冬季奧運會採用什麼製冷方式

㈠ 北京2022冬奧會採用的是什麼製冷方式

北京2022冬奧會採用的是二氧化碳製冷。

在歷史冬奧會上，北京是首次使用二氧化碳作為製冷劑，力求能夠貫徹「節儉。綠色、智慧」要點。

這個措施將應用於部分冬奧場館，包括但不限於有速滑賽道、短道速滑賽道、花樣滑冰賽道等。也正是因為此次措施，冬奧會的總體碳排放量將會大大減少，相當於種植了超過120萬棵樹。

其吉祥物

2019年9月17日晚，2022年北京冬奧會和冬殘奧會吉祥物在北京市石景山區首鋼園區國家冬季運動訓練中心冰球館揭開神秘面紗。北京冬奧會吉祥物名為「冰墩墩」，形象來源於國寶大熊貓。

北京冬奧會吉祥物「冰墩墩」以熊貓為原型進行設計創作。將熊貓形象與富有超能量的冰晶外殼相結合，體現了冬季冰雪運動和現代科技特點。

頭部外殼造型取自冰雪運動頭盔，裝飾彩色光環，其靈感源自於北京冬奧會的國家速滑館——「冰絲帶」，流動的明亮色綵線條象徵著冰雪運動的賽道和5G高科技；左手掌心的心形圖案，代表著主辦國對全世界朋友的熱情歡迎。

整體形象酷似航天員，寓意創造非凡、探索未來，體現了追求卓越、引領時代，以及面向未來的無限可能。

㈡ 冬奧會花樣滑冰的冰場，使用的冰和普通冰有什麼區別

冬奧會花樣滑冰的冰場上的冰是與普通冰不同，是用二氧化碳這種國際最先進的製作方法讓冰質更加堅韌、平整。

花樣滑冰是一項滑冰與舞蹈為一體的體育項目，直到1924年才開始成為正式的比賽項目，這次北京冬奧會的花樣滑冰是在北京首都體育館舉辦。

像冬奧會這樣的國際賽事所採用的製冰方式與普通製冰不同，對於溫度和冰塊硬度也各不相同。首都體育館為了更好的體現冬奧賽事的精彩採用最新的聲光電技術，同時利用環保和先進製冰方式打造出一座“最美綠色的冰”。

㈢ 北京冬奧會的製冰系統，被媒體稱為冬奧史上「最環保」的，對此你怎麼看

經過十多天的比賽，已經結束了北京冬季奧運會，在來自各界各地運動員們的訓練、比賽，經過多方的檢測，北京2022年冬季奧運會冰上場館有著優質的冰面，受到了包括運動員、檢測方工作人員的好評，也被不少媒體評為是冬季奧運會歷史上“最環保”的製冰系統。我覺得這樣的評價很中肯。的確，今年北京冬季奧運會的冰上場館是非常出色的。

在北京冬季奧運會上，大部分的冰上場館都是採用R449A製冷劑，相比較於現在全球普遍使用的R507製冷劑，全球變暖潛能值（GWP值）要降低了68%。北京冬季奧運會上採用了節能型製冷系統、環保型製冷劑，呼應國際奧委會的可持續發展精神，這樣的設計理念，值得全世界的關注，也值得大力宣傳。

㈣ 北京2022年冬奧會採用什麼製冰

北京2022年冬奧會採用二氧化碳跨臨界直冷製冰系統製冰，二氧化碳製冰技術是國家重點研發計劃「科技冬奧」重點專項2019年批復啟動的「國家速滑館智慧場館建設和應用關鍵技術研究與示範應用」項目重點研發成果之一。

場館的多功能超大冰面亞臨界、跨臨界多工況並行二氧化碳直接蒸發製冰集中式製冷系統，亞臨界、跨臨界多工況並行二氧化碳集中式製冷中壓回油系統等應用均屬國際首次。

二氧化碳跨臨界直冷製冰系統製冰的好處。

通過場館的智能能源管理系統，還能夠把製冰過程產生的廢熱用於除濕、冰面維護、場館生活熱水等。全冰面模式下每年僅製冷部分就能節省200多萬度電，相當於約120萬棵樹實現的碳減排量，整個製冷系統的碳排放趨近於零。

經理論分析，採用二氧化碳製冷，有把握實現冰表面溫差不超過0.5℃。由此，「冰絲帶」是一座真正的智慧場館、綠色場館。

以上內容參考中國科學院——世界首次！二氧化碳直冷製冰鑄就「冰絲帶」

㈤ 2022年冬奧會採用什麼製冷方式製冰

2022年冬奧會採用的是二氧化碳跨臨界直冷製冰系統來製冰。2022年冬奧會在北京舉行，北京冬季奧運會設7個大項，15個分項，109個小項 ，計劃於2022年2月4日星期五開幕，北京賽區承辦所有的冰上項目。

㈥ 2022年冬奧會採用什麼製冷方式製冰

2022年冬奧會採用二氧化碳製冷方式製冰。

2022年冬奧會首次採用了清潔、低碳的二氧化碳跨臨界直冷製冰技術，能效提升20%以上，機組消耗的能源僅為傳統製冷系統的1/3至1/5。對有冰面轉換要求的賽館來說，二氧化碳跨臨界直冷製冰技術可以精準控製冰溫和軟硬度，滿足不同比賽項目對冰面的各個要求。

北京2022年冬奧會製冰的「黑科技」

在國際奧委會和國際專家的支持下，北京2022年冬奧會積極研究製冷劑的國際發展趨勢和當前實用技術，與國內外製冷行業知名專家多次會商討論，確認了兩種製冷系統可以選擇：一是二氧化碳跨臨界直接製冷系統，適合常年製冰的場館，如國家速滑館等；二是傳統製冷系統，適合不需要常年製冰的場館，如水立方、國家體育館等。

北京冬奧會傳統製冷系統使用的為R-449a製冷劑，其GWP（全球變暖潛能）為平昌冬奧會使用最多的R-404a製冷劑的三分之一；而國家速滑館等採用的二氧化碳跨臨界直接製冷系統，其上述危害值僅為1，相比R-404a減少了3000多倍。

㈦ 北京2022冬奧會標志性場館國家速滑館,採用的是

二氧化碳跨臨界直接製冷方式製冰。

國家速滑館（「冰絲帶」），位於北京市朝陽區近奧林匹克公園林萃路2號是2022年北京冬奧會北京主賽區標志性場館、唯一新建的冰上競賽場館。

「冰絲帶」的設計理念來自一個冰和速度結合的創意，22條絲帶就像運動員滑過的痕跡，象徵速度和激情。

環保技術：

國家速滑館是世界上首個採用二氧化碳跨臨界直冷製冰技術的冬奧速滑場館。該技術是目前世界上最先進環保的製冰技術，碳排放值趨近於零，製冰能效大幅提升。

由於國家速滑館冰面面積達到1.2萬平方米，這塊冰也成為目前世界最大的採用二氧化碳跨臨界直冷製冰技術打造的多功能全冰面。

賽後冰面可進行分區製冷，對每塊冰單獨控溫，實現場館「同時運行、不同使用」。場館製冰系統集成設計和冰板結構設計兩個關鍵設計方案已取得專利。

㈧ 北京2022冬奧會採用的是什麼製冷方式

二氧化碳製冷。

北京2022冬奧會標志性場館——國家速滑館「冰絲帶」，在冬奧會期間承擔速度滑冰項目的比賽和訓練；冬奧會後，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平方米冰面製作，一直是公眾感興趣的問題。日前，中糧集團華商國際工程有限公司工業設計研究院院長王斌告訴記者，包括國家速滑館在內的幾個北京冬奧會場館，將採用二氧化碳跨臨界直接製冷方式製冰。

「建成後，國家速滑館將是全球首個採用二氧化碳跨臨界製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製冷系統。

事實上，國家速滑館已成為未來同類項目的標桿，在國家速滑館確定採用二氧化碳跨臨界製冷系統後，大多數的北京冬奧會其他場館的冰場都採用這一系統。」王斌說。

作為這套製冷系統的設計團隊負責人，王斌說，根據北京冬奧組委可持續性工作的總體要求，秉承「綠色辦奧」理念，此次所有冬奧會場館都嚴格按照綠色建築標准進行建設。

國家速滑館的建設使用了大量的綠色技術，如核心的製冷製冰系統，不僅製冷劑體現了綠色環保理念，整個製冷系統也體現了綠色節能要求，將在長期運行中實現低能耗。

據了解，在設計國家速滑館製冷系統之前，設計團隊梳理了從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屆冬奧會速滑館所採用的製冷劑一半為氨，一半為氟利昂。

製冷方案除了1988年卡爾加里採用氨直接蒸發系統，其餘的項目幾乎都通過二次換熱，採用乙二醇或鹽水作為載冷劑。

國家速滑館選擇製冷劑經過了一個非常漫長的過程，從2017年底開始，經過將近18個月的比選，研究了歷屆冬奧會的速滑館製冷系統，對比了目前常見的各種不同的製冷劑，最終確定採用二氧化碳跨臨界直接製冷方式。

在冬奧場館使用二氧化碳跨臨界直接製冷方式有什麼好處？王斌認為此舉主要是基於幾點考慮。

首要的考慮當然是綠色辦奧的理念，二氧化碳是天然工質，環境友好，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製冷劑如R404A的GWP值為3850，R448A的GWP值為1273，R134A的GWP值為1300。因此，採用二氧化碳製冷劑很大程度提升了「冰絲帶」項目的綠色品質。

其次，從冰面質量的角度進行了考慮，速滑館的業主對冰面質量提出了很高的要求，而二氧化碳會比乙二醇系統對冰面質量的把控更有優勢。

經模擬分析，採用二氧化碳製冷，冰表面溫差不超過0.26攝氏度，對比常規乙二醇載冷系統的1.5至2攝氏度的溫差， 二氧化碳製冷的冰面整體效果更好。而且採用二氧化碳製冷系統後，其製冷工質輸送泵的功率也僅有採用乙二醇載冷系統輸送泵功率的十分之一左右，極大的節約了能源。

此外，考慮到二氧化碳系統未來的長期運行能耗優勢，採用直冷系統，避免載冷劑系統的二次換熱，系統蒸發溫度高，系統能效提高。

雖然採用二氧化碳跨臨界系統使投資增加，但二氧化碳系統的綜合COP(能效比 Coefficient Of Performance)相比較傳統系統更高效。

而且製冷過程中產生大量高品質余熱通過冷熱聯供一體化設計可進行回收利用，用於場館的熱水、澆冰、除濕等場景，國家速滑館項目經過了大量的數據對比和理論模擬，相比較傳統氟利昂/乙二醇系統，現有二氧化碳系統可以有30%以上的能效提升。

項目前期建設增加的投資在未來的運行中很快會從能耗的減少中得到補償。

王斌介紹，目前國家速滑館的製冷系統設計工作已經基本完成，整個場館的主體結構也已經基本完成，製冷系統也會在今年年底前完成。

㈨ 北京冬奧會冰場館將使用奧運史上最低碳的二氧化碳製冷劑，有何高科技成分

北京冬奧會使用的新型二氧化碳製冷劑，是最環保，最低碳的製冷劑。

科技的發展，是為了人們能夠獲得更好的生活，然而，當前世界經濟的發展是建立在對環境破壞的基礎上，因此，環保低碳將會是以後所有企業共同追求的目標。我們開辟先河，也希望全球所有的國家都能有保護環境這樣一個意識，也要有危機感。這樣世界才能更美好。

㈩ 什麼是二氧化碳跨臨界直冷製冰技術

國家速滑館

（圖片來源：北京日報）

在這次冰雪盛會里，「冰絲帶」國家速滑館一直以「高科技」的形象出現。可能很多人並不理解，不就是「結冰」嗎？有啥稀奇？可是你知道么，「製冰」這件事里的科技含量並不少，人類真正實現「製冰自由」還是近一百多年的事，而實現「綠色製冰」也是一個曲折的過程。

我不生產冰，我只是大自然的搬運工

弗朗西斯·培根說過：我們可以通過火來得到熱量，但對於冷，我們必須常常到洞穴中去尋找，即使萬事俱備，我們也不能大規模地得到它。

早在先秦時代，古人便利用天然冰來降溫、給食物保鮮和做冷飲。據《周禮》記載，當時周王室為保證夏天有冰塊使用，專門成立了相應的機構管理「冰政」，負責人稱「凌人」。每年大寒季節，古人就開始鑿冰儲藏，他們認為這時的冰塊最堅硬，不易融化。管理藏冰事務的官吏監督奴隸、農民到水質好的地方鑿采冰塊，藏到預先准備好的冰窖里。冰窖都建在陰涼的地方，深入地下。用新鮮稻草跟蘆席鋪墊，把冰放到上面之後就覆蓋稻糠、樹葉等隔溫材料，然後密封窖口，待來年享用。

總之，在古代炎熱的夏日，沒有冰箱、空調這些電器，人們想得到一點清涼往往都要付出巨大的代價，冰塊是只有王公貴族才能享用的奢侈品，更不用談大規模開展滑冰、滑雪這些娛樂項目了。

火葯工匠與煉金術士，

居然首次製成了冰

大約到了唐朝末期/歐洲的中世紀，工匠和煉金術士們在生產火葯時開采了大量硝石。他們偶然發現，硝石溶於水時會吸收大量的熱，能使周圍的水降溫直至結冰。於是他們將水放入罐內，取一個更大的容器，在容器內放水，然後將罐子放在容器內，並不斷地在容器中加入硝石，結果罐內的水結成了冰。

這個過程的原理是：硝石是一種白色味苦的晶體，化學名稱叫硝酸鈣，它溶解於水時會吸收大量熱量，使周圍溫度降低以致結成冰。硝石溶於水後，可以用降溫結晶法或蒸發結晶法將硝石再提出來重復使用。但提純能製冰的硝石極其困難，製冰又要耗費大量人工，人類製冰的代價仍然十分高昂。

終於發現了能量與熱量的秘密

1659年英國科學家羅伯特·波義耳把一隻鳥放入了廣口瓶中，緊接著用真空泵吸出瓶內的空氣，不出所料，這只鳥很快就一命嗚呼。但是，蹊蹺之處在於這只鳥被凍僵了[1]。

油畫：鳥在空氣泵中的實驗

（圖片來源維基網路）[2]

當時的人並沒有搞清楚這件事的原理，直到18世紀蒸汽機的發明，讓人類意識到熱量與能量是可以相互轉化的，伴隨著19世紀能量守恆定律的提出， 現代熱力學的基礎也由此奠定。人們逐漸接受了一項共識：給物質做功或用別的方式輸入能量，它的內能會增加；當物質對外界做功或者輸出能量，它的內能會降低。內能的漲落給一些物質帶來最直觀的變化就是溫度的起伏，也就能利用這個原理來製冷、製冰了。

蒸汽機的原理

（圖片來源Youtube）[3]

1834年,英國的雅可比·珀金斯試製成功用乙醚為工質的製冷機，採用人力轉動，可以連續工作。1844年，美國的戈里醫生利用空氣為介質製造了一台給醫院製造冰塊與低溫空氣的製冷機。戈里的製冷機原理是：通過氣體泵提高空氣的壓力，增壓後同時又升溫的空氣經過冷卻水，被冷卻到與環境相當的溫度又保持著此前的壓力，此時再讓高壓空氣膨脹， 這時空氣的溫度驟降，這些低溫的空氣可以拿來給水降溫從而製造冰塊，也可以給夏日的醫院提供冷風。

隨著戈里醫生的製冷機原型得到推廣，在隨後的幾十年裡，各式各樣的製冷機推陳出新，其中應用最為廣泛的是根據液體蒸發吸熱來製冷的蒸汽壓縮式製冷機，根據所選擇的製冷劑不同，可以分為下面的幾種類型。

1. 採用氨的蒸汽壓縮製冷機

這一類製冷機與空氣介質製冷機相似卻又不同。我們都知道，液體蒸發會帶走大量的熱，這一部分熱量叫做相變的潛熱，也就是遠大於物質溫度變化的顯熱。

蒸汽壓縮製冷機正是利用了這一特性，首先將氨蒸汽通入到壓縮機中升壓，得到了高溫、高壓的氨蒸汽；再用室溫的冷水或者冷風將它降溫，帶走它的熱量，氨蒸汽就此被冷凝；冷凝後的液體氨還保持著很高的壓力，這時將它通入膨脹閥中，和前面的空氣製冷機類似，高壓介質膨脹降溫，我們就得到了低溫的液體氨。製冷機中的低溫液體繼續向前流動到需要製冷的管路中，液體介質快速蒸發，從環境中吸收了大量的熱量，便創造了人們需要的低溫環境（比如冰場）。

這就是一直沿用至今的蒸汽壓縮製冷循環，在19世紀的60年代，所有製冷的需求都可以用氨製冷循環來滿足，但它存在著致命的缺點——氨易爆炸，且有毒。

2. 採用二氧化碳的製冷機

隨著氨製冷機的意外頻頻發生，19世紀的科學家和工程師們將目光轉向了二氧化碳，它無毒無害，不會爆炸，極易制備。即使設備出現泄露，也完全不用擔心，直接把它排入空氣就好。

1869年，美國人洛威以二氧化碳作為製冷劑製造了一台製冰機，由此拉開了二氧化碳製冰之路的帷幕。不過由於二氧化碳製冷設備的運行壓力高出氨製冷系統幾倍，它始終沒能把氨系統給淘汰。隨後的幾十年裡，在製冰行業里二氧化碳和氨系統平分秋色[4]。

3. 採用氟利昂等人工合成製冷劑的製冷機

在20世紀，合成化工高速發展給各行各業都帶來了影響，二氧化碳、氨這些天然製冷劑逐漸被以氟利昂為代表的氯氟烴以及氫氟碳化物所代替。這一類人工合成製冷劑有著很好的製冷性能，並且沒有二氧化碳的高壓困擾以及氨氣的毒性，也因此在開發伊始便被迅速推廣。

但這類化合物對環境卻不太友好，氟利昂等氯氟烴類製冷劑在紫外線的照射下會與臭氧分子快速反應，地球臭氧層被極大破壞，局部地區例如南極上空甚至出現了巨大的臭氧層空洞；用以替代氟利昂類製冷劑的氫氟碳化物製冷劑則是很難在大氣中分解，這一類物質停留在大氣中，會嚴重阻礙地球向外的散熱，直接促進全球變暖的進程，這類物質對全球變暖的貢獻值甚至達到了二氧化碳的成百上千倍。

南極上空的臭氧層空洞

（圖片來源NASA）[5]

聯合國為了避免工業產品中的氟氯碳化物對地球臭氧層繼續造成惡化及損害，於1987年9月16日邀請所屬26個會員國在加拿大蒙特利爾所簽署的環境保護公約，我國也於1991年加入《蒙特利爾議定書》締約國。1997年12月在日本京都由聯合國氣候變化框架公約參加國簽訂了《聯合國氣候變化框架公約的京都議定書》，這兩項合約的簽訂正式標志著氟利昂類以及氫氟碳化物類製冷劑的淘汰提上了日程。

綠色製冰，二氧化碳出手了

舊製冷劑的淘汰就意味著新製冷劑的推出，但找到性能優良卻對環境沒有影響的製冷劑卻異常困難。我們都知道奧卡姆剃刀原則：如無必要，勿增實體，這句話對大自然也同樣適用。因此，被淘汰許久的天然製冷劑又重新回到了人類視野之中。經過了上百年的發展，人們在機械製造上早已與19世紀有了雲泥之別。當初受限的設備問題已經可以被輕松解決，二氧化碳這一安全無毒的製冷劑，更是從無人問津一躍成為了當紅明星。

通過種種現代製冷手段，人們已經可以製造出滿足日常生活絕大多數需求的低溫。隨著人類在製冷行業的快速發展。各類製冰設備的推廣使得人們不再需要花費巨大的代價便可以得到足夠的冰雪場地。

1908年，第4屆夏季奧運會上增加了花樣滑冰項目，1924年，首屆正式的冬季奧林匹克運動會在法國舉辦。2022年，首屆完全實現「碳中和」的綠色冬季奧運會將在北京舉辦。除了可再生能源、材料的使用，現代綠色製冷技術的應用也是零碳排放冬奧會的關鍵，其中的代表之作便是國家速滑館的二氧化碳跨臨界直冷製冰技術應用，這是世界上首個採用該技術的大型冰雪運動場館。

二氧化碳是怎麼製冰的？

我們都知道，物質存在三種不同的相態：氣相、液相以及固相。而超臨界狀態則是氣液兩相的分界線消失的一種特殊狀態。當物質處於超臨界狀態時，它同時存在液體和氣體的性質，也因此有許多獨特的特性。

二氧化碳在不同溫度、壓力下的相態

（圖片來源維基網路）

超臨界二氧化碳是超臨界物質應用之中的佼佼者，它的臨界溫度只有31.3℃，臨界壓力（7.3MPa）和常溫時的飽和氣壓(5.7MPa)相比也不高。所以，在設備允許的情況下，利用二氧化碳作為製冷劑的系統很容易跨過臨界點來運行。超臨界二氧化碳的傳熱能力十分優秀，並且密度高於其他製冷劑，這讓跨臨界二氧化碳製冷系統的體積可以更小，系統的效率也可以更高。

國家速滑館正是使用了跨臨界二氧化碳製冷機組。製冷循環大致分為以下步驟：

• 二氧化碳氣體被吸入壓縮機，經過機械壓縮後跨越臨界點成為了高溫、高壓的超臨界流體；

• 高溫二氧化碳流體被送入熱回收器，流過被冷水包裹的管道，把冷水加熱到50-70℃，這一部分水將被送往場館用於生活用水、融冰池融冰以及冰面維護澆水，大幅度減少了電力消耗；

• 另一邊，被逐級降溫後的二氧化碳最終跌下臨界溫度成為液態，再通過節流閥膨脹後，其溫度大幅度降低達到-20℃；液態低溫二氧化碳經過液體循環泵被均勻輸送到埋設在場館冰面之下的蒸發盤管中，給冰面提供所需的低溫。

• 蒸發後的二氧化碳再進入壓縮機中進行下一次循環。

經過研究人員測算，國家速滑館的二氧化碳製冰系統每年可以節省約180萬度電量[6]。


更快、更高、更強是奧運會一貫的宗旨，而科學家在技術上的一次次突破，也正是人類為了應對全球氣候變化而不懈努力的縮影。

參考文獻：

[1] Boyle, Robert (2003) [1744]. Works of the Honorable Robert Boyle. Kessinger Publishing. p. 740. ISBN 0-7661-6865-4.


[2] Joseph Wright of Derby，An Experiment on a Bird in the Air Pump，1768

[3]Steam Engine - How Does It Work - YouTube

[4]AUSTIN B T, SUMATHY K. Transcritical carbon dioxide heat pump systems: A review [J]. Renewable & Sustainable Energy Reviews, 2011, 15(8): 4013-29.

[5]ozonewatch.gsfc.nasa.gov

[6]馬一太,王派.2022年北京冬奧會國家速滑館CO2製冷系統和國家雪車雪橇中心氨製冷系統的簡介[J].製冷技術,2020,40(02):2-7.

作者單位：中國科學院理化技術研究所

版權說明：未經授權嚴禁任何形式的媒體轉載和摘編，並且嚴禁轉載至微信以外的平台！

文章首發於科學大院，僅代表作者觀點，不代表科學大院立場。轉載請聯系[email protected]

科學大院是中科院官方科普微平台，由中科院科學傳播局主辦、中國科普博覽團隊運營，致力於最新科研成果的深度解讀、社會熱點事件的科學發聲。

轉載授權、合作、投稿事宜請聯系[email protected]