“冰絲帶”冷起來的秘密

朱睿

北京冬奧會的室內(nèi)項目即將在中國農(nóng)歷虎年春節(jié)期間進行

多年來，科學(xué)家們都在探索將二氧化碳轉(zhuǎn)化為能源的方法

冬奧環(huán)保冰場從何而來

現(xiàn)階段移動冰場多采用氫氟烴類制冷劑，這種制冷劑有著很高的溫室氣體效應(yīng)，或?qū)Τ粞鯇泳哂幸欢ǖ钠茐淖饔?。?022年北京冬奧會將首個采用國際先進、環(huán)保的二氧化碳跨臨界制冰技術(shù)的快速移動冰場，引入國家速滑館，為大家展現(xiàn)“科技冬奧”主題的環(huán)保、智慧型移動冰場。這一特殊冰場由北京理工大學(xué)與華熙冰雪體育管理（北京）有限公司聯(lián)合研制、建設(shè)，也是國內(nèi)首個完全自主研發(fā)，實現(xiàn)全流程國產(chǎn)化的環(huán)保、智慧型移動冰場。

智慧場館的幸運兒——二氧化碳

為什么二氧化碳被選為新型制冷劑呢？

低碳小能手

首先，二氧化碳制冷劑的GWP值（全球變暖潛能值）僅為1，而我們生活中常用的氫氟烴類制冷劑的GWP值為1430，是二氧化碳的1430倍，它們對于氣候環(huán)境的影響不言而喻。而且二氧化碳作為新型制冷劑除了綠色、環(huán)保方面的考量外，還具有如下的優(yōu)點：對于人體健康與居住環(huán)境無害;廣泛存在于自然界中，制備工藝簡單、高效;無毒且無刺激性;不可燃燒及爆炸;整體設(shè)備體積小、噪聲低，不會造成聲污染等。

知識鏈接

GWP——全球變暖潛能值

全球變暖潛能值，又稱全球增溫潛勢，是用來表示物質(zhì)產(chǎn)生溫室效應(yīng)的一個指數(shù)。GWP是在100年的時間框架內(nèi)，各種溫室氣體的溫室效應(yīng)對應(yīng)于相同效應(yīng)的二氧化碳的質(zhì)量。二氧化碳被作為參照氣體，是因為其對全球變暖的影響最大，制冷劑的GWP值越大，則意味著其對于全球變暖的影響越大。

以二氧化碳的GWP 值為1，其余氣體與二氧化碳的比值作為該氣體GWP值

能源不浪費

其次，二氧化碳臨界點溫度很低（31.1攝氏度）。當(dāng)采用二氧化碳作為制冷劑進行壓縮后，其冷凝散熱溫度會超過臨界點溫度，從而進入跨臨界區(qū)域。在跨臨界的狀態(tài)下，二氧化碳冷凝會產(chǎn)生大量的高品位熱（很容易被利用的熱量），這些熱量可用于采暖、洗浴等，從而實現(xiàn)能源的重復(fù)有效利用。而一般制冷劑散熱只能直接排到室外空氣中，造成能源浪費。

讓“制冰”變簡單

在制冰過程中，多臺二氧化碳壓縮機同時運作，將丙二醇冷卻后，通過泵送至冰板層制冷管道內(nèi)，低溫丙二醇與頂部的高導(dǎo)熱鋁板換熱，金屬冰板溫度逐步降到零下5攝氏度后即可開始制冰。制冷團隊需要不停地在冰板上灑水，在冰板上凍成每層幾毫米的冰面。經(jīng)過多道工序后，厚度30～50毫米的冰面才能完成凍結(jié)。

干冰

目前打造的移動冰場的冰面尺寸可以根據(jù)現(xiàn)場的實際需求，進行不同尺寸場景的隨意轉(zhuǎn)換，從而滿足不同專項運動及大眾活動的需要。

智能冰面有新招

科研團隊還研發(fā)了國內(nèi)首個智能全時冰場監(jiān)控系統(tǒng)，可以實時監(jiān)測冰場人數(shù)及進出冰場人流數(shù)目，并可在人流超過設(shè)定值時及時預(yù)警。同時，該系統(tǒng)可獨立監(jiān)控運動員的身體重要指標(biāo)，及時通知工作人員提前介入與處理。智能系統(tǒng)有效地結(jié)合熱傳導(dǎo)的仿真方法，建立了冰面質(zhì)量、冰面溫度與載冷劑循環(huán)速率之間的定量關(guān)系，從而指導(dǎo)冰面溫度管理，以保證冰面穩(wěn)定、安全地被使用。

希望借著北京冬奧會、冬殘奧會，中國科學(xué)家能讓“綠色奧運、科技奧運”的理念深入人心。

（責(zé)任編輯/王佳穎 美術(shù)編輯/周游）