مشروع تسخين المياه بالطاقة الشمسية في مدرسة هويمين الإعدادية رقم 3 بمقاطعة شاندونغ

مشروع تسخين المياه بالطاقة الشمسية في مدرسة هويمين الإعدادية رقم 3 في مقاطعة شاندونغ

أولاً: خلفية المشروع: مواءمة احتياجات المعيشة في الحرم الجامعي مع التنمية الخضراء

باعتبارها مدرسة إعدادية عامة رئيسية في مقاطعة هويمين، تُعنى مدرسة شاندونغ هويمين رقم 3 الإعدادية بتلبية احتياجات التدريس والمعيشة لحوالي 3000 مُعلم وطالب، يُمثل الطلاب الداخليون أكثر من 60% منهم. يرتبط توفير الماء الساخن يوميًا ارتباطًا مباشرًا بضمانات المعيشة الأساسية، مثل غسل الطلاب يوميًا وتنظيف المقصف. في السابق، اعتمدت المدرسة لفترة طويلة على غلايات تعمل بالغاز لتوفير الماء الساخن، الأمر الذي لم يُواجه فقط مشاكل ارتفاع تكاليف شراء الغاز وعدم استقرار الإمداد خلال فترة التدفئة الشتوية، بل فشل أيضًا في تلبية توجهات سياسة تطوير الحرم الجامعي الأخضر في سياق "الكربون المزدوج" (ذروة الكربون والحياد الكربوني) بسبب انبعاثات الاحتراق.

في عام ٢٠٢٣، أطلق مكتب التعليم والرياضة في مقاطعة هويمين حملة خاصة لبناء "حرم جامعي أخضر"، مطالبًا المدارس الابتدائية والثانوية، بالإضافة إلى المدارس المهنية الثانوية، بإعطاء الأولوية للطاقة المتجددة لتلبية احتياجاتها من الطاقة لأغراض المعيشة. وقررت مدرسة هويمين الإعدادية رقم ٣، من خلال الجمع بين استهلاكها للمياه وتصميم مبناها، تنفيذ مشروع تسخين المياه بالطاقة الشمسية، الذي لا يستجيب فقط لدعوات السياسات المحلية، بل يُخفّض أيضًا تكلفة إمدادات المياه الساخنة بشكل كبير ويُحسّن استقرار الخدمة، مما يُهيئ بيئة معيشية أفضل للمعلمين والطلاب في الحرم الجامعي. بدأ المشروع في النصف الثاني من عام ٢٠٢٣، وبدأ تشغيله رسميًا في أوائل عام ٢٠٢٤، ليصبح أول مشروع واسع النطاق لتسخين المياه في الحرم الجامعي في مقاطعة هويمين يعتمد على "الطاقة الشمسية كمصدر رئيسي وطاقة مساعدة كمصدر إضافي".

ثانيًا: حجم المشروع الأساسي: تلبية الطلب اليومي للحرم الجامعي، والذي يبلغ 180 طنًا من الماء الساخن بدقة

1. المعايير الأساسية وسيناريوهات التغطية

يبلغ حجم التصميم الأساسي للمشروع 180 طنًا من الماء الساخن يوميًا، مع ضبط درجة حرارة الماء الساخن بشكل ثابت عند 55-60 درجة مئوية (مما يُلبي متطلبات درجة حرارة الماء الساخن المنزلي في الحرم الجامعي وفقًا للمعيار الوطني "للصحة الصحية لمياه الشرب"). ويمكن أن يُغطي المشروع ثلاثة سيناريوهات رئيسية بشكل كامل:

استخدام المياه في السكن الطلابي: يخدم أكثر من 2200 طالب داخلي، مع طلب يومي يبلغ 110 طن (محسوبًا على أساس 50 لترًا من الماء الساخن لكل طالب يوميًا)، وهو ما يمثل 61% من إجمالي العرض؛

استخدام المياه اللوجستية للكافيتريات: تلبية احتياجات تنظيف أدوات المائدة والمعالجة المسبقة للأغذية في 3 كافيتريات، مع استهلاك يومي للمياه يبلغ 40 طنًا، وهو ما يمثل 22٪؛

استخدام المياه في المباني والمكاتب التعليمية: تغطية احتياجات النظافة والطوارئ المائية في مكاتب المعلمين والفصول الدراسية متعددة الأغراض، حيث يبلغ استهلاك المياه اليومي 30 طناً بنسبة 17%.

2. تصميم تخطيط النظام والقدرة الإنتاجية

لتحقيق هدف التزويد البالغ 180 طنًا يوميًا، يعتمد المشروع على نظام "تجميع حراري مركزي + تخزين حراري موزع": رُكبت 300 مجموعة من المجمعات الشمسية المسطحة (بمساحة تجميع حراري تبلغ 2.5 متر مربع لكل مجموعة، ومساحة تجميع حرارية إجمالية تبلغ 750 مترًا مربعًا) على أسطح المباني التعليمية على الجانبين الشرقي والغربي للملعب الرياضي المدرسي، مُزودة بأربعة خزانات مياه ساخنة معزولة، سعة كل منها 50 مترًا مكعبًا (بسعة تخزين حرارية إجمالية تبلغ 200 متر مكعب، مع احتياطي احتياطي للطوارئ بنسبة 10%). يراقب نظام ذكي للتحكم في درجة الحرارة درجة حرارة الماء ومستوى الماء في الخزانات آنيًا. في حال عدم كفاية تجميع الحرارة الشمسية، تُفعّل مضخات الحرارة الهوائية (نوع التدفئة الكهربائية غير المباشرة، والمتوافقة مع معايير الكهرباء الآمنة في الحرم الجامعي) تلقائيًا للتدفئة الإضافية، مما يضمن إمدادًا مستقرًا ومناسبًا حتى في الأجواء الممطرة أو الغائمة الشديدة.

ثالثًا. المزايا الأساسية للمشروع: حلول مُستهدفة لمشاكل إمدادات المياه الساخنة في الحرم الجامعي

1. مزايا كبيرة في توفير الطاقة وخفض التكاليف، مما يخفف العبء التشغيلي على المدارس

بالمقارنة مع الغلايات التقليدية التي تعمل بالغاز، يقلل المشروع تكاليف التشغيل بنسبة 72٪: بناءً على سعر السوق للغاز الطبيعي في مقاطعة هويمين (3.8 يوان للمتر المكعب)، تحتاج الغلايات التي تعمل بالغاز إلى استهلاك 2880 مترًا مكعبًا من الغاز الطبيعي لإنتاج 180 طنًا من الماء الساخن يوميًا، بتكلفة يومية تبلغ 10944 يوانًا؛ بينما يتطلب نظام تسخين المياه بالطاقة الشمسية فقط الدفع اليومي لاستهلاك الكهرباء الإضافي لمضخات الحرارة الهوائية (حوالي 800 كيلوواط ساعة، بسعر كهرباء 0.56 يوان لكل كيلوواط ساعة) ورسوم صيانة المعدات، بإجمالي تكلفة يومية أقل من 3000 يوان. وهذا يوفر للمدرسة أكثر من 2.8 مليون يوان في النفقات السنوية. وفي الوقت نفسه، يتمتع النظام بعمر خدمة يبلغ 15 عامًا وفترة استرداد استثمار تبلغ 3.5 سنوات فقط، مما يتميز بفوائد اقتصادية طويلة الأجل بارزة.

2. التكنولوجيا المُكيّفة مع سيناريوهات الحرم الجامعي، وتحقيق التوازن بين السلامة والراحة

استهدافًا لخصائص استخدام المياه في الحرم الجامعي - "الطلب المرتفع خلال ساعات الذروة والطلب المستقر خلال ساعات غير الذروة" - قام المشروع بثلاثة تصميمات مستهدفة:

تحسين إمدادات المياه في ساعات الذروة: خلال فترات الذروة الثلاث لاستخدام المياه (6:00-8:00 صباحًا، 11:30-13:30 ظهرًا، ومن 18:00-22:00 مساءً)، يتم استخدام مضخات المياه ذات التردد المتغير لزيادة ضغط إمدادات المياه، مما يضمن عدم وجود ضغط مياه غير كافٍ عندما تستخدم 6 مباني سكنية و3 مقاصف المياه في وقت واحد؛

ترقية حماية السلامة: تم تجهيز خزانات تخزين الماء الساخن بصمامات فيض مزدوجة وأنظمة ترشيح جودة المياه، والتي تكتشف تلقائيًا صلابة المياه ومؤشرات البكتيريا شهريًا لتجنب تراكم الترسبات والنمو الميكروبي، مما يضمن صحة المعلمين والطلاب أثناء استخدام المياه؛ يتم تركيب حوامل مانعة للسقوط للمجمعات، ويتم تغليف خطوط الأنابيب في السقف بعزل حراري من القطن وألواح الألومنيوم لمنع التجمد والتشقق في الشتاء والاتصال العرضي من قبل الطلاب؛

إدارة ذكية ومريحة: يُمكن لقسم اللوجستيات المدرسية التحقق فورًا من إنتاج الماء الساخن، ومستوى خزان المياه، وحالة تشغيل المعدات عبر منصة إدارة متنقلة. تُفعّل الأعطال تنبيهات الإنذار تلقائيًا، مما يُغني عن الحاجة إلى العمل اليدوي على مدار الساعة، ويُقلل من تكاليف الإدارة.

رابعًا. قيمة تنفيذ المشروع: من "ضمان سبل العيش" إلى "تمكين التنمية"

إن تنفيذ مشروع تسخين المياه بالطاقة الشمسية في مدرسة هويمين رقم 3 المتوسطة في شاندونغ لا يحل مشكلة إمدادات المياه الساخنة في الحرم الجامعي التي طال أمدها فحسب، بل يحقق أيضًا ترقية ثلاثية القيمة: أولاً، من حيث القيمة الاقتصادية، فإنه يقلل بشكل كبير من تكاليف تشغيل المدرسة، ويتم استثمار الأموال الموفرة في تحديث معدات التدريس وتدريب المعلمين؛ ثانيًا، من حيث القيمة البيئية، فإنه يمارس مفهوم الحرم الجامعي الأخضر بإجراءات ملموسة، مما يوفر نموذجًا لتطبيق الطاقة المتجددة في نظام التعليم الإقليمي؛ ثالثًا، من حيث القيمة التعليمية، فإنه يحول المشروع إلى حاملة للتعليم البيئي، وزراعة وعي الطلاب بانخفاض الكربون والمحو الأمية العلمية.