تم استبدال نظام التدفئة التقليدي الكهربائي في مبنى المكاتب الخاص بمنجم الفحم الذي تبلغ مساحته 24,000 متر مربع في مدينة يولين بمقاطعة شانشي بالصين، بنظام يجمع بين جهاز تجميع الطاقة الشمسية ومضخة حرارية لتوفير التدفئة. تم تشغيل هذا النظام في عام 2021، وهو يضمن درجات حرارة داخلية مستقرة خلال فصول الشتاء القاسية، كما يوفر 300,000 كيلوواط ساعة من الكهرباء سنويًا، وقد تم استرداد تكلفة الاستثمار بالكامل خلال أربع سنوات. تقدم هذه الدراسة التقنية تفاصيل عن التصميم الفني للنظام والمنهجية المستخدمة في تطبيقه في المناخات الباردة، بالإضافة إلى النتائج الفعلية المحققة، وهي معلومات مفيدة للمشترين الذين يفكرون في شراء أنظمة مماثلة للاستخدام في المباني الصناعية أو التجارية الكبيرة.

لماذا تحتاج مرافق تعدين الفحم إلى بدائل لنظام التدفئة بالطاقة الشمسية؟

تواجه عمليات تعدين الفحم في شمال الصين تناقضًا خاصًا فيما يتعلق باستخدام الفحم لأغراض التدفئة. فهذه المنشآت تقع فوق موارد وفيرة من الوقود الأحفوري، لكن استخدام الفحم لأغراض التدفئة يخضع لقيود متزايدة بموجب السياسات الوطنية الرامية إلى تقليل الانبعاثات الكربونية. تساعد أنظمة التدفئة الكهربائية في حل مشكلة الانبعاثات على المستوى المحلي، لكنها تتسبب في تكاليف تشغيلية باهظة، خاصة بالنسبة للمباني التي تزيد مساحتها عن 10,000 متر مربع، وفي المناطق التي تمتد فيها مواسم التدفئة من 4 إلى 5 أشهر، وحيث تنخفض درجات الحرارة الجوية بشكل دائم إلى أقل من -15 درجة مئوية.

تمثل منطقة يولين في مقاطعة شانشي هذا التحدي بوضوح شديد. كونها واحدة من أكبر المناطق المنتجة للفحم في الصين، تواجه الشركات المحلية ضغوطًا لإثبات التزامها بالمعايير البيئية مع الحفاظ في الوقت نفسه على استمرارية عملياتها التشغيلية. يتم التخلص تدريجيًا من المراجل التقليدية التي تعمل بالفحم، بينما تعتبر أنظمة التدفئة الكهربائية النقية، رغم كونها نظيفة أثناء الاستخدام، مكلفة من الناحية الاقتصادية، حيث تزداد تكاليفها بشكل متناسب مع مساحة المبنى، وفي المناخات الباردة، قد تتجاوز هذه التكاليف ما يعتبره العديد من المشغلين الصناعيين مقبولًا.

هذا يفتح الباب أمام استخدام أنظمة الطاقة الشمسية الحرارية المدمجة مع مضخات الحرارة، وهو تصميم يستفيد من الإشعاع الشمسي المجاني خلال ساعات النهار، بينما تستخدم تقنية مضخات الحرارة لسد الفجوة خلال الأيام الغائمة والليل. السؤال الهندسي هو ما إذا كانت مثل هذه الأنظمة قادرة على توفير حرارة موثوقة على نطاق واسع، خاصة في المباني التي مساحتها تزيد عن 20,000 متر مربع، وفي المناخات التي تشهد درجات حرارة تصل إلى -20 درجة مئوية بشكل متكرر.

نطاق المشروع: مبنى مكاتب بمساحة 24,000 متر مربع في مدينة يولين، مقاطعة شانشي

موقع المشروع هو مجمع إداري لمنجم الفحم في مدينة يولين، ويتكون من مناطق مكتبية وقاعات اجتماعات ومرافق للموظفين، بإجمالي مساحة تبلغ 24,000 متر مربع. تم تشغيل النظام في عام 2021.

كان الهدف من المشروع توفير تدفئة كاملة لكامل المساحة التي تبلغ 24,000 متر مربع، مع الحفاظ على درجات حرارة داخلية تتراوح بين 18 و22 درجة مئوية طوال موسم التدفئة، وفي الوقت نفسه تحقيق انخفاضات كبيرة في استهلاك الكهرباء وانبعاثات الكربون مقارنة بنظام التدفئة الكهربائي الخالص السابق.

التصميم التقني: كيف يعمل نظام توصيل مضخة الحرارة الشمسية

يستخدم النظام هندسة مزدوجة المصادر تجمع بين مواد عالية الجودة من الطراز الهندسي.مجمعات الطاقة الشمسية ذات الألواح المسطحةباستخدام مضخات الحرارة التي تعمل بالهواء. لا تعمل أي من هاتين التقنيتين بشكل منفصل؛ فطريقة عملهما تعتمد على التبديل الذكي بين الوضع الأساسي القائم على الطاقة الشمسية والوضع الأساسي القائم على مضخة الحرارة، وذلك بناءً على الظروف الفعلية في الوقت الحقيقي.

مجمعات ألواح التجميع المسطحة المصممة هندسيًا

تستخدم هذه المجموعات ألواحاً مسطحة كبيرة الحجم مصممة خصيصاً للاستخدام في المشاريع التجارية. على عكس الألواح المستخدمة في المنازل، تتميز هذه الألواح بمساحات امتصاص أكبر (تزيد عن 10 مترات مربعة لكل وحدة)، بالإضافة إلى قنوات تدفق داخلية مصممة بشكل خاص، وهيكل معماري متين قادر على تحمل الأحمال الناتجة عن الرياح الشديدة الموجودة في هضاب شمال الصين.

تم اختيار أجهزة التجميع ذات الألواح المسطحة بدلاً من الأنابيب المجوفة لهذا الغرض لعدة أسباب. في البيئات ذات الرياح القوية، تتميز ألواح التجميع المسطحة بمستوى أعلى من الاستقرار ومخاطر أقل للتلف الميكانيكي. كما أن تصميمها المعياري يسمح بترتيبها بطريقة متسلسلة أو متوازية، مما يسهل عملية التوازن الهيدروليكي في المجموعات الكبيرة. بالإضافة إلى ذلك، فإنها تتحمل الظلال الجزئية وتقلبات درجات الحرارة دون أن تتعرض لمخاطر التدهور الناتجة عن أعطال الختم الفراغي، كما يحدث في أجهزة التجميع ذات الأنابيب المجوفة بعد أكثر من 15 عامًا من الاستخدام.

تقوم مجموعة التجميع هذه بتسخين خليط من الجليكول والماء، وهذا الخليط ينقل الطاقة الحرارية إلى نظام التخزين الاحتياطي. بعد ذلك، يتم توزيع الحرارة على المبنى عن طريق دائرة هيدروليكية تقليدية.

مضخة حرارة تعمل بالهواء كأداة مساعدة

توفر مضخات الحرارة ذات المصدر الهوائي تدفئة إضافية عندما يكون تجميع الطاقة الشمسية غير كافٍ، وذلك في الأيام الغائمة أو في ساعات الصباح المبكرة أو خلال فترات البرد الشديد. تعمل هذه المضخات بمعامل أداء يزيد بشكل كبير عن 1.0، مما يعني أنها تنتج طاقة حرارية أكبر مما تستهلكه من طاقة كهربائية. حتى في درجة حرارة البيئة تبلغ -20 درجة مئوية، تحافظ مضخات الحرارة ذات المصدر الهوائي الحديثة على قيم معامل أداء مقبولة (على الرغم من أنها تكون أقل مقارنة بدرجات الحرارة الأعلى).

الميزة الاقتصادية مقارنةً بأنظمة التدفئة الكهربائية البحتة كبيرة للغاية: فأنظمة مضخات التدفئة تستهلك ما بين ربع إلى ثلث الكمية الكهربائية التي تحتاجها أنظمة التدفئة بالمقاومة المباشرة لتحقيق نفس الكمية من الحرارة.

منطق تبديل الوضع الذكي

هندسة المناخ البارد: الحفاظ على مستوى الحرارة الناتجة أقل من -20 درجة مئوية

لتحقيق أداء موثوق به عند درجة حرارة تبلغ -20 درجة مئوية، من الضروري اتخاذ خيارات هندسية محددة تتجاوز الممارسات القياسية في مجال التسخين الشمسي.

قياس نتائج المشروع بعد تنفيذه

توفير الطاقة وخفض التكاليف

يوفر هذا النظام 300,000 كيلوواط ساعة من الكهرباء سنويًا مقارنة بنظام التدفئة الكهربائي القديم. وباستخدام أسعار الكهرباء التجارية المحلية، فإن هذا يعني توفير تكاليف تشغيل سنوية تقدر بحوالي 250,000 يوان صيني (أي ما يعادل تقريبًا 35,000 دولار أمريكي). كما أن هناك انخفاضًا في كمية الفحم المستهلكة سنويًا بمقدار حوالي 100 طن.

من المتوقع أن تبلغ التوفيرات التراكمية في تكاليف الكهرباء على مدار الفترة الزمنية التي تبلغ 15 عامًا، وهي الفترة المخططة لعمل النظام، حوالي 3.75 مليون يوان صيني (أي ما يعادل تقريبًا 520 ألف دولار أمريكي). أما فترة استرداد التكاليف الاستثمارية، والتي تم حسابها على أساس التوفيرات التي تم تحقيقها في السنة الأولى مقارنة بتكلفة النظام بأكمله، فقد تم تحقيقها في غضون أربع سنوات.

مدة استرداد التكاليف التي تبلغ أربع سنوات تعتبر ملحوظة بالنسبة لأنظمة التدفئة التجارية. للمقارنة، فإن العديد من المشاريع التجارية المعتمدة على تقنيات الطاقة الشمسية الكهروضوئية في الأسواق المواتية تحقق استرداد التكاليف خلال فترة تتراوح بين 5 و8 سنوات. إن التزامن بين الفائدة الكبيرة المترتبة على استخدام الطاقة الكهربائية، ووفرة موارد الطاقة الشمسية، بالإضافة إلى كفاءة أجهزة ضخ الحرارة، كلها عوامل ساهمت في تقليل مدة استرداد التكاليف بشكل كبير في مشروع يولين.

تأثير تقليل انبعاثات الكربون

انخفاض الانبعاثات السنوية لثاني أكسيد الكربون: 644 طنًا. تم حساب هذا الرقم استنادًا إلى عامل الانبعاثات الخاص بشبكة الكهرباء في مقاطعة شانشي، وهو رقم يعكس الكثافة الفعلية للكربون الناتج عن توليد الطاقة. على عكس المراجل التي تعمل بالفحم، فإن هذا النظام لا ينتج أي ملوثات هوائية محلية، سواء كان ثاني أكسيد الكبريت أو الجسيمات الدقيقة أو أكاسيد النيتروجين في موقع التشغيل. بالنسبة للمنشآت التي تخضع لتدقيقات الامتثال البيئي، فإن القضاء على الانبعاثات الناتجة عن عمليات الاحتراق المحلية يقلل أيضًا من المخاطر التنظيمية.

ما الذي يمكن لمشتري الخدمات بين الشركات أن يتعلموه من هذا المشروع؟

توفر هذه الحالة رؤى قابلة للتطبيق من قبل المشترين عند تقييم الأنظمة المركبة التي تجمع بين مضخات الحرارة الشمسية وأنظمة التدفئة، بغض النظر عما إذا كان الاستخدام في مناجم الفحم أو مجمعات المصانع أو مراكز اللوجستيات أو مجموعات المباني التجارية.

معايير اختيار الأنظمة لأنظمة التدفئة التجارية الكبيرة

مساحة المبنى وحدها لا تحدد تصميم النظام. العوامل الأساسية التي يجب أخذها في الاعتبار هي: حاجة التدفئة لكل متر مربع (والتي تعتمد على جودة العزل الحراري، واتجاه المبنى، والحرارة الداخلية الناتجة)، شدة المناخ المحلي (عدد أيام الحرارة اللازمة للتدفئة)، توافر موارد الطاقة الشمسية (كيلوواط ساعة لكل متر مربع سنوياً على مستوى أجهزة التجميع الشمسية)، تكلفة الكهرباء، والفترة الزمنية المقبولة لاسترداد التكاليف.

اطلبوا من أي مورد محتمل للأنظمة ما يلي: نموذج حراري يوضح النسبة المتوقعة للطاقة الشمسية شهريًا، واستهلاك الكهرباء المتوقع لمضخات التدفئة في ظروف الاستخدام العادية، بالإضافة إلى حساب واضح لفترة استرداد التكاليف مع ذكر الافتراضات المستخدمة في هذا الحساب.

تقييم قدرات مهندسي الموردين

تتجاوز قيمة المورد في هذا النوع من المشاريع مجرد مبيعات الألواح الشمسية. يجب أن يوفر المورد الموثوق به لأنظمة التدفئة المزودة بمضخات حرارية شمسية ما يلي:

إذا كان المورد يمكنه فقط تقديم أسعار الألواح فقط دون القدرة على مناقشة هندسة النظام بأكمله، فإن عرضه غير كامل بالنسبة لهذه الفئة من التطبيقات. يجب البحث عن الشركات المصنعة التي تفهم كامل العملية، بدءًا من اختيار أجهزة التجميع وحتى تشغيل النظام بشكل كامل. للحصول على إطار تقييم مفصل لعمليات الشراء، راجع دليلنا…كيفية اختيار شركة مصنعة لأجهزة التجميع للمشاريع التجارية.

القدرات الهندسية لشركة “سوليتكس” في مشاريع التدفئة الشمسية التجارية

قامت شركة “شاندونغ سولتكس لتقنيات الطاقة الشمسية المحدودة” بتوفير الخدمات الهندسية اللازمة.أجهزة جمع الطاقة ذات الألواح المسطحةتم استخدام مجموعات جمع الغبار ذات الحجم الكبير من سلسلة EFPC في مشروع منجم الفحم هذا في مدينة يولين. تم اختيار هذه المجموعات بسبب تصميمها الذي يسمح بتدفق الهواء بشكل فعال، وملاءمتها الهيكلية للبيئات ذات الرياح القوية، بالإضافة إلى خصائصها العالية في كفاءة التحويل الحراري.

لقد قامت شركة “سولتكس” بتركيب أنظمة مماثلة في العديد من المشاريع الكبيرة في الصين، ومن ضمنها مشروع تدفئة شمسية مركزية في منطقة شيغاتسي بالتبت، بمساحة 107,000 متر مربع، وهو أحد أعلى المشاريع الشمسية من حيث الارتفاع في العالم، بالإضافة إلى مشروع تدفئة مدارس في مدينة تيانجين يستخدم فيه نظام “TPV Pro +” لمضخات الحرارة.

بالنسبة للمشترين الدوليين في قطاع B2B، تعمل شركة Soletks كمصنع مباشر مقره في مدينة ديتشو، بمقاطعة شاندونغ، وتمتلك القدرات الهندسية والإنتاجية اللازمة لتلبية متطلبات الشركات المصنعة للمكونات الأصلية أو التصميمات الخاصة، بالإضافة إلى تلبية المواصفات المخصصة وتقديم الاستشارات المتعلقة بكل مشروع على حدة. تحمل الشركة شهادات Solar Keymark، بالإضافة إلى شهادات أنظمة الإدارة ISO 9001 وISO 14001 وISO 45001. اكتشف المزيد…جامع حراري شمسي تجارينطاق البيانات الخاصة بكل نموذج على حدة.

الأسئلة الشائعة