Beijing 2022: eerste Olympische Winterspelen met een transkritische CO₂-wedstrijdbaan

21 februari 2020

(artikel) Voor de Winterspelen van 2022 in Beijing wordt voor het eerst een 400meter-wedstrijdbaan met een CO₂-transkritische koelinstallatie gerealiseerd. Ernst Berends was op de bouwplaats en doet verslag.

• Tekst: Ernst Berends • Klik op het beeldmateriaal in dit artikel voor een grotere versie.

Wintersport wordt steeds populairder in China. Voor het eerst in de geschiedenis vinden in 2022 in het qua inwoneraantal grootste land ter wereld de Olympische Winterspelen plaats. Toch zijn er maar ongeveer 12 miljoen Chinezen die weleens skiën of snowboarden; minder dan 1 procent van de totale bevolking.

300 miljoen Chinezen enthousiasmeren
De staat investeert grote sommen geld in projecten die wintersport populairder moeten maken. Zo was er twee jaar geleden het plan om liefst 800 nieuwe skibanen en 650 ijsbaantjes te bouwen, met als doel om 300 miljoen Chinezen te enthousiasmeren. De overheid wil immers dat op de Winterspelen van 2022 veel Chinese (uiteraard liefst gouden) medailles worden gewonnen. In dat kader wordt in Sjanghai momenteel de grootste indoor-skihal ter wereld gebouwd, die ruim drie keer zo groot moet worden als die in Dubai.

Duurzame Winterspelen
Al die inspanningen brengen de nodige milieubelasting met zich mee. Begin 2019 maakten de ISU (International Skating Union) en het IOC (International Olympic Commitee) in dat kader bekend dat Beijing 2022 ‘de groenste Winterspelen ooit’ moeten worden. Onderdeel van de inspanningen op dat vlak is dat vriesinstallaties zoveel mogelijk gebruikmaken van natuurlijke koudemiddelen. Voor China zou dat een hele stap zijn. Op veel plaatsen wordt nog steeds R22 gebruikt en geproduceerd; dit middel hoeft er pas in 2030 te zijn uitgefaseerd. Een probleem bij de overstap naar ‘natuurlijk’ is dat toepassing van NH₃ niet is toegestaan in Beijing  – en helemaal nergens in indoor-sportaccommodaties. In Rusland gelden overigens soortgelijke regels.

Nieuwe bobslee/rodelbaan
De wedstrijden rond skispringen, snowboarden, freestyle skiën en langlaufen vinden plaats rond de stad Zhangjiakou die ongeveer 200 kilometer van Beijing ligt. In het Yanqing-district, dat circa 100 kilometer ten noordwesten van Beijing ligt, zullen de alpineski-wedstrijden worden gehouden. In dat kader wordt er een nieuwe bobslee/rodelbaan gebouwd. Op deze locatie is het overigens wel toegestaan om een koelinstallatie op NH₃ te gebruiken. Een nieuw aan te leggen hogesnelheidstrein moet zorgen voor een goede verbinding tussen deze locaties en Beijing.

Hergebruik van bestaande faciliteiten
Alle schaatsonderdelen vinden plaats in Beijing zelf. Hiervoor zullen veel van de bestaande accommodaties van de Zomerspelen 2008 worden verbouwd voor hergebruik. Zo worden bij het zwemstadion Water Cube een 60x30meter-baan en vier curlingbanen aangelegd, waarna het stadion verder door het leven zal gaan onder de naam Ice Cube. Het basketbalstadion, de Wukesong-arena met plaats voor 17.000 toeschouwers, is al multifunctioneel. Hij kan bijvoorbeeld ook als ijshockey-arena dienen.

Tijdelijke ijsvloer
De openings- en sluitingceremonie van Bejing 2022 moet plaats gaan vinden in het beroemde Birds Nest-stadion van de Zomerspelen 2008. In dit stadion met 90.000 plaatsen wordt een tijdelijke ijsvloer aangelegd, met chillers zonder natuurlijk koudemiddel. Met de aanleg van zo’n tijdelijke voorziening is inmiddels al de nodige ervaring opgedaan. De laatste jaren organiseert men van december tot februari in en rond het stadion het Birds Nest Snow & Ice Festival, dat jaarlijks rond de 2 miljoen bezoekers trekt.

Nieuwe 400meter-schaatshal
Voor de Spelen worden dus veel bestaande accommodaties gebruikt. Voor de 400meter-baan wordt echter een volledig nieuwe hal gebouwd, die officieel de naam NSSO (National Speed Skating Oval) zal dragen. Voor het stadion vond vooraf een ontwerpwedstrijd plaats waar 66 bureaus een inzending voor hebben ingezonden. Het definitieve ontwerp is van architecten van bureau Popoulus. Dit bureau was al bij twaalf eerdere Olympische Spelen betrokken en heeft bijvoorbeeld het nieuwe Wembley-stadion in Londen ontworpen. Het ijsstadion heeft de officiële naam NSSO maar wordt Ice Ribbon genoemd, vanwege de 22 horizontale lijnen die als linten om de buitenzijde van het stadion lopen en ’s avonds in diverse kleuren oplichten.

Lage verdampingstemperatuur
Het nieuwe stadion heeft heel wat gelijkenissen met het nieuwe Thialf. Zo is er een galerij rondom het stadion aangelegd met fraaie gebogen glaswanden, alleen is alles uiteraard net wat groter en breder dan in Heerenveen. De bezoekerscapaciteit is wel vergelijkbaar met die van het Thialf, met circa 12.000 plaatsen (waarvan 6.800 permanent en 5.200 tijdelijk). De vriesinstallatie in het stadion moet 3 MW koelvermogen kunnen leveren bij een verdampingstemperatuur van onder de -20 °C. In het Ice Ribbon wil men ijs kunnen maken met -10 °C oppervlaktetemperatuur. Een merkwaardige keuze, want ijs heeft de minste glijweerstand bij -6 à -7 °C.

Het GEA-team (links: Ernst Berends) voor het nieuwe stadion in aanbouw.

Bezoek aan de bouwplaats
Eind april 2019 was ik met een GEA-team op de bouwlocatie in Beijing. Samen met Chinese collega’s hebben we onze ideeën over de nieuwe ijsbaan gedeeld met het bouwcomité dat voor de Winterspelen van 2022 is opgezet. Al snel bleek dat we last hadden van een taalbarrière: Engels bleek voor het bouwcomité een probleem. Onze presentatie moest zin voor zin worden vertaald, wat heel wat tijd vergde. Inhoudelijke discussies waren daardoor niet te volgen. Opmerkelijk was dat een Chinese jongedame die niet aan de gesprekstafel zat, maar aan zijkant van de ruimte, na afloop in keurig Engels een aantal zeer slimme vragen stelde. Hiërarchie speelt in dit land nog altijd een grote rol. Blijkbaar was het ongepast om haar meerderen, die geen Engels spraken tijdens de presentaties, te passeren.

Snel en georganiseerd bouwen
Eenmaal op de bouwplaats zelf bleek dat hij bijzonder schoon was. Overal liepen werknemers – voorzien van een mondkapje – met een stoffer en blik vuiligheid weg te vegen. Verder viel op dat er overal infoborden stonden met voorbeelden van het gebruikte materiaal en andere wetenswaardigheden. Snel en georganiseerd bouwen kan wel aan de Chinezen worden overgelaten: van het enorme stadion dat hier wordt opgetrokken, stond de betonnen opbouw met tribunes al overeind. Daar bovenop rustte een ringvormige constructie van enorme stalen pijpen, met trekstangen verbonden met de betonnen onderbouw. Volgens de tekst op een van de infoborden is dit de grootste zadeldakconstructie ter wereld op een sportaccommodatie. Het dak meet circa 200 x 130 meter en het torent 33 meter boven de ijsbaan uit.

Honderden grote watercontainers hangen aan kabels om de dakbelasting te testen.

Watercontainers testen dakbelasting
In het stadion zagen we honderden 1 m³ grote containers gevuld met water – elk dus met een gewicht van 1.000 kg – aan de dakkabels hangen. Er lagen nog geen geïsoleerde dakpanelen op het net van kabels. Het ging hier om een echte dakbelastingtest: iets dat men eigenlijk ook bij het AZ-stadion had moeten doen! Op de plaats waar de ijsvloeren moeten komen, lag nog geen beton. Over het definitieve ontwerp werd tijdens ons bezoek nog druk gediscussieerd en er was ook nog niets aanbesteed op koeltechnisch gebied.

Aanbieders beoordelen
De beoordeling van aanbiedingen gaat op basis van een puntensysteem waarbij onder andere naar materiaalkeuze en duurzaamheid wordt gekeken. Ook de ervaring die een aanbieder heeft op het vlak van ijsbaantechniek speelt een grote rol, waarbij met name wordt gekeken naar het aantal gerealiseerde CO₂-banen. Dit hele traject liep in Beijing forse vertraging op doordat een van de aanbieders door de andere werd beschuldigd van valse referenties. Het gevolg was dat een team op verschillende locaties moest controleren wat er precies was gerealiseerd; een tijdrovende klus.

IJsmeester ingehuurd voor proefijs
April vorig jaar was de doelstelling nog dat in mei 2020 het eerste proefijs zou moeten worden gerealiseerd, maar die deadline wordt zeker niet gehaald. Voor dat proefijs is ijsmeester Mark Messer ingehuurd. Hij is ook verantwoordelijk voor het ijs op de snelle hooglandbaan in Calgary en was eerder betrokken bij de productie van het Olympische ijs bij de spelen van Sochi 2014 en Pyeong Chang 2018.

Afwegingen bij het koelsysteem
Voor het koelsysteem in de nieuwe ijshal ging men oorspronkelijk uit van een indirect systeem waarbij met R507 pekel of glycol wordt afgekoeld. Dat plan lag er echter voordat bekend werd gemaakt dat Beijing 2022 ‘de groenste Winterspelen ooit’ zouden moeten worden. Er moest dus een ander plan komen, maar zoals eerder uitgelegd mag bij deze ijsbaan geen NH₃ worden toegepast. Als alternatief werd in eerste instantie gedacht aan een systeem waarbij alleen de R507 zou worden vervangen door CO₂. Uiteindelijk is toch gekozen voor een installatie die volledig met CO₂ wordt gevuld, dus ook de baanpijpen.

IJshockey-, curling- en bandy-banen op CO₂-transkritisch
CO₂-transkritisch is nooit eerder toegepast bij een 400meter-baan. Wereldwijd zijn er wel circa 30 ijshockey-, curling- en bandy-banen die met dit systeem werken, de meeste in Scandinavië en Canada. Het dichtst bij huis ligt de 60x30meterbaan in het Belgische Mechelen. De installatie van deze baan levert circa 400 kW bij -10 °C, met behulp van vier GEA Bock CO₂-compressoren.

NH₃ als primair koudemiddel
De enige 400meter-banen ter wereld waarbij de baanpijpen zijn gevuld met CO₂ lagen tot voor kort allemaal in Nederland; onlangs is er ook een in Japan geopend. Daarbij gaat het in alle gevallen om indirecte systemen met NH₃ als primair koudemiddel. Al in 2004 bouwde GEA Grenco de bestaande directe NH₃-baan in Haarlem om naar NH₃/CO₂ -indirect. De bestaande stalen baanpijpen konden na afpersen op 40 bar worden hergebruikt. Daarna werden nieuwe NH₃/CO₂-banen gerealiseerd in Enschede, Tilburg en Leeuwarden. Twee jaar geleden werd de bestaande NH₃-baan in Alkmaar omgebouwd naar dit systeem. Nederland is dus een duidelijke koploper op dit gebied.

Wat te doen bij een grote CO₂-lekkage
Bij de renovatie van het Thialf-stadion is er trouwens bewust voor gekozen om de baanpijpen niet met CO₂ te vullen, louter uit veiligheidsoogpunt. Want wat te doen bij een grote CO₂ lekkage als er 12.000 mensen op de tribunes zitten? Ventileren? Evacueren? Toen we dit onderwerp aanhaalden op de bouwplaats in China werd er geheimzinnig geglimlacht, en geantwoord dat men dit onder controle had. Thialf ging uiteindelijk over van R507 DX/Freezium-chillers (met 24 kleine compressoren) naar vier grote industriële NH₃/Freezium-chillers met GEA NH₃-compressoren (twee zuigers en twee schroeven) met geavanceerde OMNI-besturing. Freezium is pekel op potassium formate-basis. De nieuwe installatie in Heerenveen gebruikt ruim 50 procent minder energie dan voorheen.

400meter-trainingsbaan
Terug naar China. Hier heeft men nog geen enkele ervaring met CO₂ in ijsbanen. Dat moet echter snel veranderen: in slechts tien maanden tijd is vlakbij Beijing de ‘National Ice and Snow Sports Training and Research Base’ gebouwd, inclusief een overdekte 400meter-trainingsbaan, de Erqi Rink, met CO₂ in de baanpijpen en circa 12.000 m² ijsoppervlak. Deze baan is net zo groot als die in het Ice Ribbon-stadion, alleen is de koelinstallatie minder ‘groen’: er wordt een indirect systeem met R507 als koudemiddel gebruikt. Een paar maanden geleden is deze trainingsbaan geopend, en al snel daarna kwamen berichten naar buiten over flinke CO₂-lekkages.

Regels rond marktprotectie
De ‘National Ice and Snow Sports Training and Research Base’ is niet de enige trainingsfaciliteit. In Beijing zelf wordt nu het Beijing Stadium Training Centre gebouwd, een enorm stadion met liefst zes ijsbanen (60 x 30 meter) voor ijshockey, kunstrijden, curling en shorttrack. Dit wordt de eerste transkritische CO₂-ijsbaan van China. De Chinese installateur heeft er inmiddels 60 GEA Bock CO₂-compressoren voor besteld. De levering van complete units vanuit bijvoorbeeld Europa is overigens erg moeilijk. China heeft strenge regels om de eigen markt te beschermen. Alleen de producten die men er niet zelf kan produceren, mogen worden geïmporteerd. Drukvaten moeten wegens keuringprocedures sowieso in China zelf worden geproduceerd.

Opbouw ijsvloer op infobord.

Advies van buiten
Om de nieuwe ijstechnieken snel onder de knie te krijgen, haalt China veel kennis uit het buitenland. Verschillende Zweedse en Canadese adviseurs die bekend zijn met CO₂-transkritische ijs(hockey)banen zijn of worden nog geraadpleegd. Zoals genoemd staat echter nog nergens ter wereld een CO₂-transkritische 400meter-baan. Bij ijshockeybanen – waar CO₂-transkritisch wel al wordt toegepast – is een gelijke ijstemperatuur over de hele baan veel minder belangrijk dan bij een 400meter-wedstrijdbaan. De temperatuurregeling van de diverse baansecties (bochten en rechte einden) is dus heel belangrijk, en een CO₂-baan met directe verdamping gedraagt zich anders dan een indirecte baan met pekel of glycol. Ook voor de ingehuurde ijsmeester uit Calgary is dit allemaal nieuw, en hij zal zich wellicht nog achter de oren krabben. Tijdens ons bezoek ben ik overigens wel geschrokken van het baanpijp-patroon: ik zag tekeningen waarbij koelpijpen onder de 400meter-baan gedeeltelijk dwars en gedeeltelijk in de rijrichting lagen!

Conclusie
Het resultaat van alle inspanningen zullen we over twee jaar zien, in 2022. De keuze voor CO₂-transkritisch is aardig gewaagd omdat hij nooit eerder voor een 400meter-wedstrijdbaan is gebruikt. Overigens: helemaal ‘groen’ worden de Spelen van 2022 zeker niet. Bij de nieuwe schaatshallen wordt weliswaar CO₂ ingezet, maar bij bestaande systemen is R404A bijvoorbeeld vervangen door R499A (GWP: 1.397). Dat neemt niet weg dat Beijing 2022 nog altijd ‘groener’ zal zijn dan de afgelopen twee Winterspelen.