太阳能光热联盟讯：1月17日，2022年北京冬奥会期间举办冰球比赛的场馆——五棵松体育中心竞赛馆冬奥会制冰工作完成。北京冬奥会五棵松体育中心、首都体育馆、国家速滑馆“冰丝带”三个场馆都采用了二氧化碳跨临界直冷制冰技术。据悉，使用二氧化碳作为制冷剂制作的冰面，在2021年10～12月期间经过“相约北京”冬奥会系列测试赛的考验，受到了来自国内外各冰上项目选手们的好评。也为本届冬奥会打造了独一无二的冰雪胜境。
二氧化碳直冷制冰技术打造“最美、最快的冰”
首都体育馆承担北京冬奥会花样滑冰和短道速滑比赛项目的场馆，曾举办2008年北京奥运会排球比赛，也是北京冬奥会第一项完工的改扩建竞赛场馆工程。首都体育馆采用二氧化碳跨临界直冷制冰系统改造后，于2021年10月，举办了亚洲花样滑冰公开赛和国际滑联短道速滑世界杯测试赛，其优质冰面被认为是“最美、最快的冰”。
据了解，首都体育馆在改造过程中采用的二氧化碳跨临界直冷制冰技术，是由欧悦冰雪投资管理(北京)有限公司、天津大学和艾斯特制冷与太阳能技术(北京)有限公司等单位负责研发、设计和建造。该技术是国家重点研发计划科技冬奥专项——制冰机研发及应用示范项目的核心成果。该技术利用二氧化碳在冰底直接蒸发为冰场提供稳定的冷源供应，通过双级压缩结合全显热回收实现系统综合节能超过50%以上，采用盘管优化和土建设计控制冰面温差在0.3℃～0.4℃，无论是综合能效还是冰面温差均达到国际先进水平。
作为北京冬奥会唯一新建的冰上竞赛场馆，国家速滑馆“冰丝带”也成为冬奥历史上第一个使用二氧化碳作为制冷剂的速滑场馆。从空中俯瞰，国家速滑馆宛若冰刀在冰面上刻下的晶莹轨迹，沿着外墙由低到高盘旋而成的玻璃幕墙，仿佛是速滑运动员在冰面上留下一道道风驰电掣的轨迹，“冰丝带”也因此得名。国家速滑馆将承担大道速滑比赛项目，产生14块金牌，是冬奥会产生金牌数量最多的单个场馆。
图：国家速滑馆多功能全冰面（来源：中国环境报）
国家速滑馆拥有亚洲最大的全冰面设计，馆内冰面超过1.2万平方米，这是目前世界上采用二氧化碳跨临界直冷制冰技术打造的最大的多功能全冰面。
“早在2016年9月份，我们向奥组委建议使用二氧化碳替代氟利昂实现制冰。”北京大学教授、太阳能光热联盟理事代表、中国可再生能源学会太阳能热发电专业委员会委员张信荣介绍。据介绍，历届冬奥会都是使用氟利昂或者氨制冷剂来进行制冰，此次冬奥会在国家速滑馆首次实现利用温室气体二氧化碳跨临界直膨全热回收方式进行制冰。该技术的碳排放值趋近于零，还使得制冰能效大幅提升。在速滑馆的冰面下，液态二氧化碳蒸发吸热实现制冷，使水变成冰；气态二氧化碳经压缩机压缩到超临界状态，通过冷凝过程释放能量，再膨胀回到液态状态循环到冰面下。
速滑馆内整个冰面的温差不超过0.5℃，不要小看这小小的数字，这决定了冰面的质量。张信荣表示，“利用二氧化碳跨临界直冷制冰技术造出来的冰面温差小，整个冰面硬度基本相同，利于运动员创造佳绩。”
图：首钢滑雪大跳台在进行造雪工作（来源：北京化工报）
此外，在室外造雪中也运用到了二氧化碳制冷技术。首钢滑雪大跳台将在北京冬奥会期间承担单板和自由式滑雪大跳台比赛项目，设计理念源自中国敦煌壁画中传统的飞天造型，从侧面看去犹如一只灵动的“水晶鞋”。首钢大跳台在造雪过程中不添加任何造雪剂，完全使用天然水造雪。为了应对冬日出现气温升高的情况，也采用了北京大学张信荣教授团队开发的零上高品质动态人工造雪和储雪一体化技术与装备，可以在气温处于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。“即使出现自然缺雪、少雪，也能够保障北京冬奥会和冬残奥会的顺利进行。”张信荣教授介绍。
“绿色冬奥”最美的底色
零碳排、低能耗、全热回收、无污染冬奥会制冰造雪新技术，成为“绿色冬奥”的最美底色。
据介绍，与传统制冷系统相比，使用二氧化碳制冷剂可将能效提升20%以上，整个制冷系统的碳排放量则趋近于零。这是因为二氧化碳是天然工质，臭氧消耗潜值（ODP）为零，全球变暖潜值（GWP）为1。而目前常用的氟利昂类制冷剂如R404A的GWP值为3850，R448A的GWP值为1273，R134A的GWP值为1300。
据北京冬奥组委发布的《可持续·向未来——北京冬奥会可持续发展报告(赛前)》中显示，北京冬奥会国家速滑馆、首都体育馆、五棵松冰上运行中心等场馆使用的二氧化碳制冷剂，是从工业副产品收集提纯获取的，在2021年底初次填充过程中共计减少900吨二氧化碳排放。
首钢滑雪大跳台场馆运行团队造雪专员介绍，在国家速滑馆内的二氧化碳直冷制冰不仅零碳排，且过程中释放的能量也不浪费，通过冷热联供一体化设计，在低压端实现制冰，高压端实现全热回收，满足国家速滑馆的除湿供热，节能达到30%以上。
零上人工造雪储雪技术在满足造雪需求的同时，也能同时满足低能耗、全热回收与零碳排放的环保要求。利用传统方式生产1m³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，用于比赛时提供热水与供热。
综合自：北京化工报、中国环境报
