבריכה בטמפרטורה של 26°C הפסדי החם הם 200W/m²/day , בבריכה ללא כיסוי בלילה קר שטמפרטורה יורדת עד ל 5°C .

נערך סקר שוק לבדיקת התמודדות גופים שונים עם בעיה מעין זו. לא נמצא פתרון תואם לבריכה עם שטח חתך של 5000 מ"ר.

התברר כי כיסוי פני הבריכה ב 80% משטחה מקטין את הפסדי החם ב 25% , זאת אומרת 150W/m². הכיסוי בנוי כיריעות מחומר פוליאטילן +תוספים לחיזוק.היריעות מוגנות מפני קרינת U.V ועם שכבה כפולה לבידוד מחם.

נבחנו 2 חלופות שונות לכיסוי פני הבריכה:

1. כיסוי צף- שתי יריעות שקופות ובניהם כלואים כיסי אויר, הכיסוי צף ע"פ המים, גורם לבידוד טוב יותר מהסביבה וזול אך לא מתאים לבריכות דגים בגלל הבעיה עם סילוק פחמן דו חמצני והאכלת הדגים.
2. כיסוי בגובה 10 ס"מ מעל פני המים- ווים שיותקנו בשפת הבריכה מהם יפרשו יריעות הבידוד. היתרון הוא בבידוד טוב והתגברות על בעיית סילוק פחמן דו חמצני ואופן האכלת הדגים.

עלות כיסוי זה הוא $13 למ"ר. אורך חיים 10 שנים.

סה"כ עלות כיסוי 80% משטח הבריכה: $5200 לשנה.

בשלב הבא נבחנו מספר חלופות לחימום:

1. תנור גז- מערכת חימום שעובדת ע"י שריפת גז הכוללת חדר הסקה בעלות של $25,000. אורך חיי המערכת 10 שנים. לזה יש להוסיף מחליף חם + צנרת נירוסטה והספקה שוטפת של גז.

סה"כ עלות שנתית לתנור גז: $70,000 .

2. תנור סולר- יתרון חשוב של תנור סולר הוא העובדה שניתן להשתמש בו בדלקים זולים מגז. סכנת השריפה במנועים אלה קטנה מאחר שהדלקים כבדים ומתלקחים בקושי. החסרון של מנוע סולר הוא המבנה המסובך של מערכת אספקת הדלק ופליטת גזים רעילים משרפת הדלק דבר הפוגע באיכות הסביבה ובבריאות הדגים.

סה"כ עלות שנתית לתנור סולר: $50,000.

3. משאבת חום- משאבת חום הינה יחידה להספקת אנרגיה לחימום ולקירור המבוססת על דחית אדים. בתהליך מעבר הגז לפזה הנוזלית ביחידת המעבה משתחרר חום ובאמצעות מחליף חום ניתן לחמם את מעגל החימום של הבריכה. הנוזל המוזרם ליחידת המאייד הופך לגז וקולט חום מהסביבה. חום זה מסופק על ידי אויר הסביבה המוזרם על המאייד באמצעות מפוח.

היתרון הגדול של משאבת חם שלכל יחידת חם מושקעת(בשווה ערך חשמלי) הן מספקות כ-4 יחידות חם. כל יחידת חימום בהספק של 18 קוו"ט ועלות כל יחידה היא $22,500. אורך חיי המערכת הוא 10 שנים והוצאות חשמל ותחזוקה הם $6,500.

סה"כ עלות שנתית למשאבת חם: $30,000.

לכל המערכות הנ"ל יש להוסיף מחליף חם משאבה ומערכת צינורות.

מחליף חם- מחליף חם מאפשר מעבר חם בין שני זורמים ללא מגע בניהם. כך שאת הזורם החם נזרים לבריכה ע"י רשת צינורות ונחמם את מי הבריכה. שטח מחליף חם הדרוש הוא 180 מ"ר לכן נפרוש 23 צינורות בבריכה כאשר המרחק בין כל צינור הוא 2 מטר. בשל איכות המים יש צורך בצינורות עשויים נירוסטה.

אורך חיים 8 שנים. עלות מחליף חם כולל הצנרת: $20,000. סה"כ עלות שנתית: $2500.

משאבה- בזרימה דרך צינורות קיים מפל לחץ עקב החיכוך בדפנות הצינור התלוי במהירות הזרימה בצינור, אורך הצינור וקוטרו. ספיקה: עומד: 21m.

הספק משאבה הדרוש הוא 5 כ"ס למשאבה בנצילות 70%.

אורך חיי משאבה 5 שנים. עלות המשאבה: $2000.

בקר טמפרטורה- הפעלה יעילה וחסכונית של המערכת ללא פגיעה בדרישות התכנון חשובה מאוד בתכנון מערכות, לכן לכל מערכת חימום יש להוסיף בקר אלקטרוני עם גשש עד לבריכה לשליטה על טמפרטורה רצויה.

מחיר הבקר: $2,000.

בחירת חלופה

הבחירה בחלופה המתאימה ביותר תלויה בשיקולים שונים כגון:עלות כספית,מיקום גאוגרפי, השפעות סביבתיות, גודל הבריכה.

מניתוח אפשרויות הכיסוי בשקלול כל הבעיות המתלוות לזה הגענו למסקנה כי כיסוי הבריכה ב 80% משטחה ע"י כיסוי במרחק 10 ס"מ מפני המים יתן את הפתרון האידאלי לחסכון של 25% מכמות איבודי החם תוך התחשבות בבעיית מתקני קצה וסילוק פחמן דו חמצני.

עלות שנתית לכיסוי זה: $5,200.

בהשוואה בין אפשרויות החימום השונות נבחרה החלופה המשתלמת כלכלית ובעלת יעילות אנרגיה מקסימלית. לכן לצורך חימום הבריכה נשתמש במשאבת חם חשמלית עם יחס יעילות של 1:4. העלות השנתית למשאבת חם תהיה $30,000.

לזה יש להוסיף מחליף חם בעלות שנתית $2,500 ומשאבה בעלות שנתית $750.

סה"כ הוצאות שנתיות לכל המערכת: $40,000.

הערה:

יש להדגיש כי בדיקה זו לא מלמדת על כדאיות החימום ביחס להגדלת תפוקות דגים, אלא על איזו חלופה זולה יותר ובאיזה מגבלות. הגדלת תפוקות הדגים צריכה להבדק כלכלית לפי שווי ק"ג דג ביום המכירה.

המערכת בנויה באופן הבא: