بناء أساس فعال: مخطط تصميم لنظام AFPC لتسخين الهواء بالطاقة الشمسية عالي الأداء

بناء أساس فعال: مخطط تصميم لنظام AFPC لتسخين الهواء بالطاقة الشمسية عالي الأداء

في الصين، تُعرف مدينة ديتشو، مقاطعة شاندونغ، باسم "مدينة الشمس". على هذه الأرض المفعمة بأشعة الشمس والحيوية، تخوض شركة ديتشو بي تي إي سولار المحدودة رحلة البحث عن الضوء والحرارة منذ عام ٢٠٠٩. لأكثر من عقد، لم تكتفِ هذه الشركة بتصنيع المنتجات فحسب، بل بنت أيضًا شبكة عالمية لاستغلال الطاقة الشمسية الحرارية. بفضل سعيها الدؤوب نحو الجودة، أصبح اسم بي تي إي سولار مرادفًا للموثوقية والكفاءة، مكتسبًا ثقة وإشادة العملاء حول العالم. فهي ليست مجرد مصانع لتجميع المعدات، بل منصة مبتكرة تجمع بعمق بين البحث والتطوير المتطور والإنتاج المرن، ملتزمة بتوفير حلول طاقة نظيفة في متناول الجميع حول العالم.

إن فتح دليل منتجات BTE Solar يشبه قراءة موسوعة لتكنولوجيا استخدام الطاقة الشمسية الحرارية. من الأنابيب المفرغة الفعالة التي تشكل حجر الزاوية في النظام إلى سخانات المياه الشمسية المضغوطة أو غير المضغوطة التي يمكنها التكيف مع احتياجات المنازل المختلفة، فإن جميعها تُظهر خبرتها الفنية العميقة. والأمر الأكثر إثارة للدهشة هو أن استكشافهم لم يتوقف أبدًا وامتد إلى مجال متطور من التكنولوجيا المتكاملة الكهروضوئية / الضوئية الحرارية (PVT) التي يمكنها توليد الكهرباء والحرارة في وقت واحد. إن هذا التصميم الشامل والتراكم طويل الأمد على الطرق التكنولوجية المتنوعة هو ما يوفر الأساس الأكثر صلابة لهم للشروع في فصل جديد من تسخين الهواء بالطاقة الشمسية. إن ميلاد مجمعات الهواء من سلسلة ATPC و AFPC هو تبلور سنوات من المعرفة المتراكمة لشركة BTE Solar في علم المواد والديناميكا الحرارية وتكامل النظام. إنها تجسد التزام BTE Solar الأساسي بالجودة والمتانة والتنمية المستدامة، مما يصور مستقبلًا جميلًا لنا يستخدم ضوء الشمس لتبديد البرد وحماية السماء الزرقاء. 

لنجاح استخدام مُجمِّع الطاقة الشمسية AFPC من شركة Dezhou BTE Solar وإنشاء نظام تدفئة هواء تجاري واسع النطاق، فإن أهميته تتجاوز مجرد تثبيت الألواح على الحائط. يتطلب هذا منهجية تصميم دقيقة ومنهجية لضمان كفاءة النظام وتكامله بسلاسة مع البنية التحتية الحالية للمبنى، مما يُطلق العنان لأقصى إمكانات توفير الطاقة. بالنسبة للمهندسين المعماريين ومهندسي التدفئة والتهوية وتكييف الهواء ومستشاري الطاقة، يُعد إتقان مبادئ التصميم الرئيسية التالية مهارة أساسية في وضع هذا "المخطط الفعال".

١. مسح الموقع وتحسين التوجيه: التقاط كل شعاع من ضوء الشمس. يكمن أساس أي مشروع طاقة شمسية ناجح في تعظيم التقاط الإشعاع الشمسي. المكان المثالي لألواح AFPC هو جدار عمودي مفتوح، خالٍ من العوائق، مواجه للجنوب (في نصف الكرة الشمالي). يُمكّن هذا التوجيه من "احتضان" أشعة الشمس المنخفضة الزاوية في الشتاء بشكل أكثر فعالية، مما يتوافق تمامًا مع ذروة الطلب على التدفئة في المباني.

السمت: يجب محاذاة المصفوفة في أقصى الجنوب قدر الإمكان. حتى في حال وجود انحراف، يجب التحكم فيه ضمن 45 درجة لضمان عدم تدهور الأداء بشكل ملحوظ.

زاوية الميل: للتركيب على الجدران، تُثبّت زاوية الميل عند 90 درجة. أما عند التركيب على سطح أو أرضية، فتكون زاوية الميل المثالية عادةً مساويةً لخط العرض المحلي مضافًا إليه 15 درجة. هذه الزاوية الحادة لا تُساعد فقط على تجميع حرارة الشتاء، بل تُساعد أيضًا على انزلاق الثلج بشكل طبيعي.

تحليل الظل: هذه خطوة بالغة الأهمية لا غنى عنها. من الضروري إجراء تحليل للظلال في الموقع على مدار الساعة، وخاصةً في فصل الشتاء عند زاوية الشمس. أي جسم قد يعيق عمل المصفوفة خلال ساعات ذروة ضوء الشمس (عادةً من التاسعة صباحًا إلى الثالثة عصرًا)، مثل المباني المجاورة أو الأشجار أو معدات الأسطح، سيؤثر سلبًا على كفاءة النظام.

2. تشكيل النظام وإدارة تدفق الهواء: إن العثور على نقطة التوازن المثالية، وحساب مساحة المصفوفة بدقة، ومطابقة المراوح المناسبة هي أهم الجوانب الفنية الأساسية في التصميم.

مساحة المجمع: ما حجم المجمع المطلوب؟ يعتمد ذلك على معيارين أساسيين: معدل تهوية المبنى (مُقاسًا بوحدة CFM أو متر مكعب/ساعة) وارتفاع درجة حرارة الهواء المتوقع (ΔT). على الرغم من إمكانية إجراء حسابات دقيقة باستخدام برامج محاكاة طاقة احترافية، إلا أن القاعدة العملية هي أن لكل متر مربع من مساحة المجمع، يوجد حجم هواء مُقابل يتراوح بين 120 و240 مترًا مكعبًا في الساعة تقريبًا.

اختيار المروحة: يتطلب النظام قلبًا قويًا - مروحة صناعية متصلة بالشبكة، ويجب أن تكون قدرتها كافية للتغلب على جميع المقاومة الناتجة عن تدفق الهواء عبر مصفوفة المجمعات والأنابيب الداخلية للمبنى. يجب أن يضمن اختيار المراوح قدرتها على توفير ضغط ثابت كافٍ عند حجم الهواء المُصمم. يُنصح بشدة بتزويد المروحة بمحرك تردد متغير (VFD)، مما يُمكّن النظام من ضبط سرعة الرياح بذكاء وفقًا لشدة ضوء الشمس، تمامًا مثل ناقل الحركة الأوتوماتيكي في السيارة، مع الحفاظ على حالة التشغيل المثلى دائمًا.

فن توازن تدفق الهواء: إنها عملية إيجاد نقطة التوازن الأمثل بين "درجة الحرارة" و"الكفاءة". سرعة الرياح البطيئة وارتفاع درجة حرارة الهواء الخارج، ولكن المجمع نفسه سوف يسخن بشكل زائد، مما يؤدي إلى زيادة فقدان الحرارة وانخفاض الكفاءة الإجمالية؛ تعمل سرعة الرياح السريعة على تحسين الكفاءة، لكن درجة حرارة الهواء الخارج قد لا تكون مرتفعة بدرجة كافية. عادةً ما يكون معدل التدفق الأمثل هو النقطة التي يمكن أن توفر ارتفاعًا ملموسًا في درجة الحرارة لبناء أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC) مع الحفاظ على كفاءة النظام العالية.

٣. تكامل النظام والتحكم الذكي: يُعدّ التكامل السلس للنظام مع "العقل" مفتاح التشغيل الآلي والذكي للنظام. وتتمثل الممارسة الأكثر شيوعًا في توصيل الهواء الساخن الناتج عن مصفوفة AFPC بمدخل الهواء النقي لوحدة معالجة الهواء الرئيسية (AHU) أو وحدة السطح (RTU) في المبنى عبر خطوط الأنابيب.

تصميم خط الأنابيب: يجب أن تخضع جميع خطوط الأنابيب المتصلة لمعالجة عزل جيدة (مثلاً، مستوى عزل لا يقل عن R-8) لمنع فقدان الحرارة القيّمة أثناء النقل. كما يجب حساب قطر خط الأنابيب بدقة لضمان تقليل مقاومة تدفق الهواء إلى أدنى حد تحت حجم الهواء المُصمّم.

منطق التحكم: يجب دمج نظام AFPC في "عقل" المبنى - نظام أتمتة المباني (BAS). يتطلب منطق التحكم البسيط والفعال عادةً مسبارين لدرجة الحرارة: أحدهما لقياس درجة الحرارة الخارجية المحيطة والآخر لقياس درجة حرارة مخرج مصفوفة AFPC. برنامج التحكم كالتالي:

عندما يصدر نظام التدفئة والتهوية وتكييف الهواء في المبنى أمر تدفئة،

عندما تكون درجة حرارة مخرج AFPC أعلى بكثير من درجة الحرارة الخارجية (على سبيل المثال 5 درجات مئوية أعلى)،

سيقوم BAS بتشغيل مروحة AFPC، وفتح صمام الهواء المقابل، والبدء في إدخال الهواء النقي المسخن مسبقًا بالطاقة الشمسية.

بخلاف ذلك، يبقى نظام AFPC في وضع الاستعداد بينما تسحب وحدة معالجة الهواء الهواء النقي من القناة الاعتيادية. يضمن هذا المنطق تشغيل النظام فقط عندما يحقق فوائد صافية لتوفير الطاقة، وبالتالي استغلال كل قرش من الطاقة الشمسية على الشفرات.

يُعد تصميم نظام تدفئة هواء شمسي عالي الأداء بتقنية AFPC علمًا تكنولوجيًا يجمع بين هندسة الطاقة الشمسية وخبرة تصميم أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء التقليدية. من خلال التقييم الدقيق لظروف الموقع، والتحسين الدقيق لاتجاه المجمعات، والحساب الدقيق لحجم النظام وتدفق الهواء، والتحكم الذكي المدمج مع أنظمة أتمتة المباني، يمكن للمهندسين وضع "مخطط كفاءة" عملي وقابل للتطبيق لأي مبنى. سيصبح نظام AFPC المصمم بعناية، والمبني على مجمعات Dezhou BTE Solar عالية الجودة، موردًا طويل الأجل للمبنى، مما يُسهم باستمرار في خلق قيمة اقتصادية وبيئية كبيرة في العقود القادمة.