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二氧化碳制冰又造雪?专家揭秘冬奥场馆的“冰雪奇缘”

发表日期:2022/2/16 9:42:02 来源:人民网 评论 总点击量:

北京冬奥会各个场馆的冰雪有什么特殊之处?用了怎样的“黑科技”?又是如何践行“绿色冬奥”的理念?人民网“强观察”栏目记者采访了北京大学工学院教授、国家速滑馆CO2跨临界制冷系统专家张信荣一一解答。

据了解,国家速滑馆、首都体育馆等4个冰上场馆选用了二氧化碳跨临界直冷制冰技术,极大降低了制冷过程的碳排放,这也是该技术首次在冬奥会上使用。

张信荣介绍,过去历届冬奥会制冰都是用氟利昂或氨,但氟利昂容易造成臭氧层破坏、地球暖化,氨具有微毒、易燃易爆的特性。而使用二氧化碳制冰,不仅使场馆碳排放趋近于零,还可以将场地冰面温差控制在0.5℃以内,并且制冷过程中产生的高品质余热还可以回收利用,用于运动员生活热水、冰面维护浇冰等。

试想一下,看不到摸不着的温室气体是如何制成冰的?在张信荣看来,这并不是什么稀奇的事情。事实上,20多年前,他带领的团队就开始了利用跨临界二氧化碳发电技术的研究。

“从我们的视角看,二氧化碳不是废品,而是一种可以加以利用的资源。”张信荣介绍,二氧化碳制冰和自然界中水变成冰的过程相似,自然界外界环境温度低,水就结成冰,二氧化碳其实就是代替了外界环境。利用液体二氧化碳蒸发,吸收大量的热量,也就相当于外界环境的冷来实现有效制冷。

据了解,在国家速滑馆、首都体育馆等4个冰上场馆,均采用了全球变暖潜能值(GWP)为1的二氧化碳制冷剂,与传统制冷方式相比,实现节能30%以上,能效可以提升20%以上。“这一技术同时实现了直冷和跨临界两个难点,克服重重困难一下走到国际领先水平,也体现了我们绿色冬奥的决心。”张信荣表示。

除了制冰之外,在室外造雪中也运用到了二氧化碳制雪技术。

冬奥会的各项赛事,对于雪上的要求都不相同,因此造雪团队会根据场地需要的不同来造雪。

对比传统的造雪,新的造雪技术有何不同?张信荣介绍说,传统的造雪其实就是在一个低温的环境里,用高压空气把水打成小的水花、水滴,从而凝结成雪。传统的造雪机都是0℃以下才能造雪,最高温度不能超过2℃。但对于我们来讲,特别是冬残奥会期间,3月份的北京温度升高,这就提出了新的挑战。

“所以我们研发了零上高品质动态人工造雪和储雪一体化技术,当气温处于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。”张信荣介绍,这样一来,在艳阳天里滑雪不再是梦。

在创新的背后,环保考量是最重要的因素。据介绍,利用传统方式生产1立方米的雪量大约需要30度左右的电,而零上人工造雪技术仅耗18度—22度电,同时造雪产生的热量将全部回收,用于提供热水与比赛供热。

环保制冰、低碳造雪等可持续举措不仅是中国办奥绿色理念的实践,其中还包含着中长远发展的考虑。

作为一名科技工作者,张信荣表示,在双碳目标下,冬奥会是一个科技创新的重要窗口,二氧化碳的有效利用可以推广到或催生很多系列化的新兴产业,未来可以应用在更多领域,甚至走入我们家家户户的生活。他举例说:“日本就有500万套家用热水器在使用跨临界二氧化碳制热技术。未来,我们也可以形成一套机组,装在家里面就可以供热水,供暖,又可以取代空调。”


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