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绿色低碳高效：冬奥冰雪的“中国方案”
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摘要：本文转自：金台资讯 北京冬奥会开幕进入倒计时，各大场馆相继完成制冰造雪。这是我国首次举办冬奥会，符合奥运标准的制冰造雪并无经验和案例可供借鉴。作为冬奥场馆的“血液”
本文转自：金台资讯
北京冬奥会开幕进入倒计时，各大场馆相继完成制冰造雪。这是我国首次举办冬奥会，符合奥运标准的制冰造雪并无经验和案例可供借鉴。作为冬奥场馆的“血液”，冰雪从哪里来，能否满足冬奥会比赛要求？
作为我国提出“双碳”目标之后举办的重大标志性活动，北京冬奥会将“绿色办奥”理念落实到筹办全过程，向世界展现了大国责任与担当。如何研发出绿色低碳的制冰造雪系统，制出高效的国产冰雪，这项重任落在了制冷“国家队”——中粮工科北京事业部肩上。
中粮工科北京事业部(华商国际工程有限公司)，其前身商业部设计院是我国工商业制冷技术领先的设计单位。为备战北京冬奥会，中粮工科北京事业部专门组建了冰雪团队，承担了以国家速滑馆、国家雪车雪橇中心、国家高山滑雪中心为代表的5大冬奥核心场馆制冰造雪系统设计工作。
“为落实‘绿色办奥'理念，我们设计冬奥场馆制冷系统时，除考虑制冷剂要绿色环保外，还需要考虑制冷系统长期运行的低能耗要求，也就是要兼顾环境友好、低碳节能和稳定可靠。”中粮工科冰雪团队创始人、冬奥项目总负责人王斌说，目前中粮工科负责的场馆制冰造雪已通过实测检验交付使用，为冬奥冰雪贡献了绿色低碳高效的“中国方案”。
应用天然制冷剂打造绿色制冰技术
与依靠自然制冷的室外冰场不同，冬奥会所有冰上项目均在室内举行。室内冰场采用人工制冰方式，可严格控制冰面温度和湿度，为运动员创造公平的比赛环境和挑战极限的基础。
国家速滑馆制冰。 中粮工科北京事业部供图
国家速滑馆是北京冬奥会主场馆，承办速度滑冰比赛。王斌说，举办国际顶级冬季赛事，冰面上若出现一丝一毫的瑕疵都可能影响运动员发挥。每一寸冰面都要光洁平整，温度均衡，隐藏在冰面下的制冰系统尤为关键。
2017年，中粮工科冰雪团队开始参与国家速滑馆制冰系统前期技术交流和后期设计。制冰系统原理类似于家庭“地热采暖”，冰面下安置若干制冷管道，通过制冷剂在其中流动换热使冰面降温。制冷剂在制冰中扮演重要角色，采用何种制冷剂、以哪种系统制冰，成为国家速滑馆绿色建造的关键。
最初讨论国家速滑馆制冰方案时，之前几届冬奥会场馆所普遍采用的氟利昂制冷+乙二醇载冷的常规制冰技术方案呼声很高。“这个方案无论从技术成熟性还是实施难度方面，都没有问题。但瑕疵是采用氟利昂制冷剂，其全球变暖潜值较大，环保性欠佳，并且载冷剂制冷二次换热所带来的能耗也较大，这些瑕疵也让该方案并未达到完美。”王斌说。
在“绿色办奥”理念指引下，国家速滑馆制冷剂的确定历时18个月，经历数十轮技术交流和论证，业主、专家及设计方最终选择了不同于以往冬奥会的方案，采用了一条环保性最佳，且能效得到大幅提升的技术路线，也就是二氧化碳跨临界直冷制冰系统。
在选择过程中首先是选用环境友好的天然制冷工质，也就是纯天然制冷剂。在近200年制冷工业发展中，选用制冷剂总要面对制冷效率、安全、环保之间的矛盾。王斌介绍，在目前工商业制冷中，应用最广泛的纯天然制冷剂，一个是氨，另一个就是二氧化碳。
王斌说，二氧化碳在自然界中本来就大量存在，便宜易得，而且二氧化碳作为制冷剂其臭氧消耗潜值为零，全球变暖潜值为1，避免了目前普遍应用的高全球变暖潜值的氟利昂类制冷剂所带来的温室效应。采用自然工质二氧化碳作为国家速滑馆的制冷剂，提升了冬奥场馆绿色品质，助力“碳中和”目标实现。
在设计中，除了考虑制冷剂要绿色环保外，还需要考虑制冷系统长期运行低能耗要求，打造低碳节能场馆。“二氧化碳制冷系统制冷会带走冰层下的热量，实现冰场迅速降温，这部分余热在常规系统中一般直接排到室外环境中，如果我们能加以利用，会大大提高整个制冷系统能效。”王斌说，国家速滑馆制冷系统设计团队应用冷热联供一体化技术，将二氧化碳制冷所产生的高品质热能储存于水箱里，用于冰面维护浇冰、场馆生活热水等，这一举措大大降低了场馆运营能耗。
除低碳环保外，工程师更要考量制冰的质量。冰面温度高低和均匀度会直接直接影响冰面质量，冰面温差大会造成冰面软硬不均。而采用二氧化碳直冷制冰技术，可最大程度减小冰面温差，保证冰温均匀，提高冰面质量。
文章来源：《低碳世界》 网址: http://www.dtsjzzs.cn/zonghexinwen/2022/0204/1961.html