【材制|视角】冬奥“黑科技”—CO₂跨临界直冷制冰技术

2022-02-27 14:51 作者:青春材制 0人读过 | 我要投稿

初原载于爱学习的青春材制

2022-02-25

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时光飞逝，转眼间2022北京冬奥会已经顺利闭幕，回顾本届盛会，我国取得了九金四银两铜的历史最佳成绩，同时在此次奥运会上还有多项奥运纪录和世界纪录被刷新，其中少不了运动员们“四年磨一剑”的刻苦训练，更不能忽略我们的赛会保障工作。

此次冬奥会秉承08年夏奥会绿色奥运、科技奥运的重要理念，采用了许多“黑科技”，其中就包括了CO₂跨临界直冷制冰技术。新建的冰上竞赛场馆国家速滑馆，更是全球首个采用此技术冬奥场馆，见证了8项奥运纪录和1项世界纪录的诞生。

一、什么是CO₂跨临界直冷制冰技术？

CO₂跨临界直冷制冰技术采用CO₂为制冷剂。

制冷剂是一种既容易液化又容易汽化的物质，直冷制冰是指直接利用制冷剂汽化时产生的冷量与水进行冷热交换，逐步把水冻成冰块。

所以CO₂跨临界直冷制冰技术的整个过程就是先将气态CO₂通过改变温度与压强条件将其变为液态，再利用汽化吸热完成制冰的过程。

二．新制冰技术的优势在哪？

1.节能环保，低碳减排

传统制冰采用化学剂间接制冰，我们熟知的氟利昂就是化学制冷剂。

间接制冰即载冷剂制冷的方式，是指载冷剂将直接蒸发冷却得到的冷量传递给水以完成降温的过程。

传统制冰技术的载冷剂不易控制温度，容易导致冰面温度不均匀，因此需要消耗大量能量来调节冰面温度，耗能巨大。而且作为制冷剂的氟利昂还会破坏臭氧层，并不环保。

CO₂跨临界直冷制冰技术可将自然界中采集到的CO₂直接和水进行热交换，使得整个制冰系统换热效率更高，相比传统制冰系统，它每年可以节约用电近200万度，相当于北京6000个家庭一个月的用电量。

CO₂还是一种低碳环保的制冷剂，虽然它也是温室气体，但它的温室效应远低于其他人工合成制冷剂，在制冷的过程中，只是在利用CO₂并非产生新的CO₂，所以作为制冷剂的它是相当低碳环保的。

2.冰面温度高度均衡

经理论分析，CO₂跨临界直冷制冰技术有把握实现冰表面温差不超过0.5摄氏度，制冷均匀，不会出现各部位温度不同的情况。

不同位置的冰温可以体现在冰的硬度上，如果温度不均匀，有的地方软滑冰速度就慢，有的地方硬可能蹬不住冰，所以冰温均匀能保证运动员滑到不同位置的感觉全是一样的。特别是在以0.001秒计时的高水平竞技中，这些都是关键性的因素，有利于运动员创造更好的成绩，实现“更快的冰”的目的。

三、新技术的制冰步骤

1.降温：

要对场地表面的混凝土进行降温直至降到零下6-8摄氏度，采用化学制冷机间接制冷的冰场完成这一步骤需要48小时，而采用CO₂跨临界直冷制冰技术，由于它热交换效率高制冷能力强，只需要8小时就能完成。

2.制冰：

对场地表面降温完成后就可以开始制冰了，首先要制一层约0.5-1厘米厚的基础冰，基础冰制好后接下来喷白色冰漆连续喷四遍，直到冰面看上去洁白无瑕，白漆喷好后再制一层5毫米厚的冰面，并在冰面上进行划线和贴赛事logo的工作，最后再制2-2.5厘米的冰面将线和logo冰封起来，至此制冰工作基本完成，整个冰层厚度大约4米。