涨知识！北京冬奥会冰雪胜境的背后制冷技术

首都体育馆是北京冬奥会第一项完工的改扩建竞赛场馆工程。首都体育馆在改造过程中采用了二氧化碳跨临界直冷制冰系统。2021年10月，亚洲花样滑冰公开赛和国际滑联短道速滑世界杯测试赛在这里举行。比赛结束后，首都体育馆的优质冰面被认为是“最美、最快的冰”，高质量冰面保障测试赛取得了多项优异成绩，共诞生了4项世界纪录，国际滑联短道速滑技术委员会代表兰伯特也提出官方赞赏。
 
        优质冰面除了需要制冰师技术高超外，制冰系统也起到关键作用。它决定了冰面的软硬度均匀性和温差均匀性，二氧化碳跨临界直冷制冰系统有效保障了冰面质量。首都体育馆在改造过程中采用了该项技术，由欧悦冰雪投资管理(北京)有限公司、天津大学和艾斯特制冷与太阳能技术(北京)有限公司等单位负责研发、设计和建造。二氧化碳跨临界直冷制冰技术是国家重点研发计划科技冬奥专项——制冰机研发及应用示范项目的核心成果。该技术利用二氧化碳在冰底直接蒸发为冰场提供稳定的冷源供应，通过双级压缩结合全显热回收实现系统综合节能超过50%以上，采用盘管优化和土建设计控制冰面温差在0.3℃～0.4℃，无论是综合能效还是冰面温差均达到国际先进水平。

        国家速滑馆拥有亚洲最大的全冰面设计，馆内冰面超过1.2万平方米。该场馆采用了二氧化碳跨临界直膨全热回收方式。该技术的碳排放值趋近于零，还使得制冰能效大幅提升。在速滑馆的冰面下，液态二氧化碳蒸发吸热实现制冷，使水变成冰;气态二氧化碳经压缩机压缩到超临界状态，通过冷凝过程释放能量，再膨胀回到液态状态循环到冰面下。这使得速滑馆内整个冰面的温差不超过0.5℃，冰面温差小保证整个冰面硬度基本相同，利于运动员创造佳绩。

        与传统制冷系统相比，使用二氧化碳制冷剂可将能效提升20%以上，整个制冷系统的碳排放量则趋近于零。这是因为二氧化碳是天然工质，臭氧消耗潜值(ODP)为零，全球变暖潜值(GWP)为1。而目前常用的氟利昂类制冷剂如R404A的GWP值为3850，R448A的GWP值为1273，R134A的GWP值为1300。据北京冬奥组委发布的《可持续·向未来——北京冬奥会可持续发展报告(赛前)》中显示，北京冬奥会国家速滑馆、首都体育馆、首体短道速滑训练馆以及五棵松冰上运行中心使用的二氧化碳制冷剂，是从工业副产品收集提纯获取的，在2021年底初次填充过程中共计减少900吨二氧化碳排放。
       
        此外，在室外造雪中也运用到了二氧化碳制冷技术。首钢滑雪大跳台将在北京冬奥会期间承担单板和自由式滑雪大跳台比赛项目，设计理念源自中国敦煌壁画中传统的飞天造型，从侧面看去犹如一只灵动的“水晶鞋”。首钢大跳台在造雪过程中不添加任何造雪剂，完全使用天然水造雪。为了应对冬日出现气温升高的情况，他们采用了北京大学张信荣教授团队开发的零上高品质动态人工造雪和储雪一体化技术与装备，可以在气温处于0℃~15℃时，利用二氧化碳超临界制冷技术以及新型优化的造雪设计，实现安全、高效、低成本、高品质的人工造雪。