Warum ist das „Ice Ribbon“, der weltweit erste Austragungsort der Olympischen Winterspiele, der Kohlendioxidkühlung nutzt, so „seidig“?

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Geschrieben von Reporter Wang Xueying. Herausgegeben von Ding Lin.

Redakteur für Neue Medien/Song Meng

Wissenschaftliche Überprüfung:

Yang Yongan (Professor für Kälte- und Klimatechnik, Tianjin Commercial University)

Mit dem starken Sprint des niederländischen Athleten Neus wurde am 8. Februar der 20 Jahre alte olympische Rekord der Männer im Eisschnelllauf über 1500 m gebrochen. Gleichzeitig setzte das „Ice Ribbon“ seinen „Rekord“ fort, an mehreren aufeinanderfolgenden Tagen neue olympische Rekorde aufzustellen.

▲ Am 8. Februar fand im National Speed ​​​​Skating Oval „Ice Ribbon“ das 1500-m-Eisschnelllauffinale der Männer bei den Olympischen Winterspielen 2022 in Peking statt. Kai Nuis aus den Niederlanden tritt an. (Foto: Xue Yuge, Reporter der Nachrichtenagentur Xinhua)

Neben den herausragenden Leistungen der Athleten selbst spielte auch die Wettkampfstätte „Ice Ribbon“, das National Speed ​​Skating Oval, eine wichtige Rolle dabei, dass so oft olympische Rekorde gebrochen wurden.

Haben Sie sich schon einmal gefragt, warum das „Eisband“ so „glatt“ ist? Welche einzigartigen Merkmale sind erwähnenswert? Lassen Sie uns unten gemeinsam die Antwort finden.

Das National Speed ​​Skating Oval, bekannt als „Ice Ribbon“, ist ein bedeutender Austragungsort der Olympischen Winterspiele 2022 in Peking. Das „Ice Ribbon“ hat viele Rekorde aufgestellt. Es handelt sich nicht nur um die größte reine Eisfläche Asiens (die Eisfläche beträgt bis zu 12.000 Quadratmeter), sondern auch um den weltweit ersten Austragungsort olympischer Winterspiele, bei dem die „transkritische Direktverdampfungs-Kältetechnik mit Kohlendioxid“ zum Einsatz kommt.

Als besondere „chinesische Lösung“ während der Olympischen Winterspiele 2022 gilt die transkritische Direktkühlungstechnologie zur Eisherstellung mit Kohlendioxid als eine der fortschrittlichsten, umweltfreundlichsten und effizientesten Technologien zur Eisherstellung, die derzeit verfügbar ist. Was also ist an dieser Technologie so leistungsstark?

Tatsächlich ähnelt das Prinzip der Kohlendioxidkühlung dem Kältemittelkreislauf in gewöhnlichen Klimaanlagen: Kohlendioxid ist bei normaler Temperatur und normalem Druck ein Gas, aber ab einem bestimmten hohen Druck wird Kohlendioxid zu einer Flüssigkeit in einem kritischen Zustand; Diese Flüssigkeiten werden dann in die Bereiche geleitet, die gekühlt werden müssen, und nehmen während ihres Verdampfungsprozesses viel Wärme auf, wodurch der Kühlzweck erfüllt wird.

„Das wichtigste Merkmal dieser Technologie ist ihre Umweltfreundlichkeit und die Tatsache, dass sie nicht zur Zerstörung der Ozonschicht führt. Sie wird einen sehr wichtigen Beitrag zur Erreichung des CO2-Spitzenwerts und zur CO2-Neutralität leisten“, erklärte Yang Yongan, Professor am Institut für Kälte- und Klimatechnik der Tianjin University of Commerce.

Kühlschrankhersteller oder Wintersportstätten verwenden seit langem Freonverbindungen als Hauptkältemittel. Doch seit 1971 hat sich das Verständnis der Wissenschaft für FCKW allmählich verbessert und man hat endlich erkannt, dass FCKW Umweltgefahren wie die Zerstörung der Ozonschicht und den Treibhauseffekt verursachen können. Im Vergleich dazu ist Kohlendioxid als natürliches Kältemittel sowohl umweltfreundlich als auch sicher.

Obwohl Kohlendioxid ein Treibhausgas ist, ist sein Treibhauseffekt viel geringer als der der künstlichen synthetischen Kühlmittel wie Freon, die in herkömmlichen Kühlsystemen verwendet werden. Beispielsweise hat R134a, ein häufig in Autoklimaanlagen verwendetes Kältemittel, ein 1.300- bis 1.300-mal höheres globales Treibhausgaspotenzial (GWP) als das Kältemittel Kohlendioxid (GWP von 1).

Darüber hinaus ist die CO2-Kühlung auch energieeffizienter als herkömmliche Kühlsysteme. Yang Yongan wies darauf hin, dass die thermodynamischen Eigenschaften von Kohlendioxid sehr gut seien: „Wenn das System vernünftig ausgelegt ist, liegt seine Effizienz nahe an der eines herkömmlichen Systems, und das System ist kompakt und die Einheit klein … Der Strömungswiderstand (in der Rohrleitung) ist sehr gering, sodass im Betrieb die Pumpleistung des Arbeitsfluids gering ist und auch der Druckverlust im Verdampfer gering ist.“ Daher steht die Kohlendioxid-Kühltechnologie besser im Einklang mit dem „grünen, energiesparenden und umweltfreundlichen“ Konzept der Olympischen Winterspiele in Peking.

Kohlendioxid als Kühlmittel ist nicht nur umweltfreundlicher, sondern bietet auch die Vorteile, dass es geruchlos, nicht entflammbar und nicht brennbar ist. Es ist sicherer als brennbare Kühlmittel wie Alkane.

Um die Vorteile der direkten Kohlendioxidkühlung zur Eisherstellung besser nutzen zu können, ist das „Ice Ribbon“ Berichten zufolge mit einem fortschrittlichen intelligenten Energiemanagementsystem ausgestattet. Dieses kann die vom Kühlsystem erzeugte Abwärme effizient zurückgewinnen und nahezu 70 °C heißes Wasser für Szenarien wie die Entfeuchtung des Veranstaltungsortes, die Pflege und Bewässerung der Eisoberfläche sowie den täglichen Bedarf der Sportler bereitstellen.

Beim Betrieb auf einer vollständigen Eisfläche kann das „Ice Ribbon“ allein in der Kälteverbindung jedes Jahr mehr als zwei Millionen Kilowattstunden Strom einsparen, was dem Stromverbrauch von mehr als 6.000 Haushalten in Peking für einen Monat entspricht. Da die CO2-Emissionen während des gesamten Kühlprozesses nahezu Null sind, ist dies vergleichbar mit der CO2-Reduktion, die durch das Pflanzen von mehr als 1,2 Millionen Bäumen erreicht wird.

Als Eisschnelllauf-Austragungsort dieser Olympischen Winterspiele stellt das „Ice Ribbon“ extrem hohe Anforderungen an die Qualität der Eisfläche. Ungleichmäßige Eistemperaturen können dazu führen, dass die Eisoberfläche an manchen Stellen weich und an anderen zu hart ist. Bei Eisschnellläufern verringert sich die Geschwindigkeit auf zu weichem Eis, während zu hartes Eis den Abstoß vom Eis erschweren kann, was ihre Leistung im Wettkampf beeinträchtigt.

Herkömmliche Eisbahnen verwenden normalerweise indirekte Kühlmethoden (z. B. die Verwendung von Freon-Kältemitteln oder Ethylenglykol-Kühlmitteln). Da die Kühlmittel die Wärme jedoch häufig nicht bei einer festen Temperatur abgeben, beträgt der Temperaturunterschied des Eises in solchen Eisbahnen im Allgemeinen bis zu 1,5–2 °C.

Im Gegensatz dazu verwendet das „Ice Ribbon“ ein Eisherstellungssystem mit Direktkühlung durch Kohlendioxid, das nicht nur eine höhere Wärmeaustauscheffizienz aufweist, sondern auch eine gleichmäßige Eistemperatur gewährleistet. Der Temperaturunterschied auf der Eisoberfläche kann grundsätzlich innerhalb von 0,5 °C gesteuert werden, was dazu beiträgt, das „schnellste Eis“ für Spitzenveranstaltungen zu schaffen.

(Dieser Inhalt wird gemeinsam von Beijing Science and Technology News und dem China Digital Science and Technology Museum erstellt.)

Produziert von: Science Central Kitchen

Produziert von: Beijing Science and Technology News | Pekinger Wissenschafts- und Technologiemedien

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