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绿色低碳高效：冬奥冰雪的“中国方案”(2)
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摘要：国家速滑馆敲定二氧化碳制冷剂，并采用跨临界二氧化碳直冷制冰技术，这被认为是最环保和先进的制冰技术之一。二氧化碳直冷制冰系统避免传统载冷剂
国家速滑馆敲定二氧化碳制冷剂，并采用跨临界二氧化碳直冷制冰技术，这被认为是最环保和先进的制冰技术之一。二氧化碳直冷制冰系统避免传统载冷剂制冰系统的二次换热，跟传统技术相比，其综合能耗降低30%以上，场馆一年可节省电量约200万度。
由于技术要求高、控制难度大等难题，在世界范围内，近些年在相对较小的1800平方米标准冰场有使用二氧化碳跨临界制冰的案例。而在1.2万平方米的超大冰面上应用这项技术，而且是在冬奥项目上，世界上未有先例。在中粮工科冰雪团队不懈努力下，国家速滑馆冰面温差最终控制在0.5摄氏度以内，低于北京冬奥组委要求的1.5摄氏度，让场馆具备成为最快冰的硬件条件。
“二氧化碳跨临界直冷制冰技术在国家速滑馆创新应用，其更大意义是产生了推动冰雪产业低碳发展的示范效应。”王斌说，很多其他冬奥场馆也借鉴国家速滑馆经验采用二氧化碳制冰系统。据统计，北京赛区新建、改建总计有9块冰面，其中5块采用了绿色低碳的二氧化碳跨临界直冷制冰技术，践行了“绿色办奥”理念。
创新研发冷热联供技术回收废热
雪车雪橇比赛被誉为冬奥会“冰上F1”，滑行最高时速超过130公里。位于延庆赛区的国家雪车雪橇中心赛道全长近两公里，最大坡度18度，整个赛道高差达121米。主赛道包含16个弯道，是亚洲唯一一条具备360度回旋弯的赛道。整条主赛道由54条形状各异的赛道段构成，冰面全面积达1万多平方米。
雪车雪橇赛道设计在冬奥会项目中单项难度最高，赛道形状及速度曲线和赛道制冷制冰系统给设计带来极大挑战。国家雪车雪橇中心赛道冰面洁白光亮，其制冰原理是通过制冷系统对赛道表面进行制冷换热将水变成冰。但与室内冰场不同，雪车雪橇赛道高差大、距离长、各段赛道形状不同，对制冷稳定性提出考验。
中粮工科冰雪团队从绿色、节能、稳定性等多方面考量，选取氨作为国家雪车雪橇中心制冰系统制冷剂。王斌说，氨是天然制冷工质，具有绿色、高效等优势。和国家速滑馆一样，国家雪车雪橇中心也采取直接蒸发制冷技术，最大程度减少二次换热带来的能量损失。由于赛道设置于室外，赛道制冷负荷受室外环境温湿度影响大，考虑系统节能性和稳定性，雪车雪橇中心制冷系统内的制冷设备多采用变频技术，可确保在部分制冷负荷情况下保障制冷系统高效运行。制冷系统还应用了多项节能技术，如氨热泵系统，板壳式高效换热技术，高自动化智能控制系统等。
在国家雪车雪橇中心项目，中粮工科冰雪团队联合国内企业创新应用冷热联供技术，在制冷系统基础上还设计了一套氨高效热泵机组，将制冰产生的制冷废热回收和能级提升，用于场馆冬季采暖，补充场馆对热能的需求。这是氨热泵系统首次在冬奥雪车雪橇项目使用，相比单一的电制热，冷热联供技术极大节省了制热系统侧所需能源。
技术人员监测国家雪车雪橇中心赛道状况。 中粮工科北京事业部供图
考虑到室外20摄氏度环境下制冷制冰负荷，每条赛道段设置温度远程传感设备，可实时监测赛道混凝土温度，王斌说：“我们在2021年夏季室外温度超过25摄氏度时，进行了全赛道结霜及满负荷运行测试试验，确保这套制冷制冰系统稳定运行。”
赛道表面温度均衡性是保障高质量制冰的前提，赛时，中粮工科团队技术人员将全天候保障制冷系统，实时检测赛道温度，确保赛道稳定运行。
造雪水源优先利用天然降水
高山滑雪被誉为“冬奥会皇冠上的明珠”，位于延庆赛区的国家高山滑雪中心最高海拔达2198米，共设7条雪道，最长赛道长度约3千米，垂直落差约900米，是国内最高等级的高山滑雪赛道，也是国内唯一符合冬奥会标准的赛道。
之前国内并无冬奥会高山滑雪项目设计及建造经验，而且国家高山滑雪中心雪道坡度大，落差大，加上部分区域作业面极窄、地质结构复杂等因素，建设难度相当高。中粮工科冰雪团队创始成员、国家高山滑雪中心造雪系统设计负责人孙天慧说：“造雪需充分考虑场地高差、温度、湿度、用水等多方面因素，在满足国际雪联对赛道要求前提下，造雪机房选址、造雪设备及管线布置等均充分考虑了生态保护因素，尽最大努力减少对生态的影响。”
国家高山滑雪中心造雪面积达80万平方米，如何用水造出120万立方米的雪？孙天慧说，为确保造雪安全、经济、高效，国家高山滑雪中心采用世界上最先进的造雪系统，优先利用收集储存的天然降水、地表径流等作为水源。造雪用水主要来自延庆佛峪口水库，通过地下综合管廊，将造雪用水输送至赛区内的蓄水池蓄存，再由三级泵站将水注入雪道造雪系统。
文章来源：《低碳世界》 网址: http://www.dtsjzzs.cn/zonghexinwen/2022/0204/1961.html