Chinese
English
Español
Francés
Deutsch
Русский
Português
日本語
한국어
Italiano
نظام تسخين المياه بالطاقة الشمسية بقدرة 15 طنًا/يومًا لمدرسة شيان الثانوية رقم 4 - تحديث طاقة الحرم الجامعي القابل للتكرار
نظام تسخين المياه بالطاقة الشمسية بقدرة 15 طنًا/يومًا لمدرسة شيان الثانوية رقم 4 - تحديث طاقة الحرم الجامعي القابل للتكرار
نظام تجميع الطاقة الشمسية المفرغ من أنبوب على شكل حرف U يغطي حوالي 60% من حمل الماء الساخن السنوي لـ 15 طنًا/يومًا، مما يقلل ما يقدر بأكثر من 100 طن من ثاني أكسيد الكربون سنويًا ويثبت إمدادات الذروة المسائية لمساكن الطلاب.
خلفية المشروع
مدرسة شيان رقم 4 الثانوية هي مدرسة ثانوية عامة في وسط شيان تضم عددًا كبيرًا من الطلاب الذين يستخدمون المهاجع ومطابخ المقاصف والمرافق الرياضية. قبل التعديل التحديثي، اعتمدت المدرسة على تسخين المياه التقليدية بالغاز أو الكهرباء لتلبية الطلب اليومي على الماء الساخن الذي يبلغ حوالي 15 طنًا. كان الدافع وراء المشروع ضغوطان هيكليتان: ارتفاع تكاليف التشغيل خلال موسم التدفئة، والحرم الجامعي الأخضر الأكثر صرامة والأهداف المزدوجة الكربون عبر المباني العامة الصينية.
لماذا تعتبر هذه الحالة مهمة لمشاريع الحرم الجامعي المماثلة:15 طنًا/يومًا هي حمولة مدرسية متوسطة الحجم نموذجية. يمكن الرجوع مباشرة إلى الرياضيات الحرارية، ومنطق الحمل الأقصى، وتحجيم مجمع الأنابيب على شكل حرف U في هذه الحالة لأي مشروع سكن أو مقصف بطاقة إنتاجية تتراوح من 8 إلى 25 طن/يوم في المناطق المناخية بشمال الصين (محرك الأقراص الثابتة > 2000).
التحديات قبل التحديثية
من خلال العمل من حمولة تبلغ 15 طنًا/يومًا مع درجة حرارة مدخل شتوية تبلغ 10 درجات مئوية ودرجة حرارة توصيل تبلغ 55 درجة مئوية، يصل الطلب الحراري الشهري للمدرسة إلى حوالي 23,550 كيلووات في الساعة. هذا الرقم يدفع كل نقطة ألم أدناه.
ارتفاع فاتورة الطاقة الشهرية
إذا تم تسخينه كهربائيا يصل الاستهلاك الشهري~ 25000 كيلووات ساعة، التكلفة15,000-22,000 يوان صينياعتمادا على تعريفات وقت الاستخدام. يستهلك سيناريو غلاية الغاز~2,900-3,050 متر مكعب/شهرمع تكلفة تتراوح6,200-10,200 يوان صيني.
إمدادات الشتاء غير مستقرة
تنخفض درجة حرارة مدخل شيآن في فصل الشتاء إلى 10 درجات مئوية أو أقل، مما يؤدي إلى اتساع نطاق ارتفاع درجة الحرارة من 30 درجة مئوية في الصيف إلى 45 درجة مئوية + في الشتاء. تفقد الأنظمة أحادية المصدر كفاءتها وتفشل في كثير من الأحيان في الحفاظ على درجة حرارة 55 درجة مئوية عند المنفذ خلال ساعات الذروة في المهجع.
ضغط الحمل الأقصى المسائي
60-70% من الماء الساخن يومياً~9-10.5 طن) يتم استهلاكه خلال فترة 5 ساعات (18:00–23:00). يمكن أن يتجاوز التدفق الذروة في الساعة3 طن/ساعةوكشف الخزانات الصغيرة الحجم والسخانات بطيئة الاستجابة.
ضغط الكربون والامتثال
توليد التدفئة الكهربائيةحوالي 171 طناً من ثاني أكسيد الكربون لكل سنةتولد المدافئ الغازية…حوالي 75 طناً من ثاني أكسيد الكربون سنوياًكلا الرقمين يتعارضان بشكل مباشر مع مؤشرات الأداء الرئيسية للحرم الجامعي الأخضر، وكذلك مع متطلبات التقارير المتعلقة بانبعاثات الكربون على مستوى المقاطعة.
نظرة عامة على الحل
صممت شركة SoletkSolar نظاماً هجيناً يجمع بين الطاقة الشمسية الحرارية والكهربائية: حيث تقوم أنابيب على شكل حرف “U” مجهزة بأنظمة تفريغ الهواء بتولي عملية جمع الطاقة الشمسية أثناء النهار، بينما يقوم خزان تخزين معزول بتخزين الحرارة المجمعة مسبقاً لاستخدامها أثناء ذروة الطلب في المساء. كما يعمل النظام الكهربائي الاحتياطي على تغطية الأيام الغائمة أو الفترات التي يقل فيها توليد الطاقة الشمسية. تعطي منطقية التصميم الأولوية لاستقرار تزويد الطاقة أثناء ذروة الطلب، بدلاً من زيادة نسبة الطاقة الشمسية المستخدمة، وهو اختيار مقصود تم اتخاذه خصيصاً للاستخدام في الحرم الجامعي.
استخدام الطاقة الشمسية كمصدر طاقة أساسي، وليس كبديل كامل لمصادر الطاقة الأخرى.
تم تصميم النظام بحيث يلبي 60% من الطاقة الشمسية السنوية المطلوبة. يقوم النظام بعملية التسخين المسبق أثناء النهار، بينما يعوض النظام الكهربائي الاحتياطي النقص في أيام الشتاء الغائمة. هذا يتجنب الخطأ الشائع المتمثل في تصميم أجهزة التجميع بحجم أكبر من اللازم لتلبية 100% من الاحتياجات، والذي يؤدي إلى زيادة التكاليف الأولية وفشل النظام أثناء الأسابيع المتواصلة الغائمة.
أنبوب على شكل حرف "U" مضغوط تحت ضغط، موضوع فوق أنبوب حراري.
أنابيب التجميع من نوع “يو-تيوب” تعمل تحت ضغط، وتتناسب بشكل كامل مع ضغط المياه الخاص بالبلديات، كما أنها تتحمل مخاطر التجمد في فصل الشتاء في مدينة شيان بفضل السائل المستخدم لمنع التجمد. تم رفض البدائل المعتمدة على أنابيب التدفئة بسبب ارتفاع تكلفة أعطال كل أنبوب على حدة في البيئات المدرسية، حيث تكون إمكانيات الصيانة في تلك الأماكن محدودة.
نسبة الخزان إلى الحمولة هي 1:1
تم تجهيز خزانات تخزين عازلة وزنها 15 طنًا بحيث تلبي الطلب اليومي البالغ 15 طنًا. هذا الحل يفصل بين وقت جمع الطاقة الشمسية (أثناء النهار) ووقت الاستهلاك (في المساء)، مما يسمح بامتصاص الطاقة الزائدة البالغة 3 أطنان في الساعة دون أن يتم إجبار أجهزة التدفئة الاحتياطية على العمل بكفاءة عالية.
التحكم الذكي + نظام التدفق المنظم حسب المناطق
يقوم جهاز التحكم في درجة الحرارة التفاضلية بإدارة مضخة التجميع؛ أما جهاز التدفئة الاحتياطي فهو يعمل فقط عندما تنخفض درجة حرارة سطح الخزان إلى أقل من 50 درجة مئوية خلال الفترات الذروة المحددة. كما أن أنابيب التدوير المقسمة إلى مناطق مختلفة تقلل من فقدان الحرارة أثناء عملية العودة للمياه في السكن الجامعي.
إعدادات النظام
30 أنبوبًا فراغيًا لكل وحدة، مساحة امتصاص تبلغ 3.0 متر مربع لكل وحدة، ضغط عمل يبلغ 1.0 ميجا باسكال. 3003 شفرة ألمنيوم مضادة للتآكل، قنوات نحاسية على شكل حرف “U”， وصلات مصنوعة من سبيكة الفضة والنحاس. المساحة الإجمالية للمادة المستخدمة في الامتصاص تبلغ حوالي 240 متر مربع.
خزان داخلي مصنوع من فولاذ مقاوم للصدأ رقم 304، مع عزل من البولي يوريثان بسمك 50 مم، ويتسم بخسارة حرارية أقل من 1 درجة مئوية في الساعة أثناء الاستخدام غير المستمر. تم تصميم هذا الخزان بحيث يمكنه امتصاص الطاقة الزائدة في فترات المساء دون الحاجة إلى مدفأة احتياطية.
تم تصميمها بحيث تعمل بقدرة 1.5 طن في الساعة، وبدرجة حرارة قصوى تبلغ 45 درجة مئوية أثناء فترات الاستخدام الذروي المحددة مسبقًا. تعمل هذه الوحدة فقط عندما تنخفض درجة حرارة المخزن إلى ما دون القيمة المحددة مسبقًا خلال تلك الفترات.
تعمل المضخة الشمسية بناءً على الفرق في درجة الحرارة بين مخرج جامع الطاقة الشمسية وقاع الخزان. كما أن تدوير المياه في خطوط العودة المبرمجة زمنيًا يقلل من الخسائر الناتجة عن وجود المضخة في حالة الاستعداد على طول المسافات الطويلة للأنابيب.
قبل وبعد
يقارن الجدول أدناه نظام المياه الساخنة في المدرسة في ثلاث حالات مختلفة: التدفئة الكهربائية الأساسية، وسخان الغاز الأساسي، والنظام الهجين الذي يجمع بين الطاقة الشمسية الحرارية والطاقة الكهربائية كمصدر احتياطي. التكاليف المذكورة هي تقديرات هندسية مبنية على هيكل الأسعار في شيان للفترة 2025–2026.
| متري | الخط الأساسي الكهربائي | خط الأساس لاستهلاك الغاز | الطاقة الشمسية + نظام الاحتياط الكهربائي | تحسين |
|---|---|---|---|---|
| الكمية اليومية من الماء الساخن المتاحة | 15 طنًا | 15 طنًا | 15 طنًا | — |
| تكلفة الطاقة السنوية | من 180 ألف إلى 270 ألف يوان صيني | من 74 ألف يوان إلى 122 ألف يوان | من 30 ألف إلى 55 ألف يوان صيني | انخفاض بنسبة تتراوح بين 60% و70% |
| الانبعاثات السنوية لغاز ثاني أكسيد الكربون | ~171 طناً من ثاني أكسيد الكربون المكافئ | حوالي 75 طناً من ثاني أكسيد الكربون | حوالي 35 طنًا من ثاني أكسيد الكربون (الاحتياطي الزائد) | تم تقليل عدد الوحدات بأكثر من 100 وحدة. |
| استقرار توفير الطاقة خلال الذروة المسائية | هامشي | هامشي | مستقر (يحتوي على وسادة امتصاص تزن 15 طنًا) | تم تحديد الذروة بدقة. |
| تعرض أسعار الوقود للتقلبات | مخاطر أسعار الرسوم وفقًا لشروط الاستخدام | مخاطر أسعار الغاز في فصل الشتاء | تعرض محدود لعمليات النسخ الاحتياطي | تم تقليل المخاطر المرتبطة به. |
| الالتزام بمعايير الأداء الرئيسية للحرم الجامعي الصديق للبيئة | لا. | جزئي | نعم. | تم تحقيقه |
نتائج الأداء
تلخص الأرقام أدناه الأداء السنوي المتوقع والفعلي للنظام المطبق. تتراوح قيم انبعاثات الكربون والوفورات المحققة وفقًا لتقديرات هندسية مبنية على بيانات المناخ في مدينة شيان وبيانات التعريفات للفترة ما بين 2025 و2026.
"أكبر تغيير ملحوظ هو ما يتعلق بفترة توفير المياه في السكن الجامعي، والتي تمتد من الساعة 19:00 إلى الساعة 22:00. في السابق، كانت السكنات الخلفية تشكو دائمًا من أن المياه التي تتم توفيرها دافئة بشكل غير كافٍ تقريبًا كل ليلة شتوية. ولكن منذ أن بدأ النظام الشمسي في العمل باستخدام خزان المياه الجديد الذي يزن 15 طنًا، فإن هذه الشكاوى قد اختفت تمامًا."
هل تخطط لتركيب أنظمة مياه ساخنة في مدرسة أو سكن جامعي مشابه؟ احصل على عرض أسعار مفصل خلال 24 ساعة.
طلب عرض أسعار →الدروس الهندسية المستفادة من المشاريع المماثلة
ما نجح في هذا الحرم الجامعي يمكن تطبيقه مباشرة على أي مشروع مدرسي أو سكني للطلاب أو الموظفين يتطلب استهلاكًا يتراوح بين 8 و25 طنًا في اليوم، وفي مناخ مشابه. هناك أربع نقاط بارزة يجب ذكرها.
الحجم يمثل نسبة معينة من الطاقة الشمسية، وليس بديلاً كاملاً بنسبة 100%.
في المناخ السائد في شمال الصين، يُعتبر تحقيق نسبة 60% سنويًا من الطاقة الشمسية هو الحل الأمثل من الناحية الاقتصادية. أما تجاوز هذه النسبة إلى أكثر من 75%، فإنه يؤدي إلى زيادة عدد أجهزة جمع الطاقة الشمسية دون تحقيق توفير ملحوظ في التكاليف، وذلك لأن الأسابيع الملبدة بالغيوم في فصل الشتاء تجبر على تشغيل أنظمة الطاقة الاحتياطية في كل الأحوال.
تساوي سعة الخزان الحمولة اليومية.
نسبة خزان إلى الحمولة التي تبلغ 1:1 هي أفضل طريقة للتعامل مع ذروة الطلب في فترة المساء. إذا تم تصغير حجم الخزان لتوفير التكاليف، فسوف يتم تحميل العبء على جهاز التدفئة الاحتياطي، مما يؤدي إلى تقليل فترة استرداد التكاليف ويسبب عدم استقرار في التزويد بالطاقة، وهو بالضبط ما كان المشروع مصممًا لحله.
أصبحت أنابيب “يو تيوب” الخيار الأمثل لنقل المياه الصالحة للشرب في المدن تحت ضغط عالي.
تتكامل أنظمة جمع المياه المصممة على شكل أنابيب على شكل حرف “U” والمضغوطة مع شبكة المياه الرئيسية دون الحاجة إلى مبادلات حرارية وسيطة. بالنسبة للمدارس التي تحتوي على أنابيب أفقية طويلة تمتد عبر عدة مباني سكنية، فإن هذا النوع من الأنظمة يسهل تشغيلها ويقلل من نقاط العطل المحتملة.
قم بالتحكم في عمليات النسخ الاحتياطي باستخدام منطق نافذة الذروة.
لا تدع النظام الاحتياطي الكهربائي يعمل على تحقيق القيم المحددة للطاقة على مدار 24 ساعة في اليوم. قم بتقييد عمل هذا النظام خلال فترات ذروة الاستهلاك المحددة مسبقًا (عادةً ما تكون من الساعة 17:00 إلى الساعة 22:00 بالنسبة للمدارس). هذا التغيير البسيط في طريقة تشغيل النظام يمكن أن يقلل من استهلاك الطاقة الاحتياطية بنسبة تزيد عن 30% دون التأثير سلبًا على تجربة المستخدمين.
التعليمات
كيف يقوم النظام بتوفير الماء الساخن في أيام الشتاء الغائمة في مدينة شيان؟
يتم تفعيل النظام الكهربائي الاحتياطي بقدرة 80 كيلوواط في كل مرة ينخفض فيها درجة حرارة سطح الخزان عن القيمة المحددة مسبقًا، خلال الفترات الذروة المحددة برنامجيًا. يحتوي الخزان المعزول الذي يبلغ وزنه 15 طنًا على الحرارة المتبقية من الأيام المشمسة السابقة، لذلك فإن مدة عمل النظام الاحتياطي أقصر بكثير مما كان سيتطلبه نظام كهربائي تقليدي.
ما هو مدة التعويض المالي لنظام مدرسي يعمل بطاقة 15 طنًا في اليوم؟
تشير التقديرات الهندسية إلى أن مدة استرداد التكاليف ستتراوح بين 4 و6 سنوات في حالة استخدام الطاقة الكهربائية، أما في حالة استخدام الغاز بأسعار الغاز المستخدم في المدارس، فإن المدة ستكون بين 6 و8 سنوات. يعتمد المدة الفعلية لاسترداد التكاليف على التعريفات المحلية، وعدد أيام عمل المدرسة سنويًا، بالإضافة إلى حالة استهلاك المعدات الموجودة.
هل يمكن للنظام أن يتوسع مع زيادة عدد الطلاب المسجلين؟
نعم. مجموعة أنابيب “U” المستخدمة في جمع العينات عبارة عن وحدات قابلة للتوصيل مع بعضها البعض؛ يمكن إضافة وحدات إضافية من هذه الأنابيب بشكل متوازي دون الحاجة إلى إعادة تصميم أنظمة التخزين أو التحكم، طالما أن مساحة السقف والأحمال الهيكلية تسمح بذلك. كما يمكن توسيع خزانات التخزين عن طريق إضافة خزان ثاني بشكل متسلسل.
ما هو تكلفة الصيانة السنوية؟
تتراوح تكاليف الصيانة الدورية لنظام بهذا الحجم بين 5000 و10000 يوان صيني سنويًا، وتشمل هذه الصيانة فحص المضخات ومعايرة أجهزة التحكم والتحقق من حالة سائل مكافحة التجمد بالإضافة إلى تنظيف الخزانات. أما في حالة الحاجة إلى استبدال أنابيب الفراغ، فإن تكلفة ذلك تكون على مستوى الوحدة الفردية وليس على مستوى النظام بأكمله.
هل يتطلب النظام مشغلًا متفرغًا؟
لا. يعمل نظام التحكم في الفروقات الحرارية ونظام التدفئة الاحتياطي بشكل مستقل. يقوم فريق العمل الموجود في المدرسة بإدارتهما عن طريق إجراء فحوصات فصلية، وهو نفس إجراءات عمل غرفة الغلايات التقليدية.
ابني نظامًا لتوفير المياه الساخنة في الحرم الجامعي قابلًا للتكرار.
تقوم شركة SoletkSolar بتصنيع أنظمة جمع الطاقة الشمسية على شكل أنابيب على هيئة حرف “U”， بالإضافة إلى خزانات تخزين معزولة وأنظمة مياه ساخنة كاملة، وتُستخدم هذه المنتجات في المدارس والمستشفيات والفنادق والمباني العامة، وتُصدر إلى أكثر من 60 دولة.
