冬奧場(chǎng)館中 又臭又危險(xiǎn)的氣體

推薦單位：北京制冷學(xué)會(huì) 受訪專(zhuān)家：李坤 采編：項(xiàng)意恣

雪車(chē)雪橇項(xiàng)目是冬奧會(huì)中速度最快的項(xiàng)目，也是冬奧會(huì)中最能體現(xiàn)速度與激情的項(xiàng)目。雪車(chē)項(xiàng)目更是被稱(chēng)為“冰上F1”。比賽中，雪車(chē)雪橇的平均時(shí)速可以達(dá)到100～140千米，比高速公路的限速值120千米/時(shí)還要快。如果賽道變成高速公路，運(yùn)動(dòng)員駕駛著雪車(chē)滑行時(shí)是很有可能會(huì)超速的。

然而，與汽車(chē)不同，雪車(chē)雪橇沒(méi)有發(fā)動(dòng)機(jī)。雪車(chē)雪橇的速度能如此快，既與雪車(chē)雪橇自身的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)員的技巧有關(guān)，也與賽道環(huán)境息息相關(guān)。高速滑行對(duì)冰面有著極高的要求，自然界中因氣候條件自然形成的冰面遠(yuǎn)達(dá)不到比賽要求。北京2022年冬奧會(huì)的雪車(chē)雪橇賽道的冰面其實(shí)是人工制成的，該賽道的制冰離不開(kāi)一種具有刺激性氣味的氣體——氨氣。

氨氣的味道想必大家可能都聞到過(guò)，廁所里的臭味有一部分就是氨臭，氮肥揮發(fā)出的臭味也是氨臭。氨氣還具有一定的危險(xiǎn)性，高濃度氨氣在一定情況下會(huì)灼傷我們的皮膚、眼睛等;如果我們吸入過(guò)多，還可能引起肺腫脹，甚至導(dǎo)致死亡。

這樣一種又臭又危險(xiǎn)的氣體，是怎么在國(guó)家雪車(chē)雪橇中心賽道的建設(shè)與制冰中發(fā)揮作用的呢？科協(xié)頻道采訪了華商國(guó)際工程有限公司高級(jí)工程師、北京制冷學(xué)會(huì)青年委員、北京市科協(xié)2020—2022年度青年人才托舉工程被托舉人李坤，為我們答疑解惑。

難度最大？

位于延慶小海坨山脊之上的國(guó)家雪車(chē)雪橇中心是為北京2022年冬奧會(huì)專(zhuān)門(mén)新建的比賽場(chǎng)館之一。之前，全世界只有16座標(biāo)準(zhǔn)雪車(chē)雪橇場(chǎng)館，10座位于歐洲，4座位于美洲（美國(guó)和加拿大各2座），2座位于亞洲（日本和韓國(guó)各1座）。北京延慶賽區(qū)的國(guó)家雪車(chē)雪橇中心是亞洲第三座滿足奧運(yùn)比賽標(biāo)準(zhǔn)的雪車(chē)雪橇場(chǎng)館，也是中國(guó)第一座雪車(chē)雪橇場(chǎng) 館。

國(guó)家雪車(chē)雪橇中心賽道的起點(diǎn)標(biāo)高為1017米，結(jié)束點(diǎn)標(biāo)高為984.42米，最低點(diǎn)標(biāo)高為896.05米，賽道全長(zhǎng)1975米，最大高差為121米，賽道最大坡度18度。主賽道包含16個(gè)彎道，同時(shí)為亞洲唯一一個(gè)具備360度回旋彎的賽道。其設(shè)計(jì)是冬奧會(huì)項(xiàng)目中單項(xiàng)難度最高的，需要攻克賽道的形狀及速度曲線設(shè)計(jì)、賽道制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)的難題。

氨的臭味是優(yōu)點(diǎn)？

出于環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、節(jié)能的考慮，以及考慮到國(guó)家雪車(chē)雪橇賽道長(zhǎng)度長(zhǎng)、高差大等特點(diǎn)，國(guó)家雪車(chē)雪橇中心選擇了液氨作為制冷劑。液氨是如何發(fā)揮作用的呢？簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，輸送的液氨在賽道內(nèi)部預(yù)埋的管道中流動(dòng)，與賽道表面的混凝土進(jìn)行熱交換，從而使賽道表面降溫，當(dāng)溫度降低到-5攝氏度左右，就可以開(kāi)始制冰了。

氨是一種很優(yōu)良的制冷劑，在大型制冷系統(tǒng)中，其節(jié)能效果顯著。氨價(jià)格低廉，易于制取。李坤介紹，國(guó)家雪車(chē)雪橇中心制冷系統(tǒng)液氨制冷劑總充貯量約80噸。賽道長(zhǎng)，制冷劑用量大，在如此長(zhǎng)的賽道中大面積使用氨制冷將節(jié)約不少資金。

氨其實(shí)也是一種可以比肩二氧化碳的環(huán)保制冷劑。氨的組成成分是天然氣體——氮?dú)夂蜌錃猓c人工合成制冷劑氟利昂相比，氨不會(huì)破壞臭氧層，也不會(huì)引起全球變暖。此外，氨制冷劑的流動(dòng)阻力小，傳熱性能也好，制冷效率高。

那用液氨作制冷劑會(huì)讓賽道很臭嗎？液氨通過(guò)內(nèi)埋在賽道里的制冷管道輸送，只要不泄露，我們就不會(huì)聞到液氨的臭味。如果我們聞到了刺激性氣味，就說(shuō)明很有可能出現(xiàn)了泄露。而且我們還能快速檢查定位泄漏點(diǎn)，并及時(shí)采取措施。這時(shí)，氨的這種刺激性氣味反而成為了它的優(yōu)點(diǎn)。

賽道可以長(zhǎng)期使用？

冬奧會(huì)是一場(chǎng)在冬天舉行的冰雪運(yùn)動(dòng)盛宴。李坤介紹，冬奧會(huì)的一些賽道只能在冬天使用，例如高山滑雪中心需要依靠自然的低溫環(huán)境來(lái)維持場(chǎng)館的狀態(tài)。“而國(guó)家雪車(chē)雪橇中心賽道采用人工制冷方式，整個(gè)賽道在制冷管道和集中制冷動(dòng)力中心的支持下，并不需要自然的低溫環(huán)境。”李坤說(shuō)。甚至在室外環(huán)境溫度高達(dá)20攝氏度時(shí)，都可以進(jìn)行制冰與維溫，運(yùn)動(dòng)員比賽和訓(xùn)練都不會(huì)受到影響。

優(yōu)質(zhì)制冷劑暗藏致命缺點(diǎn)？

1873年，氨就被首次用作制冷劑，其在制冷的歷史中扮演著重要角色。但是，氨存在一定的毒性。多年前，因?yàn)槿藛T操作不當(dāng)而造成液氨泄漏的事故還屢屢發(fā)生，造成了一定程度上的人員和財(cái)產(chǎn)損失。

實(shí)際上，事故的根源并不是液氨的存在和使用。“氨”不但是綠色的，其實(shí)也是安全的。近年來(lái)，隨著操作人員規(guī)范意識(shí)的提高，以及在制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)安全性的把控，液氨泄漏事故明顯減少。李坤強(qiáng)調(diào)，我們要科學(xué)、合理地使用液氨，并建立完善的安全機(jī)制。國(guó)家雪車(chē)雪橇中心除了達(dá)到國(guó)家的相關(guān)液氨使用標(biāo)準(zhǔn)外，還增設(shè)了相關(guān)的安全措施。比如，撰寫(xiě)安全及可行性分析報(bào)告、氨氣擴(kuò)散模擬計(jì)算、增設(shè)SIS系統(tǒng)、搭建完善的自動(dòng)控制系統(tǒng)等，以保障氨制冷系統(tǒng)在國(guó)家雪車(chē)雪橇場(chǎng)館中安全穩(wěn)定地運(yùn)行。

國(guó)家雪車(chē)雪橇中心的建設(shè)并不容易。“如何既滿足國(guó)內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)和體系，同時(shí)又滿足歐洲的標(biāo)準(zhǔn)和體系，建設(shè)論證的過(guò)程充滿挑戰(zhàn)。在整個(gè)過(guò)程中，我們也尋求了北京制冷學(xué)會(huì)的幫助，推薦組織相關(guān)的專(zhuān)家進(jìn)行認(rèn)證，與國(guó)內(nèi)外多方資深工程師探討方案，尋找最優(yōu)解，最終才完成了這套氨制冷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。”李坤說(shuō)。