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淺層地熱護航打造“不結冰的國家大劇院”

來源恒有源集團 時間:4/14/2022

相關視頻  >>>《創新進行時》不結冰的大劇院_CCTV-10

一年四季,清波粼粼的國家大劇院前每天都會迎來無數遊客拍照留念。特別是在雪花飛舞的冬季,不少遊客會產生疑問,國家大劇院外不結冰的水池藏著怎樣的秘密?CCTV-10《創新進行時》欄目311日播出的《不結冰的大劇院》做了詳細揭秘。原來,正是有了恒有源集團的淺層地熱能保駕護航,才造就了“不結冰的國家大劇院”,多年的實踐也證明了恒有源集團淺層地熱能技術的節能環保。

作為亞洲最大的劇院綜合體,國家大劇院外觀呈半橢球形,殼體外圍環繞著水色蕩漾的人工湖,總面積達3.55萬平方米。人工湖水域的設計理念來自京城水系,湖水如同一面清澈見底的鏡子,波光與倒影交相輝映,共同托起中央巨大而晶瑩的建築,為北京城中心地區增添了一處靈動水景。

淺層地熱保證大劇院人工湖不結冰
 

國家大劇院的室外露天水池面積約35000m³,儲水量近15000m³,水深400mm。北京冬季氣溫在攝氏零度以下,如何使人工湖的水冬季不結冰,也成為一大難題。那麼用什麼方法能讓國家大劇院的露天大湖在冬天也能擁有一池碧水呢?人工湖水池冬季不結冰,夏季不長藻,四季清澈的秘訣正是源自恒有源集團應用淺層地熱能的地能熱泵環境系統。北京市地質礦產勘察院副總工程師李寧波解釋道,地下水的溫度和含水層的深度密切相關,底下的溫度是恒定的。這也是恒有源集團採用淺層地熱保證大劇院人工湖不結冰的根源。

李寧波說,地下深度不同溫度就不一樣,世界範圍內地熱平均水準是每向下百米地溫增加約3攝氏度。他指出,地熱能是指在當前的經濟技術條件下能夠被人類開採利用的這一部分熱能,在全世界範圍內可應用最廣的是200米以內的淺層地熱能。恒有源集團就是通過地源熱泵技術充分利用了地熱能,實現了國家大劇院這個面積達35000平方米的露天大湖冬天不結冰。

國家大劇院外景觀水池加熱系統可採用多種方法,如城市熱力、燃氣鍋爐、淺層地熱能等。根據技術分析結果,採用城市熱力、燃氣鍋爐的運行成本均高於採用淺層地熱能的地能熱泵環境系統,最終恒有源集團的地能熱泵環境系統因節能環保被採用。李寧波認為,讓水面溫度恒定不結冰,保持理想景觀效果,運行費用低,節能還不污染水源,這些都是地源熱泵技術的獨有優點。

運行15年證實淺層地熱優勢
 

恒有源單井迴圈換熱地能採集系統的機房與池水處理站相結合,利用池水迴圈換熱裝置作為末端設備,池水迴圈裝置置於四個站房內。冬季池水溫度低,經過封閉的循環系統,將恒溫的地下水與湖水換熱,冬季可以將人工湖的水溫控制在零度以上;夏季池水溫度高,再反向換熱,降低池水溫度。

經過勘測發現,在地下80米深處,地下水溫保持在攝氏13度以上。經過封閉的循環系統,將與恒溫的地下水換熱後的池水注入湖內,冬季可以將人工湖的水溫控制在零度以上。夏季抽取12℃的地下水,通過反向換熱,使池水溫度降低,即夏季將池水獲得的太陽輻射熱轉移到井水中而使池水降溫;冬季把井水中的熱量提取出來用於加熱池水,這樣就形成一個將熱量夏儲冬用的生態冷卻加熱循環系統。

整套裝置2003年開始施工,2007年11月開始調試運行。在調試運行過程中,根據北京氣象預報提供的溫度、風速等參數,在確保景觀池水不凍及安全、穩定、經濟運行的原則下,制定運行方案,以使系統處於最佳節能運行狀態。在天安門地區大幅度降溫,甚至最低氣溫達到-9℃且連續陰天的情況下,大劇院池水都未結冰。

恒有源集團在國家大劇院採用的這一系統至今已連續穩定運行了15年,其無污染,運行費用低的優勢已得到充分的證實。此工程開創了恒有源集團在淺層地熱能用於池水加熱系統設計安裝領域的先河,為國內淺層地熱能應用行業提供了重要的數據參數及施工經驗。

專業襯塑處理保水池不長藻
 

國家大劇院是中國在新世紀的重點工程,品質要求高、工期短、任務重,交叉施工多,因此必須認真做好施工組織設計,合理安排人力資源,嚴格按圖施工。在施工過程中遇到問題及時同設計方溝通解決,保證工程品質和工期。

為避免露天水池中滋生微生物,造成水質污染,系統管道內全部做了襯塑處理。為保證襯塑品質,先將機房水管裝好,沒有任何問題之後,再拆除管道,由專業廠家對管子進行襯塑處理,而後重新將襯塑水管複位。單井迴圈換熱地能採集井則佈置在地下室,結構緊湊,佈置合理。

國家大劇院景觀水池的地能熱泵環境系統經濟效益顯著,節能減排明顯,運行費用低,系統運行費用僅是燃氣鍋爐費用的36%。

單井迴圈換熱地能採集技術收集淺層地下的熱量和冷量來加熱和冷卻池水的地能熱泵環境系統是恒有源集團發明的專利技術,優點突出,設備初投資少,運行費用低,可滿足冬季池水加熱,夏季池水冷卻的要求。單井迴圈換熱地能採集技術具有不移沙、不破壞地下水平衡、不污染地下水,無任何污染等優點,是任何燃油、燃氣鍋爐不可比擬的。

如今,北京大興國際機場、北京城市副中心,以及雄安新區的很多工程都使用了地源熱泵技術。恒有源集團也都參與了其中的工程建設,僅北京大興國際機場採取地源熱泵技術,每年就可減少二氧化碳排放量2.6萬噸。

未來,我國對地熱資源的利用方式和場景將越來越豐富,實現綠色、低碳、高質量發展。

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《中國地熱能》是由中國地熱能出版社主辦,北京節能環保促進會淺層地(熱)能開發利用專業委員會等協辦的科技期刊,於香港公開發行,雙語半年刊。我們的辦刊宗旨是為政府制定能源政策提供參考建議,為地能開發企業提供宣傳平臺;為設計者、大眾提供交流空間;推廣淺層地熱能利用經驗,展示應用實例。

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