被动式节能车间在水产养殖绿色发展中的应用研究

文/张锋 李刚

被动式节能车间是利用被动式建筑技术建造的新型环保节能车间，它通过地面、墙体、门窗的保温隔热，新风系统以及太阳能、地热能等可再生资源在降低养殖车间能耗的同时，可确保全季节养殖和养殖用水零排放，为当前水产养殖绿色发展开拓出全新的方向。

一、被动式节能车间的概念

“被动式节能”建筑的概念是在德国上世纪80年代低能耗建筑的基础上建立起来的，1988年瑞典隆德大学（Lund University）的阿达姆森教授（Bo Adamson）和德国的菲斯特博士（Wolfgang Feist）首先提出这一概念，他们认为“被动式节能”建筑是不用主动的采暖和空调系统就可以维持舒适室内热环境的建筑。而被动式节能车间就是按照被动式节能建筑技术建造的新型环保节能车间，它通过地面、墙体、门窗的保温隔热、新风系统以及太阳能、地热能等可再生能源，能使车间内四季保持恒温、恒湿、恒氧、恒净及恒静环境。

二、研究被动式节能车间的意义

十九大以来，党中央高度重视生态文明建设，并将新发展理念、生态文明和建设美丽中国写入宪法，提出要推进绿色发展，加快水污染和农业面源污染防治，着力解决突出环境问题。随着“水十条”、中共中央国务院《关于全面加强生态环境保护坚决打好污染防治攻坚战的意见》等一系列生态环境治理方案的出台，传统水产养殖方式受到强烈冲击。一是在传统调温方式中占主导地位的燃煤锅炉由于会产生大量的温室气体和粉尘、噪音等被禁止使用；二是利用地下水进行冬天升温、夏天降温的作法，由于严重浪费地下水资源且易引发地面下沉和倒灌也被禁止；三是传统升温方式往往先将水升温后储存备用，在配水池待分配及分配过程中由于车间保温性能差，使热量大量损失，即使使用清洁能源升温，也会由于浪费严重，一般养殖户难以承受；四是直排直放的养殖模式，使养殖周边水域环境受到破坏，倍受社会诟病。

随着全球气候问题日渐严峻，环保、低碳减排等要求随之而来，建筑的节能减排属性也越来越受到重视。2010年6月18日，欧盟出台《建筑能效2010指令》（EPBC2010），规定欧盟成员国从2020年12月31日起，所有新建建筑为近零能耗建筑。我国也在不断致力于低碳减排，推进建筑节能发展。2019年1月24日，住房和城乡建设部发布国家标准《近零能耗建筑技术标准》，对我国不同气候区近零能耗建筑，提出了不同能耗控制指标。由常规建筑→低能耗建筑→被动式建筑→零能耗建筑→产能房，将是建筑发展的路径及方向。

养鱼先养水，良好的水质环境是实现水产养殖高产、高效的重要条件之一。而适宜的水温不仅是鱼类自身生长、繁殖及抵抗疾病等的必要条件，同时也是影响水质的重要因素之一。因此，通过着力研究被动式节能车间为水产养殖提供水质优良、水温适宜、节约能源、环境友好、成本低廉的养殖环境，对水产养殖绿色、持续、稳定、高效发展具有极其重要的现实作用和战略意义。

三、被动式节能车间的技术原理及优势

目前，被动式节能车间的设计和建造主要致力于解决冬季的采暖问题，其设计理念核心思想在于最大极限的减少建筑的热量损失。其技术措施可以归纳为4个方面。

（一）加强车间围护体系的保温性能

被动式节能车间，通过增加保温材料的厚度，采用新型高效且经过认证的三层中空节能玻璃为车间维护结构“穿上”厚的“保暖衣”。另外，当前传统车间大多没有进行精细设计，建筑节能多停留于模型计算，实际建筑中热桥随处可见。例如：车间的门窗，各类出入车间的管井，女儿墙和外立面采用幕墙系统时的龙骨等。被动式节能车间，要在建设时通过检查所有部位是否具有相同的保温性能，是否都被保温材料全部包裹，杜绝产生热桥，既杜绝了热量散失，又防止了热桥部分产生水汽，引起发霉降低车间使用寿命。

（二）提高建筑的气密性能

确认完建筑被良好的保温材料全覆盖后，还需要检查是否有“走风漏气”的情况发生，否则依然不能保证良好的保温隔热性能。当前建筑中单就门、窗、幕墙等单独组件进行气密要求，而在被动式设计中要以整个建筑作为整体进行气密性测试，以测试数据作为认定标准。无论新旧标准，被动房均对气密性有明确要求n50＜0.6（n50代表室内外压差）。而根据从事被动房验证工作人员的经验，国内普遍房子的气密性n50＞10，甚至于达到20，“走风漏气”情况严重。

（三）高效的新风系统及其热回收技术

当建筑的气密性能大大提高以后，被动式节能车间主要通过机械通风的方式来保持室内空气的清洁与健康。但被动式节能车间的换气不同于普通车间的开启窗户和门窗缝隙渗透，他完全通过机械通风的方式将建筑排风中的热量回收，用以预热室外新鲜空气并送入室内。所以传统建筑冬季通风换气损失的热量在“被动式节能”建筑中很大程度被避免了。

（四）低热负荷的采暖、制冷方式

通过上述3个方面的措施，被动式节能车间的冬季采暖需求已经被降到很低的程度，只需要很少的热量即可达到室内的设计温度。但为了摆脱建筑供热采暖对传统资源的依赖，被动式节能车间主要依靠太阳能和地热能解决采暖能耗问题。被动式节能车间初建时，在混凝土地基内加装数量充足的PP循环装置，同时在车间外墙及屋顶以曲流的形式安装PP循环系统，这样在太阳光充足时，可将太阳的热能储存在土层内，在寒冷的冬季或没有太阳的日子里，土层内的热储能量就能通过PP管道热循环系统在管道内通过墙体渗透转换成为室内温度，实现车间制热。相反，利用地表的冷能源，通过PP循环系统将冬季的冷能储存在土层内，形成冷储能，这样在炎热的夏季，土层内的冷储能量通过PP管道冷循环系统在管道内通过墙体渗透转换成为室内温度，实现车间制冷。

被动式节能车间节能原理示意图

通过前面被动式建筑与传统建筑的比较，我们大致可以形象地将被动式节能车间理解为“穿保暖隔热衣服”（保温隔热）—“扣子扣好”（无热桥）—“包裹严实”（气密性好）—“带上口罩”（高效热回收新风系统）。

四、被动式节能车间对水产养殖绿色发展的助推作用

（一）被动式节能车间不同于传统“温室大棚”，在大幅降低能耗的同时可实现养殖效益翻番

被动式节能车间从能耗节约和建筑成本核算角度来讲，两层要比一层性能优越且资金节省20%～30%。按照目前常规的被动式房屋建筑材料和工艺进行设计，双层被动式节能车间的建设单价约为392.43元/m2，与目前建设的单层钢架结构、玻璃钢棚顶工厂化车间造价相当，但其效能却大大优于我们传统概念中的“温室大棚”式传统养殖车间。它通过独有的地面、墙体、门窗等保温隔热技术、高效热回收率的新风系统以及太阳能、土壤源热泵等被动式建筑技术，可将养殖循环水控制在15℃～28℃适温，满足绝大部分养殖鱼类生长需求以实现全年养殖的目的。对于我国北方地区而言，可将常规的一年一茬养鱼模式变成一年至少两茬，可将养虾由每年一茬变成四茬。对于南方地区而言，以往像褐牙鲆、红鳍东方鲀、云纹石斑鱼等不能在南方地区度夏的养殖品种，可在被动式养殖车间中安全度夏，实现“北鱼南养”。同时，通过“零排放循环水养殖系统的构建”，可真正实现“回水重生”绿色循环渔业的目标，使养殖鱼虾的生长和存活率比传统生产模式提高20%，节能30%，养殖效益较常规养殖模式翻2番～3番。

（二）被动式节能车间以全新环保理念建设，为水产养殖绿色发展提供新的出路

被动式节能车间通过小麦秸秆等天然生物资源代替常规黏土砖进行结构建设，不但能变废为宝，而且防水、防潮、保温性能好。通过一体化装配技术建设，不但建成的车间犹如别墅般美观，而且安装便捷，经济实惠。通过充分利用光、热、光伏和地热等可再生资源，不但不消耗外界能源，而且能将过剩产能输入电网。总的来说，被动式节能车间通过装配式原理，可解决当前建造效率问题；通过可再生能源，可解决环境保护问题；通过循环经济模式，可解决生态平衡问题；通过智能化设备，可解决综合效率问题。较常规工厂化养殖总成本降低40%，能源成本降低30%，关键是不用烧煤炭，不用采地热水，不消耗不可再生能源，不产生二次污染，为水产养殖绿色发展提供了全新的出路。

（三）被动式节能车间在引领绿色循环养殖同时，可有效促进绿色循环经济与食品安全

“被动式节能车间+循环水养殖”模式，通过科技零排放循环水养殖，不仅具有节约水资源、饵料能量循环利用、节能环保不换水等优势，而且杜绝了外来病原体的感染途径可提高养殖存活率，避免了激素、抗生素及其他渔药的大量使用，可大大提高养殖水产品的品质和口感，对提高人民健康指数和推动绿色循环经济具有重要的作用。

五、适时稳步推进被动式节能车间发展运用

（一）将被动式节能车间引入美丽乡村建设，助推乡村振兴战略

当前，我国经济已由高速增长阶段转向高质量发展阶段，党的十九大提出的实施乡村振兴战略建设美丽中国等战略部署对农村高质量发展提出了“要依据所处的经济地理、历史文化以及生产力布局环境，弘扬自身特点，重点发挥产业上的集聚特色、文化上的地域特色和生态上的旅游特色，注重科技、生态、环保等高端产业配置”等更高要求。当前，我国渔业也在乡村振兴等国家战略指引下，正以转方式调结构为抓手，由粗放经营、单一增产向提质增效、绿色生态转变；由高污染、高能耗向清洁生产、节能环保养殖转变。若将当前渔业新发展理念和被动房技术完美结合，应用于乡村振兴建设中，形成“生态循环渔业+被动房技术”产业融合发展模式，将在为乡村振兴提供强大产业支撑的同时，有助于提高农村人居条件，推进休闲渔业、乡村旅游等产业的融合发展。

（二）发展“被动式节能车间+智慧渔业”模式，引领现代渔业新风向

智慧渔业是以人工智能为核心技术，集数字化、电子化、工业化、机械化、大数据信息等技术为一体的创新技术平台。它以渔业养殖为应用场景，将传统渔业与智能科技深度融合，将养殖技术、装备技术和信息技术有机组合，实现水产养殖生产自动化、管理信息化、决策智能化，是一种可真正实现现代渔业可持续发展的养殖运行模式。农业农村部副部长于康震明确指出：“把打造现代水产养殖新模式作为引领水产养殖业绿色发展的重要推手。”以人工智能为核心的智慧渔业水产养殖将是现代水产养殖业技术创新和模式引领的首选。但智慧渔业的发展必须突破小打小闹，看摊守业的养殖观念和传统的、分散低水平的水产养殖被动局面，解决资源浪费、生产效率低，养殖风险大等难题。被动式节能车间的诸多优势，恰好能满足其发展需求，将两者有机结合，将创造家庭渔场、社区共享渔业等一系列全新的水产养殖模式，可带来颠覆性的产业革命。

（三）积极研发适配循环水设备，进一步激发被动式节能车间养殖潜能

被动式节能车间为水产养殖提供了一个恒温、恒湿、恒氧、恒净、恒静和低能耗的养殖环境，但要发挥最大效能，关键还得养殖效益好，要有与其相匹配的高效循环水设备。所以，在今后的发展中要更加注重能量和物质的循环利用，要结合量子共振小分子高氧水等技术，从低碳、零排放和循环养殖三个方面，着手解决当前业界在循环水养殖中普遍存在的溶氧与水质pH偏低、有机颗粒物过滤效率低、微生物挂膜不长久等技术问题，为被动式节能车间绿色健康养殖提供坚实的基础保障。

（四）充分利用被动式节能车间低能耗优势，发展高附加值品种全季节养殖

以建造3000m2被动式节能车间运用循环水设备养殖大菱鲆为例，3000m2车间可建设35m2养殖池60个，按每个养殖池投放体长5cm～7cm大菱鲆5000尾测算，8个月60个养殖池可养成10万斤1斤以上成品商品鱼，按照市场均价23元/斤计算，产值230万元，8个月基本就能收回成本。如果用3000m2的常规循环水车间进行养殖，能耗成本不但增加90%，而且养殖周期还将增加近4个月，需要近两年才能收回成本，所以越是附加值高的品种，在该模式下创收效益越明显。

（五）种养结合，开展生态立体循环种养模式

被动式节能车间由于可保证车间内恒温、恒湿环境，且水中含有残饵、粪便等有机物，极其适宜开展综合种养模式。即在被动式节能车间内建高密度养殖池，养殖池排出的水进入水质净化系统，处理后的水再进入无土栽培系统，在无土栽培区可种植水芹、空心菜和石菖蒲等蔬菜或药材，在种植蔬菜下部还可养殖泥鳅等鳅科鱼类。以此模式，在种养过程中不但不使用化肥、农药、营养液、抗生素等物质，达到零排放、零污染、零残留的目标，实现全生态种养，而且绿叶类蔬菜亩产量可提高4倍～10倍，茄果类蔬菜可提高2倍～5倍，鱼类每立方水体可产出200斤，是一种极具推广价值的养殖模式。