撰文/記者 王雪瑩 編輯/丁林
新媒體編輯/宋夢
科學性稽核：
楊永安（天津商業大學制冷與空調工程系教授）
▲2月8日，北京2022年冬奧會速度滑冰男子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）
如此頻繁地重新整理奧運會紀錄，除了選手本身出色發揮之外，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特之處？讓我們一起在下文中尋找答案。
有着“冰絲帶”美譽的國家速滑館，是2022年冬奧會北京賽區的标志性場館。“冰絲帶”創下不少紀錄，它不僅是亞洲最大的全冰面設計（冰面面積高達1.2萬平方米），還是全世界首個采用“二氧化碳跨臨界直接蒸發制冷技術”的冬奧場館。
作為2022年冬奧會期間極具特色的“中國方案”，二氧化碳跨臨界直冷制冰技術被視為目前最先進、最環保、最高效的制冰技術之一。那麼，這種技術到底厲害在哪裡？
其實，二氧化碳制冷的原理和普通空調中的制冷劑循環類似：二氧化碳在常溫常壓下是氣态，但在施加一定高壓後，二氧化碳會變為臨界狀态的流體；這些流體随後被送到需要制冷的區域，在其蒸發過程中會大量吸熱，進而達到降溫制冷的目的。
▲2020年9月，“冰絲帶”施工期間，從業人員在鋪設制冷管線系統（來源：視覺中國）
“這種技術最關鍵的特征是大氣友好性，而且不會引起臭氧層破壞，對碳達峰、碳中和都有非常大的貢獻。”天津商業大學制冷與空調工程系教授楊永安解釋道。
長期以來，制冷機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，随着科學界對氟利昂認識的逐漸提高，人們終于意識到氟利昂類物質會造成臭氧層破壞、溫室效應等環境危害。相比之下，作為自然冷媒的二氧化碳制冷劑，顯得既環保又安全。
盡管二氧化碳是一種溫室氣體，但其溫室效應遠低于傳統制冷系統中所使用的氟利昂類人工合成制冷劑。舉例來說，常在汽車空調系統中使用的R134a制冷劑，它的全球溫室效應潛能值（GWP）高達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制冷系統更高。楊永安指出，二氧化碳的熱力學性質非常優異：“在系統設計合理情況下，它的效率與正常系統接近，并且系統緊湊、機組的尺寸小……（管線中的）流動阻力很小，是以使用的時候，工質泵功率小、蒸發器内的壓力損失也小。”是以，二氧化碳制冷技術更加符合北京冬奧會“綠色、節能、環保”的辦會理念。
除了對環境更友好，作為制冷劑的二氧化碳還具有無異味、不可燃、不助燃的優點，相較于烷烴類一類易燃的冷媒安全性更高。
據悉，為了更好地發揮二氧化碳直冷制冰的優點，“冰絲帶”配置了一套先進的智能能源管理系統，後者可以高效回收制冷系統所産生的餘熱，為場館除濕、冰面維護澆水及運動員日常所需等場景提供近70℃的熱水。
在全冰面運作的情況下，“冰絲帶”僅在制冷環節每年就能節電200餘萬度，相當于北京6000餘個家庭一個月的用電量。由于在整個制冷過程中碳排放趨近于零，這堪比種下超過120萬株樹木實作的碳減排量。
“冰絲帶”作為本屆冬奧會的速滑比賽場館，對冰面品質有着極高的要求。 冰溫不均會導緻冰面有的地方軟，而有的地方冰面又太硬——對于速滑運動員來說，太軟的冰面會導緻速度變慢，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）
傳統冰場通常會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1.5℃-2℃。
相比之下，“冰絲帶”采用二氧化碳直冷制冰系統，不僅系統換熱效率更高，而且冰溫均勻，其冰面溫差基本可以控制在0.5℃以内，有助于為頂級賽事打造“最快的冰”。
（本内容由北京科技報與中國數字科技館聯合制作）
出品：科普中央廚房
監制：北京科技報 | 北科傳媒
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