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恒有源向地下要能源

`清洁能源网   2007 年 04 月 20 日 00:00   来源:《中国投资》

取之不尽、用之不竭的浅层地能,以其储量丰富、无污染、可再生、采集方便、投资小等特点,在城市建筑供暖中有着广阔的应用前景

  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。

  经过20多年研发,由北京恒有源科技发展有限公司自主研发、拥有自主知识产权的中央液态冷热源系统单井抽灌浅层地能采集技术,已经解决了建筑物供暖替代能源的问题。

  早在2000年,恒有源就开始利用这一技术,承担了北京市海淀区汽车配件城、海淀外国语学校、区政府新办公大楼等70多万平方米的供暖项目。至2006年底,恒有源相继承担了北京、上海、天津、西藏、青海等省市自治区的350多个工程,推广应用替代能源给建筑物供暖500多万平方米。

  开发浅层地能

  浅层地能是一种一直被人类忽视的能源。浅层地能主要来自太阳的热辐射,由于土壤的蓄能效应,使得浅层土壤中存在一个温度常年达到15℃的恒温地带。同时,地核传导的热也直接作用在这个恒温地带。利用这个浅层低温的地能比直接利用深层地热和太阳能,更具有明显优势。

  与传统方式相比,浅层地能供暖方式仅消耗部分高品位能源,用以输送大部分低品位能源。此外,浅层地能供暖方式还具有极高的运行效率和经济效益,使用过程中没有任何污染物的排放,是目前较为清洁的供暖方式,而且这一热量供应稳定可靠。

  正是浅层地能具有储存巨大、再生补充性强、分布广泛、能量恒定、开采便利、安全可靠、费用低廉等特点,因而被国际能源理事会(IEA)推荐为可再生能源供给方式之首。

  其实,早在上世纪60年代,美国科学家就提出可以利用浅层地能采暖。其工作原理是在地上开凿两个或两个以上的水井,从其中一口井取出地下水进入机组放热,之后将降低了温度的地下水再进入第二口井或其他回灌井回灌地下。地下水在温度降低时所放出的热量,经热泵提升,其品位提高,可以满足采暖需要。这种系统通常被叫做地下水源热泵系统或多井系统。

  这一采暖方式由于不使用任何燃料,没有燃烧过程,因而不会产生废气排放。节能、环保使得这种新技术很快推广起来,欧美、日本乃至我国都曾采用这一技术。

  但随着时间的推移,这种双井或多井的采暖方式很快就暴露出问题:由于反复抽取,地下水的移 动不可避免地给地质和建筑物带来严重不良影响,此外还引起了地下泥砂的迁移,引起取水井塌陷和回水井堵塞,降低了系统使用寿命。而且由于采取一井抽取、一井回灌的方式,也带来了地下水的交叉污染问题。

  为解决双井带来的生态破坏和威胁建筑物安全等问题,时任北京四博联公司总经理的徐生恒也带领一个由多名技术人员组成的团队进行攻关。

  经过多年研发,孙骥和几位合作者推出了单井抽灌浅层地能技术,实验成功的同时,即申请了专利,并独创同时实现冬季供暖、夏季制冷、日常提供生活热水的三联供系统。依托这一技术,200212月,恒有源公司成立,专门承担建筑物供暖工程,快速实现了产学研一体化发展。

  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,通过井下安装的恒有源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。恒有源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。恒有源还通过了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,该系统利用浅层地下的恒温(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。

  20019月,由北京市水利局组织,环保局、市科学技术委员会共同主持的专家鉴定会认为,“单井抽灌技术较好地解决了移砂、地面不均匀沉降和水量损失,较之传统的地下水源热泵技术有突出优点”。

  20016月至20035月,北京市水环境监测中心对单井抽灌水井的水质进行了监测。三年的监测结果表明:使用该技术后,水体质量各项指标在出水和回灌水中,除水温外均没用明显变化,单井抽灌回灌水未对地下水质量造成影响。可以确定:单井抽灌这种地能()提取方式是一种以水为介质的土壤换热装置,而不是取水装置。

  20073月,恒有源中标残奥会水源热泵及热交换器设计安装项目。该项目位于北京顺义,总建筑面积为64382平方米,涉及运动员公寓及科研楼、田径及力量训练馆等9个项目。

  新技术优点多

  由于目前我国供暖体制仍属于公共事业,国家每年都给予热力公司高额补贴,而采用煤、油气、电方式采暖,每平方米建筑国家需对该能源分别投入360415960元,而采用恒有源技术仅投入200元,建筑业主也将减少供暖设备的投入。

  中央液态冷热源环境系统的初始投资少,主要有三个因素:

  一是一机多用。一座建筑物要实现冬季采暖、夏季制冷和日常提供生活热水三项功能,如果采用传统方式,一般需要安装各自独立的供暖系统和制冷系统,有的还需再独立安装供热水系统。而如果采用中央液态冷热源环境系统,安装一套就可以了。

  二是投资项目少。安装中央液态冷热源环境系统,不必再建燃料储存场地和运输燃料的通道,不必配备特殊的消防装置,不必对配电系统做大规模的增容。

  三是设备成本低。中央液态冷热源环境系统主机由恒有源下属永源热泵公司组装生产,辅助设备及配件在全球范围内择优采购。由于定点生产、全球采购和大批量进货,不仅大大提高了设备的质量,也降低了成本。

  在采暖过程中,该系统主要利用了免费得到的土壤热量,实现每消耗1度电,即可得到4度电以上的热效果,因此运行费用很低。中央液态冷热源环境系统具备了优异的性能价格比,使用户用较少的初始投资,得到较多的实惠。

  国民经济“十一五”规划纲要提出:未来5年中,单位GDP能耗下降20%。目前建筑用能约占全国总能耗的20%以上,而我国房屋单位面积采暖能耗要比发达国家高2倍以上,建筑节能的潜力巨大。而将中央液态冷热源环境系统应用在建筑物供暖()系统中,可以保证建筑物总能耗50%以上利用可再生能源。

  由于单井抽灌技术不需要大量的设备投入,不需要煤气、天然气等传统能源,因而非常适合在广大的农村地区推广,在各种地质构造的地形中都可以采用。200510月,恒有源承担的蒙古国乌兰巴托市的首例中央液态冷热源环境系统工程竣工。这是该系统继内蒙古锡林浩特市军分区转角综合楼项目后在高寒地区落户的又一成功案例。

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