二酸化炭素冷凍技術を採用した世界初の冬季オリンピック会場「アイスリボン」はなぜ「シルキー」なのか？

||||

記者 王雪英 執筆 丁林 編集

ニューメディア編集者/宋 孟

科学的レビュー:

楊 永安（天津商科大学冷凍空調工学部教授）

2月8日、オランダのノイス選手の力強いスプリントにより、20年間保持されていたスピードスケート男子1500メートルのオリンピック記録が破られた。同時に、「アイスリボン」は連日オリンピック新記録を更新するという「記録」を続けた。

▲2月8日、北京2022冬季オリンピックの男子1500mスピードスケート決勝が国家スピードスケート競技場「アイスリボン」で行われた。オランダのカイ・ニュイス選手が出場。 （新華社記者薛玉歌撮影）

選手自身の素晴らしいパフォーマンスに加え、国立スピードスケートオーバル「アイスリボン」競技会場も、オリンピック記録が頻繁に破られる上で重要な役割を果たしました。

「アイスリボン」がなぜこんなに「滑らか」なのか疑問に思ったことはありませんか？注目すべきユニークな特徴は何ですか?以下で一緒に答えを見つけましょう。

「アイスリボン」として知られる国家スピードスケート競技場は、2022年北京冬季オリンピックのランドマーク会場です。 「アイスリボン」は数々の記録を打ち立ててきました。これはアジア最大の全氷面設計（氷面面積は12,000平方メートルにも及ぶ）であるだけでなく、冬季オリンピック会場として世界初となる「二酸化炭素超臨界直接蒸発冷凍技術」を採用した会場でもある。

2022年冬季オリンピックにおける特徴的な「中国の解決策」として、二酸化炭素の超臨界直接冷却製氷技術は、現在利用可能な最も先進的で環境に優しく効率的な製氷技術の1つと見なされています。それで、このテクノロジーの何がそんなに強力なのでしょうか?

実際、二酸化炭素冷凍の原理は、一般的なエアコンの冷媒サイクルと似ています。二酸化炭素は常温常圧では気体ですが、一定の高圧を加えると、二酸化炭素は臨界状態の液体になります。これらの液体は冷却が必要な場所に送られ、蒸発過程で大量の熱を吸収し、冷却の目的を達成します。

「この技術の最も重要な特徴は、大気に優しく、オゾン層の破壊を引き起こさないことです。カーボンピークとカーボンニュートラルに非常に大きく貢献するでしょう」と天津商科大学冷凍空調工学部のヤン・ヨンアン教授は説明した。

冷蔵庫メーカーや冬季スポーツ会場では、長い間、フロン化合物を主な冷媒として使用してきました。しかし、1971年以降、科学界のCFCに対する理解が徐々に深まるにつれ、CFCがオゾン層の破壊や温室効果などの環境被害を引き起こす可能性があることがようやく認識されるようになりました。それに比べて、二酸化炭素冷媒は天然冷媒として、環境に優しく安全です。

二酸化炭素は温室効果ガスですが、その温室効果は、従来の冷凍システムで使用されるフロンなどの人工合成冷媒よりもはるかに低いです。例えば、自動車のエアコンシステムによく使用される冷媒である R134a の地球温室効果ガス排出量 (GWP) は、二酸化炭素冷媒 (GWP が 1) の 1,300 ～ 1,300 倍です。

それだけでなく、CO2 冷凍は従来の冷凍システムよりもエネルギー効率に優れています。楊永安氏は二酸化炭素の熱力学的特性が非常に優れていると指摘し、「システムを合理的に設計すると、その効率は従来のシステムに近く、システムはコンパクトでユニットも小さい...（パイプライン内の）流動抵抗は非常に小さいため、使用時の作動流体ポンプの電力は小さく、蒸発器内の圧力損失も小さい」と述べた。したがって、二酸化炭素冷凍技術は、北京冬季オリンピックの「グリーン、省エネ、環境に優しい」開催コンセプトにさらに合致するものである。

冷媒としての二酸化炭素は、環境に優しいだけでなく、無臭、不燃性、不燃性という利点もあります。アルカンなどの可燃性冷媒よりも安全です。

報道によると、「アイスリボン」には、二酸化炭素を直接冷却して氷を作る利点をより有効に活用するため、高度なインテリジェントエネルギー管理システムが搭載されており、冷凍システムで発生した廃熱を効率的に回収し、会場の除湿、氷面のメンテナンスや散水、選手の日常的なニーズなどに合わせて70℃近くの温水を提供できるという。

「アイスリボン」は、全面氷上で稼働する場合、冷蔵リンクだけで年間200万キロワット時以上の電力を節約することができ、これは北京の6,000世帯以上の1か月間の電力消費量に相当します。冷却プロセス全体を通じて炭素排出量はほぼゼロであるため、これは 120 万本以上の木を植えることによって達成される炭素削減量に匹敵します。

今冬季オリンピックのスピードスケート会場である「アイスリボン」は、氷面の品質に対する要求が非常に高い。氷の温度が不均一だと、氷の表面が場所によっては柔らかくなり、他の場所では硬くなりすぎることがあります。スピードスケート選手にとって、氷が柔らかすぎるとスピードが遅くなり、一方、氷が硬すぎると氷から足を蹴り出すのが難しくなり、競技でのパフォーマンスに影響する可能性があります。

従来のアイススケートリンクでは通常、間接的な冷却方法（フロン冷媒やエチレングリコール冷媒の使用など）が使用されています。しかし、冷却剤は一定の温度で熱を放出しないことが多いため、このようなアイスリンクの氷の温度差は一般的に1.5℃～2℃ほど高くなります。

これに対し、「アイスリボン」は二酸化炭素直接冷却製氷システムを採用しており、熱交換効率が高いだけでなく、氷の温度も均一です。氷面の温度差は基本的に0.5℃以内に制御できるため、トップイベントに最適な「最速の氷」を作り出すことができます。

（このコンテンツは北京科学技術ニュースと中国デジタル科学技術博物館が共同で制作しています）

制作：サイエンス・セントラル・キッチン

制作：北京科学技術ニュース |北京科学技術メディア

友達の輪にシェアしましょう

無断転載は禁止です