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二氧化碳如何打造北京冬奥会“朂快的冰”?

时间: 2022-06-07 08:48:54来源: 上海境祥化工有限公司   阅读次数:596

北京冬奥会开赛以来,******速滑馆“冰丝带”里已经诞生了1个世界纪录和6个奥运纪录。这块全世界朂快的“冰”下面藏着把二氧化碳变废为宝的硬核技术。

******速滑馆采用二氧化碳跨临界直冷制冷系统,是全球******采用二氧化碳跨临界直接蒸发制冷的冬奥速滑场馆,其采用的14立方米二氧化碳桶泵机组设计及应用为世界首例,集中式中压回油在二氧化碳制冷系统上的应用为世界首例。

打造运动员脚下的这块冰,原理和冰箱、空调制冷类似,就是通过制冷剂冷却水,让它结冰。以前的冬奥会,都是用氟利昂来充当制冷剂。但氟利昂却对环境有着严重的破坏作用,使用一吨氟利昂就相当于排放3980余吨二氧化碳,会严重破坏臭氧层,加剧温室效应。本届北京冬奥会******采用二氧化碳跨临界直冷制冰技术。据悉,这次用的二氧化碳都是工业排放的,以******速滑馆为例,大概用了40吨到50吨。”

想象一下用温室气体二氧化碳来制冰,是不是感觉一头雾水?其实,二氧化碳跨临界直冷制冰技术是通过液态二氧化碳蒸发吸热,来让水冻成冰。在速滑馆1.2万平方米的冰面下,埋着十余层不同结构,其中一层就流淌着液态二氧化碳。和氟利昂相比,这种制冰技术碳排放趋近于零,能效可以提升20%以上,冰面温差能够控制在0.5℃以内,制成的冰不会出现冰面硬度不均匀的情况。

这些二氧化碳在细细密密的管道里,参与了整个场馆的能量循环过程。当它们通过冰层下的管道时,液态的二氧化碳蒸发吸热,把管道外的水冻成冰。北京大学工学院教授、******速滑馆制冷系统专家张信荣介绍,二氧化碳在从液体变成气体的过程中,温度是不变的,这就保证了整个制冷过程冰面上几乎没有温度差,制成的冰硬度更高,质量更好,这也是这块冰之所以“快”的秘密所在。“整个冰面温差小于0.5度,国际上是要求1.5度以下,温度决定硬度,在赛前我们也就预见到了,在这个冰上面比赛的选手会创造好成绩。”

二氧化碳在循环的过程中,还充当了“热量”的“搬运工”。水凝结成冰的过程向外界释放大量热量,以往的制冰方式中,这些热量都散到环境里,浪费掉了。而二氧化碳在70个大气压下会进入跨临界状态,具有携带更多能量的特性,可以把制冰过程中吸收的热量“运送”到需要的地方。张信荣说,场馆里供暖、除湿、浇冰、预热等都完全靠二氧化碳回收的能量,仅此一项,一年就能节电180万度,这让“冰丝带”真正实现近零碳排放。“我们把过去扔出去的能量,全部回收利用了,达到能源利用的更大化。”

冬奥会只是一个起点,把系列化的二氧化碳产业打造好,对于2060年碳中和的高质量的实现,具有重要意义。研究人员表示,二氧化碳用好了还可以应用在发电、制冷、动力等多个领域。

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