溜冰场|冰阔落里的透明冰块，可能是冬奥会溜冰场的远房亲戚

编者按：本文来自微信公众号GGV纪源资本（ID:GGVCapital），作者：穆梓，创业邦经授权发布。
不知不觉，2022年冬奥会迎来闭幕式，这些天看比赛的小编也是非常兴奋，都无心工作了。

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本次第24届冬季奥林匹克运动会由北京市与张家口市携手举办，北京市也成为世界首个举办过夏季奥运会和冬季奥运会的城市。
冰雪运动的历史说起冬季的冰雪运动，咱们可就有的唠了。根据最新的观点，冰雪运动可能起源于我国新疆阿勒泰地区的旧石器时代晚期，距今足有一万多年了。
除了滑雪，滑冰也很早就出现了。早在汉代，就有“踏羊角”的记载，所谓“踏羊角”，就是用羊角制成简单的滑冰器具在冰面滑行。至于清朝就更厉害了，清朝起于山海关外，也就是我国东北，那嘎达，老适合滑冰滑雪了，满人不仅利用滑冰滑雪狩猎，甚至还用来行军作战，努尔哈赤便曾利用“乌拉滑子”昼夜行军上千里作战。清朝建立以后，冰上活动“冰嬉”也成为宫廷体育娱乐活动参与人数曾达到一千六百人之多。

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冰嬉图 | 图源自参考资料1
人工冰场不过要说起滑冰，你得有冰啊，一直以来，人们都只能在天然冰面滑冰，直到 19世纪，机械制冷技术帮助我们实现了人工建造冰场，滑冰这项运动终于不再受制于天气了。
人工建造的冰场通常会在场地下方建造混凝土层，并在混凝土层中预埋管网，低温的液体在管网中不断循环，降低混凝土层温度至水的冰点之下，这样就可以在混凝土层之上冻结冰层，建造冰场。

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典型人工冰场场地构造 | 图源自参考资料2
本次冬奥会，秉承着“绿色奥运”的理念，我们在场馆建设方面便着重考虑了环保的因素。因此本次冬奥会的速滑场馆是奥运史上首次大规模使用CO? 跨临界直冷技术，不仅高效而且环保。
CO? 跨临界直冷技术人工冰场的关键便是人工制冷，人工制冷又可以分为间接制冷与直接蒸发式制冷。
间接制冷，即载冷剂制冷。其原理很简单，就是利用液氨或氟利昂做制冷剂，通过制冷机组运行为载冷剂降温，再利用低温的载冷剂再冰场下方混凝土层的管网中，并通过载冷剂冷却冰层。载冷剂一般选用乙二醇或盐水，低温载冷剂在冰层下方管网中流动，通过热交换吸收热量。
间接式制冷的优点显而易见，这种制冷方式只需要很少的制冷剂，比较安全；管道可以使用塑料管，成本低。但缺点也比较突出，首先是制冷剂方面，液氨制冷剂易于制取、价格低廉、性质优异、不破坏臭氧层、无温室效应……但！液氨有毒，一旦泄露，会有刺激性气味，且容易引起燃烧和爆炸。而氟利昂则是非常好的制冷剂，但大家也知道，氟利昂会破坏臭氧层，为落实《蒙特利尔议定书》，氟利昂作为制冷剂已经被逐渐淘汰。
直接制冷便没有载冷剂，全程只有CO? 在管网中流动，其原理图如下图所示：

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CO? 跨临界直冷技术原理图 | 图源自参考资料3
CO? 经压缩与冷却后，转变为液态，液态CO? 经泵泵入冰场下方管网，冰场在这里就相当蒸发器，液态CO? 在管网中蒸发吸收热量（当然不是全部CO? 都会蒸发），实现降温的目的。
那么，这个跨临界是啥意思呢？其实也很简单，CO? 的临界温度是31.1℃，临界压力是7.38MPa。冬天冰场室温较低，CO? 只在液态与气态中转变，此时，制冷系统在亚临界运行。但如果在夏天，室温较高时，CO? 吸热可能会超过临界温度，进入超临界流体相，回到储液器之后，经过冷却，重新转变为液态。这时，CO? 制冷系统便在跨临界运行。物质的超临界相是指物质在高压高温下一种特殊相。这种状态下，物质已经没有气体与液体之分了。

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CO? 相图 | 图源自网络
CO? 直接蒸发式制冷优点十分突出。CO? 作为天然制冷剂对自然无危害，不可燃，无毒无味，只在浓度很高的时候才会对人体产生危害，价格低廉容易制取；冰面温度均匀性好，冰面温差不超过0.5℃；传热效率高；CO? 单位容积制冷量大，所需管网管径小，所需泵扬程小；当然，这种制冷方式也不是全是优点。CO? 直接蒸发式制冷中管路润滑油十分重要，因此需要设计回油系统，另一方面，CO?直接蒸发式制冷中管网运行压力高，对管网强度，焊接工艺要求都很高。