二氧化碳直冷制冰鑄就“冰絲帶” 中國冰雪運動走科技創新之路

2021-01-25 08:12:05來源：科技日報

1月22日，科技日報記者從北京市重大項目辦獲悉，有“冰絲帶”之稱的北京2022冬奧會國家速滑館已完成速滑滑冰賽道的首次制冰工作，正式具備了迎接測試賽的條件。

國家速滑館擁有亞洲最大的全冰面設計，面積達1.2萬平方米。值得注意的是，國家速滑館采用二氧化碳跨臨界直冷制冰系統，是全球首個采用二氧化碳跨臨界直接蒸發制冷的冬奧速滑場館。

科技日報記者了解到，二氧化碳制冰技術是國家重點研發計劃科技冬奧重點專項2019年批復啟動的“國家速滑館智慧場館建設和應用關鍵技術研究與示范應用”項目重點研發成果之一。場館的多功能超大冰面亞臨界、跨臨界多工況并行二氧化碳直接蒸發制冰集中式制冷系統，亞臨界、跨臨界多工況并行二氧化碳集中式制冷中壓回油系統等應用均屬國際首次。

二氧化碳跨臨界直冷制冰技術的“中國方案”

國家速滑館是最早提出使用二氧化碳跨臨界直冷制冰系統的冬奧場館，也是技術最復雜、功能最多、制冰面積最大的二氧化碳跨臨界直冷制冰系統的冬奧場館。

二氧化碳跨臨界直冷制冰技術是當前冬季運動場館最先進、最環保、最高效的制冰技術之一。據國家速滑館制冰系統設計負責人馬進介紹，“冰絲帶”采用了環保性和安全性最佳的自然冷媒——二氧化碳制冷劑，其ODP(破壞臭氧層潛能值)為0，GWP(全球變暖潛能值)為1，并且無異味、不可燃、不助燃，是可持續性最好的冷媒之一。與傳統制冷系統比，能效提升20%以上。

通過場館的智能能源管理系統，還能夠把制冰過程產生的廢熱用于除濕、冰面維護、場館生活熱水等，全冰面模式下每年僅制冷部分就能節省200多萬度電，相當于約120萬棵樹實現的碳減排量，整個制冷系統的碳排放趨近于零。

經理論分析，采用二氧化碳制冷，有把握實現冰表面溫差不超過0.5℃。由此，“冰絲帶”是一座真正的智慧場館、綠色場館。

為“最快的冰”筑牢基礎

冰面以下，同樣是技術的堅實支撐。

國家速滑館的1.2萬平方米冰面，通過分模塊控制單元，可以根據不同項目分區域、分標準進行制冰。既能滿足冬奧會速度滑冰比賽使用要求，還可以根據不同冰上項目對冰面的使用需求分區域制冰。目前，工程設計和建設單位已經在制冰系統的集成設計、冰板結構設計兩個最關鍵的設計方案上取得實用新型專利。

據施工單位北京城建亞泰制冰聯合體負責人李燕敏介紹，制冰工藝管道設計壓力高，均采用無縫不銹鋼管，尤其是冰板內的制冷排管采用了單根40—50米長的無縫不銹長鋼盤。

馬進表示，這種人工冰場超長不銹鋼冷排管的應用，是國際首次。

為了確保冰板制冰效果均勻，施工中要求嚴格控制管道的位置、標高以及混凝土的表面平整度。引入第三方檢測團隊，進行管道三維激光掃描及混凝土平整度慣導檢測，為項目施工提供了極大的校準考核和保證。最終，17厘米的完整混凝土地面，水平高差控制在4毫米左右。

這些扎實的工作，為制作“最快的冰”打下堅實基礎。

做可持續的冬奧場館

國家速滑館擁有亞洲最大的全冰面設計，面積達1.2萬平方米，馬進表示：“‘冰絲帶’采用全冰面設計，冰面采用分模塊控制單元，可以將冰面劃分為若干區域，根據不同項目分區域、分標準進行制冰。”

據悉，國家速滑館比賽區包括三條400米速度滑冰比賽道、一條速滑比賽練習道、一塊60×30米多功能冰場(短道速滑模式)、一塊61×31米多功能冰場(冰球與花樣滑冰模式)及一塊活動冰場，能同時滿足舉辦滑冰、冰壺、冰球等多項賽事以及大眾進行冰上活動的多功能需求。