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随着北京冬奥会开幕，各项比赛已经陆续展开。来自90多个国家和地区的约3000名运动健儿，将在冰雪世界中书写“更快、更高、更强——更团结”的奥运新篇章。
这届冬奥会，新技术频出。如二氧化碳跨临界直膨全热回收、 二氧化碳超临界制冷技术……这些专有名词不容易读懂，但表达的含义却是类似：温室气体二氧化碳，成了冬奥的制冷“主力军”。
北京2022年冬奥会和冬残奥会新建、改建了7座冰上场馆、共9块冰面。其中，5块冰使用了二氧化碳(R744)跨临界直接制冷系统，这在冬奥会历史上尚属首次。
冬奥会背后的“环保黑科技”
二氧化碳跨临界直冷制冰技术
传统的制冰、造雪，主要靠氟利昂。不过众所周知的是，氟利昂会逐步飘升，在对流层相当稳定的氟利昂，在上升进入平流层之后呢，在一定的气象条件下，会在强烈紫外线的作用下被分解，分解释放出的氯原子，会和臭氧会发生连锁的反应，不断不断地破坏臭氧分子。按照现在的最新模型估算，估计一个氯原子可以破坏数万个臭氧分子。
国家速滑馆、首都体育馆等4个冰上场馆选用了 二氧化碳跨临界制冷制冰技术，极大降低了制冷过程的 碳排放，这也是 该技术首次在冬奥会上使用。
所以，北京冬奥会的造雪、造冰是新科技。而新科技的核心是： 二氧化碳。
对比过去的历届冬奥会，制冰可都是用氟利昂或氨，氟利昂很容易造成臭氧层破坏、地球暖化，而氨呢，是一种具有微毒、易燃易爆的物质，整体来说，之前的造冰材料都是环境不友好、或者不安全的。
北京冬奥会使用的二氧化碳制冰，这不仅使造冰的过程中 碳排放趋近于零，还可以精准控制温度，保持场地冰面温差控制在0.5摄氏度以内，而且哦，制冷过程中产生的高品质余热还可以用来回收利用，提供运动员生活热水、冰面维护浇冰等等。
不过，看不到摸不着的温室气体是如何制成冰的？
我们先来看以往冬奥会的造雪技术：传统的造雪其实就是在一个低温的环境里，用高压空气把水打成小的水花、水滴，然后就凝结成雪。传统的造雪机都是0度以下才能造雪，最高温度不能超过2度。
据了解， 天津大学马一太、田华教授团队在国家重点研发计划—科技冬奥专项支持下，通过校企合作，研发了国际先进的 二氧化碳跨临界直冷制冰技术，为各国运动员支撑建造了“最美、最快的冰”。
优质冰面除了制冰师高超技艺外，制冰系统所决定的冰面温差均匀性和软硬度均匀性则是关键性基础。
制冰机是人工冰场建设的关键核心，从历届冬奥会冰场制冰机来看，主要采用氟利昂等人工合成制冷剂技术或者氨制冷技术，前者具有严重的温室效应问题、后者具有安全隐患。 以二氧化碳为制冷剂、冰面下直接蒸发的制冰机技术被认为是一种绿色低碳、高效节能的方案，但其技术一直掌握在欧美等国家企业手中。
此次以绿色、科技冬奥为契机，通过产学研协同攻关，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8家单位联合研发、设计和建造了具有 自主知识产权的二氧化碳跨临界直冷制冰机组，在首都体育馆冰场进行示范应用，服务冬奥会和国家冰雪战略。
该方案从二氧化碳制冰系统 压缩、冷却、节流和蒸发四个过程进行节能设计: 针对压缩过程采用双级压缩让源头耗能实现“事半功倍”；针对冷却过程设计全显热回收对冷却热量进行回收，实现冰场浇冰、融雪等不同温度热水需求；针对蒸发过程采用在冰面下直接蒸发吸热为冰场提供稳定的冷量供应，并优化设计冰下蒸发盘管和土建保障冰面温度均匀。本方案制冰机从关键部件到整机集成，均实现国内设计、加工、组装和运行，尤其是水冷式气冷器是 国际上首次应用，有效解决了首体冷却回路长的工程问题。方案的系统综合 节能超过50%以上，冰面温差控制在0.3～0.4℃以内，无论是综合能效还是冰面温差均达到国际先进水平，从而为运动员提供一个软硬度均匀稳定的优质冰面。
此外，由于首都体育馆同时承办花样滑冰和短道速滑两个项目，两者对冰面的冰层厚度和冰面温度有不同的严格要求，需要根据赛程不断进行两块冰的快速转换。项目组也充分利用了二氧化碳制冰温度均匀的特点，结合精准控制系统和线性降温策略，实现 2小时内的快速、高效冰面转换，远远小于国际奥委会3小时冰面转换的要求。
天津大学是国内最早开展二氧化碳跨临界制冷热泵技术研究的团队之一。设备所采用的二氧化碳跨临界直冷制冰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，田华教授为项目负责人。
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