Проект солнечного водонагрева для средней школы № 3 Хуэйминь в Шаньдуне

Проект солнечного водонагрева для средней школы № 3 Хуэйминь в Шаньдуне

I. Предыстория проекта: согласование потребностей кампуса в обеспечении средств к существованию и зеленого развития

Будучи ключевой государственной средней школой в уезде Хуэйминь, средняя школа № 3 провинции Шаньдун Хуэйминь обслуживает почти 3000 учителей и учащихся, из которых более 60% проживают в интернате. Ежедневное горячее водоснабжение напрямую связано с обеспечением основных средств к существованию, таких как ежедневное мытье рук и уборка столовой. Ранее школа долгое время использовала газовые котлы для горячего водоснабжения, что не только приводило к высоким затратам на закупку газа и нестабильному снабжению в зимний отопительный период, но и не отвечало требованиям политики развития экологичных кампусов в условиях «двойного углеродного следа» (углеродный пик и углеродная нейтральность) из-за выбросов от сжигания топлива.

В 2023 году Управление образования и спорта округа Хуэйминь запустило специальную кампанию по строительству «Зеленого кампуса», четко требующую от начальных и средних школ, а также средних профессиональных училищ отдавать приоритет возобновляемым источникам энергии для удовлетворения энергетических потребностей в целях обеспечения средств к существованию. Объединив собственный масштаб потребления воды и планировку здания, средняя школа № 3 Хуйминь решила реализовать проект солнечного нагрева воды, который не только отвечает требованиям местной политики, но и существенно снижает стоимость горячего водоснабжения и повышает стабильность обслуживания, создавая лучшую среду обитания в кампусе для учителей и учащихся. Строительство проекта началось во второй половине 2023 года и было официально введено в эксплуатацию в начале 2024 года, став первым крупномасштабным проектом горячего водоснабжения кампуса в округе Хуэйминь, в котором «солнечная энергия используется в качестве основного источника, а вспомогательная энергия — в качестве дополнения».

II. Масштаб основного проекта: точное соответствие ежедневной потребности кампуса в 180 тонн горячей воды.

1. Основные параметры и сценарии покрытия

Основной расчетный масштаб проекта составляет 180 тонн горячей воды, подаваемой в день, при этом температура горячей воды стабильно поддерживается на уровне 55-60 ℃ (что соответствует требованиям к температуре бытовой горячей воды на территории кампуса, указанным в национальных «Санитарных стандартах для питьевой воды»). Он может полностью охватить три основных сценария:

Использование воды в общежитиях для студентов: обслуживает более 2200 студентов, проживающих в интернате, с суточной потребностью в 110 тонн (из расчета 50 литров горячей воды на одного студента в день), что составляет 61% от общего объема поставок;

Логистика водопользования в столовых: Удовлетворение потребностей в мытье посуды и предварительной обработке пищи в 3 столовых с суточным потреблением воды 40 тонн, что составляет 22%;

Использование воды в учебных зданиях и офисах: покрытие потребностей в воде для уборки и экстренных случаев в учительских кабинетах и ​​многофункциональных классах при ежедневном потреблении воды в размере 30 тонн, что составляет 17%.

2. Компоновка системы и проектирование производственных мощностей

Для достижения целевого показателя подачи в 180 тонн в сутки проект использует схему «централизованного сбора тепла + распределенного аккумулирования тепла». На крышах учебных корпусов с восточной и западной стороны школьной спортивной площадки установлено 300 комплектов плоских солнечных коллекторов (площадью аккумулирования тепла каждого комплекта 2,5 м2, общей площадью аккумулирования тепла 750 м2), а также 4 изолированных бака-накопителя горячей воды объемом 50 кубических метров каждый (общим объемом аккумулирования тепла 200 кубических метров и резервным резервом 10%). Интеллектуальная система контроля температуры отслеживает температуру и уровень воды в баках в режиме реального времени. При недостаточном количестве собранного солнечного тепла автоматически включаются воздушные тепловые насосы (непрямого электрического нагрева, соответствующие стандартам безопасности электроэнергии в кампусе) для дополнительного отопления, обеспечивая стабильное и качественное теплоснабжение даже в экстремально дождливую или пасмурную погоду.

III. Основные преимущества проекта: целевые решения проблем горячего водоснабжения кампуса

1. Значительные преимущества в виде экономии энергии и снижения затрат, снижающие нагрузку на школьные учреждения

По сравнению с традиционными газовыми котлами, проект сокращает эксплуатационные расходы на 72%: исходя из рыночной цены на природный газ в уезде Хуэйминь (3,8 юаня за кубометр), газовым котлам необходимо потреблять 2880 кубометров природного газа для производства 180 тонн горячей воды в день, с суточной стоимостью 10 944 юаня; в то время как система солнечного водонагрева требует только ежедневную оплату за дополнительное потребление электроэнергии воздушными тепловыми насосами (около 800 кВт·ч, со стоимостью электроэнергии 0,56 юаня за кВт·ч) и плату за техническое обслуживание оборудования, что в общей сложности составляет менее 3000 юаней в день. Это экономит школе более 2,8 миллионов юаней годовых расходов. В то же время система имеет срок службы 15 лет и срок окупаемости инвестиций всего 3,5 года, что демонстрирует значительные долгосрочные экономические выгоды.

2. Технологии, адаптированные к условиям кампуса, обеспечивающие баланс между безопасностью и удобством

Ориентируясь на характеристики использования воды в кампусе – «высокий спрос в часы пик и стабильный спрос в часы непиковой нагрузки» – проект разработал три целевых проекта:

Оптимизация подачи воды в часы пик: в три пиковых периода водопользования (6:00-8:00 утра, 11:30-13:30 дня и 18:00-22:00 вечера) для повышения давления подачи воды используются частотно-регулируемые насосы, что позволяет избежать недостаточного давления воды при одновременном водопользовании 6 общежитий и 3 столовых;

Модернизация мер безопасности: резервуары для хранения горячей воды оснащены двойными переливными клапанами и системами фильтрации качества воды, которые автоматически ежемесячно определяют жесткость воды и бактериальные показатели, чтобы избежать образования накипи и роста микроорганизмов, гарантируя здоровье учителей и учащихся при использовании воды; на коллекторах установлены кронштейны для защиты от падений, а трубопроводы на крыше обернуты теплоизоляционной ватой и алюминиевыми листами для предотвращения замерзания и растрескивания зимой и случайного контакта с учащимися;

Удобное интеллектуальное управление: отдел логистики школы может в режиме реального времени отслеживать подачу горячей воды, уровень воды в резервуаре и состояние оборудования через мобильную платформу управления. В случае сбоев автоматически отправляются уведомления о неисправностях, что исключает необходимость круглосуточного ручного дежурства и снижает расходы на управление.

IV. Ценность реализации проекта: от «гарантии средств к существованию» до «расширения возможностей развития»

Реализация проекта солнечного водонагрева в средней школе № 3 Хуэйминь в Шаньдуне не только решает давнюю проблему горячего водоснабжения кампуса, но и обеспечивает тройную выгоду: во-первых, с точки зрения экономической выгоды, это значительно сокращает эксплуатационные расходы школы, а сэкономленные средства инвестируются в обновление учебного оборудования и повышение квалификации учителей; во-вторых, с точки зрения экологической выгоды, это реализует концепцию зеленых кампусов на конкретных примерах, предоставляя модель для применения возобновляемых источников энергии в региональной системе образования; в-третьих, с точки зрения образовательной ценности, это превращает проект в носитель экологического образования, развивая у учащихся осведомленность о низкоуглеродной экономике и научную грамотность.