Progetto di riscaldamento solare dell'acqua della scuola media Huimin n. 3 nello Shandong

Progetto di riscaldamento solare dell'acqua della scuola media Huimin n. 3 nello Shandong

I. Contesto del progetto: Allineamento delle esigenze di sostentamento del campus e dello sviluppo verde

In qualità di importante scuola media pubblica nella contea di Huimin, la scuola media Shandong Huimin No. 3 si occupa delle esigenze didattiche e abitative di quasi 3.000 tra insegnanti e studenti, di cui oltre il 60% sono studenti interni. La fornitura giornaliera di acqua calda è direttamente correlata alle garanzie di sostentamento di base, come il lavaggio quotidiano degli studenti e la pulizia della mensa. In precedenza, la scuola ha fatto affidamento per lungo tempo su caldaie a gas per la fornitura di acqua calda, che non solo presentavano problemi di elevati costi di approvvigionamento del gas e di fornitura instabile durante il periodo di riscaldamento invernale, ma non riuscivano nemmeno a soddisfare l'orientamento politico di sviluppo di campus verdi nel contesto del "doppio carbonio" (carbon peaking e carbon neutrality) a causa delle emissioni di combustione.

Nel 2023, l'Ufficio per l'Istruzione e lo Sport della Contea di Huimin ha lanciato una campagna speciale per la costruzione di un "Campus Verde", richiedendo chiaramente alle scuole primarie e secondarie, nonché agli istituti professionali secondari, di dare priorità alle energie rinnovabili per soddisfare il fabbisogno energetico necessario al sostentamento. Combinando la propria scala di consumo idrico e la conformazione degli edifici, la Scuola Media n. 3 di Huimin ha deciso di implementare un progetto di riscaldamento solare dell'acqua, che non solo risponde alle richieste delle politiche locali, ma riduce anche radicalmente i costi di fornitura di acqua calda e migliora la stabilità del servizio, creando un ambiente di vita migliore nel campus per insegnanti e studenti. La costruzione del progetto è iniziata nella seconda metà del 2023 ed è stata ufficialmente avviata all'inizio del 2024, diventando il primo progetto di fornitura di acqua calda su larga scala nel campus della Contea di Huimin che utilizza "l'energia solare come fonte principale e l'energia ausiliaria come supplemento".

II. Scala del progetto principale: soddisfare esattamente la domanda giornaliera del campus di 180 tonnellate di acqua calda

1. Parametri di base e scenari di copertura

La scala di progettazione principale del progetto prevede la fornitura di 180 tonnellate di acqua calda al giorno, con una temperatura dell'acqua calda costantemente controllata a 55-60 °C (in conformità con i requisiti per la temperatura dell'acqua calda sanitaria del campus previsti dallo "Standard Sanitario Nazionale per l'Acqua Potabile"). Il progetto può coprire pienamente tre scenari principali:

Utilizzo dell'acqua nei dormitori per gli studenti: serve più di 2.200 studenti in convitto, con una domanda giornaliera di 110 tonnellate (calcolata in 50 litri di acqua calda per studente al giorno), pari al 61% della fornitura totale;

Utilizzo idrico logistico per le mense: soddisfare le esigenze di pulizia delle stoviglie e pre-lavorazione degli alimenti in 3 mense, con un consumo giornaliero di acqua di 40 tonnellate, pari al 22%;

Utilizzo dell'acqua per edifici e uffici didattici: copertura delle esigenze idriche di pulizia e di emergenza negli uffici degli insegnanti e nelle aule multifunzionali, con un consumo giornaliero di acqua di 30 tonnellate, pari al 17%.

2. Layout del sistema e progettazione della capacità produttiva

Per raggiungere l'obiettivo di fornitura di 180 tonnellate al giorno, il progetto adotta una modalità di "raccolta centralizzata del calore + accumulo distribuito": un totale di 300 set di collettori solari piani (con una superficie di raccolta del calore di 2,5 m² per set e una superficie di raccolta del calore totale di 750 m²) sono installati sui tetti degli edifici didattici sui lati est e ovest del campo sportivo della scuola, abbinati a 4 serbatoi di accumulo per acqua calda isolati da 50 metri cubi ciascuno (con una capacità di accumulo di calore totale di 200 metri cubi e una riserva di riserva di riserva di emergenza del 10%). Un sistema di controllo intelligente della temperatura monitora in tempo reale la temperatura e il livello dell'acqua nei serbatoi. Quando la raccolta del calore solare è insufficiente, le pompe di calore ad aria (di tipo a riscaldamento elettrico non diretto, conformi agli standard di sicurezza elettrica del campus) vengono attivate automaticamente per il riscaldamento ausiliario, garantendo una fornitura stabile e di qualità anche in caso di pioggia o cielo nuvoloso estremi.

III. Vantaggi principali del progetto: soluzioni mirate ai problemi di fornitura di acqua calda nel campus

1. Significativi vantaggi in termini di risparmio energetico e riduzione dei costi, alleviando l'onere operativo della scuola

Rispetto alle tradizionali caldaie a gas, il progetto riduce i costi operativi del 72%: in base al prezzo di mercato del gas naturale nella contea di Huimin (3,8 yuan al metro cubo), le caldaie a gas consumano 2.880 metri cubi di gas naturale per produrre 180 tonnellate di acqua calda al giorno, con un costo giornaliero di 10.944 yuan; mentre il sistema di riscaldamento solare dell'acqua richiede solo il pagamento giornaliero per il consumo elettrico ausiliario delle pompe di calore ad aria (circa 800 kWh, con un prezzo dell'elettricità di 0,56 yuan al kWh) e le spese di manutenzione delle apparecchiature, per un costo giornaliero totale inferiore a 3.000 yuan. Ciò consente alla scuola di risparmiare oltre 2,8 milioni di yuan in spese annuali. Allo stesso tempo, il sistema ha una durata utile di 15 anni e un periodo di ammortamento dell'investimento di soli 3,5 anni, con notevoli vantaggi economici a lungo termine.

2. Tecnologia adattata agli scenari del campus, bilanciando sicurezza e comodità

Concentrandosi sulle caratteristiche dell'uso dell'acqua nel campus – "elevata domanda nelle ore di punta e domanda stabile nelle ore non di punta" – il progetto ha elaborato tre progetti mirati:

Ottimizzazione dell'approvvigionamento idrico nelle ore di punta: durante i tre periodi di picco dell'utilizzo dell'acqua (dalle 6:00 alle 8:00 del mattino, dalle 11:30 alle 13:30 di mezzogiorno e dalle 18:00 alle 22:00 di sera), vengono utilizzate pompe idriche a frequenza variabile per aumentare la pressione dell'approvvigionamento idrico, garantendo che non vi sia una pressione idrica insufficiente quando 6 edifici dormitorio e 3 mense utilizzano l'acqua contemporaneamente;

Aggiornamento della protezione della sicurezza: i serbatoi di accumulo dell'acqua calda sono dotati di doppie valvole di troppopieno e sistemi di filtraggio della qualità dell'acqua, che rilevano automaticamente mensilmente la durezza dell'acqua e gli indicatori batterici per evitare l'accumulo di calcare e la crescita microbica, garantendo la salute di insegnanti e studenti nell'uso dell'acqua; sono installate staffe anticaduta per i collettori e le tubazioni del tetto sono avvolte con fogli di cotone e alluminio isolanti termici per evitare gelate e fessurazioni in inverno e contatti accidentali da parte degli studenti;

Gestione intelligente e pratica: il reparto logistico della scuola può controllare in tempo reale la produzione di acqua calda, il livello del serbatoio dell'acqua e lo stato di funzionamento delle apparecchiature tramite una piattaforma di gestione mobile. I guasti attivano notifiche di allarme automatiche, eliminando la necessità di interventi manuali 24 ore su 24 e riducendo i costi di gestione.

IV. Valore di implementazione del progetto: da "Garanzia di sostentamento" a "Empowerment dello sviluppo"

L’implementazione del progetto di riscaldamento solare dell’acqua presso la scuola media Huimin No.3 nello Shandong non solo risolve il problema di lunga data della fornitura di acqua calda nel campus, ma ottiene anche un triplo miglioramento di valore: in primo luogo, in termini di valore economico, riduce significativamente i costi operativi della scuola e i fondi risparmiati vengono investiti nell’aggiornamento delle attrezzature didattiche e nella formazione degli insegnanti; in secondo luogo, in termini di valore ecologico, mette in pratica il concetto di campus verdi con azioni concrete, fornendo un modello per l'applicazione delle energie rinnovabili nel sistema educativo regionale; in terzo luogo, in termini di valore educativo, trasforma il progetto in un vettore di educazione ambientale, coltivando la consapevolezza delle emissioni di carbonio e l'alfabetizzazione scientifica degli studenti.