一年四季，清波粼粼的國家大劇院前每天都會迎來無數(shù)游客拍照留念。特別是在雪花飛舞的冬季，不少游客會產(chǎn)生疑問，國家大劇院外不結(jié)冰的水池藏著怎樣的秘密？CCTV-10《創(chuàng)新進行時》欄目3月11日播出的《不結(jié)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(jié)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(shù)的節(jié)能環(huán)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(huán)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筑，為北京城中心地區(qū)增添了一處靈動水景。
國家大劇院的室外露天水池面積約35000㎡，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(jié)冰，也成為一大難題。那么用什么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(jié)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(huán)境系統(tǒng)。北京市地質(zhì)礦產(chǎn)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(guān)，底下的溫度是恒定的。這也是恒有源集團采用淺層地熱保證大劇院人工湖不結(jié)冰的根源。
李寧波說，地下深度不同溫度就不一樣，世界范圍內(nèi)地熱平均水平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(jīng)濟技術(shù)條件下能夠被人類開采利用的這一部分熱能，在全世界范圍內(nèi)可應用最廣的是200米以內(nèi)的淺層地熱能。恒有源集團就是通過地源熱泵技術(shù)充分利用了地熱能，實現(xiàn)了國家大劇院這個面積達35000平方米的露天大湖冬天不結(jié)冰。
國家大劇院外景觀水池加熱系統(tǒng)可采用多種方法，如城市熱力、燃氣鍋爐、淺層地熱能等。根據(jù)技術(shù)分析結(jié)果，采用城市熱力、燃氣鍋爐的運行成本均高于采用淺層地熱能的地能熱泵環(huán)境系統(tǒng)，最終恒有源集團的地能熱泵環(huán)境系統(tǒng)因節(jié)能環(huán)保被采用。李寧波認為，讓水面溫度恒定不結(jié)冰，保持理想景觀效果，運行費用低，節(jié)能還不污染水源，這些都是地源熱泵技術(shù)的獨有優(yōu)點。
恒有源單井循環(huán)換熱地能采集系統(tǒng)的機房與池水處理站相結(jié)合，利用池水循環(huán)換熱裝置作為末端設備，池水循環(huán)裝置置于四個站房內(nèi)。冬季池水溫度低，經(jīng)過封閉的循環(huán)系統(tǒng)，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(jīng)過勘測發(fā)現(xiàn)，在地下80米深處，地下水溫保持在攝氏13度以上。經(jīng)過封閉的循環(huán)系統(tǒng)，將與恒溫的地下水換熱后的池水注入湖內(nèi)，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(zhuǎn)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于加熱池水，這樣就形成一個將熱量夏儲冬用的生態(tài)冷卻加熱循環(huán)系統(tǒng)。
整套裝置2003年開始施工，2007年11月開始調(diào)試運行。在調(diào)試運行過程中，根據(jù)北京氣象預報提供的溫度、風速等參數(shù)，在確保景觀池水不凍及安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行的原則下，制定運行方案，以使系統(tǒng)處于最佳節(jié)能運行狀態(tài)。在天安門地區(qū)大幅度降溫，甚至最低氣溫達到-9℃且連續(xù)陰天的情況下，大劇院池水都未結(jié)冰。
恒有源集團在國家大劇院采用的這一系統(tǒng)至今已連續(xù)穩(wěn)定運行了15年，其無污染，運行費用低的優(yōu)勢已得到充分的證實。此工程開創(chuàng)了恒有源集團在淺層地熱能用于池水加熱系統(tǒng)設計安裝領(lǐng)域的先河，為國內(nèi)淺層地熱能應用行業(yè)提供了重要的數(shù)據(jù)參數(shù)及施工經(jīng)驗。
國家大劇院是中國在新世紀的重點工程，質(zhì)量要求高、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，保證工程質(zhì)量和工期。
為避免露天水池中滋生微生物，造成水質(zhì)污染，系統(tǒng)管道內(nèi)全部做了襯塑處理。為保證襯塑質(zhì)量，先將機房水管裝好，沒有任何問題之后，再拆除管道，由專業(yè)廠家對管子進行襯塑處理，而后重新將襯塑水管復位。單井循環(huán)換熱地能采集井則布置在地下室，結(jié)構(gòu)緊湊，布置合理。
國家大劇院景觀水池的地能熱泵環(huán)境系統(tǒng)經(jīng)濟效益顯著，節(jié)能減排明顯，運行費用低，系統(tǒng)運行費用僅是燃氣鍋爐費用的36%。
單井循環(huán)換熱地能采集技術(shù)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(huán)境系統(tǒng)是恒有源集團發(fā)明的專利技術(shù)，優(yōu)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。單井循環(huán)換熱地能采集技術(shù)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(yōu)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(qū)的很多工程都使用了地源熱泵技術(shù)。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采取地源熱泵技術(shù)，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(xiàn)綠色、低碳、高質(zhì)量發(fā)展。
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