[圖文]“巨蛋”永泊“不凍港”

　　正在建設中的國家大劇院“巨蛋”造型，吸引著越來越多國內外游客的目光。本報記者 羅 兵 攝

　　“好漂亮的蛋啊!”5月31日下午，幾個外國游客來到國家大劇院工地，

看到在夕陽下閃閃發亮的“巨蛋”，不由得發出了一聲聲驚嘆。一個外國朋友在鏡頭前做出了擁抱“巨蛋”的姿勢。然而，他們或許不知道，建成以后的“巨蛋”會更漂亮。因為這個“巨蛋”周圍水池里的水會四季清澈，不會結冰，看起來“巨蛋”仿佛漂在水面上一般。

　　冷熱源環境系統：解決結冰難題

　　國家大劇院的關鍵設施之一，是環繞大劇院主體建筑四周一個占地35000多平方米的露天水池。如何讓國家大劇院水池里的水四季保持相對溫度，讓天安門地區一年四季都呈現出一汪清水的景色？這個問題曾是國家大劇院工程的五大難題之一。

　　國家大劇院最終選中了擁有自主知識產權的北京恒有源科技發展有限公司（下簡稱恒有源公司）研發的“中央液態冷熱源環境系統”（下簡稱冷熱源環境系統），從而成功地解決了大劇院水景相對溫度的難題。該技術在國家大劇院一旦運用成功，將創造水池面積最大、蓄水量最多、環保要求最嚴、消耗能源最少、能量利用率最高等多個第一。最終將使35000多平方米的露天水面，冬季全景不結冰。

　　那么冷熱源環境系統究竟是一項什么技術，使國家大劇院水面在數九寒冬也能保持不結冰？

　　“簡單地說，這個系統是利用擁有自主知識產權的淺層低溫地熱采集技術和國際上先進的熱泵技術相結合的系統成套裝置，實現對建筑物供暖、供冷、供生活熱水的環境系統。冬季把淺層土壤中的熱量取出來，供給室內采暖；夏季把室內熱量取出來，釋放到地下，利用地下恒溫區的低溫特性進行冷卻。該系統主要由集熱器、蓄能器、換熱器、熱能提升器和熱水器組成。” 恒有源公司的技術人員告訴記者。

　　例如把溫度為15℃的水抽上來，通過該系統取走10℃的熱，同時把溫度降至5℃的水回灌地下，然后再利用一定的電能把這10℃提升到取暖所需的溫度，即可達到采暖效果。在夏季制冷時，由于地下水溫較低，制冷效率很高，運行電費約為分體空調的一半。“這就好比一個冰箱，里面制冷，后面散熱。夏天的時候，把冰箱的門打開，冷氣放在室內，熱氣被管線中的水帶走；冬天則把熱散在室內，冷氣被水帶走。”專家這樣介紹。

　　據恒有源公司計算，目前，一個標準的能量采集裝置可連續穩定提取500千瓦以上的熱功率。

　　一根電線：實現冷熱交換

　　據了解，目前我國采暖地區的采暖方式主要有3類：一是由熱電廠提供熱源的城市集中供熱；二是區域鍋爐房供熱；三是分戶小煤爐供熱。這3類采暖均以燃煤為能源，也是采暖地區采暖季節大氣污染的主要來源。北京市天然氣的投資已達幾十億元，建筑物使用天然氣采暖每平方米的造價在100元左右，它的所有配套工程都必須由國家投資建造天然氣管網。而使用冷熱源環境系統的總造價是每平方米200多元，無須國家投巨資建站，只要一根電線就夠了。

　　恒有源公司系統總監賀平東給記者算了一筆賬：以1萬平方米住宅為例，如果采用傳統的燃油和燃氣采暖，平均每平方米投資約200元左右，但加上制冷后，無論哪一種方式，平均每平方米投資都在400元左右。與其相比較，冷熱源環境系統每平方米投資280元左右，就可以實現供暖、制冷和提供生活熱水的“三聯供”。

　　“應用冷熱源環境系統，最大的意義在于及時補充了城市能源缺口，節省了大量不可再生能源，延長了煤、油、氣、礦物資源的使用年限。”恒有源公司供暖總監程韌教授說。

　　據介紹，應用冷熱源環境系統1000萬平方米產生的綜合效益是：每季可節省37萬噸標煤，減排二氧化碳94萬噸，減排顆粒物1．6萬噸，減排二氧化硫0．9萬噸，節省運灰煤車輛9萬次，并因此可節省汽油1．3萬噸，夏季制冷比傳統冷卻塔每天節水達12萬噸。

　　冷熱源環境系統以電為動力，運行過程中無燃燒、無任何污染物排放，對改善大氣質量是顯而易見的。北京市海淀區環保局局長何建軍說，從海淀區冬季運行了30萬平方米的冷熱源環境系統應用情況來看，目前已替代煤2.67萬噸、柴油1萬噸、天然氣1萬立方米，減少了替代物的污染。

　　從雙井到單井：打造核心技術

　　在研發冷熱源環境系統的過程中，恒有源公司的技術人員發現了一個問題：地下低位能量一般靠抽取地下水采集，從上個世紀60年代開始，世界上許多國家采集和回灌地下水的做法是甲井抽水，乙井回灌，稱為雙井抽灌方式。這一技術普遍使用大口井回灌，長期運行不僅會降低地下水位，還會造成地下水交叉污染、移砂、回灌井淤塞、地面不均勻沉降等問題，而且使用麻煩，需要經常洗井。這種抽灌方式，被一些地質水文專家批評為以破壞地下資源為代價，換取空氣質量。美國、瑞士等國已經禁止使用該種抽灌方式。

　　恒有源公司的專家們經過多次研究，形成了以“單井抽灌”取代“雙井抽灌”的技術攻關思路。經過反復的技術論證和試驗之后，核心技術終于形成。單井抽灌技術通過淺層地下水的循環流動，在冬季采集淺層土壤中的低位熱能，為熱能提升器機組持續提供熱源；在夏季將淺層土壤作為冷源，利用其低溫特性對系統循環水進行冷卻。地下水通過間壁式換熱器（包括螺旋板換熱器、板式換熱器等）的換熱壁面，完成冷熱流體熱量的交換。回灌水與土壤、砂石等進行熱交換，實現能量的采集和傳遞。

　　于是，一個全新的產品——冷熱源環境系統誕生了，并立即投入試驗運行。國家空調設備質量監督檢驗中心對該系統使用情況實測和比較，得出的結論是：“依據國家標準要求達到的室內溫度，在相同的戶型和面積、測試條件下，僅從運行效果和經濟性分析，比分體式空調方式省電，較經濟。”

　　自2001年3月7日這個技術面世以來，已經獲得了7項由國家知識產權局授予的實用新型專利，還獲得了多項國際專利。

　　北京市水資源監測中心對單井抽灌井水的水質進行了長期跟蹤檢測，北京市水利局也曾經組織專家鑒定，最后一致認為：單井抽灌技術較傳統地下水熱泵技術有突出優點，該技術對地下水質無任何影響。

　　可再生能源：服務2008年奧運

　　恒有源公司本著以再生能源綜合利用的宗旨，正在走出一條可持續發展的道路。

　　從2000年至今，冷熱源環境系統已在國內推廣應用260萬平方米。其中，在北京推廣應用210萬平方米，約占北京市應用淺層地能供暖面積的60%。目前，包括海淀區政府辦公大樓、西郊汽配城、海淀區外國語實驗學校等在內的建筑都使用冷熱源環境系統采暖（制冷）。未來列入奧運行動規劃的建設項目約30萬平方米，包括國家大劇院水景觀工程、中關村軟件園信息中心和培訓中心等。

　　從歷屆奧運會來看，均未大規模使用可再生能源，悉尼奧運會提出了綠色奧運概念，但綠色能源（風能、太陽能）只是示范性應用。奧運場館如使用冷熱源環境系統，將實現建筑用能50％能源來自可再生能源，這絕對是奧運史上能源利用的突破：可以高標準實現《奧運行動規劃》關于環境質量的目標；可以大幅度節省投資；可以確保安全舒適；有利于賽后利用。

　　冷熱源環境系統對環境保護最顯著之處在于，不向大氣排放任何污染物，不污染、不消耗地下水。

　　據了解，國家體育場、奧運村（運動員公寓和臨時建筑）、國家游泳中心、五棵松文化體育中心、奧林匹克水上公園、鄉村賽馬場、奧運會射擊館等10個場館，總建筑面積約130萬平方米，總投資約需230億元。“每應用1萬平方米冷熱源環境系統，比電鍋爐采暖系統節省裝機功率500千瓦，節省電力（電廠及輸配電工程）投資350萬元。那么如果130萬平方米場館應用冷熱源，則可節省供電投資4．6億元。”恒有源公司總經理徐生恒用數字向記者展示了冷熱源環境系統未來發展前景。

　　即將建成的國家大劇院效果圖