二氧化碳快速“造冰”技术打造“最快冰面”

二氧化碳快速“造冰”技术打造“最快冰面”字体：小中大分享到：二氧化碳快速“造冰”技术打造“最快冰面”2022-02-08 08:04:39来源：科技日报

北京冬奥会已经拉开帷幕，美丽低碳的冬奥场馆吸引了越来越多的目光。为了给运动员良好的冰上体验，帮助他们发挥最佳竞技水平，天津大学马一泰教授、田华教授团队在国家重点研发计划——科技冬奥的支持下，通过校企合作，研发出国际先进的二氧化碳跨临界直接冷却制冰技术，为各国运动员搭建了“最美最快冰面”。

花样滑冰和短道速滑在首都体育馆举行。对于这两个项目来说，优质的冰面有助于运动员取得更好的成绩。除了制冰机高超的技术，由制冰系统决定的冰面温差和硬度的均匀性是获得高质量冰面的关键基础。

制冰机是人工溜冰场建设的关键核心。从历届冬奥会冰场的制冰机来看，主要采用氟利昂或氨制冷技术等合成制冷剂技术。前者存在严重的温室效应问题，后者存在安全隐患。

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绿色低碳节能的方案，但其技术一直掌握在欧美企业手中。此次，以绿色、高科技的冬奥会为契机，通过产学研协同研究，由欧越冰雪投资管理(北京)有限公司、天津大学、阿斯特制冷太阳能科技(北京)有限公司等8家单位共同研发、设计、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，并在首都体育馆冰场进行了示范应用，服务冬奥会和国家冰雪战略。

田华介绍，该方案的节能设计从二氧化碳制冰系统的压缩、冷却、节流、蒸发四个流程进行:压缩流程采用两级压缩，使源头能耗达到“事半功倍”；根据降温过程设计全显热回收，回收降温热量，以满足冰场倒冰、融雪等不同温度的热水需求。针对蒸发过程，采用冰面下直接蒸发吸热为冰场提供稳定的冷量供应，优化冰面下蒸发盘管和土建，保证冰面温度均匀。

值得一提的是，该方案中的制冰机从关键部件到整机一体化实现了国产化设计、加工、组装和运行，尤其是水冷空气冷却器在国际上首次应用，有效解决了首体冷却回路长的工程难题。

“该方案系统综合节能50%以上，冰温差控制在0.3-0.4℃以内。无论是综合能效还是冰温差都达到了国际先进水平，从而为运动员提供了一个硬度均匀、稳定的高品质冰面。”田华说。

此外，由于首都体育馆同时承办花样滑冰和短道速滑，对冰厚和冰温的严格要求不同，需要根据赛程不断快速更换两块冰。

该项目还充分利用了二氧化碳均匀的制冰温度，结合精确的控制系统和线性冷却策略，实现了2小时内快速高效的冰面转换，远小于国际奥委会对3小时内冰面转换的要求。

天津大学是国内最早开展CO2跨临界制冷热泵技术研究的团队之一。该设备采用的二氧化碳跨临界直接冷却制冰技术是国家重点R&D计划“制冰机R&D及应用示范”项目的核心成果，项目负责人是田华教授。

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