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二氧化碳造冰雪!一起来看看冬奥会碳减排的硬核技术

滑过城市周边的人工雪场、商场一楼的溜冰场……你玩过冬奥会的冰雪吗?今天,距离2022北京冬奥会开幕式还有一个月的时间,让我们走进冬奥会的冰雪大世界,揭开冰雪制造的“黑科技”!

变废为宝,二氧化碳直冷制冰技术打造“最快的冰”

走进国家速滑馆的“冰丝带”,映入眼帘的是12000平方米的冰面,这是世界上最大的使用二氧化碳跨临界直接冷却冰的多功能全冰——制作技术。面条。

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图为国家速滑馆多功能全冰面,陈晓根拍摄

“早在2016年9月,我们就向奥组委提出了用二氧化碳代替氟利昂制冰的建议。” 北京大学工程学院教授张新荣介绍,历届冬奥会都使用氟利昂或氨制冷剂制冰。冬奥会首次在国家速滑馆实现了利用温室气体二氧化碳跨临界直接膨胀全热回收法制冰。该技术是目前世界上最先进、最环保的制冰技术。冰能效大大提高。

想象一下使用温室气体来制冰,你不感到困惑吗?这对于冬奥会的技术团队来说并不难。在速滑馆跨临界直冷热力循环系统中,液态二氧化碳在冰面下蒸发吸热实现降温。在这个过程中,水变成了冰,而气态的二氧化碳被压缩机压缩成能量巨大的超临界状态,通过冷凝过程释放能量,然后膨胀回液态并在冰面下循环.

速滑馆内整个冰面温差不超过0.5℃。不要小看这个小数字,它决定了冰面的质量。张新荣说,“二氧化碳跨临界直接冷却制冰技术所产生的冰面温差小,整个冰面硬度基本一致,有利于运动员创造好成绩。” 。”

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冬奥会冰雪世界如何实现绿色环保?

无论是造冰还是造雪,都离不开“绿色冬奥会”最美的背景。传统的造雪剂和制冷剂在本届冬奥会上销声匿迹,“零碳排放”、“低能耗”、“全热回收”、“无污染”成为冬季造冰雪的“关键词”奥运会。

“我们的雪没有夹杂任何东西。” 据首钢跳台滑雪场运营团队造雪专家介绍,首钢大跳台在造雪过程中不添加任何造雪剂,完全由天然水制成。国家速滑馆的二氧化碳直冷制冰不仅碳排放为零,而且过程中释放的能量也没有浪费。通过冷热一体的一体化设计,低压端实现制冰,高压端实现全热回收。,满足国家速滑馆除湿取暖,节能可达30%以上。

如果天空不美丽,气温升高,冬奥会如何保证充足的雪?传统的人工造雪需要低于零的温度条件。一旦气温达到或高于零度,就无法进行造雪作业,尤其是2022年3月将启动冬季残奥会,此时正值春天,气温正在上升。如何保证造雪作业的顺利开展?

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“2022年冬奥会和冬残奥会在没有自然雪、少雪的情况下可以保证。” 张新荣向记者介绍了他负责的高品质动态人工造雪与蓄雪一体化技术与装备研究,在温度在0℃到15℃之间,采用二氧化碳超临界制冷技术和新型优化造雪设计,实现安全、高效、低成本、高质量的人工造雪。

现在在晴天滑雪不再是梦想。人工造雪技术在满足造雪需求的同时满足低能耗、全热回收、零碳排放的环保要求。使用传统方法生产1m³的雪需要大约30千瓦时的电力,而人工造雪技术仅消耗18-22千瓦时的电力。同时,造雪产生的热量将全部回收,用于提供热水和比赛。热的。

零以上人工造雪技术的另一个创新是用二氧化碳制冷代替氟利昂制冷,不会破坏臭氧层,体现了绿色奥运的理念。

告别“视天气”,多种人造雪满足冬奥会不同需求

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古代下雪求天,现代下雪求什么?进入2021年冬季,北京地区的自然降雪屈指可数。眼下北京2022年冬奥会开幕式越来越近,“冬奥雪”从何而来?

事实上,人工造雪早在 1980 年的普莱西德湖冬季奥运会上就已经开始使用。近年来,冬奥会的雪上运动越来越依赖人工造雪。人工造雪的原理与自然降雪的原理基本相同。人工造雪是将水和空气在造雪机中压缩混合进行雾化,喷出带有晶核的水,然后在空气中迅速凝结成冰晶。

冬奥会人造雪还有多少我们不知道的小秘密?事实上,在冬奥会中,不同比赛对雪质的要求是不同的,因此需要各种类型的人造雪和复杂的加工程序来满足不同的比赛要求。

在零下三度的首钢滑雪跳台上,“雪炮”、“雪炮”如火如荼。据大跳台造雪专员介绍,雪炮和雪炮的造雪原理是一样的,只是雪量和雪厚不同。根据雪质要求,雪枪有9级干湿调节,雪枪有4级干湿调节。

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图为“雪炮”和“雪枪”做造雪作业

首钢跳台滑雪的造雪工作在终点区和起飞区同步启动,逐步向起点区推进。其中冬奥会造雪技术,起点区积雪厚度将达到0.5米,跳台跑道和终点区将达到0.5米至4米。

“我们预计在2022年1月20日左右完成所有造雪任务。” 据大跳台造雪专员介绍,首钢滑雪大跳台造雪面积约4190平方米冬奥会造雪技术,整个造雪期间的蓄雪面积1000平方米。总造雪量11500立方米,其中滑道720立方米,起飞区、降落坡和降落区7200立方米,蓄雪3600立方米。