خلفية المشروع وظروف الموقع

في نوفمبر 2020، تم تشغيل نظام التدفئة المركزية بالطاقة الشمسية في المدرسة الابتدائية المركزية في مقاطعة تيانزهو بمدينة وووي، مقاطعة قانسو، الصين. استبدل المشروع البنية التحتية السابقة للمدرسة التي تعمل بالفحم بنظام تدفئة يعمل بالطاقة الشمسية باستخدام مساحة 700 متر مربع منمجمعات الطاقة الشمسية ذات الألواح المسطحة.

تقع مقاطعة قانسو في المناطق الشمالية الغربية الباردة من الصين. تواجه مقاطعة تيانزهو فصول شتاء طويلة تتميز بدرجات حرارة تحت الصفر، وتقلبات كبيرة في درجات الحرارة خلال النهار، وشمسية قوية خلال النهار - وهو مزيج يخلق تحديًا هندسيًا وفرصة اقتصادية لتسخين المساحات بالطاقة الشمسية.

تطلبت المدرسة توفير تدفئة موثوقة في الفصول الدراسية والمكاتب والمساكن طوال موسم التدفئة الذي يستمر حوالي خمسة أشهر. كان النظام السابق القائم على الفحم يحمل معه تقلبات في تكلفة الوقود، ومشاكل في جودة الهواء داخل الحرم الجامعي، ومخاوف تتعلق بالسلامة من الحرائق في بيئة الأطفال، وزيادة الضغط التنظيمي بموجب إطار سياسة الصين المزدوجة لخفض الكربون.

الموقع، المناخ، وملامح الطلب على التدفئة

تقع مقاطعة تيانتشو على ارتفاع يزيد عن 2000 متر في سفوح جبال تشيليان. تتراوح درجات الحرارة المحيطة في فصل الشتاء عادةً إلى ما دون -15 درجة. ° C في الليل، بينما يظل الإشعاع الشمسي خلال النهار قويًا بسبب الارتفاع، وانخفاض نسبة الرطوبة، والسماء الصافية. هذا النمط ذو الإشعاع العالي ودرجة الحرارة المنخفضة يمثل العديد من المناطق الداخلية ذات المناخ البارد، حيث يكون التدفئة الحرارية الشمسية فعالة تقنياً ولكنها تتطلب هندسة دقيقة.

أنماط الإشغال في المدرسة - مع ارتفاع الطلب خلال ساعات الدراسة وتقليل الطلب ولكن ليس بالكامل أثناء الليل في المساكن - شكلت استراتيجية تحديد حجم النظام وتخزين الحرارة.

تصميم النظام: لماذا تُستخدم الألواح المسطحة لتدفئة المساحات؟

منطق اختيار المجمعات الحرارية للتدفئة المركزية في المناخات الباردة

تم اختيار مجمعات الألواح المسطحة لهذا المشروع بدلاً من مجمعات الأنابيب المفرغة. يعكس الأساس المنطقي للتصميم عدة اعتبارات على مستوى المشروع ذات صلة بأي مشترٍ يقوم بتقييم نظام مشابه.

تعمل حلقة التدفئة عند درجات حرارة إمداد معتدلة (عادةً أقل من 60 درجة). ° C لنقل الحرارة إلى المبرد أو المروحة)، حيث توفر الألواح المسطحة أداءً قويًا من حيث التكلفة لكل كيلوواط ساعة. توفر الألواح المسطحة أيضًا متانة ميكانيكية مناسبة للتركيبات على الأسطح المعرضة لتحمل أحمال الرياح العالية على المرتفعات. شكلها الموحد يبسط عملية التركيب، والختم، والصيانة طويلة الأمد في المباني المؤسسية حيث يكون جدولة الوصول محدودة.

للحصول على شرح أعمق لـأنواع مجمعات الألواح المسطحة، مبادئ العمل، ومعايير الاختيارراجع دليلنا الفني.

تحديد حجم منطقة التجميع ودمجها مع السقف

تم تحديد حجم مجموعة الألواح الشمسية التي تبلغ مساحتها 700 متر مربع بناءً على الحد الأقصى لحمل التدفئة في المدرسة، وبيانات الإشعاع الشتوية النموذجية للمنطقة، وسعة التخزين الحراري المتاحة. يختلف تحديد حجم نظام التدفئة المركزية بالطاقة الشمسية عن تحديد حجم نظام المياه الساخنة المنزلية: حيث أن الحمل مستمر لساعات طويلة، وفارق درجة الحرارة بين المدخل والمخرج مهم لكفاءة التوزيع، كما أن زيادة الحجم قد تخلق خطر الركود في الصيف الذي يجب إدارةه.

تم تركيب المجمعات على الأسطح المتاحة والواجهات الجنوبية، مع توجيهها وميلانها لتعظيم زوايا التجميع في فصل الشتاء. تم أخذ التحميل الهيكلي، ومقاومة الرياح، ومسارات الوصول للصيانة في الاعتبار عند تصميم تخطيط المصفوفة.

هيكل النظام والقرارات الهندسية الرئيسية

شبكة أنابيب مركزية ونظام توزيع حسب المناطق

يستخدم النظام بنية مركزية لجمع وتوزيع البيانات. يتم توصيل الحرارة عبر شبكة أنابيب معزولة إلى المباني الفردية. التوصيل المحدود المناطق يسمح للفصول الدراسية بالحصول على إنتاج كامل خلال ساعات الدراسة، بينما تقلل السكنات الجامعية الإنتاج ولكنها تستمر في العمل طوال الليل. تصميم المنطقة الواحدة قد يؤدي إما إلى ارتفاع درجة حرارة بعض الأماكن أو انخفاضها عن المستوى المطلوب - وهو عيب شائع في الأنظمة المؤسسية ذات المواصفات غير المحددة بشكل جيد.

استراتيجية التخزين الحراري لتغطية الاحتياجات أثناء الليل والأيام الملبدة بالغيوم

تم تصميم حجم التخزين لتوفير القدرة على التحمل طوال الليل في ظروف الشتاء العادية. تُغطَّى فترات الغيوم الطويلة التي تتجاوز سعة التخزين بواسطة نظام احتياطي مساعد، مما يضمن عدم تعرض المدرسة لانقطاع التدفئة بغض النظر عن حالة الطقس.

هذا النظام المدمج للتخزين والنسخ الاحتياطي هو المعيار القياسي للتدفئة الشمسية في المؤسسات في المناخات الباردة. يجب على المشترين الذين يقيمون مشاريع مماثلة أن يطلبوا من المصنعين معرفة نسبة التخزين إلى المجمع، ونوع الوقود الاحتياطي، والجزء المتوقع من الطاقة الشمسية (النسبة المئوية للطلب السنوي على التدفئة التي يتم تلبيتها بواسطة الطاقة الشمسية وحدها مقابل الوقود الاحتياطي).

منطق التحكم الذكي

نظام التحكم الآلي يدير دوران حلقة التجميع، وشحن وتفريغ التخزين، وتوزيع الطاقة بين المناطق، وتفعيل نظام الطاقة الاحتياطي. بدون التحكم الذكي، فإن نظام التدفئة الشمسية الكبير إما يهدر الحرارة المجمعة، أو يُفعّل نظام الدعم الاحتياطي مبكرًا جدًا، أو يسمح لبعض المناطق بتجاوز نقاط الضبط المحددة.

يجب على المشترين التأكد من أن أي نظام مقترح يتضمن منطق تحكم مثبت الفعالية - وليس مجرد أجهزة. اطلب معرفة طراز وحدة التحكم، وبروتوكول الاتصال، وقدرة المراقبة عن بُعد.

النتائج التشغيلية بعد عدة مواسم تسخين

لقد عمل النظام خلال عدة مواسم تدفئة كاملة منذ تشغيله في نوفمبر 2020. فيما يلي ملخص لنتائج الأداء الموثقة.

قابلية التكرار: ما الذي يجعل هذا النموذج قابلاً للنقل؟

شروط مناسبة لمشاريع مشابهة

يناسب نموذج المشروع هذا المواقع التي تتميز بالخصائص التالية: إشعاع شمسي شتوي قوي (مناطق ذات مناخ السماء الصافية، أو المرتفعات العالية، أو المناطق الباردة ذات خطوط العرض المنخفضة)، توزيع تدفئة بدرجة حرارة معتدلة (أرضيات مشعة، أو وحدات تبريد بالمراوح، أو مشعات منخفضة الحرارة)، مبانٍ مؤسسية ذات جداول إشغال يمكن التنبؤ بها، توفر مساحة تجميع مواجهة للجنوب تتناسب مع مساحة الأرضية المدفأة، وموسم تدفئة طويل بما يكفي لتبرير الاستثمار الرأسمالي.

المدارس والمستشفيات والمباني الحكومية والمنشآت العسكرية ومساكن العمال في المناطق الباردة ولكن المشمسة هي من الخيارات الطبيعية.

حيث لا ينطبق هذا النموذج

التدفئة المركزية بالطاقة الشمسية ليست حلاً عالمياً. المواقع ذات الإشعاع الشمسي المنخفض جدًا في فصل الشتاء (المناطق ذات الإحداثيات العلوية والمناخات الغائمة)، أو التي تتطلب درجات حرارة إمداد عالية جدًا، أو التي لا تملك مساحة تجميع كافية، ستؤدي إلى نسب شمسية منخفضة واقتصادات ضعيفة. في هذه الحالات، قد يساهم نظام الطاقة الحرارية الشمسية كمرحلة تسخين أولية بدلاً من كونه مصدر الحرارة الأساسي.

ما الذي يجب على المشترين تقييمه قبل تحديد نظام مشابه

للحصول على إرشادات أكثر تعمقًا حولاستراتيجيات الحماية من التجمد، إدارة الجليكول، وأفضل الممارسات في أنظمة الطاقة الشمسية الحرارية في المناخات الباردة، يُرجى الاطلاع على مرجعنا الفني.

الأسئلة الشائعة