luda 中科普金
导读
“冰丝带”中的二氧化碳在夏天30摄氏度以上的温度也能制冷，“水立方”里的冰“乖巧听话”，五棵松体育馆里的冰面可大可小，在北京冬奥会申办成功5周年之际，正在建设中的北京冬奥会场馆隐藏着数不清的“黑科技”，你可能看不见它们，但正是它们，将助力2022北京冬奥会精彩、非凡、卓越。
这里面，不锈钢制冷管道、制冰管道等是重要的组成部分，发挥着重要的基础作用。
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▲国家速滑馆概念图
国家速滑馆是北京2022年冬奥会速度滑冰比赛场馆，因为其外观设计如丝带飞舞又被称为“冰丝带”，是北京冬奥会标志性场馆。
国家速滑馆以“冰”和“速度”为设计象征，从设计理念、技术工艺、材料选取、施工技法等多个方面都实现了创新和突破。在外观设计上，22根“冰丝带”环绕的曲面幕墙系统，展现了速度滑冰运动的速度与激情;场馆内部198米长，124米宽的世界最大跨度正交双向单层马鞍形屋顶索网，全部使用国产高钒密闭索;国家速滑馆钢结构工程荣获第十三届“中国钢结构金奖”，并荣获“中国钢结构金奖年度杰出工程大奖”……在所有科技创新中，国家速滑馆在全球首个采用二氧化碳跨临界直接蒸发制冷制冰系统最令人称道，它不仅为冬奥赛场“最快的冰”提供了有力支持，同时也为赛后适应多种需求的群众性健身提供了硬件支撑。
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▲建设中的国家速滑馆“冰丝带”馆外
据国家速滑馆体育工艺制冰工程专项设计负责人马进介绍，国家速滑馆拥有亚洲最大的全冰面设计，冰面面积达1.2万平方米。其目的就是充分考虑赛后利用，冰面采用分模块控制单元，最多可将冰面划分为9个区域，根据不同项目分区域、分标准进行制冰。可同时接待超过2000人进行冰球、速度滑冰、花样滑冰、冰壶等所有类型冰上运动。
为了实现这个目标，以二氧化碳为制冷媒介发挥了巨大功能，这是目前在确保场馆绝对安全的前提下最环保、最高效、最先进的制冰制冷技术，不仅能够为冬奥会比赛提供温度高度均衡的冰面，而且相比传统技术能效提升20%以上。通过场馆的智能能源管理系统，还能够把制冷产生的70摄氏度废热直接用于除湿、冰面维护、场馆生活热水等，而传统制冰方式产生的废热温度在40摄氏度左右，为了达到修冰所需的70摄氏度热水，还需要再次加热。因此，在全冰面模式下每年仅制冷部分就能节电200多万千瓦时，整个系统的碳排放趋近于零。
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▲施工中的国家速滑馆“冰丝带”馆内
为了解决二氧化碳在20摄氏度以上不制冷的物理属性，技术团队又解决了二氧化碳“跨临界值”工作的问题，使得这套制冷系统在夏天也能正常工作，从而实现“冰丝带”的全季运营。这也是使用二氧化碳制冰中解决的最大难点。
在冰丝带冰面以下，是如“千层糕”一样的层层铺设，最下面是加热层，以防止底部土壤因长期结冰而膨胀凸起，影响整个冰面。其上依次为保暖层、钢架支撑、混凝土层、最上面是冰面层，制冷管道就盘踞在混凝土层中。马进说，整个冰场中的不锈钢制冷管加起来总长度达到120公里，制冷管之间的焊接非常关键，因为埋在混凝土中，一旦出现缝隙，维修起来必然大费周章，因此不容有失。而9个区域的冰面划分则高度体现了科技的神奇，由于各个项目对冰面温度、硬度要求不同，因此如何同时满足不同冰面的需求，就要靠制冷管道中看不见摸不着的二氧化碳不同密度的分布来实现了。