Solares Warmwasserbereitungsprojekt der Huimin-Mittelschule Nr. 3 in Shandong

Solares Warmwasserbereitungsprojekt der Huimin-Mittelschule Nr. 3 in Shandong

I. Projekthintergrund: Abstimmung der Lebensunterhaltsbedürfnisse des Campus und der grünen Entwicklung

Als wichtige öffentliche Mittelschule im Kreis Huimin übernimmt die Shandong Huimin Nr. 3 Middle School den Unterrichts- und Wohnbedarf von fast 3.000 Lehrern und Schülern, von denen über 60 % Internatsschüler sind. Die tägliche Warmwasserversorgung steht in direktem Zusammenhang mit der Sicherung des Lebensunterhalts, wie z. B. dem täglichen Waschen der Schüler und der Reinigung der Kantine. Zuvor war die Schule lange Zeit auf gasbefeuerte Heizkessel zur Warmwasserversorgung angewiesen. Dies brachte nicht nur Probleme mit hohen Gasbeschaffungskosten und einer instabilen Versorgung während der Heizperiode im Winter mit sich, sondern entsprach aufgrund der Verbrennungsemissionen auch nicht der politischen Ausrichtung einer grünen Campusentwicklung im Kontext des „dualen Kohlenstoffs“ (Kohlenstoffspitzenwert und Kohlenstoffneutralität).

Im Jahr 2023 startete das Bildungs- und Sportamt des Kreises Huimin eine Sonderkampagne zum Bau eines „Grünen Campus“. Grund- und weiterführende Schulen sowie Berufsschulen sollten dabei vorrangig auf erneuerbare Energien setzen, um ihren Lebensunterhalt zu sichern. Die Huimin No.3 Middle School entschied sich aufgrund ihres Wasserverbrauchs und ihrer Gebäudeaufteilung für die Umsetzung eines Solarwarmwasserbereitungsprojekts. Damit wird nicht nur den Forderungen der lokalen Politik Rechnung getragen, sondern auch die Kosten der Warmwasserversorgung deutlich gesenkt, die Servicestabilität verbessert und ein angenehmeres Wohnumfeld für Lehrer und Schüler geschaffen. Der Bau des Projekts begann in der zweiten Jahreshälfte 2023 und wurde Anfang 2024 offiziell in Betrieb genommen. Es ist das erste groß angelegte Warmwasserversorgungsprojekt für einen Campus im Kreis Huimin, das „Solarenergie als Hauptquelle und zusätzliche Energie als Ergänzung“ nutzt.

II. Kernprojektgröße: Genaue Deckung des täglichen Bedarfs des Campus von 180 Tonnen Warmwasser

1. Grundlegende Parameter und Abdeckungsszenarien

Der Kernumfang des Projekts liegt bei einer täglichen Warmwasserversorgung von 180 Tonnen, wobei die Warmwassertemperatur stabil bei 55–60 °C geregelt wird (entspricht den Anforderungen an die Warmwassertemperatur auf dem Campus im nationalen „Sanitärstandard für Trinkwasser“). Drei Kernszenarien können vollständig abgedeckt werden:

Wasserverbrauch im Wohnheim für Studenten: Versorgung von mehr als 2.200 Internatsstudenten mit einem täglichen Bedarf von 110 Tonnen (berechnet mit 50 Litern Warmwasser pro Student und Tag), was 61 % der Gesamtversorgung entspricht;

Logistikwasserverbrauch für Kantinen: Deckung des Bedarfs an Geschirrreinigung und Lebensmittelvorverarbeitung in 3 Kantinen mit einem täglichen Wasserverbrauch von 40 Tonnen, was 22 % entspricht;

Wasserverbrauch für Unterrichtsgebäude und Büros: Deckung des Reinigungs- und Notfallwasserbedarfs in Lehrerbüros und Mehrzweckklassenzimmern mit einem täglichen Wasserverbrauch von 30 Tonnen, was 17 % entspricht.

2. Systemlayout und Produktionskapazitätsdesign

Um das Versorgungsziel von 180 Tonnen pro Tag zu erreichen, setzt das Projekt auf einen Modus „zentralisierte Wärmesammlung + dezentrale Wärmespeicherung“: Insgesamt 300 Flachkollektoren (mit einer Wärmesammelfläche von 2,5 m² pro Kollektor und einer Gesamtwärmesammelfläche von 750 m²) werden auf den Dächern der Lehrgebäude an der Ost- und Westseite des Schulsportplatzes installiert, ergänzt durch vier isolierte Warmwasserspeicher mit je 50 Kubikmetern (mit einer Gesamtwärmespeicherkapazität von 200 Kubikmetern und 10 % Reservekapazität für Notfälle). Ein intelligentes Temperaturkontrollsystem überwacht die Wassertemperatur und den Wasserstand in den Tanks in Echtzeit. Wenn die solare Wärmesammlung nicht ausreicht, werden automatisch Luftwärmepumpen (nicht direkt elektrisch beheizter Typ, der den Campus-Standards für sichere Elektrizität entspricht) zur Zusatzheizung aktiviert, um selbst bei extrem regnerischem oder bewölktem Wetter eine stabile und einwandfreie Versorgung zu gewährleisten.

III. Hauptvorteile des Projekts: Gezielte Lösungen für die Schwachstellen der Warmwasserversorgung auf dem Campus

1. Erhebliche Vorteile durch Energieeinsparung und Kostensenkung, wodurch der Schulbetrieb entlastet wird

Im Vergleich zu herkömmlichen Gaskesseln reduziert das Projekt die Betriebskosten um 72 %: Basierend auf dem Marktpreis für Erdgas im Kreis Huimin (3,8 Yuan pro Kubikmeter) benötigen Gaskessel 2.880 Kubikmeter Erdgas, um täglich 180 Tonnen Warmwasser zu erzeugen, was Tageskosten von 10.944 Yuan verursacht. Für die Solaranlage zur Warmwasserbereitung fallen lediglich tägliche Zahlungen für den zusätzlichen Stromverbrauch der Luftwärmepumpen (ca. 800 kWh, Strompreis 0,56 Yuan pro kWh) und die Wartungsgebühren der Geräte an, was Tageskosten von insgesamt weniger als 3.000 Yuan verursacht. Dadurch spart die Schule jährlich über 2,8 Millionen Yuan an Ausgaben. Gleichzeitig hat die Anlage eine Lebensdauer von 15 Jahren und eine Amortisationszeit von nur 3,5 Jahren, was deutliche langfristige wirtschaftliche Vorteile mit sich bringt.

2. An Campus-Szenarien angepasste Technologie, die Sicherheit und Komfort in Einklang bringt

Um die Besonderheiten des Wasserverbrauchs auf dem Campus – „hoher Bedarf während der Spitzenzeiten und stabiler Bedarf außerhalb der Spitzenzeiten“ – zu berücksichtigen, wurden im Rahmen des Projekts drei gezielte Konzepte entwickelt:

Optimierung der Wasserversorgung in Spitzenzeiten: Während der drei Spitzenzeiten des Wasserverbrauchs (6:00–8:00 Uhr morgens, 11:30–13:30 Uhr mittags und 18:00–22:00 Uhr abends) werden Wasserpumpen mit variabler Frequenz eingesetzt, um den Wasserversorgungsdruck zu erhöhen und sicherzustellen, dass der Wasserdruck nicht zu niedrig ist, wenn 6 Wohnheimgebäude und 3 Kantinen gleichzeitig Wasser verbrauchen.

Verbesserter Sicherheitsschutz: Die Warmwasserspeicher sind mit doppelten Überlaufventilen und Wasserfiltersystemen ausgestattet, die monatlich automatisch die Wasserhärte und Bakterienindikatoren ermitteln, um Kalkablagerungen und mikrobielles Wachstum zu vermeiden und so die Gesundheit von Lehrern und Schülern bei der Wassernutzung zu gewährleisten. Für die Kollektoren sind Fallschutzhalterungen installiert und die Dachrohrleitungen sind mit wärmeisolierender Baumwolle und Aluminiumblechen umwickelt, um ein Einfrieren und Reißen im Winter sowie versehentlichen Kontakt durch Schüler zu verhindern.

Komfortables, intelligentes Management: Die Schullogistikabteilung kann über eine mobile Managementplattform die Warmwasserausgabe, den Wassertankfüllstand und den Betriebsstatus der Geräte in Echtzeit überprüfen. Störungen lösen automatische Alarmmeldungen aus, wodurch ein 24-Stunden-Einsatz entfällt und die Verwaltungskosten gesenkt werden.

IV. Umsetzungswert des Projekts: Von der „Lebensunterhaltsgarantie“ zur „Entwicklungsförderung“

Die Umsetzung des Solarwarmwasserbereitungsprojekts an der Huimin-Mittelschule Nr. 3 in Shandong löst nicht nur das seit langem bestehende Problem der Warmwasserversorgung auf dem Campus, sondern steigert auch den Wert dreifach: Erstens werden die Betriebskosten der Schule dadurch erheblich gesenkt, und die eingesparten Mittel werden in die Modernisierung der Lehrmittel und die Lehrerausbildung investiert. Zweitens wird das Konzept des grünen Campus durch konkrete Maßnahmen umgesetzt, was einen ökologischen Mehrwert bietet, und es dient als Modell für die Anwendung erneuerbarer Energien im regionalen Bildungssystem. Drittens wird das Projekt durch den pädagogischen Wert zu einem Träger der Umwelterziehung und fördert das Bewusstsein der Schüler für einen kohlenstoffarmen Lebensstil und ihre naturwissenschaftlichen Kenntnisse.