“冰丝带”首次制冰完成技术支撑做可持续的冬奥场馆

1月22日,科技日报记者从北京市重大项目办获悉,有“冰丝带”之称的北京2022冬奥会国家速滑馆已完成速滑滑冰赛道的首次制冰工作。

国家速滑馆拥有亚洲最大的全冰面设计,面积达1.2万平方米,据国家速滑馆制冰工程专项设计负责人马进介绍:“‘冰丝带’采用全冰面设计,冰面采用分模块控制单元,可以将冰面划分为若干区域,根据不同项目分区域、分标准进行制冰。平时可接待超过2000名市民同时开展冰球、速度滑冰、花样滑冰、冰壶等冰上运动。”

尤其值得注意的是,国家速滑馆采用二氧化碳跨临界直冷制冰系统,是全球首个采用二氧化碳跨临界直接蒸发制冷的冬奥速滑场馆。

国家速滑馆是最早提出使用二氧化碳跨临界直冷制冰系统的冬奥场馆,也是技术最复杂、功能最多、制冰面积最大的二氧化碳跨临界直冷制冰系统的绿色、环保冬奥场馆。

二氧化碳跨临界直冷制冰技术是当前冬季运动场馆最先进、最环保、最高效的制冰技术之一。它的应用,不仅能够为冬奥会比赛提供温度高度均衡的冰面,同时它还可以使国家速滑馆碳排放量接近于零。

据国家速滑馆制冰系统设计负责人马进介绍,“冰丝带”采用了环保性和安全性最佳的自然冷媒—–二氧化碳制冷剂,其ODP(破坏臭氧层潜能值)为0,GWP(全球变暖潜能值)为1,并且无异味,不可燃,不助燃,是可持续性最好的冷媒之一。与传统制冷系统相比,能够提升能效20%以上。

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℃,利于运动员创造好的成绩。

此外,国家速滑馆还配有一套场馆智能化能源管理系统,能够把制冰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,并且整个系统的碳排放趋近于零,这相当于约120万棵树实现的碳减排量。

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;人工冰场超长不锈钢冷排管等均属国际首次。

国家速滑馆冰面面积近12000平米,通过分模块控制单元,可以根据不同项目分区域、分标准进行制冰。既能满足冬奥会速度滑冰比赛使用要求,还可以根据不同冰上项目对冰面的使用需求分区域制冰。

目前,工程设计和建设单位已经在制冰系统的集成设计、冰板结构设计两个最关键的设计方案上取得实用新型专利。

施工单位北京城建亚泰制冰联合体负责人李燕敏介绍,制冰工艺管道设计压力高,均采用无缝不锈钢管,尤其是冰板内的制冷排管采用了单根40-50m长的无缝不锈长钢盘,施工工艺环节之多,没有先例可循。

为了确保冰板制冰效果均匀,施工中要求严格控制管道的位置、标高以及混凝土的表面平整度,在项目自行检测的同时,引入第三方检测团队,进行管道三维激光扫描及混凝土平整度惯导检测,为项目施工提供了极大的校准考核和保证。

最终,经过20多名高压双证焊工60多个日日夜夜的不懈努力,8574道焊口全部完成焊接。

国家速滑馆公司常务副总经理宋家峰介绍,国家速滑馆现有的场地条件除了满足一般综合性体育场馆的功能外,还考虑内场可以全部制冰覆盖,形成一个无阻碍的12000平方米的冰面。

国家速滑馆比赛区包括三条400M速度滑冰比赛道、一条速滑比赛练习道、一块60X30M多功能冰场(短道速滑模式)、一块61X31M多功能冰场(冰球与花样滑冰模式)以及一块活动冰场,能同时满足举办的滑冰、冰壶、冰球等多项赛事以及大众进行冰上活动的多功能需求。

这样一个冰面为日常大规模的公众冰上健身提供了一个不同以往的场地,赛后可接待超过2000名市民同时开展冰球、速度滑冰、花样滑冰、冰壶等所有冰上运动,也为赛后的商业演出预留了前所未有的空间。

2018年1月23日,国家速滑馆“冰丝带”打下第一根基础桩,从那一刻起,国家速滑馆人开始1095天的奋斗。

2019年,编制天幕,实现了“丝带飞舞”,完成了世界上最大跨度(198米×124米)的正交双向马鞍形索网结构屋顶、1080块单元板块组成的柔性屋面和3360块玻璃组成的复杂双曲面幕墙的体育馆。

2020年,完成具有绿色、创新、全冰面面积近12000平方米的国家速滑馆二氧化碳跨临界直冷制冰系统,向“最快的冰”迈进。

冬奥会后,“冰丝带”也有望成为以冰雪运动为突出特色的新体育综合体,成为人民群众体验冬季美好生活的新地标,向世界展示“冰丝带”可持续利用的“中国方案”。

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