Auch im heißen Sommer ist Skifahren möglich. Wie erreicht man „Schneefreiheit“?

Der Skisport hat seinen Ursprung in Nordeuropa. Chinas Skiindustrie begann im Jahr 1996. In den letzten Jahren ist mit dem Wachstum der Volkswirtschaft auch der Lebensstandard der Menschen immer weiter gestiegen. Gleichzeitig hat unter dem Einfluss der Olympischen Winterspiele in Peking die Begeisterung der Öffentlichkeit für das Skifahren stark zugenommen und auch im Süden hat sich die Sehnsucht nach Eis und Schnee verstärkt. Das Wintersport-Managementzentrum der staatlichen Sportverwaltung hat das strategische Entwicklungsziel „Schnee vom Norden in den Süden verlagern“ vorgeschlagen, und die Skiindustrie meines Landes wird immer größer.

In den Köpfen vieler Menschen ist Skifahren nur ein normaler Wintersport. Allerdings wurden in den letzten Jahren zusätzlich zu den Outdoor-Skigebieten im Norden im ganzen Land fast 40 Allwetter-Hallenskigebiete gebaut [1] . Unabhängig von der Jahreszeit können wir selbst im heißen Sommer die Leidenschaft und Freude genießen, die uns Eis und Schnee bereiten.

Aufgrund der fortschreitenden Zunahme des Treibhauseffekts und der globalen Erwärmung hat die Winterzeit direkte Auswirkungen und führt zu einer Verkürzung der natürlichen Schneefallzeit.

Was die globale Skiindustrie betrifft, so steigt die Abhängigkeit von der künstlichen Beschneiung . Die Schneeflächen der oben genannten Indoor-Skigebiete werden alle mittels künstlicher Beschneiung hergestellt. Wissen Sie, wie Schnee entsteht? Wie können wir Schnee machen?

Das Rendering eines inländischen Indoor-Skigebiet-Projekts

Wie entsteht Naturschnee?

Schnee ist eine feste Form von Wasser und Schneefall kann auch als eine Form von Niederschlag betrachtet werden. Wenn die Temperatur in den Wolken unter 0 °C liegt, bildet der Wasserdampf in der Atmosphäre Eiskristalle. Viele kleine Eiskristalle stoßen zusammen und verdichten sich zu großen Eiskristallen. Wenn die Temperatur unverändert bleibt oder sinkt, wachsen die Eiskristalle weiter. Wenn die Eiskristalle den Luftwiderstand durch ihr Eigengewicht überwinden können und die Umgebungstemperatur unter den Wolken unter dem Gefrierpunkt liegt, fallen die weißen Eiskristalle zu Boden und bilden Schnee.

Natürlicher Schneebildungsprozess

Welche Voraussetzungen müssen für natürlichen Schneefall gegeben sein?

▶ 1. Wasserdampfsättigung

Die maximale Menge an Wasserdampf, die Luft bei einer bestimmten Temperatur enthalten kann, wird als gesättigter Wasserdampf bezeichnet. Die Temperatur, bei der die Luft gesättigt ist, wird als Taupunkt bezeichnet. Wenn gesättigte Luft auf eine Temperatur unterhalb des Taupunkts abkühlt, verwandelt sich der überschüssige Wasserdampf in der Luft in Wassertröpfchen oder Eiskristalle.

▶ 2. Kondensationskerne

Kondensationskerne sind sehr kleine, in der Luft schwebende Feststoffteilchen. Die idealsten Kondensationskerne sind jene Partikel von Substanzen, die am meisten Wasser absorbieren, wie etwa Partikel von Meersalz, Schwefelsäure, Stickstoff und einigen anderen Chemikalien.

▶ 3. Umgebung mit niedriger Temperatur

Natürlicher Schnee, Schneefall, Schneeszene

1996 war mein Land erfolgreicher Gastgeber der 3. Asiatischen Winterspiele. Es wird davon ausgegangen, dass der Schnee auf den Skipisten damals von dem Ort, an dem es schneite, zu den Wettkampfstätten transportiert und dann auf den Skipisten verteilt wurde, damit die Athleten an den Wettkämpfen teilnehmen konnten. Doch dank der Entwicklung von Wissenschaft und Technik sind Wintersportarten nicht mehr vom Wetter abhängig, sondern können ganz auf künstliche Beschneiungstechnik umgestellt werden.

Die Olympischen Winterspiele 2022 in Peking wurden erfolgreich durchgeführt und bescherten der Welt ein wunderbares, außergewöhnliches und herausragendes Eis- und Schnee-Event. Die Olympischen Winterspiele in Peking umfassen insgesamt 15 Unterwettbewerbe und etwa sieben Sportarten müssen auf Schnee ausgetragen werden, darunter Ski Alpin, Skilanglauf, Freestyle-Skiing, Nordische Kombination, Skispringen, Snowboarden usw. Der bei den Olympischen Winterspielen verwendete Schnee besteht ausschließlich aus Kunstschnee.

Darunter ist das Projekt des Nationalen Alpinen Skizentrums als „Kronjuwel der Olympischen Winterspiele“ bekannt. Der Veranstaltungsort verfügt über 3 Wettkampfskipisten, 4 Trainingsskipisten und weitere Wettkampf-Hilfsskipisten. Die Gesamtlänge der Skipisten beträgt etwa 23,1 km und der maximale Höhenunterschied beträgt etwa 925 m. Insgesamt werden rund 170 Beschneiungsanlagen eingesetzt, um den Beschneiungsbedarf dieses Projektes zu decken.

Der Startpunkt der Wettkampfstrecke liegt auf 2.179 Metern über dem Meeresspiegel, mit einer Pistenlänge von rund 3.045 Metern, einer durchschnittlichen Steigung von 30 % und einer maximalen Steigung von 68 %. Sie erstreckt sich den gesamten Grat entlang und weist vom Start- bis zum Endpunkt einen Höhenunterschied von etwa 900 Metern auf. Damit stellt sie einen Rekord für den höchsten Höhenunterschied auf heimischen Skipisten dar.

Nationales Alpines Skizentrum

Wie wird Kunstschnee hergestellt?

Die Technologie zur künstlichen Beschneiung wurde in den 1950er Jahren erfunden. Ihr Prinzip und technischer Ansatz besteht darin, den natürlichen Schneebildungsprozess künstlich nachzuahmen und zu erzeugen sowie mit technischen Mitteln die Voraussetzungen für die Bildung und das Wachstum von Schneekristallen zu schaffen. Das Beschneiungssystem erzeugt mithilfe eines Kompressors Druckluft, mit der Wasser zur Düse des Kerngenerators geleitet wird. Durch die Volumenkontraktion hinter der Düse wird Wärme abgeführt und die Nebeltröpfchen kondensieren zu Eiskristallen, die in der Luft schweben, um abzukühlen und zu erstarren. Die Eiskristalle bilden Schneeflocken, wenn sie in der Luft auf eine niedrige Temperatur treffen.

Beschneiungsanlage Beschneiungsstatus

Verfahren zur künstlichen Beschneiung

Die wichtigste Komponente der Beschneiungsanlage ist die Kerndüse. Die Kerndüse ist der Schlüssel zur künstlichen Beschneiung. Ohne sie entsteht lediglich Wasser. Die Nukleatordüse mischt Druckluft durch ihre interne Mischkammer. Flüssigkeit und Gas bilden beim Mischvorgang winzige Bläschen. In der Mischung dehnen sich die winzigen Blasen aus, die Flüssigkeit platzt und das Gas dehnt sich aus, wodurch die Auslasstemperatur sinkt und sich am Auslass Flocken, Streifen und kleine Tröpfchen bilden, wodurch eine Zerstäubung erreicht wird und sich in einer kalten Umgebung Eiskristallschneekeime bilden.

Schematische Darstellung des Prinzips einer Beschneiungsanlage [2]

Schematische Darstellung des Aufbaus der Düsenausrüstung einer Kernanlage [2]

Kann es bei 4 °C schneien?

Die Umweltbedingungen haben einen direkten Einfluss darauf, ob Tropfen gefrieren und Schneefall entsteht. Bei gleicher Temperatur und Luftfeuchtigkeit gilt: Je kleiner die Tröpfchengröße, desto leichter kommt es zum Gefrieren. Wenn bei relativ hohen Umgebungstemperaturen Schneefall gewünscht ist, muss die Tropfengröße möglichst reduziert werden. Mit sinkender Umgebungstemperatur und relativer Luftfeuchtigkeit erhöht sich der maximale Tropfendurchmesser, der zur künstlichen Beschneiung genutzt werden kann. Bei einer Umgebungstemperatur von 4 °C und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 20 % kommt es bei einem Tröpfchendurchmesser von 100 μm zu einem vollständigen Gefrierphasenübergang, während Tröpfchen mit anderen Durchmessern sich in einem gemischten Zustand aus Eis und Wasser befinden. Wenn die Umgebungstemperatur auf -4°C sinkt, vergrößert sich der Durchmesser des Tropfens, der einen vollständigen Gefrierphasenübergang durchläuft, auf 200 μm [2]. Daher kann es bei einer Umgebungstemperatur von 4 °C schneien.

Kritische Schneefallpartikelgrößenkarte [2]

Da der Lebensstandard der Menschen aufgrund der kontinuierlichen Entwicklung von Wissenschaft und Technologie immer höher wird, können wir die Leidenschaft genießen, die uns Eis und Schnee im heißen Sommer bereiten.

Kunstschnee unterscheidet sich jedoch von Naturschnee:

Zunächst einmal sind ihre Formen unterschiedlich. Natürlicher Schnee hat meist sechseckige, sternförmige, flockenförmige usw. Formen, die nach dem Auftreffen auf den Boden miteinander verflochten sind. Es hat eine hohe Porosität und ist weich. Kunstschnee ähnelt kugelförmigen oder kegelförmigen Kristallen und der angesammelte Schnee weist eine geringe Porosität, eine gute Dichte und Härte auf.

Zweitens ist die Dichte von natürlichem Schnee relativ gering, im Allgemeinen etwa 250 kg/m3; während die Dichte von Kunstschnee relativ hoch ist und im Allgemeinen über 300 kg/m3 liegt. Um die für Wettkämpfe erforderlichen Schneeflächen zu gewährleisten, benötigen Outdoor-Skigebiete wie das Nationale Alpine Skizentrum eine Beschneiungsdichte von knapp 600 kg/m³.

Die Sommerferien stehen vor der Tür. Wenn Sie eine Reise planen, können Sie während Ihrer Reise auch nach Indoor-Veranstaltungsorten für Eis und Schnee suchen. Sie können das Gefühl spüren, wenn Sie die Tür des Eis- und Schneegeländes von der heißen Außenwelt aufstoßen, sofort in die unter Null Grad kalte Eis- und Schneeumgebung eintreten und das Skifahren genießen. Ich glaube, es wird jedem ein anderes Gefühl von Frische vermitteln.

Natürlich kann es auch sein, dass sich ein Eis- und Schneegelände in Ihrer Nähe befindet.

Quellen:

1. Bericht zur Entwicklung der chinesischen Skiindustrie; Akademischer Verlag für Sozialwissenschaften

2. Liu Bin; Hu Hengxiang; Bi Lisen; et.al „Einfluss der Anordnung zweier Düsen auf Morphologie, Geschwindigkeit und Partikelgrößenverteilung eines Sprühfelds zur künstlichen Schneeerzeugung“, Physics of Fluids 35, 053326 (1~14);

ENDE

Autor: Li Kun, leitender Ingenieur, stellvertretender Direktor des Instituts für mechanisches und elektrisches Design der Huashang International Engineering Co., Ltd., stellvertretender Direktor der Abteilung für Eis und Schnee sowie Spezialkühlung (ausgewählt für das Jugendtalent-Unterstützungsprojekt 2020–2022 der Beijing Association for Science and Technology)

Quelle: Beijing Refrigeration Society