制冰科技创新将给2022冬奥会和世界的一次惊喜

2018年08月07日10:02  来源:中国日报网站
 

中国日报8月6日电(记者陆中秋 通讯员寇建平)世界在不断进步中,面临着广泛的经济,社会和环境等众多问题,人类时刻都要应对重要的挑战;体育运动也无法摆脱其影响。

冬奥会即有机会,也有责任,更有挑战。

冰雪运动是冬奥会的主题。制冰、造雪的质量是首要保证。无论是冰球馆、冰壶馆、速滑馆、花滑馆,还有大道馆,最重要的是要有优秀的冰。

全场冰温一致、达到比赛冰温就是最优秀的冰!

没有软硬不一的冰面,运动员就会有安全和舒适感,所有技术动作和比赛过程就会舒展流畅,没有一秒犹豫和丝毫阻碍,一定会创造佳绩,提高竞技水平;其次冻冰速度快,上半场和下半场冰质没有任何变化,充分体现运动员在公平公正的竞赛条件下赛出好成绩;绝对不会出现平昌冬奥会同一片冰,速滑运动员优异成绩破纪录;花滑运动员不停摔倒影响比赛成绩的痛心事故。

据技术人员介绍,看所有滑冰场的质量,要按比赛标准的冰温,实现全场冰温均匀一致、快速冻冰和短时调整冰温,是衡量滑冰场质量的最基本和最重要的条件。而直接蒸发式制冷技术的一个重要的物理特性,就是一个压力对正一个温度,是其特有的技术优势。所以,直接蒸发式滑冰场不可能出现2°至5°的冰面温差。这一技术突破,将给冬奥会举办比赛和训练的滑冰场创造出无温差的好冰场,助理运动员取得好成绩。

制冰科技创新将给2022冬奥会和世界的一次惊喜

“冰冷”的故事

直接蒸发式制冷技术是直接将制冷剂打入场地制冷管道内,制冷剂经相变(油液体变气体),遇热蒸发制冷,非常节能。节能就是环保!

而间接蒸发式制冷技术是把载冷剂打入场地管道内,载冷剂没有相变过程,自身遇热升温,在场地管道中边走边升温,所以场地进口和出口载冷剂的温度至少相差5度,升温的载冷剂要不停回到交换罐去降温。然后,再由至少四台水泵不停地工作把载冷剂打回到场地管道,故很耗电。耗电就是不环保!

既然直接蒸发式制冷技术节能、制冷效果好;冰箱、空调、汽车、医疗、冷链运输所有小制冷系统也全部采用直接蒸发式制冰技术,而大型滑冰馆宁愿忍受高能耗冰质差,却还是多数采用间接蒸发式制冰技术呢?

这里有关乎制冷剂使用技术的故事。

直接蒸发式制冷技术相对于间接蒸发式制冷技术,有两个世界性难题:“回油难”和“不漏难”。解决这两个难题不仅要懂制冷,还要会机械,也要熟知制冷剂物化属性,更要有担当、有手艺。

“回油难”是指在18000米制冷管道中冷冻油比制冷剂比重轻且融合度极高的系统内,冷冻油能否顺利回收循环工作。

“不漏难”是指主机和18000米制冷管道无缝冷冻钢管所有接口和阀门均做到制冷剂和冷冻油不泄露。

60年代首都体育馆中国第一片冰,就是直冷,使用的制冷剂是“氨”;环保节能,冰质优异;冷冻油比制冷剂“氨”的比重大,沉在管道底层,回油容易,在八十年代之前被广泛使用。但是,由于氨在空气中达到16%就会发生爆炸,达到11%~13%时即可点燃,含量达到0.5%~0.6%时,人在其中停留半个小时即可中毒。因此,80年代初期,在中国所有体育场馆内的氨制冷剂滑冰场被明令禁止。

而取代“氨”的制冷剂是R22。

但是,“回油难”的问题一时难以得到解决。随之,技术简单且高能耗的间接蒸发式制冰系统应运而生。间冷式滑冰场的出现确实规避了氨爆炸、燃烧、有毒的危险,但从此也让滑冰场背上沉重的高能耗的包袱;这也是制约冰上运动发展的最大瓶颈。

之后,不仅高能耗,再也难见冰温一致的好冰了。

当R22直接蒸发式制冰技术逐步成熟时,1987年蒙特利尔议定书的颁布使得许多发达国家R22又被禁用。中国也承诺提前达标禁用R22。2022冬奥会申办成功,绿色环保冬奥会,没有商量拒绝R22的使用。

随之,环保制冷剂“R134a”被发明出来,因其环保、安全、性能稳定,目前已被广泛用于多种小型直接蒸发制冷系统,如空调、冰箱、汽车、医疗、航空航天等多个领域。其ODP值为0,不破坏臭氧层。GWP值(全球变暖潜能值)仅为1320,是符合被允许使用GWP值在1500以下的环保制冷剂。然而,因为“回油难”和“不漏难”,难住了在18000米长的制冷系统中,R134a直接蒸发式制冷技术的应用。

在小型制冷循环系统(如冰箱、空调)里靠压缩机吸口的压力就能将油及时回收,但在大型制冷循环系统里,特别是长18000米的滑冰馆管道中,R134a的油汽混合物将无处不在,冷冻油不断地滞留在管道内终将会造成压缩机失油。解决“回油难“的问题,是R134a直接蒸发式制冰技术的核心。

世界制冷界的工匠们,始终在苦苦寻觅着如何能让滑冰场实现高效节能、高度环保并安全的解决方案。面对直冷式滑冰场制冰技术的“回油难”和“不漏难”的两大世界性难题面前,许许多多做滑冰场的企业都经历过技术研发阶段的磨难。有些做滑冰场的企业在过去的几十年里,经历了一次次地失败,最终都没有做成一个成功的直冷式滑冰场。最后,只有在高额的研发成本和时间成本面前望而却步。

技术的发展永远是向前的,对于R134a直接蒸发式制冰技术什么时候才能应用于大型滑冰场,世界在等待一个创新的出现。

逡巡全球找寻的目光,最后定格在中国。

北京以北,顺义。

制冰科技创新将给2022冬奥会和世界的一次惊喜

有“热度”的创新技术

2016年,在离城区几公里的北京顺义城南体育中心,一座建筑新近落成,从外观看一副标准体育馆的模样,不惊艳也不时尚,但在平凡掩映的后面,这座体育馆却是集世界领先水平的高效节能,高度环保的国际奥林匹克标准滑冰馆。

进入滑冰馆,奥林匹克标准冰面熠熠生辉、洁白明亮,与双侧看台的红色座椅交映成辉,在场馆内你丝毫感觉不到寒冷,纵是场馆外已经是寒风凛冽。“场馆室温经年保持12度到16度的舒适温度,而冰温是世界标准冰球场零下6度,这样的室温和冰温,冰质好,滑动速度快,运动员体感舒适度良好。”负责滑冰场施工的北京艾尔豪斯膜式技术有限公司负责人介绍。

原中国冰球队队员潘志强教练带领北京加拿大国际学校冰球队小队员,在新落成的北京顺义城南体育中心滑冰馆训练。潘志强曾感叹,在冰温零下6度的条件下,冰面硬度高、滑冰速度块、冰球滑动速度也快,队员们很自然的就提高了跑动速度。冰温低、冰面光滑,冰面冰温一致运动员容易提高水平,会取得好成绩;队员们也感觉舒适快乐。这是目前我看到最好冰质的滑冰馆。其次室温高让运动员打球、滑冰感觉很舒服,观众和家长也都能长久地观看,真正享受到冰球带来的快乐。

这里有几个数字值得关注:在标准工况(冰面4米以上室温24度以内,湿度不超过40%)365天24小时制冰,均达比赛要求的冰质及冰温,年耗电量不超过50万度的滑冰场,这是全世界最节能省电,冰质最优的滑冰场,与传统间接蒸发式滑冰场相比至少可节能70%以上,在冬季能耗更低,每天不超过500度电。

工作人员介绍:R134a直接蒸发式制冰系统是直接将制冷剂由场地中心输送到场地,彻底摆脱了因间接交换而造成的大量能耗损失;更无需担心交换罐易损易坏,停机修理,影响场地使用的问题。并且,确保全冰场任何一点的冰温一致。因为直接蒸发式制冰系统实现了:在密闭的管道中,一个压力对证一个温度的物理特性。冰面无温差使得运动员在滑冰时拥有更高的舒适性,为运动队成绩提高提供了技术支持。

高效节能、高度环保的R134a直接蒸发式滑冰场是全世界首创。其中最大的三个创新:1、解决制冷剂易泄露难题;2、解决冷冻油和R134a环保制冷剂分离回油难题;3、解决了间接蒸发式制冰系统主机占地面积大、噪音高的世界级难题。”

走进滑冰场的机房,里面出奇的安静,只有一个大型冰箱一般的柜机,柜机采用全封闭,无人值守,一键操作,就像家用的电冰箱一样。

首先,直接蒸发式滑冰场的管道中流动的是环保制冷剂R134a,而不是间接蒸发式滑冰场的管道中流动的价格便宜又不环保的载冷剂(乙二醇溶液或盐水)。为了确保滑冰场质量使用的制冷剂全部为美国杜邦公司直接进口制冷剂。

还有,滑冰场的场地排管均为按照北美直冷式滑冰场标准配装的无缝钢管,只有钢管和混凝土的结合才是最稳定的钢筋混凝土结构,管道寿命长。而间接蒸发式制冰系统的排管为塑料管道,其与混凝土的膨胀系数不相等,造成场地的寿命短。并且,直冷式滑冰场的制冰面积只限于冰球围板以内。围板四个圆角以外的面积均不冻冰,可有效节省能耗。

再者,R134a直接蒸发式制冰系统的心脏—R134a压缩机在加工过程中与其他压缩机有差异,主要是由于R134a的特性对系统产生的压降非常敏感,对冷量的影响很大。压缩机内部的流道、内部排气口形状以及配合间隙等,与其他压缩机相比需要更昂贵的设备加工及精密的装配工艺。

对于冷却油难以分离的世界级难题,通过艾尔豪斯机械师团队多年来出色的工艺设计以及在北美的科研实验与不断调整改进的技术成果,圆满解决了回油难的难题。

“目前世界上只有我们克服了这个难题,出访美国受到了滑冰馆业内人士的赞许和追捧。不大的主机里集成了多项专利技术,就像一个聚宝箱”。

节能、环保、安全始终是艾尔豪斯的技术核心。从滑冰场连续数月的运行结果看,选择了 R134a 直接蒸发式制冰技术,就是选择了高效节能、高度环保、智能安全、冰质优异的滑冰场。符合 2022 年冬奥会提出的可持续发展理念,低于 50 万千瓦的年耗电量的滑冰场,才能真正解决制约冰上运动发展瓶颈问题。”

艾尔豪斯的第二代制冰系统,是更加节能的制冰系统,总装机功率仅为185千瓦。最大亮点是:可以选用更加环保的R1234yf制冷剂,在无需更换任何设备的情况下完美替代R134a。更加智能化的制冰系统,手机远程操控以及管理制冰系统,

降低更多人力成本。真正实现制冰一体机。

制冰科技创新将给2022冬奥会和世界的一次惊喜

2018年5月1日,美国空调、采暖和制冷工程师学会滑冰馆分会前任会长,Art Sutherland先生调研了顺义城南体育中心直接蒸发式制冰的滑冰馆。他说:在我从事溜冰场行业40年的工作中,我曾与许多直接和间接制冷系统合作过,并且对这两种系统的风格都有非常好的理解。我用这个经验作为我意见的基础。首先,直接制冷系统使用比塑料管道系统具有更好传热率的碳钢或不锈钢管道系统;传热速度非常快。其二,在直接制冷系统中,制冷剂直接送至制冰管道,无需在两种流体之间传热,并保持在保持良好冰条件下所需的温度;直接制冷系统的好处是在整个冰场区域制冷剂温度的一致性。直接制冷系统的另一个好处是:取消了冷交换罐。整个滑冰行业有数百台冷交换罐出现故障、多次导致系统受污染、计划外停机和昂贵的盐水清理。直接制冷系统在机房内没有冷交换罐,一直不会出现维修交换罐费时耗力和额外支出费用。

Art Sutherland先生在他的调研报告总结道:直接R-134 A制冷系统的优点在于比间接系统更高效;全场冰温一致;易于控制冰面温度;冰温反应灵敏;制冰管道压力低;没有冷交换罐。

中国北京顺义城南体育中心滑冰场直接蒸发式制冰技术的成功,是世界滑冰场制冰技术的进步,也将是北京冬奥会给世界的又一个惊喜!

R134a直接蒸发式制冰技术必将促进2022冬奥会竞技水平提高,破解后奥运场馆运营难。创新技术让冬奥会体育经济可持续发展,节能绿色环保的中国制造也将大放异彩。

(责编:杨磊、张帆)

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