制冰科技創(chuàng)新將給2022冬奧會(huì)和全世界一次驚喜

冬奧會(huì)即有機(jī)會(huì)，也有責(zé)任，更有挑戰(zhàn)。

冰雪運(yùn)動(dòng)是冬奧會(huì)的主題。制冰、造雪的質(zhì)量是首要保證。無(wú)論是冰球館、冰壺館、速滑館、花滑館，還有大道館，最重要的是要有優(yōu)秀的冰。

全場(chǎng)冰溫一致、達(dá)到比賽冰溫就是最優(yōu)秀的冰！

沒(méi)有軟硬不一的冰面，運(yùn)動(dòng)員就會(huì)有安全和舒適感，所有技術(shù)動(dòng)作和比賽過(guò)程就會(huì)舒展流暢，沒(méi)有一秒猶豫和絲毫阻礙，一定會(huì)創(chuàng)造佳績(jī)，提高競(jìng)技水平；其次凍冰速度快，上半場(chǎng)和下半場(chǎng)冰質(zhì)沒(méi)有任何變化，充分體現(xiàn)運(yùn)動(dòng)員在公平公正的競(jìng)賽條件下賽出好成績(jī)；絕對(duì)不會(huì)出現(xiàn)平昌冬奧會(huì)同一片冰，速滑運(yùn)動(dòng)員優(yōu)異成績(jī)破紀(jì)錄；花滑運(yùn)動(dòng)員不停摔倒影響比賽成績(jī)的痛心事故。

據(jù)技術(shù)人員介紹，看所有滑冰場(chǎng)的質(zhì)量，要按比賽標(biāo)準(zhǔn)的冰溫，實(shí)現(xiàn)全場(chǎng)冰溫均勻一致、快速凍冰和短時(shí)調(diào)整冰溫，是衡量滑冰場(chǎng)質(zhì)量的最基本和最重要的條件。而直接蒸發(fā)式制冷技術(shù)的一個(gè)重要的物理特性，就是一個(gè)壓力對(duì)正一個(gè)溫度，是其特有的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。所以，直接蒸發(fā)式滑冰場(chǎng)不可能出現(xiàn)2°至5°的冰面溫差。這一技術(shù)突破，將給冬奧會(huì)舉辦比賽和訓(xùn)練的滑冰場(chǎng)創(chuàng)造出無(wú)溫差的好冰場(chǎng)，助理運(yùn)動(dòng)員取得好成績(jī)。

“冰冷”的故事

直接蒸發(fā)式制冷技術(shù)是直接將制冷劑打入場(chǎng)地制冷管道內(nèi)，制冷劑經(jīng)相變（油液體變氣體），遇熱蒸發(fā)制冷，非常節(jié)能。節(jié)能就是環(huán)保！

而間接蒸發(fā)式制冷技術(shù)是把載冷劑打入場(chǎng)地管道內(nèi)，載冷劑沒(méi)有相變過(guò)程，自身遇熱升溫，在場(chǎng)地管道中邊走邊升溫，所以場(chǎng)地進(jìn)口和出口載冷劑的溫度至少相差5度，升溫的載冷劑要不?；氐浇粨Q罐去降溫。然后，再由至少四臺(tái)水泵不停地工作把載冷劑打回到場(chǎng)地管道，故很耗電。耗電就是不環(huán)保！

既然直接蒸發(fā)式制冷技術(shù)節(jié)能、制冷效果好；冰箱、空調(diào)、汽車(chē)、醫(yī)療、冷鏈運(yùn)輸所有小制冷系統(tǒng)也全部采用直接蒸發(fā)式制冰技術(shù)，而大型滑冰館寧愿忍受高能耗冰質(zhì)差，卻還是多數(shù)采用間接蒸發(fā)式制冰技術(shù)呢？

這里有關(guān)乎制冷劑使用技術(shù)的故事。

直接蒸發(fā)式制冷技術(shù)相對(duì)于間接蒸發(fā)式制冷技術(shù)，有兩個(gè)世界性難題：“回油難”和“不漏難”。解決這兩個(gè)難題不僅要懂制冷，還要會(huì)機(jī)械，也要熟知制冷劑物化屬性，更要有擔(dān)當(dāng)、有手藝。

“回油難”是指在18000米制冷管道中冷凍油比制冷劑比重輕且融合度極高的系統(tǒng)內(nèi)，冷凍油能否順利回收循環(huán)工作。

“不漏難”是指主機(jī)和18000米制冷管道無(wú)縫冷凍鋼管所有接口和閥門(mén)均做到制冷劑和冷凍油不泄露。

60年代首都體育館中國(guó)第一片冰，就是直冷，使用的制冷劑是“氨”；環(huán)保節(jié)能，冰質(zhì)優(yōu)異；冷凍油比制冷劑“氨”的比重大，沉在管道底層，回油容易，在八十年代之前被廣泛使用。但是，由于氨在空氣中達(dá)到16%就會(huì)發(fā)生爆炸，達(dá)到11%～13%時(shí)即可點(diǎn)燃，含量達(dá)到0.5%～0.6%時(shí)，人在其中停留半個(gè)小時(shí)即可中毒。因此，80年代初期，在中國(guó)所有體育場(chǎng)館內(nèi)的氨制冷劑滑冰場(chǎng)被明令禁止。

而取代“氨”的制冷劑是R22。

但是，“回油難”的問(wèn)題一時(shí)難以得到解決。隨之，技術(shù)簡(jiǎn)單且高能耗的間接蒸發(fā)式制冰系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。間冷式滑冰場(chǎng)的出現(xiàn)確實(shí)規(guī)避了氨爆炸、燃燒、有毒的危險(xiǎn)，但從此也讓滑冰場(chǎng)背上沉重的高能耗的包袱；這也是制約冰上運(yùn)動(dòng)發(fā)展的最大瓶頸。

之后，不僅高能耗，再也難見(jiàn)冰溫一致的好冰了。

當(dāng)R22直接蒸發(fā)式制冰技術(shù)逐步成熟時(shí)，1987年蒙特利爾議定書(shū)的頒布使得許多發(fā)達(dá)國(guó)家R22又被禁用。中國(guó)也承諾提前達(dá)標(biāo)禁用R22。2022冬奧會(huì)申辦成功，綠色環(huán)保冬奧會(huì)，沒(méi)有商量拒絕R22的使用。

隨之，環(huán)保制冷劑“R134a”被發(fā)明出來(lái)，因其環(huán)保、安全、性能穩(wěn)定，目前已被廣泛用于多種小型直接蒸發(fā)制冷系統(tǒng)，如空調(diào)、冰箱、汽車(chē)、醫(yī)療、航空航天等多個(gè)領(lǐng)域。其ODP值為0，不破壞臭氧層。GWP值（全球變暖潛能值）僅為1320，是符合被允許使用GWP值在1500以下的環(huán)保制冷劑。然而，因?yàn)椤盎赜碗y”和“不漏難”，難住了在18000米長(zhǎng)的制冷系統(tǒng)中，R134a直接蒸發(fā)式制冷技術(shù)的應(yīng)用。

在小型制冷循環(huán)系統(tǒng)（如冰箱、空調(diào)）里靠壓縮機(jī)吸口的壓力就能將油及時(shí)回收，但在大型制冷循環(huán)系統(tǒng)里，特別是長(zhǎng)18000米的滑冰館管道中，R134a的油汽混合物將無(wú)處不在，冷凍油不斷地滯留在管道內(nèi)終將會(huì)造成壓縮機(jī)失油。解決“回油難“的問(wèn)題，是R134a直接蒸發(fā)式制冰技術(shù)的核心。

世界制冷界的工匠們，始終在苦苦尋覓著如何能讓滑冰場(chǎng)實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能、高度環(huán)保并安全的解決方案。面對(duì)直冷式滑冰場(chǎng)制冰技術(shù)的“回油難”和“不漏難”的兩大世界性難題面前，許許多多做滑冰場(chǎng)的企業(yè)都經(jīng)歷過(guò)技術(shù)研發(fā)階段的磨難。有些做滑冰場(chǎng)的企業(yè)在過(guò)去的幾十年里，經(jīng)歷了一次次地失敗，最終都沒(méi)有做成一個(gè)成功的直冷式滑冰場(chǎng)。最后，只有在高額的研發(fā)成本和時(shí)間成本面前望而卻步。

技術(shù)的發(fā)展永遠(yuǎn)是向前的，對(duì)于R134a直接蒸發(fā)式制冰技術(shù)什么時(shí)候才能應(yīng)用于大型滑冰場(chǎng)，世界在等待一個(gè)創(chuàng)新的出現(xiàn)。

逡巡全球找尋的目光，最后定格在中國(guó)。

北京以北，順義。

有“熱度”的創(chuàng)新技術(shù)

2016年，在離城區(qū)幾公里的北京順義城南體育中心，一座建筑新近落成，從外觀看一副標(biāo)準(zhǔn)體育館的模樣，不驚艷也不時(shí)尚，但在平凡掩映的后面，這座體育館卻是集世界領(lǐng)先水平的高效節(jié)能，高度環(huán)保的國(guó)際奧林匹克標(biāo)準(zhǔn)滑冰館。

進(jìn)入滑冰館，奧林匹克標(biāo)準(zhǔn)冰面熠熠生輝、潔白明亮，與雙側(cè)看臺(tái)的紅色座椅交映成輝，在場(chǎng)館內(nèi)你絲毫感覺(jué)不到寒冷，縱是場(chǎng)館外已經(jīng)是寒風(fēng)凜冽?！皥?chǎng)館室溫經(jīng)年保持12度到16度的舒適溫度，而冰溫是世界標(biāo)準(zhǔn)冰球場(chǎng)零下6度，這樣的室溫和冰溫，冰質(zhì)好，滑動(dòng)速度快，運(yùn)動(dòng)員體感舒適度良好?！必?fù)責(zé)滑冰場(chǎng)施工的北京艾爾豪斯膜式技術(shù)有限公司負(fù)責(zé)人介紹。

原中國(guó)冰球隊(duì)隊(duì)員潘志強(qiáng)教練帶領(lǐng)北京加拿大國(guó)際學(xué)校冰球隊(duì)小隊(duì)員，在新落成的北京順義城南體育中心滑冰館訓(xùn)練。潘志強(qiáng)曾感嘆，在冰溫零下6度的條件下，冰面硬度高、滑冰速度塊、冰球滑動(dòng)速度也快，隊(duì)員們很自然的就提高了跑動(dòng)速度。冰溫低、冰面光滑，冰面冰溫一致運(yùn)動(dòng)員容易提高水平，會(huì)取得好成績(jī)；隊(duì)員們也感覺(jué)舒適快樂(lè)。這是目前我看到最好冰質(zhì)的滑冰館。其次室溫高讓運(yùn)動(dòng)員打球、滑冰感覺(jué)很舒服，觀眾和家長(zhǎng)也都能長(zhǎng)久地觀看，真正享受到冰球帶來(lái)的快樂(lè)。

這里有幾個(gè)數(shù)字值得關(guān)注：在標(biāo)準(zhǔn)工況（冰面4米以上室溫24度以內(nèi)，濕度不超過(guò)40%）365天24小時(shí)制冰，均達(dá)比賽要求的冰質(zhì)及冰溫，年耗電量不超過(guò)50萬(wàn)度的滑冰場(chǎng)，這是全世界最節(jié)能省電，冰質(zhì)最優(yōu)的滑冰場(chǎng)，與傳統(tǒng)間接蒸發(fā)式滑冰場(chǎng)相比至少可節(jié)能70%以上，在冬季能耗更低，每天不超過(guò)500度電。

工作人員介紹：R134a直接蒸發(fā)式制冰系統(tǒng)是直接將制冷劑由場(chǎng)地中心輸送到場(chǎng)地，徹底擺脫了因間接交換而造成的大量能耗損失；更無(wú)需擔(dān)心交換罐易損易壞，停機(jī)修理，影響場(chǎng)地使用的問(wèn)題。并且，確保全冰場(chǎng)任何一點(diǎn)的冰溫一致。因?yàn)橹苯诱舭l(fā)式制冰系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了：在密閉的管道中，一個(gè)壓力對(duì)證一個(gè)溫度的物理特性。冰面無(wú)溫差使得運(yùn)動(dòng)員在滑冰時(shí)擁有更高的舒適性，為運(yùn)動(dòng)隊(duì)成績(jī)提高提供了技術(shù)支持。

高效節(jié)能、高度環(huán)保的R134a直接蒸發(fā)式滑冰場(chǎng)是全世界首創(chuàng)。其中最大的三個(gè)創(chuàng)新：1、解決制冷劑易泄露難題；2、解決冷凍油和R134a環(huán)保制冷劑分離回油難題；3、解決了間接蒸發(fā)式制冰系統(tǒng)主機(jī)占地面積大、噪音高的世界級(jí)難題。”

??走進(jìn)滑冰場(chǎng)的機(jī)房，里面出奇的安靜，只有一個(gè)大型冰箱一般的柜機(jī)，柜機(jī)采用全封閉，無(wú)人值守，一鍵操作，就像家用的電冰箱一樣。 ?

首先，直接蒸發(fā)式滑冰場(chǎng)的管道中流動(dòng)的是環(huán)保制冷劑R134a，而不是間接蒸發(fā)式滑冰場(chǎng)的管道中流動(dòng)的價(jià)格便宜又不環(huán)保的載冷劑（乙二醇溶液或鹽水）。為了確?；鶊?chǎng)質(zhì)量使用的制冷劑全部為美國(guó)杜邦公司直接進(jìn)口制冷劑。

還有，滑冰場(chǎng)的場(chǎng)地排管均為按照北美直冷式滑冰場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)配裝的無(wú)縫鋼管，只有鋼管和混凝土的結(jié)合才是最穩(wěn)定的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，管道壽命長(zhǎng)。而間接蒸發(fā)式制冰系統(tǒng)的排管為塑料管道，其與混凝土的膨脹系數(shù)不相等，造成場(chǎng)地的壽命短。并且，直冷式滑冰場(chǎng)的制冰面積只限于冰球圍板以內(nèi)。圍板四個(gè)圓角以外的面積均不凍冰，可有效節(jié)省能耗。

再者，R134a直接蒸發(fā)式制冰系統(tǒng)的心臟—R134a壓縮機(jī)在加工過(guò)程中與其他壓縮機(jī)有差異，主要是由于R134a的特性對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生的壓降非常敏感，對(duì)冷量的影響很大。壓縮機(jī)內(nèi)部的流道、內(nèi)部排氣口形狀以及配合間隙等，與其他壓縮機(jī)相比需要更昂貴的設(shè)備加工及精密的裝配工藝。

對(duì)于冷卻油難以分離的世界級(jí)難題，通過(guò)艾爾豪斯機(jī)械師團(tuán)隊(duì)多年來(lái)出色的工藝設(shè)計(jì)以及在北美的科研實(shí)驗(yàn)與不斷調(diào)整改進(jìn)的技術(shù)成果，圓滿解決了回油難的難題。

“目前世界上只有我們克服了這個(gè)難題，出訪美國(guó)受到了滑冰館業(yè)內(nèi)人士的贊許和追捧。不大的主機(jī)里集成了多項(xiàng)專利技術(shù)，就像一個(gè)聚寶箱”。?

節(jié)能、環(huán)保、安全始終是艾爾豪斯的技術(shù)核心。從滑冰場(chǎng)連續(xù)數(shù)月的運(yùn)行結(jié)果看，選擇了?R134a?直接蒸發(fā)式制冰技術(shù)，就是選擇了高效節(jié)能、高度環(huán)保、智能安全、冰質(zhì)優(yōu)異的滑冰場(chǎng)。符合?2022?年冬奧會(huì)提出的可持續(xù)發(fā)展理念，低于?50?萬(wàn)千瓦的年耗電量的滑冰場(chǎng)，才能真正解決制約冰上運(yùn)動(dòng)發(fā)展瓶頸問(wèn)題。”

艾爾豪斯的第二代制冰系統(tǒng)，是更加節(jié)能的制冰系統(tǒng)，總裝機(jī)功率僅為185千瓦。最大亮點(diǎn)是：可以選用更加環(huán)保的R1234yf制冷劑，在無(wú)需更換任何設(shè)備的情況下完美替代R134a。更加智能化的制冰系統(tǒng)，手機(jī)遠(yuǎn)程操控以及管理制冰系統(tǒng)，降低更多人力成本。真正實(shí)現(xiàn)制冰一體機(jī)。

2018年5月1日，美國(guó)空調(diào)、采暖和制冷工程師學(xué)會(huì)滑冰館分會(huì)前任會(huì)長(zhǎng)，Art Sutherland先生調(diào)研了順義城南體育中心直接蒸發(fā)式制冰的滑冰館。他說(shuō)：在我從事溜冰場(chǎng)行業(yè)40年的工作中，我曾與許多直接和間接制冷系統(tǒng)合作過(guò)，并且對(duì)這兩種系統(tǒng)的風(fēng)格都有非常好的理解。我用這個(gè)經(jīng)驗(yàn)作為我意見(jiàn)的基礎(chǔ)。首先，直接制冷系統(tǒng)使用比塑料管道系統(tǒng)具有更好傳熱率的碳鋼或不銹鋼管道系統(tǒng)；傳熱速度非?？?。其二，在直接制冷系統(tǒng)中，制冷劑直接送至制冰管道，無(wú)需在兩種流體之間傳熱，并保持在保持良好冰條件下所需的溫度；直接制冷系統(tǒng)的好處是在整個(gè)冰場(chǎng)區(qū)域制冷劑溫度的一致性。直接制冷系統(tǒng)的另一個(gè)好處是：取消了冷交換罐。整個(gè)滑冰行業(yè)有數(shù)百臺(tái)冷交換罐出現(xiàn)故障、多次導(dǎo)致系統(tǒng)受污染、計(jì)劃外停機(jī)和昂貴的鹽水清理。直接制冷系統(tǒng)在機(jī)房?jī)?nèi)沒(méi)有冷交換罐，一直不會(huì)出現(xiàn)維修交換罐費(fèi)時(shí)耗力和額外支出費(fèi)用。

Art Sutherland先生在他的調(diào)研報(bào)告總結(jié)道:直接R-134 A制冷系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于比間接系統(tǒng)更高效；全場(chǎng)冰溫一致；易于控制冰面溫度；冰溫反應(yīng)靈敏；制冰管道壓力低；沒(méi)有冷交換罐。

中國(guó)北京順義城南體育中心滑冰場(chǎng)直接蒸發(fā)式制冰技術(shù)的成功，是世界滑冰場(chǎng)制冰技術(shù)的進(jìn)步，也將是北京冬奧會(huì)給世界的又一個(gè)驚喜！

R134a直接蒸發(fā)式制冰技術(shù)必將促進(jìn)2022冬奧會(huì)競(jìng)技水平提高，破解后奧運(yùn)場(chǎng)館運(yùn)營(yíng)難。創(chuàng)新技術(shù)讓冬奧會(huì)體育經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展，節(jié)能綠色環(huán)保的中國(guó)制造也將大放異彩。