撰文/記者 王雪瑩 編輯/丁林

新媒體編輯/宋夢

科學(xué)性審核：

楊永安（天津商業(yè)大學(xué)制冷與空調(diào)工程系教授）

▲2月8日，北京2022年冬奧會(huì)速度滑冰男子1500米決賽在國家速滑館“冰絲帶”舉行。荷蘭選手凱·努伊斯在比賽中。（新華社記者薛宇舸攝）

如此頻繁地刷新奧運(yùn)會(huì)紀(jì)錄，除了選手本身出色發(fā)揮之外，國家速滑館“冰絲帶”的比賽場地同樣功不可沒。

你可曾想過為何“冰絲帶”能夠如此“順滑”？它哪些值得稱道的獨(dú)特之處？讓我們一起在下文中尋找答案。

有著“冰絲帶”美譽(yù)的國家速滑館，是2022年冬奧會(huì)北京賽區(qū)的標(biāo)志性場館。“冰絲帶”創(chuàng)下不少紀(jì)錄，它不僅是亞洲最大的全冰面設(shè)計(jì)（冰面面積高達(dá)1.2萬平方米），還是全世界首個(gè)采用“二氧化碳跨臨界直接蒸發(fā)制冷技術(shù)”的冬奧場館。

作為2022年冬奧會(huì)期間極具特色的“中國方案”，二氧化碳跨臨界直冷制冰技術(shù)被視為目前最先進(jìn)、最環(huán)保、最高效的制冰技術(shù)之一。那么，這種技術(shù)到底厲害在哪里？

其實(shí)，二氧化碳制冷的原理和普通空調(diào)中的制冷劑循環(huán)類似：二氧化碳在常溫常壓下是氣態(tài)，但在施加一定高壓后，二氧化碳會(huì)變?yōu)榕R界狀態(tài)的流體；這些流體隨后被送到需要制冷的區(qū)域，在其蒸發(fā)過程中會(huì)大量吸熱，進(jìn)而達(dá)到降溫制冷的目的。

▲2020年9月，“冰絲帶”施工期間，工作人員在鋪設(shè)制冷管線系統(tǒng)（來源：視覺中國）

“這種技術(shù)最關(guān)鍵的特征是大氣友好性，而且不會(huì)引起臭氧層破壞，對碳達(dá)峰、碳中和都有非常大的貢獻(xiàn)。”天津商業(yè)大學(xué)制冷與空調(diào)工程系教授楊永安解釋道。

長期以來，制冷機(jī)廠商或冬季體育場館都使用氟利昂類化合物作為主要的制冷劑。但自1971年以來，隨著科學(xué)界對氟利昂認(rèn)識的逐漸提高，人們終于意識到氟利昂類物質(zhì)會(huì)造成臭氧層破壞、溫室效應(yīng)等環(huán)境危害。相比之下，作為自然冷媒的二氧化碳制冷劑，顯得既環(huán)保又安全。

盡管二氧化碳是一種溫室氣體，但其溫室效應(yīng)遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)制冷系統(tǒng)中所使用的氟利昂類人工合成制冷劑。舉例來說，常在汽車空調(diào)系統(tǒng)中使用的R134a制冷劑，它的全球溫室效應(yīng)潛能值（GWP）高達(dá)1300——足足是二氧化碳制冷劑（GWP值為1）的1300倍。

▲2021年1月，“冰絲帶”完成首次制冰（來源：視覺中國）

不僅如此，二氧化碳制冷的能效也比傳統(tǒng)制冷系統(tǒng)更高。楊永安指出，二氧化碳的熱力學(xué)性質(zhì)非常優(yōu)異：“在系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理情況下，它的效率與常規(guī)系統(tǒng)接近，并且系統(tǒng)緊湊、機(jī)組的尺寸小……（管線中的）流動(dòng)阻力很小，因此使用的時(shí)候，工質(zhì)泵功率小、蒸發(fā)器內(nèi)的壓力損失也小。”因此，二氧化碳制冷技術(shù)更加符合北京冬奧會(huì)“綠色、節(jié)能、環(huán)保”的辦會(huì)理念。

除了對環(huán)境更友好，作為制冷劑的二氧化碳還具有無異味、不可燃、不助燃的優(yōu)點(diǎn)，相較于烷烴類一類易燃的冷媒安全性更高。

據(jù)悉，為了更好地發(fā)揮二氧化碳直冷制冰的優(yōu)點(diǎn)，“冰絲帶”配置了一套先進(jìn)的智能能源管理系統(tǒng)，后者可以高效回收制冷系統(tǒng)所產(chǎn)生的余熱，為場館除濕、冰面維護(hù)澆水及運(yùn)動(dòng)員日常所需等場景提供近70℃的熱水。

在全冰面運(yùn)行的情況下，“冰絲帶”僅在制冷環(huán)節(jié)每年就能節(jié)電200余萬度，相當(dāng)于北京6000余個(gè)家庭一個(gè)月的用電量。由于在整個(gè)制冷過程中碳排放趨近于零，這堪比種下超過120萬株樹木實(shí)現(xiàn)的碳減排量。

“冰絲帶”作為本屆冬奧會(huì)的速滑比賽場館，對冰面質(zhì)量有著極高的要求。 冰溫不均會(huì)導(dǎo)致冰面有的地方軟，而有的地方冰面又太硬——對于速滑運(yùn)動(dòng)員來說，太軟的冰面會(huì)導(dǎo)致速度變慢，而太硬的地方又可能蹬不住冰，影響選手的比賽發(fā)揮。

▲2021年10月，首場北京冬奧測試賽“相約北京”速度滑冰中國公開賽在 “冰絲帶”舉行。圖為中國選手楊濱瑜在女子3000米比賽中（來源：視覺中國）

傳統(tǒng)冰場通常會(huì)采用間接制冷的方式（例如使用氟利昂制冷劑、乙二醇載冷劑），而由于載冷劑常常不在固定溫度放熱，因而這樣的冰場冰溫溫差一般都高達(dá)1.5℃-2℃。

相比之下，“冰絲帶”采用二氧化碳直冷制冰系統(tǒng)，不僅系統(tǒng)換熱效率更高，而且冰溫均勻，其冰面溫差基本可以控制在0.5℃以內(nèi)，有助于為頂級賽事打造“最快的冰”。