Продавец предложит генератор с запасом или спросит биомассу и температуру. Собираем формулу сами, чтобы не переплатить и не остаться без кислорода в пик.
Генератор кислорода продают по производительности в кубометрах в час, а ферма измеряется в килограммах рыбы. Между этими двумя числами лежит формула, которую продавец обычно не считает за вас, а считает с запасом в свою пользу. Разбираем, как посчитать нужный кубаж самому, откуда берутся коэффициенты запаса и какую модель ставить при 500, 2000 и 10000 кг рыбы.
Генератор, взятый с запасом в два раза больше нужного, стоит на 40-60 процентов дороже и ест больше электричества на холостом ходу, чем модель, подобранная под реальную биомассу. Генератор, взятый впритык, встает в тупик уже при следующей партии малька: биомасса на ферме растет, а компрессор и адсорберы не растягиваются. Задача расчета не в том, чтобы найти одно правильное число, а в том, чтобы отделить необходимый кубаж от привычки перестраховываться вслепую.
Расход кислорода рыбой в состоянии покоя зависит от массы особи, температуры воды и стадии выращивания. Проектный норматив на 20 градусов выглядит так: для малька 0,1 мг кислорода на килограмм массы в секунду, для товарной рыбы 0,06, для производителей и ремонтного стада 0,04. В привычных для расчета единицах, миллиграммах на килограмм в час, это 360, 216 и 144 соответственно, подробный разбор с источником в статье кислород для форели и карпа.
| Категория рыбы | Расход при 20°C, мг/(кг·ч) | Расход при 20°C, мг/(кг·с) |
|---|---|---|
| Малек | 360 | 0,1 |
| Товарная рыба | 216 | 0,06 |
| Производители и ремонтное стадо | 144 | 0,04 |
При других температурах расход меняется, и не линейно: у форели массой около 80 г при 9 градусах расход поднимался с 278 до 385 мг/(кг·ч) при отлове, а в покое за сутки гулял от 163 до 263. Если ваша вода холоднее 20 градусов, норматив на 20 градусов дает запас, а не недобор, и это единственная сторона, в которую тут можно ошибаться спокойно.
Формула простая: биомассу в килограммах умножаем на расход в мг/(кг·ч), получаем расход всей фермы в миллиграммах в час. Делим на миллион, получаем килограммы в час. Делим на плотность газообразного кислорода, 1,43 кг на нормальный кубометр, получаем нужный кубаж в час.
Формула целиком: V(нм3/ч) = биомасса(кг) x расход(мг/кг/ч) / 1 000 000 / 1,43.
PSA расшифровывается как адсорбция при переменном давлении. Компрессор гонит обычный воздух через сосуд с цеолитовым ситом, молекулы азота застревают в порах цеолита, а кислород проходит дальше и накапливается в ресивере. Когда сосуд насыщается азотом, давление сбрасывают, азот выходит наружу, и сосуд снова готов к работе. В типовой схеме стоят два таких сосуда, которые работают по очереди, поэтому на выходе получается почти непрерывный поток газа чистотой 93-95 процентов, а не чистый кислород в сто процентов, как из баллона.
Именно принцип работы объясняет, почему у генератора нет расходников вроде цеолита на замену каждый месяц: цеолит истирается медленно и меняется раз в несколько лет, а основной износ приходится на компрессор и клапаны переключения давления. Это и есть разница экономики против баллона, разобранная в статье про источники кислорода: генератор дорогой на входе и почти бесплатный в обслуживании, баллон дешевый на входе и платный на каждую заправку.
В таблице моделей мощность уже разложена на генератор, осушитель воздуха и компрессор, это не три отдельные покупки, а три узла одного блока. Отдельно от самого генератора на ферме понадобится: ресивер для сглаживания подачи, ротаметр или расходомер на выходе линии, чтобы видеть реальный расход, а не верить паспорту, обратный клапан перед каждым диффузором или конусом, чтобы вода не пошла в обратную сторону при остановке компрессора, и разводка полиэтиленовой или силиконовой трубкой с рассчитанным сечением под нужный расход. Экономить на ротаметре не стоит: без него узнать, что производительность просела из-за забитого фильтра или изношенного цеолита, получится только по факту нехватки кислорода у рыбы.
На крупной ферме от 10 тонн биомассы стоит закладывать схему N+1: два генератора меньшей производительности вместо одного большого, чтобы при поломке или плановом обслуживании одного второй тянул хотя бы базовый расход. Для примера с 5000 кг форели это избыточно, одного O30 с запасом достаточно, а вот при переходе к 15-20 тоннам разумнее взять два O60 вместо одного генератора на 13 нм3/ч: суммарная стоимость похожая, а отказоустойчивость выше, потому что вероятность одновременной поломки двух независимых блоков намного ниже, чем поломки одного.
Теплая вода держит меньше растворенного кислорода при том же атмосферном давлении, а метаболизм рыбы с ростом температуры ускоряется, то есть расход кислорода растет одновременно с падением его предела растворимости. Летний пик на открытых прудах и садках почти всегда острее зимнего, даже если биомасса за сезон не изменилась. Норматив 216 мг/(кг·ч) для товарной рыбы дан на 20 градусов, при более высокой температуре воды планируйте расчет по факту замеров, а не по одной фиксированной цифре на весь год.
Ферма держит 5000 кг товарной форели при 20 градусах. Расход по нормативу 216 мг/(кг·ч).
Шаг 1: 5000 x 216 = 1 080 000 мг/ч, это 1,08 кг кислорода в час на всю биомассу в покое.
Шаг 2: 1,08 / 1,43 = 0,755 нм3/ч, это чистый расход дыхания без всякого запаса.
Шаг 3: обычная аэрация компрессором закрывает часть этого расхода за счет кислорода из воздуха, а генератор чистого кислорода нужен на добавку сверху и на пики. Дальше в статье разбираем, сколько добавить на пик и на потери при растворении, и только после этого выбираем модель.
Ровный расход по нормативу это средняя цифра, а не потолок. После кормления рыба на пике потребляет в полтора-два раза больше обычного, пик у форели при 17 градусах и кормлении раз в шесть часов приходится примерно на шестой час после раздачи корма. При отлове и пересадке расход растет еще резче, тот же пример с форелью массой 80 г при 9 градусах показывает рост с 278 до 385 мг/(кг·ч) за время самой процедуры.
Практический коэффициент запаса на пик: умножайте расход по нормативу на 1,5 для фермы без частых пересадок и на 1,8-2 для фермы, где сортировка и пересадка идут регулярно. В нашем примере с форелью: 0,755 нм3/ч x 1,5 = 1,13 нм3/ч на пик кормления.
Генератор дает чистый газ, но в воду переходит не сто процентов. Кислородный конус и оксигенатор с диспергатором переводят в воду 80-95 процентов газа при правильном подборе давления и времени контакта, обычный диффузор без конуса заметно меньше. Если считаете по нижней границе эффективности, добавьте к расчету еще 20-25 процентов запаса на потери: 1,13 нм3/ч / 0,85 = 1,33 нм3/ч, это и есть тот кубаж, под который подбираем генератор.
Три типовые модели линейки на основе цеолитового адсорбера, разбор экономики и обвязки в статье баллон или концентратор для УЗВ.
| Модель | Производительность | Чистота O2 | Мощность | Энергия на куб |
|---|---|---|---|---|
| O30 | 3,2 нм3/ч | 93-95% | 7,81 кВт | ~2,4 кВт·ч/м3 |
| O60 | 6,5 нм3/ч | 93-95% | 11,86 кВт | ~1,8 кВт·ч/м3 |
| O130 | 13,0 нм3/ч | 93-95% | 19,36 кВт | ~1,5 кВт·ч/м3 |
Для расчетной фермы из примера, 1,33 нм3/ч на пик, младшая модель O30 с запасом 3,2 нм3/ч подходит с двукратным резервом и позволит нарастить биомассу почти вдвое без замены оборудования. Брать сразу O60 под ферму на 5000 кг смысла нет, разве что вы планируете рост поголовья в ближайший год: разница в цене и энергопотреблении на холостом кубе заметная.
В продаже отдельно существуют бытовые и медицинские концентраторы кислорода для дыхания человека, они устроены на том же принципе адсорбции через цеолит, но производительность у них считается в литрах в минуту для одного человека, а не в кубометрах в час для фермы. Даже верхние бытовые модели дают долю кубометра в час, а ферме на 5000 кг рыбы, как в примере выше, нужно больше одного кубометра в час на одних только пиках. Для фермы речь идет о промышленной линейке PSA генераторов, а не о бытовом приборе, каким бы производительным он ни казался в рекламе.
Ресурс адсорбера определяется не временем работы, а чистотой воздуха на входе. Молекулярное сито из цеолита при нормальном осушенном воздухе, без масла из компрессора и без влаги, служит по отраслевым данным 8-10 лет, а сам блок целиком при должном обслуживании рассчитан на 10-15 лет непрерывной работы. Слабое место не сито, а обвязка вокруг него: манжеты и клапаны переключения давления в среднем меняют раз в 3-5 лет, потому что за это время они успевают пройти сотни тысяч циклов открытия и закрытия при работе 24 часа в сутки.
Единственный фактор, который реально укорачивает жизнь сита, это влажность на входе: при повышении точки росы входного воздуха на каждые 10 градусов ресурс цеолита падает примерно на треть. Отсюда практический вывод для фермы: осушитель воздуха перед адсорбером это не опция для экономии, а условие, при котором генератор вообще доживает до заявленного срока, а не съедает сито за два-три года вместо десяти.
Из таблицы моделей энергия на кубометр у младшей O30 около 2,4 кВт·ч, у средней O60 около 1,8 кВт·ч, у старшей O130 около 1,5 кВт·ч. Чем крупнее генератор, тем дешевле каждый кубометр по электричеству, и это отдельный аргумент против привычки брать модель поменьше про запас на будущее: она не только раньше упрется в потолок, но и будет менее экономичной на каждый произведенный кубометр весь срок службы.
Пример по ферме из расчета выше, 5000 кг форели, рабочий расход 1,33 нм3/ч на пик через O30: за сутки непрерывной работы на этом режиме уходит примерно 1,33 x 24 x 2,4, около 77 кВт·ч электроэнергии в сутки только на генератор, без учета остальной аэрации. При тарифе для юрлиц в диапазоне 6-9 рублей за кВт·ч это 460-690 рублей в сутки или 14-21 тысяча рублей в месяц. Эту цифру стоит сразу закладывать в статью расходов на электричество рядом с насосами и подогревом, а не считать генератор бесплатным источником газа после покупки.
Кроме баллонного газообразного кислорода и генератора на месте, крупные хозяйства иногда рассматривают криогенный жидкий кислород в стационарной емкости с испарителем: способ выгоден при очень большом и ровном расходе, потому что цена за кубометр у жидкого кислорода при поставках цистерной ниже баллонного, но требует постоянного подъезда автовоза с криоцистерной и площадки под стационарный резервуар с соблюдением дистанций по безопасности. Для типовой фермы на 500-15000 кг рыбы, о которой идет речь в этой статье, обвязка под жидкий кислород почти всегда экономически неоправданна: генератор окупается быстрее и не зависит от графика поставок стороннего поставщика газа.
Садковая ферма на открытом водоеме теряет часть кислорода из подаваемой воды на рассеивание в толще, поэтому эффективность диффузора у садка обычно ниже, чем у компактного бассейна с направленным конусом, и запас на потери разумно брать по верхней границе, 25 процентов, а не по нижней. Зимовальный комплекс с низкой температурой воды и малой подвижностью рыбы формально требует меньше кислорода по нормативу, но именно зимой чаще случаются перебои электричества из-за нагрузки на сеть отопления в регионе, поэтому для зимовала аварийный баллонный резерв важнее, чем экономия на размере генератора. УЗВ с высокой степенью рециркуляции, где вода проходит через рыбу многократно за час, требует не столько мощного генератора, сколько равномерной подачи мелкими порциями по всей системе трубопроводов, иначе один мощный ввод кислорода в одной точке не решает проблему нехватки в дальнем от подачи бассейне.
Если генератор куплен под меньшую биомассу и сейчас не тянет расчетный пик, есть три рабочих варианта, а не только замена всего блока. Первый, докупить второй генератор меньшей производительности параллельно первому и объединить их на общий ресивер, это дешевле, чем менять исправную старшую модель на еще более старшую. Второй, снизить фактическую потребность за счет более эффективного конуса растворения, если сейчас стоит обычный диффузор с эффективностью 60-70 процентов, переход на конус с эффективностью 90 процентов снижает нужный кубаж генератора на ту же биомассу без единой новой единицы оборудования. Третий, временно перейти на комбинированную схему, генератор плюс баллонный кислород на самые острые часы пика, пока не будет смонтирован дополнительный блок, это дороже по расходникам, но не требует немедленной капитальной покупки.
Генератор кислорода зависит от электричества так же, как компрессор: пропало питание, встал адсорбер. Резервную линию на случай отключения света собирают отдельно, обычно на баллонном кислороде с клапаном, который открывается сам без участия человека, схема разобрана в статье аварийная подача кислорода без света. Генератор закрывает рабочий режим, баллон закрывает аварию.
PSA генератор на цеолитовом сите физически не может дать чистоту выше 95-96 процентов, остаток это в основном аргон и следы азота, которые не отделяются простым адсорбером без второй ступени очистки. Для рыбоводства эта разница не имеет практического значения: рыбе важна абсолютная концентрация растворенного кислорода в воде, а не химическая чистота газа, которым его туда доставили. Более чистый медицинский или технический кислород из баллона растворяется в воде ровно так же, как газ из генератора с чистотой 93-95 процентов, а переплата за более высокую степень очистки в рыбоводстве не окупается никаким измеримым эффектом.
Ротаметр на выходе генератора показывает расход самого газа, но не говорит напрямую, хватает ли кислорода рыбе в конкретном бассейне: между генератором и рыбой стоит еще диффузор или конус с собственной эффективностью растворения и часто разводка на несколько точек подачи. Отдельный контроль растворенного кислорода прямо в воде датчиком, а не тест-полоской, нужен именно в точке, наиболее удаленной от подачи, потому что там показатель падает раньше всего при недостатке производительности. Если тревога по низкому кислороду в дальней точке срабатывает регулярно в одно и то же время суток, обычно вечером после кормления, это почти всегда сигнал, что расчетного запаса на пик не хватает, а не разовая случайность, и решать это нужно пересчетом схемы, а не только докупкой еще одного диффузора на ту же точку.
Грубая прикидка: на каждую тонну товарной рыбы при 20 градусах закладывайте около 0,15-0,2 нм3/ч чистого кислорода с учетом пика и потерь на растворение. Для точного подбора модели все равно нужен полный расчет по формуле выше, прикидка годится только для первой оценки бюджета.
Считайте по самой требовательной группе: обычно это малек или период после нереста, у них расход на килограмм массы выше, чем у товарной рыбы. Берите норматив для той группы, которая будет в бассейнах одновременно с остальными в пиковый сезон.
Да, пересчет делают на плановую максимальную биомассу сезона, а не на текущую. Если поголовье растет в течение года, закладывайте расчет на итоговую массу перед отгрузкой, иначе к концу сезона генератор упрется в потолок производительности.
Через ротаметр на выходе линии и через контроль растворенного кислорода в воде прибором, а не тест-полоской, разбор способов измерения в статье чем мерить воду. Паспортная производительность подтверждается только измерением на месте, особенно после года работы адсорбера.
Для фермы с постоянной круглогодичной потребностью в чистом кислороде генератор почти всегда выигрывает за счет отсутствия платы за каждую заправку, полный разбор цены за кубометр по трем источникам с формулами приведен в статье про баллон, газификатор и концентратор. Баллон остается разумным выбором только как аварийный резерв или для маленькой сезонной фермы, где чистый кислород нужен считанные недели в год и покупка генератора не окупится за сезон.
Норматив расхода кислорода, приведенный в начале статьи, дан усредненно и без разбивки по видам, но на практике холодноводные лососевые вроде форели заметно требовательнее к концентрации растворенного кислорода, чем теплолюбивый карп или сом. Форель плохо переносит длительное падение растворенного кислорода ниже определенного порога и реагирует стрессом и снижением аппетита быстрее, чем карповые, которые эволюционно приспособлены к прудам, где кислород естественно колеблется в течение суток. Практический вывод для расчета генератора: если ферма держит форель или другую лососевую рыбу, коэффициент запаса на пик стоит брать по верхней границе диапазона 1,5-2, а не по нижней, даже если формальная биомасса и температура укладываются в общий норматив. Для карпа и сома, где естественная устойчивость к колебаниям кислорода выше, нижняя граница коэффициента запаса чаще оказывается достаточной, и это одна из немногих сторон расчета, где экономия на генераторе для карповой фермы объективно ниже риск, чем для форелевой.
В Аквастраже проверен канал температуры. Контроль питания, насоса и аэрации обсуждаем отдельно: сначала выбираем датчик и проверяем канал на площадке. Опишите один бассейн или узел, предложим состав бета-комплекта и смету.
Обсудить бета-комплект
Норматив расхода кислорода 0,1/0,06/0,04 мг на кг рыбы в секунду для малька, товарной рыбы и производителей при 20°C, рост расхода при отлове и пересадке: собственный разбор в статье кислород для форели и карпа.
Модельный ряд PSA генераторов O30, O60, O130, производительность, мощность и энергия на кубометр, плотность кислорода 1,43 кг на нормальный кубометр: собственный разбор в статье баллон или концентратор для УЗВ.
Ресурс молекулярного сита из цеолита 8-10 лет при сухом входном воздухе, срок службы клапанной группы 3-5 лет, потеря около 30 процентов ресурса сита на каждые 10 градусов роста точки росы входного воздуха, полный расчетный срок блока 10-15 лет: minnuogas.com, разбор наработки и ресурса узлов PSA генератора при круглосуточной работе.