تقنية منع تكوّن الجليد في شبكات مأخذ المياه

في 7 يناير 2010، أجبر جليد الفرازيل على إيقاف يدوي للمفاعل ('trip') في محطة سالم للطاقة النووية في نيوجيرسي. وفي يناير 2000، تسبب انسداد الجليد في محطة بوينت بيتش النووية على بحيرة ميشيغان في هبوط سريع في مناسيب مأخذ مياه التبريد، ما أدى إلى إيقاف طارئ للمفاعل ('scram'). ومن يناير إلى مارس 2025، اضطرت Trenton Water Works في نيوجيرسي إلى تجاوز مأخذها الرئيسي والاعتماد على مضخات طوارئ تعمل بالديزل قرابة شهرين بعد أن خفّض جليد الفرازيل قدرة النظام [1][2].

وليست هذه حوادث معزولة. ففي كل شتاء، تواجه مآخذ المياه في أنحاء نصف الكرة الشمالي التهديد نفسه. جليد الفرازيل (بلورات جليدية صغيرة تتكوّن في المياه الجارية فائقة التبريد وتلتصق بأسطح الشبكات) قادر على سدّ مأخذ المياه خلال دقائق، فيوقف توربينات الطاقة الكهرومائية ومحطات معالجة المياه البلدية وأنظمة التبريد الصناعية وعمليات صناعة الثلج لمنحدرات التزلج في اللحظة التي تشتد فيها الحاجة إليها.

يشرح هذا الدليل علم تكوّن الجليد عند مآخذ المياه، ويوثّق خمس طرق مثبتة لمنع تكوّن الجليد، ويعرض النهج الهندسي الذي طوّرته ADENCO خصيصًا لشبكات كواندا العاملة في البرد الشديد.

---

جدول المحتويات

1. علم الجليد عند مآخذ المياه
2. نوعان من انسداد الجليد على شبكات كواندا
3. خمس طرق لمنع تكوّن الجليد: كيف تعمل كل منها
4. اختيار استراتيجية منع تكوّن الجليد المناسبة
5. نهج ADENCO في منع تكوّن الجليد لشبكات كواندا
6. التصميم للمناخ البارد: قائمة تدقيق المواصفات
7. الأسئلة الشائعة
8. المراجع

---

علم الجليد عند مآخذ المياه

إن فهم كيفية تكوّن الجليد عند شبكات المأخذ أساسي لاختيار استراتيجية المنع الصحيحة. وهناك ثلاث آليات متمايزة لتكوّن الجليد، تتطلب كل واحدة منها استجابة مختلفة.

جليد الفرازيل

جليد الفرازيل هو أخطر التهديدات التي تواجه مآخذ المياه وأقلها فهمًا. ويتكوّن عندما تُبرَّد المياه المضطربة إلى ما دون نقطة تجمّدها بقليل (حالة تُسمى التبريد الفائق)، عادةً بمقدار 0.01°C إلى 0.1°C فقط [3][4].

عملية التكوّن سريعة وذاتية التسارع:

1. التبريد الفائق: المياه المضطربة سريعة الجريان (المنحدرات والمقاطع الضحلة المتموجة وقنوات المسيل الخلفية) تفقد الحرارة إلى الهواء البارد أسرع من المياه الساكنة. فينخفض عمود المياه بكامل عمقه دون 0°C من دون أن يتكوّن غطاء جليدي مستقر.
2. التنوّي: تتكوّن بلورات الجليد عندما تدخل جسيمات بذرية دقيقة (بلورات جليد محمولة بالهواء أو غبار أو فقاعات تكهّف) إلى المياه فائقة التبريد. ويبلغ نصف قطر البلورات الأولية نحو 0.3 mm [3].
3. التنوّي الثانوي: تتصادم البلورات القائمة وتتفتت في الاضطراب، ويصبح كل جزء موقع تنوٍّ جديدًا. ويتسارع إنتاج البلورات بسرعة، وقد ينتقل النهر من مياه صافية إلى معلّق جليدي كثيف خلال دقائق [3].
4. الالتصاق: عند تبريد فائق لا يتجاوز 0.1°C، تلتصق بلورات جليد الفرازيل بالأسطح المعدنية. وعند تبريد فائق بمقدار ⁦0.2–0.3°C⁩، تلتصق بأي سطح تقريبًا بما في ذلك اللدائن [3]. وتتراكم البلورات على الأسلاك الإسفينية فتملأ فتحات الشبكة وتسدّ مرور المياه.

النقطة الأساسية: يلتصق جليد الفرازيل بأي سطح تكون درجة حرارته عند 0°C أو دونها. والوقاية الأكثر موثوقية هي إبقاء أسطح الشبكة فوق درجة التجمد: ولو بجزء من الدرجة [1][5].

الجليد الصفائحي (الجليد المرتكز)

يتكوّن الجليد الصفائحي عندما تترسب بلورات جليد الفرازيل على الأسطح المغمورة (الأسلاك الإسفينية وقضبان الإسناد وقمة الهدّار) وتنمو لتصبح صفائح صلبة. وهو السبب الرئيسي للانسداد في المآخذ المغمورة بالكامل [1]. وخلافًا لجليد الفرازيل السائب، يتمتع الجليد الصفائحي بقوة ميكانيكية ولا يمكن إزاحته بسرعة الجريان وحدها.

تكوّن الجليد الجوي

يحدث تكوّن الجليد الجوي عندما تكون درجات حرارة الهواء المحيط أدنى بكثير من درجة التجمّد ويتجمّد رذاذ المياه أو تناثرها على أسطح الشبكة المكشوفة. وهذا أمر يخصّ الشبكات المركّبة على السطح (بما فيها شبكات كواندا) المعرَّضة للمياه وللهواء البارد معًا. ويتراكم الجليد الجوي من جهة الهواء لا من جهة المياه، ويكون أشدّه في ظروف الرياح القوية ودرجات الحرارة المنخفضة.

---

نوعان من انسداد الجليد على شبكات كواندا

حدّدت الأبحاث التي أُجريت في مختبر الصقيع التابع لـ NTNU في النرويج، ومن خلال المراقبة الميدانية لمأخذ مزوّد بشبكة كواندا، آليتَي انسداد متمايزتين تخصان هندسة شبكة كواندا [6][7]:

النوع الأول: تراكم الجليد الطري

يتراكم الجليد الطري الرطب على السطح العلوي لأسلاك الشبكة الإسفينية، مباشرة في اتجاه الجريان بعد المنطقة المبتلة التي تدخل عندها المياه إلى الفتحات. ويلتصق الجليد بأسطح السلك الإسفيني لكنه لا ينفذ بين الأسلاك. وتبقى الشبكة مفتوحة جزئيًا أسفل الغطاء الجليدي، ويستمر بعض الماء في المرور.

الخصائص:

• تحدث عندما تلامس جسيمات الجليد في المياه المقتربة سطح الشبكة
• تظل الشبكة عاملة جزئيًا
• يمكن أن تتخلص من الجليد من تلقاء نفسها عندما ترتفع درجة حرارة المياه فوق 0°C
• انخفاض التدفق تدريجي وليس مفاجئًا

النوع الثاني: تكوّن جليد صلب بين الأسلاك الإسفينية

يتكوّن جليد صلب بين أسلاك الشبكة الإسفينية قبل أن تصل أي جسيمات جليد إلى الشبكة من المياه. ويحدث ذلك عندما تبرد الشبكة نفسها دون 0°C بسبب درجات حرارة الهواء الشديدة (رُصد ذلك عند درجات حرارة هواء من −13.8°C إلى −14.0°C ودرجات حرارة شبكة من −5.9°C إلى −7.1°C في الاختبارات المعملية) [6].

الخصائص:

• تحدث في البرد الشديد حتى من دون وجود جليد فرازيل في المياه
• انسداد الشبكة سريع وكامل
• لا تتخلص من الجليد ما دامت ظروف التجمد قائمة
• تتطلب تدخلًا فعّالًا أو ارتفاعًا في درجة الحرارة لاستعادة التدفق

توصّل البحث النرويجي إلى نتيجة مشجّعة: عادت شبكة كواندا إلى العمل دون أي تدخل تشغيلي بعد جميع حالات الانسداد الجليدي بمجرد تحسّن الظروف [6]. وقد أدّت الشبكة أداءً جيداً في جميع ظروف الشتاء العادية وكانت ذاتية التنظيف بالكامل. ولم يحدث الانسداد الكامل إلا خلال أشد أحداث التبريد الفائق.

---

خمس طرق لمنع تكوّن الجليد: كيف تعمل كل منها

1. عناصر التسخين الكهربائية

المبدأ: تحافظ عناصر التسخين المقاومية المدمجة في هيكل الشبكة أو المثبّتة عليه على درجة حرارة سطح السلك الإسفيني فوق 0°C، فتمنع تنوّي الجليد.

كيف يعمل: تُدمج كابلات أو عناصر تسخين منخفضة القدرة في لوح الشبكة أثناء التصنيع، وتُمدّ على امتداد قضبان الدعم أو تُضمَّن في هيكل تثبيت السلك الإسفيني. ويقوم مستشعر حرارة ووحدة تحكم بتشغيل التسخين عندما تقترب درجة حرارة الماء أو الهواء من 0°C.

الفعالية: عالية جداً. وبما أن جليد الفرازيل لا يستطيع الالتصاق بالأسطح التي تزيد حرارتها عن 0°C، فإن حتى التسخين البسيط (رفع درجة حرارة السطح بمقدار ⁦0.5–1.0°C⁩) فعّال تماماً ضد الانسداد من النوع الأول والنوع الثاني [1][5].

القيود: يتطلب مصدر تغذية كهربائية في موقع مأخذ المياه. استهلاك الطاقة متواضع (عادةً ⁦100–500⁩ W/m² من مساحة الشبكة تبعاً للظروف المحيطة) لكنه يتطلب تمديد كابلات إلى مصدر تغذية كهربائية.

الأنسب لـ: المواقع التي تتوفر فيها بنية كهربائية؛ جميع أنواع الشبكات بما فيها شبكات كواندا.

2. إعادة تدوير المياه الدافئة

المبدأ: يُعاد تدوير جزء من المياه في المصبّ (التي تكون فوق 0°C بعد مرورها عبر غرفة التجميع) إلى مأخذ المياه، فيدفئ المياه المقتربة وسطح الشبكة.

كيف يعمل: تسحب مضخة إعادة تدوير صغيرة الماء من غرفة التجميع أو من الأنبوب الواقع في اتجاه المصب وتعيده إلى قمة الهدّار أعلى الشبكة، أو مباشرة إلى سطح الشبكة. والماء المُعاد تدويره (حتى عند ⁦1–2°C⁩ فقط) دافئ بما يكفي لمنع التبريد الفائق عند وجه الشبكة [1][5].

الفعالية: عالية في ظروف البرد المعتدل. ويعتمد أثر التدفئة على نسبة التدفق المعاد تدويره إلى التدفق البارد الوارد، وعلى فرق درجات الحرارة.

القيود: يتطلب مضخة (كهرباء) وأنابيب إعادة وحجماً كافياً من الماء الدافئ. وفي البرد الشديد قد يبرد الماء المُعاد تدويره نفسه إلى ما دون 0°C قبل وصوله إلى الشبكة. كما أنه يقلل التدفق الصافي عبر المنظومة.

الأنسب لـ: مآخذ المياه في الطاقة الكهرومائية والمآخذ البلدية حيث تتوفر مياه في المصبّ عند درجات حرارة فوق التجمد؛ والمواقع التي توجد فيها مضخات صغيرة أصلاً.

3. ناشر الهواء المضغوط المُسخَّن

المبدأ: تطلق منظومة مضغوطة فقاعات هواء مُسخَّن أسفل شبكة مأخذ المياه أو أمامها، فتنشأ منطقة خلط تدفع بلورات الفرازيل بعيداً عن سطح الشبكة وتُدخِل حرارة.

كيف يعمل: يزوّد ضاغط وسخّان هواء تياراً من الهواء الدافئ المضغوط عبر ناشر فقاعات خشنة مركّب عند قاعدة الشبكة أو هيكل الهدّار. وتُحدث الفقاعات الصاعدة دوراناً رأسياً يرفع الماء الأدفأ من العمق (في البحيرات) أو يمزج الحرارة في المنطقة المجاورة للشبكة [8][9].

الفعالية: جيدة إلى عالية، تبعاً لهندسة التركيب وخصائص المسطح المائي. وهي الأكثر فعالية في مآخذ المياه من البحيرات والخزانات حيث توجد مياه أدفأ في العمق.

القيود: يتطلب ضاغطاً وسخّاناً ومصدر تغذية كهربائية. وهو أقل فعالية في الجداول الجبلية الضحلة سريعة الجريان حيث لا يتوفر ماء دافئ في العمق. ويلزم إمداد هواء مستمر أثناء أحداث تكوّن الجليد.

الأنسب لـ: مآخذ البحيرات والخزانات؛ الشبكات المغمورة؛ مآخذ المياه البلدية والصناعية الكبيرة.

4. الغلاف المعزول

المبدأ: يحبس غلاف معزول حول الشبكة الحرارة المتبقية من جريان الماء، فيمنع سطح الشبكة من التبرّد إلى درجة حرارة الهواء.

كيف يعمل: تُحاط الشبكة بهيكل معزول (ألواح من الألياف الزجاجية أو الرغوة أو المواد المركّبة) يحميها من الرياح والهواء البارد مع السماح للماء بالمرور. والماء نفسه، عند نحو ⁦0.5–4°C⁩، يوفر حرارة كافية لإبقاء الشبكة فوق نقطة التجمد: ما دام الغلاف يمنع فقد الحرارة إلى الهواء.

الفعالية: متوسطة. فعّالة في ظروف الصقيع الخفيف (درجة حرارة هواء تصل إلى نحو −10°C) لكنها غير كافية للبرد الشديد أو أحداث التبريد الفائق المستمرة.

القيود: لا يحمي من جليد الفرازيل الوارد مع تدفق الماء. ويحجب الفحص البصري للشبكة. وقد يحبس المخلفات الطافية على الشبكة إن لم يُصمَّم بمجرى جانبي كافٍ.

الأنسب لـ: مواقع المناخ البارد المعتدل؛ والحماية التكميلية مقترنة بطريقة أساسية أخرى.

5. الطلاءات السطحية الكارهة للماء والمانعة لتكوّن الجليد

المبدأ: تقلل طلاءات متخصصة التصاق الجليد بأسطح الشبكة، مما يسهّل على قوى الجريان إزالة بلورات الجليد قبل أن تتراكم.

كيف يعمل: تُنشئ الطلاءات فائقة الكراهية للماء سطحاً لا يستطيع الماء وبلورات الجليد الالتصاق به بسهولة. وتتجاوز زاوية تماس الماء 150°، أي أن الماء يتشكل على هيئة قطرات تتدحرج بدلاً من ترطيب السطح والتجمد عليه. وقد طوّرت أبحاث حديثة (⁦2024–2025⁩) طلاءات فائقة الكراهية للماء ضوئية-حرارية تجمع بين طرد الجليد الذي يعمل دون طاقة والتحويل النشط من الطاقة الشمسية إلى حرارة [10].

الفعالية: واعدة لكنها ما زالت قيد التطور. تُظهر النتائج المخبرية تأخيراً كبيراً في تكوّن الجليد (امتد زمن التجمد من 150 إلى 2,140 ثانية في إحدى الدراسات) [10]. غير أن المتانة في الخدمة تحت الجريان المستمر والتآكل الكاشط والاتساخ الحيوي تبقى تحدياً.

القيود: تتدهور الطلاءات مع الوقت وتحتاج إلى إعادة تطبيق. ولم يُثبت أداؤها على نطاق صناعي في أحداث التبريد الفائق الشديدة (حيث تكون قوى التصاق الجليد في أقصاها). وهي غير كافية بمفردها لمآخذ المياه الحرجة.

الأنسب لـ: الحماية التكميلية مقترنة بطريقة نشطة أساسية؛ تقنية في طور التطور تستحق المتابعة.

---

اختيار استراتيجية منع تكوّن الجليد المناسبة

تعتمد الاستراتيجية المثلى على ظروف الموقع والبنية التحتية المتاحة وعواقب تعطّل مأخذ المياه.

العامل	التسخين الكهربائي	إعادة تدوير الماء الدافئ	ناشر الهواء	غلاف معزول	طلاء السطح
الكهرباء المطلوبة	نعم (منخفضة)	نعم (مضخة)	نعم (ضاغط)	لا	لا
نطاق الحرارة الفعّال	الكل (حتى −40°C وأقل)	متوسط (حتى −15°C)	متوسط (حتى −20°C)	معتدل (حتى −10°C)	تكميلي فقط
الحماية من جليد الفرازيل	ممتازة	جيدة	جيدة	ضعيفة	متوسطة
الحماية من الجليد الجوي	ممتازة	متوسطة	ضعيفة	جيدة	متوسطة
تعقيد التركيب	منخفض–متوسط	متوسط	متوسط–مرتفع	منخفض	منخفض
تكلفة التشغيل	منخفضة (كهرباء)	منخفضة (طاقة المضخة)	متوسطة (ضاغط)	صفر	تكلفة إعادة الطلاء
أنسب نوع شبكة	جميع الأنواع	جميع الأنواع	الشبكات المغمورة	الشبكات المركّبة على السطح	جميع الأنواع
الموثوقية	عالية جداً	عالية	عالية	متوسطة	متوسطة

بالنسبة إلى مآخذ المياه الحرجة (إمداد المياه البلدي، التبريد النووي، صناعة الثلج في ذروة الموسم): استخدم التسخين الكهربائي كطريقة أساسية: فهو الأكثر موثوقية وفعالية عبر جميع نطاقات درجات الحرارة وأنواع الجليد.

بالنسبة إلى المناخات الباردة المعتدلة (صقيع عَرَضي، ودرجات حرارة نادرًا ما تقل عن −15°C): قد تكفي إعادة تدوير المياه الدافئة أو الحاوية المعزولة، بمتطلبات بنية تحتية أقل.

للحصول على أقصى حماية: ادمج الطرق: مثلاً التسخين الكهربائي لسطح الشبكة إضافة إلى غلاف معزول للحماية من تكوّن الجليد الجوي. ويوفر دمج الطرق احتياطياً في حال إخفاق إحداها.

---

مقاربة ADENCO لمنع تكوّن الجليد في شبكات كواندا

طُوِّرت طرق مقاومة تكوّن الجليد القياسية للشبكات المسطحة التقليدية أو الشبكات الأسطوانية المغمورة أو قضبان شبكة حجز المخلفات. أما شبكات كواندا فلها هندسة فريدة (لوح السلك الإسفيني المنحني المائل، ولوح التسريع، وترتيب الهدّار المركّب على السطح) تتطلب أنظمة مقاومة جليد مصممة خصيصاً.

طوّرت ADENCO نظاماً لمنع تكوّن الجليد مصمماً خصيصاً لهندسة شبكة كواندا. ويدمج نهجنا منع تكوّن الجليد مباشرة في عملية تصنيع الشبكة بدلاً من التعامل معه كملحق يُضاف لاحقاً.

مبادئ التصميم

1. مدمج لا مضاف: عناصر مقاومة تكوّن الجليد جزء من مجموعة الشبكة، لا ملحقات خارجية. وهذا يضمن توزيعاً منتظماً للحرارة على كامل سطح السلك الإسفيني ويلغي البقع الحرارية الباردة التي يمكن أن يتنوّى الجليد عندها.

2. تسخين خاص بكل منطقة: أظهرت الأبحاث النرويجية [6] أن انسداد الجليد يحدث في مناطق محددة من شبكة كواندا: منطقة الانتقال من لوح التسريع إلى لوح الشبكة (النوع II) والحافة الواقعة في اتجاه المصب من المنطقة المبتلّة (النوع I). ويركّز نظامنا طاقة مقاومة تكوّن الجليد حيث يبدأ الانسداد، بدلاً من تسخين الشبكة بأكملها بانتظام.

3. تشغيل تلقائي: تُفعِّل مستشعرات الحرارة عند سطح الشبكة عمل نظام مقاومة تكوّن الجليد فقط عندما تقترب الظروف من عتبات التجمد. ويبقى النظام خاملاً خلال الأشهر الدافئة ولا يستهلك أي طاقة.

4. متوافق مع التشغيل دون كهرباء: بالنسبة للمواقع النائية التي تفتقر إلى البنية التحتية الكهربائية، تقدّم ADENCO تكوينات سلبية لمنع تكوّن الجليد تستخدم الكتلة الحرارية وإدارة التدفق وتحسين هندسة الشبكة لتوسيع نطاق الظروف التي يمكن للشبكة أن تعمل فيها دون كهرباء. ويتوفر التسخين النشط للمواقع التي لديها إمداد كهربائي وتتطلب أقصى درجات الموثوقية في الطقس البارد.

اتصل بـ ADENCO للحصول على التفاصيل الفنية لأنظمة منع تكوّن الجليد لدينا ولمناقشة متطلباتك الخاصة بالمناخ البارد.

---

التصميم للمناخ البارد: قائمة تحقق للمواصفات

عند تحديد مواصفات شبكة مأخذ المياه لموقع تُحتمل فيه ظروف التجمد، أدرج هذه البارامترات في مواصفاتك:

البارامتر	ما ينبغي تقديمه	لماذا هو مهم
الحد الأدنى لدرجة حرارة الهواء	أدنى قيمة مسجلة والحد الأدنى الشتوي المعتاد (°م)	يحدد ما إذا كان منع تكوّن الجليد السلبي أم النشط هو المطلوب
الحد الأدنى لدرجة حرارة المياه	أدنى درجة حرارة مياه مقاسة أو متوقعة (°م)	المياه تحت 0°م تشير إلى التبريد الفائق وخطر جليد الفرازيل
نوع المسطح المائي	قناة مفتوحة (مضطربة) مقابل بحيرة/خزان (هادئة)	الأنهار المضطربة تنطوي على خطر جليد فرازيل أعلى بكثير من البحيرات الهادئة
انحدار النهر واضطرابه	المنحدرات السريعة أو التموجات أو الشلالات أعلى مجرى المأخذ	اضطراب عالٍ = تبريد فائق عالٍ = خطر جليد فرازيل عالٍ
تاريخ الغطاء الجليدي	هل يشكّل المسطح المائي غطاءً جليدياً مستقراً في الشتاء؟	الغطاء الجليدي المستقر يعزل المياه عن الهواء البارد، مما يقلل خطر جليد الفرازيل
التعرض للرياح	درجة التعرض للرياح في موقع المأخذ	الرياح تزيد من معدل التبريد الفائق ومن تكوّن الجليد الجوي معاً
توافر الكهرباء	هل الكهرباء متاحة عند المأخذ؟ وبأي قدرة؟	يحدد أي طرق منع تكوّن الجليد قابلة للتطبيق
نتائج الإخفاق	ماذا يحدث إذا انسدت الشبكة؟ (إيرادات مفقودة، مخاطر على السلامة، إلخ)	يحدد مستوى الاحتياطية والموثوقية المطلوب
موسم التشغيل	على مدار السنة أم موسمي؟ وأي أشهر؟	يحدد مدة متطلبات منع تكوّن الجليد وشدتها

---

الأسئلة الشائعة

كيف يُمنع تكوّن الجليد على شبكات مأخذ المياه؟

أكثر الطرق موثوقية هي الحفاظ على درجة حرارة سطح الشبكة فوق 0°م باستخدام عناصر تسخين كهربائية، أو إعادة تدوير المياه الدافئة، أو أنظمة ناشرات الهواء المسخّن. وبما أن جليد الفرازيل لا يمكنه الالتصاق بالأسطح التي تزيد حرارتها عن درجة التجمد، فإن حتى التسخين الطفيف يمنع التراكم. وفي المناخات الباردة المعتدلة، يمكن أن توفر الحاويات المعزولة أو الطلاءات السطحية الطاردة للماء حمايةً تكميلية. ويعتمد الاختيار على نطاق درجات الحرارة في الموقع وتوافر الكهرباء ونتائج إخفاق المأخذ.

ما هو جليد الفرازيل ولماذا يسدّ مآخذ المياه؟

يتكون جليد الفرازيل من بلورات جليدية صغيرة (نحو ⁦0.3–1.0⁩ مم) تتشكل في مياه مضطربة فائقة التبريد: مياه مبردة بمقدار ⁦0.01–0.1⁩°م فقط دون درجة التجمد. وتلتصق هذه البلورات بأي سطح عند 0°م أو دونها، فتتراكم في فتحات الشبكة حتى ينسدّ التدفق. وتكوّن جليد الفرازيل سريع وذاتي التسارع: إذ يؤدي التنوي الثانوي إلى تسارع إنتاج البلورات بسرعة خلال دقائق، ويمكن أن تنتقل الشبكة من الانفتاح الكامل إلى الانسداد الكامل في أقل من ساعة أثناء أحداث التبريد الفائق الشديدة.

هل تعمل شبكات كواندا في المناخات الباردة؟

نعم. أظهرت الأبحاث في مختبر الصقيع بجامعة NTNU في النرويج أن شبكات كواندا تؤدي أداءً جيداً في جميع ظروف الشتاء الاعتيادية وأنها ذاتية التنظيف بالكامل. ولم يحدث انسداد جليدي كامل إلا أثناء أحداث التبريد الفائق القصوى، وعادت الشبكات إلى الانفتاح دون تدخل تشغيلي بمجرد تحسن الظروف. وبالنسبة لمآخذ المياه التي يجب أن تعمل طوال الشتاء (مثل صناعة الثلج لمنحدرات التزلج أو الإمداد البلدي على مدار السنة) تمنع أنظمة ADENCO لمنع تكوّن الجليد الانسداد حتى في أشد الظروف قسوة.

ما درجة الحرارة التي تسبب جليد الفرازيل؟

يتكوّن جليد الفرازيل عندما تتبرد المياه تبريداً فائقاً دون 0°C: بمقدار 0.01°C إلى 0.1°C فقط في العادة. ويحدث هذا التبريد الفائق بسهولة أكبر في الجريان المضطرب في القنوات المكشوفة المعرّضة لدرجات حرارة هواء أدنى بكثير من درجة التجمد. أما المسطحات المائية الهادئة والعميقة فهي أقل عرضة لذلك، لأن السطح يتجمد مكوّناً غطاءً جليدياً مستقراً يعزل المياه تحته عن مزيد من التبريد. وتبدأ بلورات جليد الفرازيل بالالتصاق بالأسطح المعدنية عند تبريد فائق لا يتجاوز 0.1°C.

هل يمكن لشبكة مسخَّنة أن تمنع الانسداد بجليد الفرازيل؟

نعم. التسخين هو أكثر طرق منع تكوّن الجليد فعالية وموثوقية. فجليد الفرازيل لا يمكنه التنوي أو الالتصاق بسطح تزيد حرارته عن 0°م. وعناصر التسخين ذات الاستهلاك المنخفض للطاقة (⁦100–500⁩ واط/م² بحسب الظروف) المدمجة في هيكل الشبكة تكفي للحفاظ على السطح فوق درجة التجمد حتى في درجات الحرارة المحيطة القصوى دون −30°م. وتكلفة الطاقة متواضعة مقارنةً بعواقب انسداد المأخذ.

كيف يختلف نظام ADENCO لمنع تكوّن الجليد عن الأنظمة القياسية؟

أنظمة منع تكوّن الجليد القياسية مصممة للشبكات المسطحة أو قضبان شبكة حجز المخلفات ولا تراعي هندسة شبكة كواندا. أما نظام ADENCO فيُدمج أثناء التصنيع، ويوفر تسخيناً محدد المناطق موجّهاً إلى النقاط التي يبدأ عندها الانسداد، وفق ما حددته الأبحاث النرويجية، ويعمل تلقائياً استناداً إلى درجة حرارة السطح، ويتوفر بتكوينين: نشط (مُسخَّن) وآخر يعمل دون طاقة، بحسب توافر الكهرباء.

ما تكلفة منع تكوّن الجليد في شبكة مأخذ المياه؟

تضيف أنظمة منع تكوّن الجليد عادةً ⁦15–30%⁩ إلى تكلفة مجموعة الشبكة، بحسب الأسلوب المختار وظروف الموقع. أما تكلفة عدم وجود نظام لمنع تكوّن الجليد (مقيسة بفقد إنتاج الطاقة الكهرومائية، أو تشغيل مضخات ديزل طارئة، أو توقف صناعة الثلج في ذروة الموسم) فتتجاوز عادةً قيمة الاستثمار في منع تكوّن الجليد خلال الشتاء الأول من التشغيل.

هل ينبغي أن أشترط منع تكوّن الجليد لشبكة مأخذ المياه لديّ؟

إذا كان موقع المأخذ لديك يشهد درجات حرارة مياه تقترب من 0°C أو درجات حرارة هواء دون 0°C خلال موسم التشغيل، فالجواب نعم. فالسؤال ليس هل سيتكوّن الجليد، بل متى. وبالنسبة لمآخذ صناعة الثلج، يُعدّ منع تكوّن الجليد ضرورياً: فصناعة الثلج تجري حصراً في ظروف التجمد. أما مآخذ الطاقة الكهرومائية والمآخذ البلدية في خطوط العرض الشمالية فيُوصى بشدة بتزويدها بنظام لمنع تكوّن الجليد. وتكلفة الوقاية جزء يسير من تكلفة توقف غير مخطط له.

---

المراجع

1. Daly, S.F. وآخرون (2023). "Prevention of Water Intake Blockage by Ice during Supercooling Events." Journal of Cold Regions Engineering، المجلد 37، العدد 1. ASCE. DOI: 10.1061/JCRGEI.CRENG-676

2. "Trenton Water Works Adds Temporary Pumps to Avoid Plant Ice Shutdowns." Community News، 2025. تم الاطلاع في أبريل 2026، من https://www.communitynews.org/news/local/trenton-water-works-adds-temporary-pumps-to-avoid-plant-ice-shutdowns/

3. "Frazil Ice." Wikipedia. تم الاطلاع في أبريل 2026، من https://en.wikipedia.org/wiki/Frazil_ice

4. "A Mathematical Model for Supercooling Process and Its Application to Frazil Ice Evolution." Nature Scientific Reports (2023). DOI: 10.1038/s41598-023-33097-z

5. USBR. "Prevention of Frazil Ice Clogging of Water Intakes." REC-ERC-74-15 (1974). تم الاطلاع في أبريل 2026، من https://www.usbr.gov/tsc/techreferences/hydraulics_lab/pubs/REC/REC-ERC-74-15.pdf

6. Gebre, S. وآخرون (2014). "Performance of Coanda-Effect Screens in a Cold Climate." Journal of Cold Regions Engineering، المجلد 28، العدد 4. ASCE. DOI: 10.1061/(ASCE)CR.1943-5495.0000073

7. Lia, L. وآخرون (2023). "Reducing Ice Accumulation on Coanda Screen Intakes." NTNU، النرويج. تم الاطلاع في أبريل 2026، من https://ntnuopen.ntnu.no/ntnu-xmlui/handle/11250/2824885

8. Hazen and Sawyer. "Frazil Ice Intake Challenges: Balancing Environmental Impacts with Plant Operation." تم الاطلاع في أبريل 2026، من https://www.hazenandsawyer.com/articles/frazil-ice-intake-challenges-balancing-environmental-impacts-with-plant-ope

9. "Prevention of Ice Formation to Prevent Frazil with Bubble Tubing." تم الاطلاع في أبريل 2026، من https://bubbletubing.com/bubble-tubings-solutions/deicing-bubble-tubing/prevention-of-ice-formation/

10. "Scalable Robust Photothermal Superhydrophobic Coatings for Efficient Anti-Icing and De-Icing." Nature Communications (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-54058-8

11. "Fish Protection, Wedgewire Intake Screens, and Frazil Ice." IAHR Library. تم الاطلاع في أبريل 2026، من https://www.iahr.org/library/infor?pid=26762

12. Wahl, T.L. (2003). Design Guidance for Coanda-Effect Screens. مكتب الاستصلاح الأمريكي، تقرير بحثي R-2003-03. دنفر، كولورادو.

13. "Advances in Frazil Ice Evolution Mechanisms and Numerical Modelling in Rivers and Channels in Cold Regions." MDPI Water، المجلد 15، العدد 14، 2582 (2023). DOI: 10.3390/w15142582

---

نُشر بواسطة ADENCO: شبكات كواندا لمآخذ المياه بهندسة متقدمة. تقنية منع تكوّن الجليد لدى ADENCO مصممة خصيصاً لهندسة شبكة كواندا، وتوفر تشغيلاً موثوقاً لمأخذ المياه في أقسى ظروف المناخ البارد. تواصل مع فريقنا الهندسي لمناقشة متطلبات مأخذ المياه لديك في المناخ البارد.