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      江蘇化工網 行業資訊 科學普及 科普知識 綜合節能超過50%以上!二氧化碳造就冰雪勝境
      綜合節能超過50%以上!二氧化碳造就冰雪勝境
        發布日期:2022-02-10

      1月20日,北京冬奧會吉祥物“冰墩墩”和冬殘奧會吉祥物“雪容融”喜迎2022年第一場雪。

      1月17日,五棵松體育中心競賽館冬奧會制冰工作完成。在2022年北京冬奧會期間,這里將舉辦冰球比賽。北京冬奧會此次在制冰方面大規模使用了二氧化碳作為制冷劑,從五棵松體育中心到首都體育館,再到國家速滑館“冰絲帶”,這項名為二氧化碳跨臨界直冷制冰的先進技術在多座冬奧場館得到應用,為本屆冬奧會打造了獨一無二的冰雪勝境。

      采用二氧化碳跨臨界直冷制冰技術制作的冰面,在2021年10—12月期間經過“相約北京”冬奧會系列測試賽的考驗,受到了來自國內外各冰上項目選手們的好評。

      承擔北京冬奧會花樣滑冰和短道速滑比賽項目的場館是擁有50多年歷史的首都體育館。首都體育館于1968年建成,擁有國內第一座人工室內冰場,曾舉辦2008年北京奧運會排球比賽,也是北京冬奧會第一項完工的改擴建競賽場館工程。首都體育館在改造過程中采用了二氧化碳跨臨界直冷制冰系統。2021年10月,亞洲花樣滑冰公開賽和國際滑聯短道速滑世界杯測試賽在這里舉行。比賽結束后,首都體育館的優質冰面被認為是“最美、最快的冰”,高質量冰面保障測試賽取得了多項優異成績,共誕生了4項世界紀錄,國際滑聯短道速滑技術委員會代表蘭伯特也提出官方贊賞。

      優質冰面除了需要制冰師技術高超外,制冰系統也起到關鍵作用。它決定了冰面的軟硬度均勻性和溫差均勻性,二氧化碳跨臨界直冷制冰系統有效保障了冰面質量。首都體育館在改造過程中采用了該項技術,由歐悅冰雪投資管理(北京)有限公司、天津大學和艾斯特制冷與太陽能技術(北京)有限公司等單位負責研發、設計和建造。二氧化碳跨臨界直冷制冰技術是國家重點研發計劃科技冬奧專項——制冰機研發及應用示范項目的核心成果。該技術利用二氧化碳在冰底直接蒸發為冰場提供穩定的冷源供應,通過雙級壓縮結合全顯熱回收實現系統綜合節能超過50%以上,采用盤管優化和土建設計控制冰面溫差在0.3℃~0.4℃,無論是綜合能效還是冰面溫差均達到國際先進水平。

      此外,首都體育館冰場還需要適應花樣滑冰和短道速滑兩項賽事的快速轉場。短道速滑和花樣滑冰兩個項目對于冰面需求不同?;踊媸撬袏W運會冰面中最柔軟的,有助于滑冰運動員完成跳躍和旋轉動作;短道速滑的冰面則要求較硬較薄??萍级瑠W項目組提供的制冰系統在測試賽中,僅用時2個小時就完成了花滑比賽(-3℃~-5℃)到短道比賽(-7℃~-8℃)的冰溫轉換,也創造了歷屆最快紀錄,得到了來自法國制冰師的贊賞。

      作為北京冬奧會唯一新建的冰上競賽場館,國家速滑館“冰絲帶”也成為冬奧歷史上第一個使用二氧化碳作為制冷劑的速滑場館。從空中俯瞰,國家速滑館宛若冰刀在冰面上刻下的晶瑩軌跡,沿著外墻由低到高盤旋而成的玻璃幕墻,仿佛是速滑運動員在冰面上留下一道道風馳電掣的軌跡,“冰絲帶”也因此得名。國家速滑館將承擔大道速滑比賽項目,產生14塊金牌,是冬奧會產生金牌數量最多的單個場館。

      國家速滑館擁有亞洲最大的全冰面設計,館內冰面超過1.2萬平方米。該場館采用了二氧化碳跨臨界直膨全熱回收方式。該技術的碳排放值趨近于零,還使得制冰能效大幅提升。在速滑館的冰面下,液態二氧化碳蒸發吸熱實現制冷,使水變成冰;氣態二氧化碳經壓縮機壓縮到超臨界狀態,通過冷凝過程釋放能量,再膨脹回到液態狀態循環到冰面下。這使得速滑館內整個冰面的溫差不超過0.5℃,冰面溫差小保證整個冰面硬度基本相同,利于運動員創造佳績。

      與傳統制冷系統相比,使用二氧化碳制冷劑可將能效提升20%以上,整個制冷系統的碳排放量則趨近于零。這是因為二氧化碳是天然工質,臭氧消耗潛值(ODP)為零,全球變暖潛值(GWP)為1。而目前常用的氟利昂類制冷劑如R404A的GWP值為3850,R448A的GWP值為1273,R134A的GWP值為1300。據北京冬奧組委發布的《可持續·向未來——北京冬奧會可持續發展報告(賽前)》中顯示,北京冬奧會國家速滑館、首都體育館、首體短道速滑訓練館以及五棵松冰上運行中心使用的二氧化碳制冷劑,是從工業副產品收集提純獲取的,在2021年底初次填充過程中共計減少900噸二氧化碳排放。

      此外,在室外造雪中也運用到了二氧化碳制冷技術。首鋼滑雪大跳臺將在北京冬奧會期間承擔單板和自由式滑雪大跳臺比賽項目,設計理念源自中國敦煌壁畫中傳統的飛天造型,從側面看去猶如一只靈動的“水晶鞋”。首鋼大跳臺在造雪過程中不添加任何造雪劑,完全使用天然水造雪。為了應對冬日出現氣溫升高的情況,他們采用了北京大學張信榮教授團隊開發的零上高品質動態人工造雪和儲雪一體化技術與裝備,可以在氣溫處于0℃15℃時,利用二氧化碳超臨界制冷技術以及新型優化的造雪設計,實現安全、高效、低成本、高品質的人工造雪。即使出現自然缺雪、少雪,也能夠保障北京冬奧會和冬殘奧會的順利進行。

      北京冬奧會的舉辦也推動了我國冰雪裝備國產化的發展與技術升級。中國重汽黃河氫燃料電池雪蠟車是我國第一輛具有完全自主知識產權的智能雪蠟車。國產雪蠟車整車涉及新能源動力、光伏發電、5G通信、賽事直播、仿生光源等領域的專業技術,具有綠色環保、智能化程度高、車體空間大等特點,是我國冬季運動裝備新突破的縮影。河北宣化工程機械股份有限公司自主研發的壓雪機打破了國外在壓雪機領域的壟斷,填補了國內同類產品空白。國產壓雪機將在河北張家口崇禮雪場的雪道上現身,助力中國冬奧健兒馳騁雪場。

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