“冰丝带”冷起来的秘密

朱睿

北京冬奥会的室内项目即将在中国农历虎年春节期间进行

多年来，科学家们都在探索将二氧化碳转化为能源的方法

冬奥环保冰场从何而来

现阶段移动冰场多采用氢氟烃类制冷剂，这种制冷剂有着很高的温室气体效应，或对臭氧层具有一定的破坏作用。而2022年北京冬奥会将首个采用国际先进、环保的二氧化碳跨临界制冰技术的快速移动冰场，引入国家速滑馆，为大家展现“科技冬奥”主题的环保、智慧型移动冰场。这一特殊冰场由北京理工大学与华熙冰雪体育管理（北京）有限公司联合研制、建设，也是國内首个完全自主研发，实现全流程国产化的环保、智慧型移动冰场。

智慧场馆的幸运儿——二氧化碳

为什么二氧化碳被选为新型制冷剂呢？

低碳小能手

首先，二氧化碳制冷剂的GWP值（全球变暖潜能值）仅为1，而我们生活中常用的氢氟烃类制冷剂的GWP值为1430，是二氧化碳的1430倍，它们对于气候环境的影响不言而喻。而且二氧化碳作为新型制冷剂除了绿色、环保方面的考量外，还具有如下的优点：对于人体健康与居住环境无害;广泛存在于自然界中，制备工艺简单、高效;无毒且无刺激性;不可燃烧及爆炸;整体设备体积小、噪声低，不会造成声污染等。

知识链接

GWP——全球变暖潜能值

全球变暖潜能值，又称全球增温潜势，是用来表示物质产生温室效应的一个指数。GWP是在100年的时间框架内，各种温室气体的温室效应对应于相同效应的二氧化碳的质量。二氧化碳被作为参照气体，是因为其对全球变暖的影响最大，制冷剂的GWP值越大，则意味着其对于全球变暖的影响越大。

以二氧化碳的GWP 值为1，其余气体与二氧化碳的比值作为该气体GWP值

能源不浪费

其次，二氧化碳临界点温度很低（31.1摄氏度）。当采用二氧化碳作为制冷剂进行压缩后，其冷凝散热温度会超过临界点温度，从而进入跨临界区域。在跨临界的状态下，二氧化碳冷凝会产生大量的高品位热（很容易被利用的热量），这些热量可用于采暖、洗浴等，从而实现能源的重复有效利用。而一般制冷剂散热只能直接排到室外空气中，造成能源浪费。

让“制冰”变简单

在制冰过程中，多台二氧化碳压缩机同时运作，将丙二醇冷却后，通过泵送至冰板层制冷管道内，低温丙二醇与顶部的高导热铝板换热，金属冰板温度逐步降到零下5摄氏度后即可开始制冰。制冷团队需要不停地在冰板上洒水，在冰板上冻成每层几毫米的冰面。经过多道工序后，厚度30～50毫米的冰面才能完成冻结。

干冰

目前打造的移动冰场的冰面尺寸可以根据现场的实际需求，进行不同尺寸场景的随意转换，从而满足不同专项运动及大众活动的需要。

智能冰面有新招

科研团队还研发了国内首个智能全时冰场监控系统，可以实时监测冰场人数及进出冰场人流数目，并可在人流超过设定值时及时预警。同时，该系统可独立监控运动员的身体重要指标，及时通知工作人员提前介入与处理。智能系统有效地结合热传导的仿真方法，建立了冰面质量、冰面温度与载冷剂循环速率之间的定量关系，从而指导冰面温度管理，以保证冰面稳定、安全地被使用。

希望借着北京冬奥会、冬残奥会，中国科学家能让“绿色奥运、科技奥运”的理念深入人心。

（责任编辑/王佳颖 美术编辑/周游）