冬奥场馆中 又臭又危险的气体

推荐单位：北京制冷学会 受访专家：李坤 采编：项意恣

雪车雪橇项目是冬奥会中速度最快的项目，也是冬奥会中最能体现速度与激情的项目。雪车项目更是被称为“冰上F1”。比赛中，雪车雪橇的平均时速可以达到100～140千米，比高速公路的限速值120千米/时还要快。如果赛道变成高速公路，运动员驾驶着雪车滑行时是很有可能会超速的。

然而，与汽车不同，雪车雪橇没有发动机。雪车雪橇的速度能如此快，既与雪车雪橇自身的结构和运动员的技巧有关，也与赛道环境息息相关。高速滑行对冰面有着极高的要求，自然界中因气候条件自然形成的冰面远达不到比赛要求。北京2022年冬奥会的雪车雪橇赛道的冰面其实是人工制成的，该赛道的制冰离不开一种具有刺激性气味的气体——氨气。

氨气的味道想必大家可能都闻到过，厕所里的臭味有一部分就是氨臭，氮肥挥发出的臭味也是氨臭。氨气还具有一定的危险性，高浓度氨气在一定情况下会灼伤我们的皮肤、眼睛等;如果我们吸入过多，还可能引起肺肿胀，甚至导致死亡。

这样一种又臭又危险的气体，是怎么在国家雪车雪橇中心赛道的建设与制冰中发挥作用的呢？科协频道采访了华商国际工程有限公司高级工程师、北京制冷学会青年委员、北京市科协2020—2022年度青年人才托举工程被托举人李坤，为我们答疑解惑。

难度最大？

位于延庆小海坨山脊之上的国家雪车雪橇中心是为北京2022年冬奥会专门新建的比赛场馆之一。之前，全世界只有16座标准雪车雪橇场馆，10座位于欧洲，4座位于美洲（美国和加拿大各2座），2座位于亚洲（日本和韩国各1座）。北京延庆赛区的国家雪车雪橇中心是亚洲第三座满足奥运比赛标准的雪车雪橇场馆，也是中国第一座雪车雪橇场 馆。

国家雪车雪橇中心赛道的起点标高为1017米，结束点标高为984.42米，最低点标高为896.05米，赛道全长1975米，最大高差为121米，赛道最大坡度18度。主赛道包含16个弯道，同时为亚洲唯一一个具备360度回旋弯的赛道。其设计是冬奥会项目中单项难度最高的，需要攻克赛道的形状及速度曲线设计、赛道制冷系统设计的难题。

氨的臭味是优点？

出于环保、经济、节能的考虑，以及考虑到国家雪车雪橇赛道长度长、高差大等特点，国家雪车雪橇中心选择了液氨作为制冷剂。液氨是如何发挥作用的呢？简单来说，输送的液氨在赛道内部预埋的管道中流动，与赛道表面的混凝土进行热交换，从而使赛道表面降温，当温度降低到-5摄氏度左右，就可以开始制冰了。

氨是一种很优良的制冷剂，在大型制冷系统中，其节能效果显著。氨价格低廉，易于制取。李坤介绍，国家雪车雪橇中心制冷系统液氨制冷剂总充贮量约80吨。赛道长，制冷剂用量大，在如此长的赛道中大面积使用氨制冷将节约不少资金。

氨其實也是一种可以比肩二氧化碳的环保制冷剂。氨的组成成分是天然气体——氮气和氢气，与人工合成制冷剂氟利昂相比，氨不会破坏臭氧层，也不会引起全球变暖。此外，氨制冷剂的流动阻力小，传热性能也好，制冷效率高。

那用液氨作制冷剂会让赛道很臭吗？液氨通过内埋在赛道里的制冷管道输送，只要不泄露，我们就不会闻到液氨的臭味。如果我们闻到了刺激性气味，就说明很有可能出现了泄露。而且我们还能快速检查定位泄漏点，并及时采取措施。这时，氨的这种刺激性气味反而成为了它的优点。

赛道可以长期使用？

冬奥会是一场在冬天举行的冰雪运动盛宴。李坤介绍，冬奥会的一些赛道只能在冬天使用，例如高山滑雪中心需要依靠自然的低温环境来维持场馆的状态。“而国家雪车雪橇中心赛道采用人工制冷方式，整个赛道在制冷管道和集中制冷动力中心的支持下，并不需要自然的低温环境。”李坤说。甚至在室外环境温度高达20摄氏度时，都可以进行制冰与维温，运动员比赛和训练都不会受到影响。

优质制冷剂暗藏致命缺点？

1873年，氨就被首次用作制冷剂，其在制冷的历史中扮演着重要角色。但是，氨存在一定的毒性。多年前，因为人员操作不当而造成液氨泄漏的事故还屡屡发生，造成了一定程度上的人员和财产损失。

实际上，事故的根源并不是液氨的存在和使用。“氨”不但是绿色的，其实也是安全的。近年来，随着操作人员规范意识的提高，以及在制冷系统设计时对安全性的把控，液氨泄漏事故明显减少。李坤强调，我们要科学、合理地使用液氨，并建立完善的安全机制。国家雪车雪橇中心除了达到国家的相关液氨使用标准外，还增设了相关的安全措施。比如，撰写安全及可行性分析报告、氨气扩散模拟计算、增设SIS系统、搭建完善的自动控制系统等，以保障氨制冷系统在国家雪车雪橇场馆中安全稳定地运行。

国家雪车雪橇中心的建设并不容易。“如何既满足国内的标准和体系，同时又满足欧洲的标准和体系，建设论证的过程充满挑战。在整个过程中，我们也寻求了北京制冷学会的帮助，推荐组织相关的专家进行认证，与国内外多方资深工程师探讨方案，寻找最优解，最终才完成了这套氨制冷系统的设计。”李坤说。