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浅层地热护航打造“不结冰的国家大剧院”

2022/4/14 0 14121


相关视频 >>>《创新进行时》不结冰的大剧院_CCTV-10

一年四季,清波粼粼的国家大剧院前每天都会迎来无数游客拍照留念。特别是在雪花飞舞的冬季,不少游客会产生疑问,国家大剧院外不结冰的水池藏着怎样的秘密?CCTV-10《创新进行时》栏目3月11日播出的《不结冰的大剧院》做了详细揭秘。原来,正是有了恒有源集团的浅层地热能保驾护航,才造就了“不结冰的国家大剧院”,多年的实践也证明了恒有源集团浅层地热能技术的节能环保。

作为亚洲最大的剧院综合体,国家大剧院外观呈半椭球形,壳体外围环绕着水色荡漾的人工湖,总面积达3.55万平方米。人工湖水域的设计理念来自京城水系,湖水如同一面清澈见底的镜子,波光与倒影交相辉映,共同托起中央巨大而晶莹的建筑,为北京城中心地区增添了一处灵动水景。

浅层地热保证大剧院人工湖不结冰

国家大剧院的室外露天水池面积约35000㎡,储水量近15000m³,水深400mm。北京冬季气温在摄氏零度以下,如何使人工湖的水冬季不结冰,也成为一大难题。那么用什么方法能让国家大剧院的露天大湖在冬天也能拥有一池碧水呢?人工湖水池冬季不结冰,夏季不长藻,四季清澈的秘诀正是源自恒有源集团应用浅层地热能的地能热泵环境系统。北京市地质矿产勘察院副总工程师李宁波解释道,地下水的温度和含水层的深度密切相关,底下的温度是恒定的。这也是恒有源集团采用浅层地热保证大剧院人工湖不结冰的根源。

李宁波说,地下深度不同温度就不一样,世界范围内地热平均水平是每向下百米地温增加约3摄氏度。他指出,地热能是指在当前的经济技术条件下能够被人类开采利用的这一部分热能,在全世界范围内可应用最广的是200米以内的浅层地热能。恒有源集团就是通过地源热泵技术充分利用了地热能,实现了国家大剧院这个面积达35000平方米的露天大湖冬天不结冰。

国家大剧院外景观水池加热系统可采用多种方法,如城市热力、燃气锅炉、浅层地热能等。根据技术分析结果,采用城市热力、燃气锅炉的运行成本均高于采用浅层地热能的地能热泵环境系统,最终恒有源集团的地能热泵环境系统因节能环保被采用。李宁波认为,让水面温度恒定不结冰,保持理想景观效果,运行费用低,节能还不污染水源,这些都是地源热泵技术的独有优点。

运行15年证实浅层地热优势

恒有源单井循环换热地能采集系统的机房与池水处理站相结合,利用池水循环换热装置作为末端设备,池水循环装置置于四个站房内。冬季池水温度低,经过封闭的循环系统,将恒温的地下水与湖水换热,冬季可以将人工湖的水温控制在零度以上;夏季池水温度高,再反向换热,降低池水温度。

经过勘测发现,在地下80米深处,地下水温保持在摄氏13度以上。经过封闭的循环系统,将与恒温的地下水换热后的池水注入湖内,冬季可以将人工湖的水温控制在零度以上。夏季抽取12℃的地下水,通过反向换热,使池水温度降低,即夏季将池水获得的太阳辐射热转移到井水中而使池水降温;冬季把井水中的热量提取出来用于加热池水,这样就形成一个将热量夏储冬用的生态冷却加热循环系统。

整套装置2003年开始施工,2007年11月开始调试运行。在调试运行过程中,根据北京气象预报提供的温度、风速等参数,在确保景观池水不冻及安全、稳定、经济运行的原则下,制定运行方案,以使系统处于最佳节能运行状态。在天安门地区大幅度降温,甚至最低气温达到-9℃且连续阴天的情况下,大剧院池水都未结冰。

恒有源集团在国家大剧院采用的这一系统至今已连续稳定运行了15年,其无污染,运行费用低的优势已得到充分的证实。此工程开创了恒有源集团在浅层地热能用于池水加热系统设计安装领域的先河,为国内浅层地热能应用行业提供了重要的数据参数及施工经验。

专业衬塑处理保水池不长藻

国家大剧院是中国在新世纪的重点工程,质量要求高、工期短、任务重,交叉施工多,因此必须认真做好施工组织设计,合理安排人力资源,严格按图施工。在施工过程中遇到问题及时同设计方沟通解决,保证工程质量和工期。

为避免露天水池中滋生微生物,造成水质污染,系统管道内全部做了衬塑处理。为保证衬塑质量,先将机房水管装好,没有任何问题之后,再拆除管道,由专业厂家对管子进行衬塑处理,而后重新将衬塑水管复位。单井循环换热地能采集井则布置在地下室,结构紧凑,布置合理。

国家大剧院景观水池的地能热泵环境系统经济效益显著,节能减排明显,运行费用低,系统运行费用仅是燃气锅炉费用的36%。

单井循环换热地能采集技术收集浅层地下的热量和冷量来加热和冷却池水的地能热泵环境系统是恒有源集团发明的专利技术,优点突出,设备初投资少,运行费用低,可满足冬季池水加热,夏季池水冷却的要求。单井循环换热地能采集技术具有不移沙、不破坏地下水平衡、不污染地下水,无任何污染等优点,是任何燃油、燃气锅炉不可比拟的。

如今,北京大兴国际机场、北京城市副中心,以及雄安新区的很多工程都使用了地源热泵技术。恒有源集团也都参与了其中的工程建设,仅北京大兴国际机场采取地源热泵技术,每年就可减少二氧化碳排放量2.6万吨。

未来,我国对地热资源的利用方式和场景将越来越丰富,实现绿色、低碳、高质量发展。

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《中国地热能》是由中国地热能出版社主办,北京节能环保促进会浅层地(热)能开发利用专业委员会等协办的科技期刊,于香港公开发行,双语半年刊。我们的办刊宗旨是为政府制定能源政策提供参考建议,为地能开发企业提供宣传平台;为设计者、大众提供交流空间;推广浅层地热能利用经验,展示应用实例。

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