國家速滑館“冰絲帶”| 全球首個采用二氧化碳制冷的速滑場館

來源：北京日報2020-06-22

北京2022冬奧會標(biāo)志性場館——國家速滑館“冰絲帶”，在冬奧會期間承擔(dān)速度滑冰項(xiàng)目的比賽和訓(xùn)練；冬奧會后，該館將向公眾開放，成為能夠舉辦滑冰、冰球和冰壺等賽事及大眾冰上活動的多功能場館。“冰絲帶”超過12000平方米冰面制作，一直是公眾感興趣的問題。日前，中糧集團(tuán)華商國際工程有限公司工業(yè)設(shè)計(jì)研究院院長王斌表示，包括國家速滑館在內(nèi)的幾個北京冬奧會場館，將采用二氧化碳跨臨界直接制冷方式制冰。

“建成后，國家速滑館將是全球首個采用二氧化碳跨臨界制冷的冬奧大道速滑場館，也是目前中國最大的二氧化碳跨臨界制冷系統(tǒng)。事實(shí)上，國家速滑館已成為未來同類項(xiàng)目的標(biāo)桿，在國家速滑館確定采用二氧化碳跨臨界制冷系統(tǒng)后，大多數(shù)的北京冬奧會其他場館的冰場都采用這一系統(tǒng)。”王斌說。

作為這套制冷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人，王斌說，根據(jù)北京冬奧組委可持續(xù)性工作的總體要求，秉承“綠色辦奧”理念，此次所有冬奧會場館都嚴(yán)格按照綠色建筑標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行建設(shè)。國家速滑館的建設(shè)使用了大量的綠色技術(shù)，如核心的制冷制冰系統(tǒng)，不僅制冷劑體現(xiàn)了綠色環(huán)保理念，整個制冷系統(tǒng)也體現(xiàn)了綠色節(jié)能要求，將在長期運(yùn)行中實(shí)現(xiàn)低能耗。

據(jù)了解，在設(shè)計(jì)國家速滑館制冷系統(tǒng)之前，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)梳理了從1988年加拿大卡爾加里冬奧會到2018年韓國平昌冬奧會之間8屆冬奧會速滑館所采用的制冷劑一半為氨，一半為氟利昂；制冷方案除了1988年卡爾加里采用氨直接蒸發(fā)系統(tǒng)，其余的項(xiàng)目幾乎都通過二次換熱，采用乙二醇或鹽水作為載冷劑。

國家速滑館選擇制冷劑經(jīng)過了一個非常漫長的過程，從2017年底開始，經(jīng)過將近18個月的比選，研究了歷屆冬奧會的速滑館制冷系統(tǒng)，對比了目前常見的各種不同的制冷劑，最終確定采用二氧化碳跨臨界直接制冷方式。

在冬奧場館使用二氧化碳跨臨界直接制冷方式有什么好處？王斌認(rèn)為此舉主要是基于幾點(diǎn)考慮。

首要的考慮當(dāng)然是綠色辦奧的理念，二氧化碳是天然工質(zhì)，環(huán)境友好，其臭氧消耗潛值(ODP)為零，全球變暖潛值(GWP)為1。相比之下目前常用的氟利昂類制冷劑如R404A的GWP值為3850，R448A的GWP值為1273，R134A的GWP值為1300。因此，采用二氧化碳制冷劑很大程度提升了“冰絲帶”項(xiàng)目的綠色品質(zhì)。

其次，從冰面質(zhì)量的角度進(jìn)行了考慮，速滑館的業(yè)主對冰面質(zhì)量提出了很高的要求，而二氧化碳會比乙二醇系統(tǒng)對冰面質(zhì)量的把控更有優(yōu)勢。經(jīng)模擬分析，采用二氧化碳制冷，冰表面溫差不超過0.26攝氏度，對比常規(guī)乙二醇載冷系統(tǒng)的1.5至2攝氏度的溫差，二氧化碳制冷的冰面整體效果更好。而且采用二氧化碳制冷系統(tǒng)后，其制冷工質(zhì)輸送泵的功率也僅有采用乙二醇載冷系統(tǒng)輸送泵功率的十分之一左右，極大的節(jié)約了能源。

此外，考慮到二氧化碳系統(tǒng)未來的長期運(yùn)行能耗優(yōu)勢，采用直冷系統(tǒng)，避免載冷劑系統(tǒng)的二次換熱，系統(tǒng)蒸發(fā)溫度高，系統(tǒng)能效提高。

雖然采用二氧化碳跨臨界系統(tǒng)使投資增加，但二氧化碳系統(tǒng)的綜合COP(能效比Coefficient Of Performance)相比較傳統(tǒng)系統(tǒng)更高效，而且制冷過程中產(chǎn)生大量高品質(zhì)余熱通過冷熱聯(lián)供一體化設(shè)計(jì)可進(jìn)行回收利用，用于場館的熱水、澆冰、除濕等場景，國家速滑館項(xiàng)目經(jīng)過了大量的數(shù)據(jù)對比和理論模擬，相比較傳統(tǒng)氟利昂/乙二醇系統(tǒng)，現(xiàn)有二氧化碳系統(tǒng)可以有30%以上的能效提升。項(xiàng)目前期建設(shè)增加的投資在未來的運(yùn)行中很快會從能耗的減少中得到補(bǔ)償。

王斌介紹，目前國家速滑館的制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作已經(jīng)基本完成，整個場館的主體結(jié)構(gòu)也已經(jīng)基本完成，制冷系統(tǒng)也會在2020年年底前完成。

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