声称当时最早进制冰技能之一的二氧化碳跨临界直冷制冰技能绝非浪得虚名。除掉绿色环保、易获取等特点外，二氧化碳跨临界直冷制冰技能还具有温度操控准、冰面质量优、制冰功率高级优势。

　　北京冬奥会的脚步渐行渐近，到现在，北京赛区15块冰面已悉数完结场所建造。除首都体育馆外，其他一切竞赛场馆均在进行制冰设备调试，将于今冬悉数完结制冰。

　　首都体育馆快人一步，已成功制出北京冬奥会首块由二氧化碳跨临界直冷制冰技能制出的冰面。二氧化碳跨临界直冷制冰技能是当时冬天运动场馆最早进的制冰技能之一，将在北京冬奥会进行大规模运用。

　　体育场馆的大块冰面怎么制成？二氧化碳跨临界直冷制冰技能到底有多先进？比较其他制冰技能，它又有哪些优势呢？12月1日，天津大学机械工程学院教授马一太承受科技日报记者采访，对这些问题进行了回答。

　　二氧化碳在制冷范畴并非“新贵”。事实上由于其简略易得、价格低廉，早在100多年前，欧洲刚呈现蒸气紧缩式制冷技能时，二氧化碳就被作为制冷剂运用。

　　但随着人工组成制冷剂技能的开展，二氧化碳逐渐被临界温度高、易液化的人工组成制冷剂氟利昂所替代。到了二十世纪七八十年代，各国开端意识到臭氧层损坏和温室效应两大环境问题与人工组成制冷剂有关，纷繁开端中止其运用。

　　“依据1987年国际社会签定的《蒙特利尔议定书》，我国在2010年前，现已筛选了对臭氧层有严峻损坏力的制冷剂，有代表性的是氟利昂R12；到2030年，我国还将筛选对臭氧层有细微损坏力的制冷剂，有代表性的是氟利昂R22。”马一太介绍说，“2016年，全国际197个国家签定的《蒙特利尔议定书基加利修正案》要求发达国家到2035年，开展中国家到2045年，逐年减少强温室效应的组成制冷剂运用，其间具有代表性的是现在很多运用的R134a、R410A和R507等，这些制冷剂尽管不损坏臭氧层，但发生的温室效应激烈，1公斤制冷剂发生的温室气体相当于数千乃至更多的二氧化碳当量（1公斤二氧化碳的二氧化碳当量是1）。”

　　马一太说：“二氧化碳作为大气的组成成分之一，不会对臭氧层发生损坏。二氧化碳虽是温室气体，但温室效应远低于其他人工组成制冷剂。”

　　正是由于二氧化碳制冷的这一环保特点，此次冬奥会北京赛区的15块冰面中将有7块选用二氧化碳跨临界直冷制冰技能。这使得北京2022年冬奥会将成为历史上初次大规模运用二氧化碳制冷剂的奥运会。

　　作为短道速滑和花样滑冰竞赛场馆的首都体育馆已于11月中旬完结制冰，冰面尺度为31米×61米。制冰进程中，多台二氧化碳紧缩机一起运作，冰板层里制冷管道内低温二氧化碳与冰板混凝土进行换热，冰板混凝土温度逐渐降到零下十几摄氏度，制冷团队不停地在冰板上浇水作业，冻成每层几毫米的冰面，经过很屡次这样的工序，厚度几十毫米的冰面才干冻住成功。

　　小到家用冰箱，大到商业冷库，一切制冷活动的中心都是制冷机。制冷机主要由紧缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸腾器4个部分组成，其间的要害物质便是制冷剂，不同的制冷剂能够到达的最低温度也不同。

　　马一太向记者解说了制冷机的作业原理，首先是气态制冷剂进入紧缩机，经过紧缩机的紧缩，制冷剂温度升高；然后，这种温度较高、压强较大的制冷剂蒸气进入冷凝器，在这里高压蒸气放热变成高压液体，热量在这一环节经过冷凝器排到外界或进行余热使用；接着高压液体经过膨胀阀的降压，变成低压蒸气加液体的混合物进入蒸腾器；最终，液态制冷剂在由于紧缩机的抽吸效果而坚持很低压强的蒸腾器中敏捷蒸腾变成气体，吸收热量，温度下降，此刻假如周围有水就会冻住成冰。最终变成气体的制冷剂又被吸入紧缩机，进入下一个循环。

　　“二氧化碳能够像氟利昂或氨相同作为制冷剂，它的制冷循环原理与一般制冷剂根本相同，都是蒸气紧缩制冷（或热泵）循环，但是在细节上又有所不同。”马一太介绍说，一般二氧化碳液体罐中贮存有较多的液体二氧化碳，经过二氧化碳泵，以制冷需求量的1.5—2.5倍供液，能够确保冰场遍地的温度更均匀；紧缩机多为数台，实践运用时可依据制冷量的改变操控敞开台数；由电脑操控的电子膨胀阀可依据制冷量巨细以及环境温度改变精确地操控二氧化碳蒸腾温度。

　　声称当时最早进制冰技能之一的二氧化碳跨临界直冷制冰技能绝非浪得虚名。除掉绿色环保、易获取等特点外，二氧化碳跨临界直冷制冰技能还具有温度操控准、冰面质量优、制冰功率高级优势。

　　以往一些体育场馆制造冰面时一般运用直接制冷，即载冷剂制冷的方法。直接制冷是指将直接蒸腾冷却得到的冷量经过载冷剂传递给冰面以完结降温的进程。马一太介绍到，其长处是对冰场所下埋管的强度要求很低，只需不漏液就能够，一般能够用塑料管。耐压的部分都在制冷机设备里。这关于暂时的冰场，如舞台扮演或冬天冰雪嘉年华来说，是很好的挑选。但关于运用于正式竞赛的冰场，它最大的问题是冰面的温度纷歧致。由于一般作为载冷剂的物质，无论是盐水仍是乙二醇水溶液，都不是在一个比较固定的温度放热，载冷剂管道一定有进出口温差。当进出口温差过大时，冰面就会呈现软硬纷歧的状况，而要下降进出口温差，载冷剂的流量就要加大，制冷的能耗也就上升了。

　　“此外，在大型竞赛场馆的制冰中，制冰温度需求十分精确，温差要操控在±0.5℃，相应的，制冷设备中制冷剂的蒸腾温度也要操控在一个精确的温度（一般比冰面温度低5℃—7℃）。”马一太着重，加之在竞赛中，冰场邻近有运动员、教练、裁判、服务人员和数量不等的观众，冰面上还有照明和空调，一起室外的环境温度也在改变。这些要素都提升了保持冰面温度的难度。

　　“直接蒸腾冷却是制冷剂在冰场所下管道中直接蒸腾，传热系数和制冷功率都很高，而且原则上能够将温度操控在一个固定值，加之用泵供液完成倍率循环，可将温差操控在±0.5℃，冰场遍地温度根本共同，这关于像周长约400米的大路速滑尤为重要。”马一太说。

　　一起，二氧化碳跨临界直接蒸腾冰场的冷热综合使用能效比较高，制冷进程中排出的余热还能够收回，满意运动员日子热水、融冰池融冰、冰面保护浇冰等能源需求。

　　“北京2022年冬奥会将向全国际展现绿色奥运先进理念，一起也必将推进我国和国际的制冷技能到达更高的水平。”马一太说。