朱睿

北京冬奧會(huì)的室內(nèi)項(xiàng)目即將在中國(guó)農(nóng)歷虎年春節(jié)期間進(jìn)行

多年來(lái)，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(chǎng)從何而來(lái)

現(xiàn)階段移動(dòng)冰場(chǎng)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(huì)將首個(gè)采用國(guó)際先進(jìn)、環(huán)保的二氧化碳跨臨界制冰技術(shù)的快速移動(dòng)冰場(chǎng)，引入國(guó)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(dòng)冰場(chǎng)。這一特殊冰場(chǎng)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(guó)內(nèi)首個(gè)完全自主研發(fā)，實(shí)現(xiàn)全流程國(guó)產(chǎn)化的環(huán)保、智慧型移動(dòng)冰場(chǎng)。

智慧場(chǎng)館的幸運(yùn)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(duì)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(diǎn)：對(duì)于人體健康與居住環(huán)境無(wú)害;廣泛存在于自然界中，制備工藝簡(jiǎn)單、高效;無(wú)毒且無(wú)刺激性;不可燃燒及爆炸;整體設(shè)備體積小、噪聲低，不會(huì)造成聲污染等。

知識(shí)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(shì)，是用來(lái)表示物質(zhì)產(chǎn)生溫室效應(yīng)的一個(gè)指數(shù)。GWP是在100年的時(shí)間框架內(nèi)，各種溫室氣體的溫室效應(yīng)對(duì)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?yàn)槠鋵?duì)全球變暖的影響最大，制冷劑的GWP值越大，則意味著其對(duì)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(fèi)

其次，二氧化碳臨界點(diǎn)溫度很低（31.1攝氏度）。當(dāng)采用二氧化碳作為制冷劑進(jìn)行壓縮后，其冷凝散熱溫度會(huì)超過(guò)臨界點(diǎn)溫度，從而進(jìn)入跨臨界區(qū)域。在跨臨界的狀態(tài)下，二氧化碳冷凝會(huì)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(shí)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(fèi)。

讓“制冰”變簡(jiǎn)單

在制冰過(guò)程中，多臺(tái)二氧化碳?jí)嚎s機(jī)同時(shí)運(yùn)作，將丙二醇冷卻后，通過(guò)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(tuán)隊(duì)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(guò)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(dòng)冰場(chǎng)的冰面尺寸可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際需求，進(jìn)行不同尺寸場(chǎng)景的隨意轉(zhuǎn)換，從而滿足不同專項(xiàng)運(yùn)動(dòng)及大眾活動(dòng)的需要。

智能冰面有新招

科研團(tuán)隊(duì)還研發(fā)了國(guó)內(nèi)首個(gè)智能全時(shí)冰場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)冰場(chǎng)人數(shù)及進(jìn)出冰場(chǎng)人流數(shù)目，并可在人流超過(guò)設(shè)定值時(shí)及時(shí)預(yù)警。同時(shí)，該系統(tǒng)可獨(dú)立監(jiān)控運(yùn)動(dòng)員的身體重要指標(biāo)，及時(shí)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(huì)、冬殘奧會(huì)，中國(guó)科學(xué)家能讓“綠色奧運(yùn)、科技奧運(yùn)”的理念深入人心。

（責(zé)任編輯/王佳穎 美術(shù)編輯/周游）