如何使环绕国家大剧院四周35000多平方米的露天水池,在北京冬季近零下10度的情况下不结冰,这是摆在施工方面前的一道难题。如果采用燃煤加热,既污染环境又加大成本,而恒有源“中央液态冷热源环境系统”技术的出现,现实地解决了这一问题。
新技术在地下只需要开凿一口井,这也是与传统地源热泵方式的最大区别。通过单井抽灌方式采集地下水中蕴涵的低位热能,通过井下安装的 自主研发的具有制冷、制热、热水功能的能量采集器后进行提升,在地面经换热器后将热能释放,地下水再从原井回到地下。
以供热为例。在中央液态冷热源环境系统施工中,主要采取隔板式、迷宫式和全封闭式三种热能采集技术。其中隔板式适用于单层粗砾石砂土地。泵从吸水腔送入井口换热器,释放热量降温后进入排水腔,液位继续升高到静水位,在静水位压力的作用下,排水腔压力升高,与此同时,水泵吸入口压力下降,在压力差的作用下,排水腔的水被排出,与土壤换热器换热后进入吸水腔,升温后的水再一次被泵送入井口换热器释放热量,如此反复循环。
由于采用井水就地原位回灌的方式,既不消耗水,也不污染水;既不会破坏地下水的正常分布,也不会因为移砂而造成取水井塌陷和回灌井堵塞等问题。同时,在换热器运行过程中没有任何气态、液态和固态污染物排放,也没有燃烧和高温高压过程,是目前所有具有类似功能的系统中环保效果最突出,运行最安全可靠的一种(见表1)。
中央液态冷热源环境系统现已获得了国家有关部门的换热器多项认证。2001年,该系统成为国家重点技术创新项目、国家高新技术产业化推进项目,2002年还入选国家鼓励的节水设备、北京市节能产品。 换热器还通过了ISO9001质量管理体系认证、ISO14001环境管理体系认证。
在最早采用这一技术的北京地区,实测结果表明,不考虑谷电电价的优惠,该换热器系统每平方米每个冬季运转所耗电能的费用与政府规定的燃煤采暖收费标准相当。而在夏季,该换热器系统利用浅层地下的恒温(约15℃)作用进行冷却,不但避免了冷却水的蒸发消耗,而且大大提高了制冷效率。与普通中央空调相比,在相同制冷效果的条件下,利用单井抽灌浅层地能技术开发的中央液态冷热源环境系统节电约50%,同时每百万平方米一天可节水1.2万吨。此外,中央换热器液态冷热源环境系统还可以单独使用,也可以与电加热、太阳能等系统联合使用,以满足各种特殊的使用条件。