冬季奥运会采用什么制冷方式

㈠ 北京2022冬奥会采用的是什么制冷方式

北京2022冬奥会采用的是二氧化碳制冷。

在历史冬奥会上，北京是首次使用二氧化碳作为制冷剂，力求能够贯彻“节俭。绿色、智慧”要点。

这个措施将应用于部分冬奥场馆，包括但不限于有速滑赛道、短道速滑赛道、花样滑冰赛道等。也正是因为此次措施，冬奥会的总体碳排放量将会大大减少，相当于种植了超过120万棵树。

其吉祥物

2019年9月17日晚，2022年北京冬奥会和冬残奥会吉祥物在北京市石景山区首钢园区国家冬季运动训练中心冰球馆揭开神秘面纱。北京冬奥会吉祥物名为“冰墩墩”，形象来源于国宝大熊猫。

北京冬奥会吉祥物“冰墩墩”以熊猫为原型进行设计创作。将熊猫形象与富有超能量的冰晶外壳相结合，体现了冬季冰雪运动和现代科技特点。

头部外壳造型取自冰雪运动头盔，装饰彩色光环，其灵感源自于北京冬奥会的国家速滑馆——“冰丝带”，流动的明亮色彩线条象征着冰雪运动的赛道和5G高科技；左手掌心的心形图案，代表着主办国对全世界朋友的热情欢迎。

整体形象酷似航天员，寓意创造非凡、探索未来，体现了追求卓越、引领时代，以及面向未来的无限可能。

㈡ 冬奥会花样滑冰的冰场，使用的冰和普通冰有什么区别

冬奥会花样滑冰的冰场上的冰是与普通冰不同，是用二氧化碳这种国际最先进的制作方法让冰质更加坚韧、平整。

花样滑冰是一项滑冰与舞蹈为一体的体育项目，直到1924年才开始成为正式的比赛项目，这次北京冬奥会的花样滑冰是在北京首都体育馆举办。

像冬奥会这样的国际赛事所采用的制冰方式与普通制冰不同，对于温度和冰块硬度也各不相同。首都体育馆为了更好的体现冬奥赛事的精彩采用最新的声光电技术，同时利用环保和先进制冰方式打造出一座“最美绿色的冰”。

㈢ 北京冬奥会的制冰系统，被媒体称为冬奥史上“最环保”的，对此你怎么看

经过十多天的比赛，已经结束了北京冬季奥运会，在来自各界各地运动员们的训练、比赛，经过多方的检测，北京2022年冬季奥运会冰上场馆有着优质的冰面，受到了包括运动员、检测方工作人员的好评，也被不少媒体评为是冬季奥运会历史上“最环保”的制冰系统。我觉得这样的评价很中肯。的确，今年北京冬季奥运会的冰上场馆是非常出色的。

在北京冬季奥运会上，大部分的冰上场馆都是采用R449A制冷剂，相比较于现在全球普遍使用的R507制冷剂，全球变暖潜能值（GWP值）要降低了68%。北京冬季奥运会上采用了节能型制冷系统、环保型制冷剂，呼应国际奥委会的可持续发展精神，这样的设计理念，值得全世界的关注，也值得大力宣传。

㈣ 北京2022年冬奥会采用什么制冰

北京2022年冬奥会采用二氧化碳跨临界直冷制冰系统制冰，二氧化碳制冰技术是国家重点研发计划“科技冬奥”重点专项2019年批复启动的“国家速滑馆智慧场馆建设和应用关键技术研究与示范应用”项目重点研发成果之一。

场馆的多功能超大冰面亚临界、跨临界多工况并行二氧化碳直接蒸发制冰集中式制冷系统，亚临界、跨临界多工况并行二氧化碳集中式制冷中压回油系统等应用均属国际首次。

二氧化碳跨临界直冷制冰系统制冰的好处。

通过场馆的智能能源管理系统，还能够把制冰过程产生的废热用于除湿、冰面维护、场馆生活热水等。全冰面模式下每年仅制冷部分就能节省200多万度电，相当于约120万棵树实现的碳减排量，整个制冷系统的碳排放趋近于零。

经理论分析，采用二氧化碳制冷，有把握实现冰表面温差不超过0.5℃。由此，“冰丝带”是一座真正的智慧场馆、绿色场馆。

以上内容参考中国科学院——世界首次！二氧化碳直冷制冰铸就“冰丝带”

㈤ 2022年冬奥会采用什么制冷方式制冰

2022年冬奥会采用的是二氧化碳跨临界直冷制冰系统来制冰。2022年冬奥会在北京举行，北京冬季奥运会设7个大项，15个分项，109个小项 ，计划于2022年2月4日星期五开幕，北京赛区承办所有的冰上项目。

㈥ 2022年冬奥会采用什么制冷方式制冰

2022年冬奥会采用二氧化碳制冷方式制冰。

2022年冬奥会首次采用了清洁、低碳的二氧化碳跨临界直冷制冰技术，能效提升20%以上，机组消耗的能源仅为传统制冷系统的1/3至1/5。对有冰面转换要求的赛馆来说，二氧化碳跨临界直冷制冰技术可以精准控制冰温和软硬度，满足不同比赛项目对冰面的各个要求。

北京2022年冬奥会制冰的“黑科技”

在国际奥委会和国际专家的支持下，北京2022年冬奥会积极研究制冷剂的国际发展趋势和当前实用技术，与国内外制冷行业知名专家多次会商讨论，确认了两种制冷系统可以选择：一是二氧化碳跨临界直接制冷系统，适合常年制冰的场馆，如国家速滑馆等；二是传统制冷系统，适合不需要常年制冰的场馆，如水立方、国家体育馆等。

北京冬奥会传统制冷系统使用的为R-449a制冷剂，其GWP（全球变暖潜能）为平昌冬奥会使用最多的R-404a制冷剂的三分之一；而国家速滑馆等采用的二氧化碳跨临界直接制冷系统，其上述危害值仅为1，相比R-404a减少了3000多倍。

㈦ 北京2022冬奥会标志性场馆国家速滑馆,采用的是

二氧化碳跨临界直接制冷方式制冰。

国家速滑馆（“冰丝带”），位于北京市朝阳区近奥林匹克公园林萃路2号是2022年北京冬奥会北京主赛区标志性场馆、唯一新建的冰上竞赛场馆。

“冰丝带”的设计理念来自一个冰和速度结合的创意，22条丝带就像运动员滑过的痕迹，象征速度和激情。

环保技术：

国家速滑馆是世界上首个采用二氧化碳跨临界直冷制冰技术的冬奥速滑场馆。该技术是目前世界上最先进环保的制冰技术，碳排放值趋近于零，制冰能效大幅提升。

由于国家速滑馆冰面面积达到1.2万平方米，这块冰也成为目前世界最大的采用二氧化碳跨临界直冷制冰技术打造的多功能全冰面。

赛后冰面可进行分区制冷，对每块冰单独控温，实现场馆“同时运行、不同使用”。场馆制冰系统集成设计和冰板结构设计两个关键设计方案已取得专利。

㈧ 北京2022冬奥会采用的是什么制冷方式

二氧化碳制冷。

北京2022冬奥会标志性场馆——国家速滑馆“冰丝带”，在冬奥会期间承担速度滑冰项目的比赛和训练；冬奥会后，该馆将向公众开放，成为能够举办滑冰、冰球和冰壶等赛事及大众冰上活动的多功能场馆。

“冰丝带”超过12000平方米冰面制作，一直是公众感兴趣的问题。日前，中粮集团华商国际工程有限公司工业设计研究院院长王斌告诉记者，包括国家速滑馆在内的几个北京冬奥会场馆，将采用二氧化碳跨临界直接制冷方式制冰。

“建成后，国家速滑馆将是全球首个采用二氧化碳跨临界制冷的冬奥大道速滑场馆，也是目前中国最大的二氧化碳跨临界制冷系统。

事实上，国家速滑馆已成为未来同类项目的标杆，在国家速滑馆确定采用二氧化碳跨临界制冷系统后，大多数的北京冬奥会其他场馆的冰场都采用这一系统。”王斌说。

作为这套制冷系统的设计团队负责人，王斌说，根据北京冬奥组委可持续性工作的总体要求，秉承“绿色办奥”理念，此次所有冬奥会场馆都严格按照绿色建筑标准进行建设。

国家速滑馆的建设使用了大量的绿色技术，如核心的制冷制冰系统，不仅制冷剂体现了绿色环保理念，整个制冷系统也体现了绿色节能要求，将在长期运行中实现低能耗。

据了解，在设计国家速滑馆制冷系统之前，设计团队梳理了从1988年加拿大卡尔加里冬奥会到2018年韩国平昌冬奥会之间8届冬奥会速滑馆所采用的制冷剂一半为氨，一半为氟利昂。

制冷方案除了1988年卡尔加里采用氨直接蒸发系统，其余的项目几乎都通过二次换热，采用乙二醇或盐水作为载冷剂。

国家速滑馆选择制冷剂经过了一个非常漫长的过程，从2017年底开始，经过将近18个月的比选，研究了历届冬奥会的速滑馆制冷系统，对比了目前常见的各种不同的制冷剂，最终确定采用二氧化碳跨临界直接制冷方式。

在冬奥场馆使用二氧化碳跨临界直接制冷方式有什么好处？王斌认为此举主要是基于几点考虑。

首要的考虑当然是绿色办奥的理念，二氧化碳是天然工质，环境友好，其臭氧消耗潜值（ODP）为零，全球变暖潜值（GWP）为1。

相比之下目前常用的氟利昂类制冷剂如R404A的GWP值为3850，R448A的GWP值为1273，R134A的GWP值为1300。因此，采用二氧化碳制冷剂很大程度提升了“冰丝带”项目的绿色品质。

其次，从冰面质量的角度进行了考虑，速滑馆的业主对冰面质量提出了很高的要求，而二氧化碳会比乙二醇系统对冰面质量的把控更有优势。

经模拟分析，采用二氧化碳制冷，冰表面温差不超过0.26摄氏度，对比常规乙二醇载冷系统的1.5至2摄氏度的温差， 二氧化碳制冷的冰面整体效果更好。而且采用二氧化碳制冷系统后，其制冷工质输送泵的功率也仅有采用乙二醇载冷系统输送泵功率的十分之一左右，极大的节约了能源。

此外，考虑到二氧化碳系统未来的长期运行能耗优势，采用直冷系统，避免载冷剂系统的二次换热，系统蒸发温度高，系统能效提高。

虽然采用二氧化碳跨临界系统使投资增加，但二氧化碳系统的综合COP(能效比 Coefficient Of Performance)相比较传统系统更高效。

而且制冷过程中产生大量高品质余热通过冷热联供一体化设计可进行回收利用，用于场馆的热水、浇冰、除湿等场景，国家速滑馆项目经过了大量的数据对比和理论模拟，相比较传统氟利昂/乙二醇系统，现有二氧化碳系统可以有30%以上的能效提升。

项目前期建设增加的投资在未来的运行中很快会从能耗的减少中得到补偿。

王斌介绍，目前国家速滑馆的制冷系统设计工作已经基本完成，整个场馆的主体结构也已经基本完成，制冷系统也会在今年年底前完成。

㈨ 北京冬奥会冰场馆将使用奥运史上最低碳的二氧化碳制冷剂，有何高科技成分

北京冬奥会使用的新型二氧化碳制冷剂，是最环保，最低碳的制冷剂。

科技的发展，是为了人们能够获得更好的生活，然而，当前世界经济的发展是建立在对环境破坏的基础上，因此，环保低碳将会是以后所有企业共同追求的目标。我们开辟先河，也希望全球所有的国家都能有保护环境这样一个意识，也要有危机感。这样世界才能更美好。

㈩ 什么是二氧化碳跨临界直冷制冰技术

国家速滑馆

（图片来源：北京日报）

在这次冰雪盛会里，“冰丝带”国家速滑馆一直以“高科技”的形象出现。可能很多人并不理解，不就是“结冰”吗？有啥稀奇？可是你知道么，“制冰”这件事里的科技含量并不少，人类真正实现“制冰自由”还是近一百多年的事，而实现“绿色制冰”也是一个曲折的过程。

我不生产冰，我只是大自然的搬运工

弗朗西斯·培根说过：我们可以通过火来得到热量，但对于冷，我们必须常常到洞穴中去寻找，即使万事俱备，我们也不能大规模地得到它。

早在先秦时代，古人便利用天然冰来降温、给食物保鲜和做冷饮。据《周礼》记载，当时周王室为保证夏天有冰块使用，专门成立了相应的机构管理“冰政”，负责人称“凌人”。每年大寒季节，古人就开始凿冰储藏，他们认为这时的冰块最坚硬，不易融化。管理藏冰事务的官吏监督奴隶、农民到水质好的地方凿采冰块，藏到预先准备好的冰窖里。冰窖都建在阴凉的地方，深入地下。用新鲜稻草跟芦席铺垫，把冰放到上面之后就覆盖稻糠、树叶等隔温材料，然后密封窖口，待来年享用。

总之，在古代炎热的夏日，没有冰箱、空调这些电器，人们想得到一点清凉往往都要付出巨大的代价，冰块是只有王公贵族才能享用的奢侈品，更不用谈大规模开展滑冰、滑雪这些娱乐项目了。

火药工匠与炼金术士，

居然首次制成了冰

大约到了唐朝末期/欧洲的中世纪，工匠和炼金术士们在生产火药时开采了大量硝石。他们偶然发现，硝石溶于水时会吸收大量的热，能使周围的水降温直至结冰。于是他们将水放入罐内，取一个更大的容器，在容器内放水，然后将罐子放在容器内，并不断地在容器中加入硝石，结果罐内的水结成了冰。

这个过程的原理是：硝石是一种白色味苦的晶体，化学名称叫硝酸钙，它溶解于水时会吸收大量热量，使周围温度降低以致结成冰。硝石溶于水后，可以用降温结晶法或蒸发结晶法将硝石再提出来重复使用。但提纯能制冰的硝石极其困难，制冰又要耗费大量人工，人类制冰的代价仍然十分高昂。

终于发现了能量与热量的秘密

1659年英国科学家罗伯特·波义耳把一只鸟放入了广口瓶中，紧接着用真空泵吸出瓶内的空气，不出所料，这只鸟很快就一命呜呼。但是，蹊跷之处在于这只鸟被冻僵了[1]。

油画：鸟在空气泵中的实验

（图片来源维基网络）[2]

当时的人并没有搞清楚这件事的原理，直到18世纪蒸汽机的发明，让人类意识到热量与能量是可以相互转化的，伴随着19世纪能量守恒定律的提出， 现代热力学的基础也由此奠定。人们逐渐接受了一项共识：给物质做功或用别的方式输入能量，它的内能会增加；当物质对外界做功或者输出能量，它的内能会降低。内能的涨落给一些物质带来最直观的变化就是温度的起伏，也就能利用这个原理来制冷、制冰了。

蒸汽机的原理

（图片来源Youtube）[3]

1834年,英国的雅可比·珀金斯试制成功用乙醚为工质的制冷机，采用人力转动，可以连续工作。1844年，美国的戈里医生利用空气为介质制造了一台给医院制造冰块与低温空气的制冷机。戈里的制冷机原理是：通过气体泵提高空气的压力，增压后同时又升温的空气经过冷却水，被冷却到与环境相当的温度又保持着此前的压力，此时再让高压空气膨胀， 这时空气的温度骤降，这些低温的空气可以拿来给水降温从而制造冰块，也可以给夏日的医院提供冷风。

随着戈里医生的制冷机原型得到推广，在随后的几十年里，各式各样的制冷机推陈出新，其中应用最为广泛的是根据液体蒸发吸热来制冷的蒸汽压缩式制冷机，根据所选择的制冷剂不同，可以分为下面的几种类型。

1. 采用氨的蒸汽压缩制冷机

这一类制冷机与空气介质制冷机相似却又不同。我们都知道，液体蒸发会带走大量的热，这一部分热量叫做相变的潜热，也就是远大于物质温度变化的显热。

蒸汽压缩制冷机正是利用了这一特性，首先将氨蒸汽通入到压缩机中升压，得到了高温、高压的氨蒸汽；再用室温的冷水或者冷风将它降温，带走它的热量，氨蒸汽就此被冷凝；冷凝后的液体氨还保持着很高的压力，这时将它通入膨胀阀中，和前面的空气制冷机类似，高压介质膨胀降温，我们就得到了低温的液体氨。制冷机中的低温液体继续向前流动到需要制冷的管路中，液体介质快速蒸发，从环境中吸收了大量的热量，便创造了人们需要的低温环境（比如冰场）。

这就是一直沿用至今的蒸汽压缩制冷循环，在19世纪的60年代，所有制冷的需求都可以用氨制冷循环来满足，但它存在着致命的缺点——氨易爆炸，且有毒。

2. 采用二氧化碳的制冷机

随着氨制冷机的意外频频发生，19世纪的科学家和工程师们将目光转向了二氧化碳，它无毒无害，不会爆炸，极易制备。即使设备出现泄露，也完全不用担心，直接把它排入空气就好。

1869年，美国人洛威以二氧化碳作为制冷剂制造了一台制冰机，由此拉开了二氧化碳制冰之路的帷幕。不过由于二氧化碳制冷设备的运行压力高出氨制冷系统几倍，它始终没能把氨系统给淘汰。随后的几十年里，在制冰行业里二氧化碳和氨系统平分秋色[4]。

3. 采用氟利昂等人工合成制冷剂的制冷机

在20世纪，合成化工高速发展给各行各业都带来了影响，二氧化碳、氨这些天然制冷剂逐渐被以氟利昂为代表的氯氟烃以及氢氟碳化物所代替。这一类人工合成制冷剂有着很好的制冷性能，并且没有二氧化碳的高压困扰以及氨气的毒性，也因此在开发伊始便被迅速推广。

但这类化合物对环境却不太友好，氟利昂等氯氟烃类制冷剂在紫外线的照射下会与臭氧分子快速反应，地球臭氧层被极大破坏，局部地区例如南极上空甚至出现了巨大的臭氧层空洞；用以替代氟利昂类制冷剂的氢氟碳化物制冷剂则是很难在大气中分解，这一类物质停留在大气中，会严重阻碍地球向外的散热，直接促进全球变暖的进程，这类物质对全球变暖的贡献值甚至达到了二氧化碳的成百上千倍。

南极上空的臭氧层空洞

（图片来源NASA）[5]

联合国为了避免工业产品中的氟氯碳化物对地球臭氧层继续造成恶化及损害，于1987年9月16日邀请所属26个会员国在加拿大蒙特利尔所签署的环境保护公约，我国也于1991年加入《蒙特利尔议定书》缔约国。1997年12月在日本京都由联合国气候变化框架公约参加国签订了《联合国气候变化框架公约的京都议定书》，这两项合约的签订正式标志着氟利昂类以及氢氟碳化物类制冷剂的淘汰提上了日程。

绿色制冰，二氧化碳出手了

旧制冷剂的淘汰就意味着新制冷剂的推出，但找到性能优良却对环境没有影响的制冷剂却异常困难。我们都知道奥卡姆剃刀原则：如无必要，勿增实体，这句话对大自然也同样适用。因此，被淘汰许久的天然制冷剂又重新回到了人类视野之中。经过了上百年的发展，人们在机械制造上早已与19世纪有了云泥之别。当初受限的设备问题已经可以被轻松解决，二氧化碳这一安全无毒的制冷剂，更是从无人问津一跃成为了当红明星。

通过种种现代制冷手段，人们已经可以制造出满足日常生活绝大多数需求的低温。随着人类在制冷行业的快速发展。各类制冰设备的推广使得人们不再需要花费巨大的代价便可以得到足够的冰雪场地。

1908年，第4届夏季奥运会上增加了花样滑冰项目，1924年，首届正式的冬季奥林匹克运动会在法国举办。2022年，首届完全实现“碳中和”的绿色冬季奥运会将在北京举办。除了可再生能源、材料的使用，现代绿色制冷技术的应用也是零碳排放冬奥会的关键，其中的代表之作便是国家速滑馆的二氧化碳跨临界直冷制冰技术应用，这是世界上首个采用该技术的大型冰雪运动场馆。

二氧化碳是怎么制冰的？

我们都知道，物质存在三种不同的相态：气相、液相以及固相。而超临界状态则是气液两相的分界线消失的一种特殊状态。当物质处于超临界状态时，它同时存在液体和气体的性质，也因此有许多独特的特性。

二氧化碳在不同温度、压力下的相态

（图片来源维基网络）

超临界二氧化碳是超临界物质应用之中的佼佼者，它的临界温度只有31.3℃，临界压力（7.3MPa）和常温时的饱和气压(5.7MPa)相比也不高。所以，在设备允许的情况下，利用二氧化碳作为制冷剂的系统很容易跨过临界点来运行。超临界二氧化碳的传热能力十分优秀，并且密度高于其他制冷剂，这让跨临界二氧化碳制冷系统的体积可以更小，系统的效率也可以更高。

国家速滑馆正是使用了跨临界二氧化碳制冷机组。制冷循环大致分为以下步骤：

• 二氧化碳气体被吸入压缩机，经过机械压缩后跨越临界点成为了高温、高压的超临界流体；

• 高温二氧化碳流体被送入热回收器，流过被冷水包裹的管道，把冷水加热到50-70℃，这一部分水将被送往场馆用于生活用水、融冰池融冰以及冰面维护浇水，大幅度减少了电力消耗；

• 另一边，被逐级降温后的二氧化碳最终跌下临界温度成为液态，再通过节流阀膨胀后，其温度大幅度降低达到-20℃；液态低温二氧化碳经过液体循环泵被均匀输送到埋设在场馆冰面之下的蒸发盘管中，给冰面提供所需的低温。

• 蒸发后的二氧化碳再进入压缩机中进行下一次循环。

经过研究人员测算，国家速滑馆的二氧化碳制冰系统每年可以节省约180万度电量[6]。


更快、更高、更强是奥运会一贯的宗旨，而科学家在技术上的一次次突破，也正是人类为了应对全球气候变化而不懈努力的缩影。

参考文献：

[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]马一太,王派.2022年北京冬奥会国家速滑馆CO2制冷系统和国家雪车雪橇中心氨制冷系统的简介[J].制冷技术,2020,40(02):2-7.

作者单位：中国科学院理化技术研究所

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