速度滑冰比賽女子3000米、速度滑冰比賽男子5000米、速度滑冰比賽女子1500米、速度滑冰比賽男子1500米……北京冬奧會(huì )開(kāi)賽以來(lái)，國家速滑館“冰絲帶”四天六刷奧運會(huì )紀錄。實(shí)際上，除了新的紀錄和奪冠的運動(dòng)員，這里還有一塊“冬奧歷史上最快的一塊冰”。在這個(gè)臻于完美的冰雪場(chǎng)地背后，隱藏著(zhù)硬核新科技——天然工質(zhì)二氧化碳技術(shù)。

　　北京大學(xué)工學(xué)院教授張信榮率先挑戰與攻克了大型跨臨界二氧化碳制冷核心技術(shù)與裝備。這項技術(shù)作為北京冬奧會(huì )冰雪世界的堅實(shí)保障，并將成功用于打造造雪溫度和冰面溫差的極限，讓溫室氣體化身高效資源在賽場(chǎng)上實(shí)現環(huán)保節能最大化，助力打造了“冬奧歷史上最快的一塊冰”。

　　國家速滑館是北京冬奧會(huì )唯一新建的冰上競賽場(chǎng)館，從開(kāi)始建設到正式比賽，這塊1.2萬(wàn)平方米的超大冰面一直是外界矚目的焦點(diǎn)。在百年冬奧歷史上，它第一次使用了二氧化碳作為制冷劑。

　　時(shí)間退回到2016年9月9日，北京冬奧組委各部門(mén)云集首鋼冬奧組委辦公區。關(guān)于北京冬奧會(huì )冰場(chǎng)制冰問(wèn)題的會(huì )議上，張信榮亮明了自己的觀(guān)點(diǎn)：“我們的冰場(chǎng)再也不能用氟利昂制冰了。”

　　據了解，傳統的制冰技術(shù)使用氨或氟利昂。氟利昂嚴重破壞環(huán)境，安全性差；同時(shí)氨具有一定爆炸和毒性危險。因此他主張將更為環(huán)保的二氧化碳制冰技術(shù)應用于北京冬奧會(huì )。這一新穎的提議贏(yíng)得了支持，天然工質(zhì)二氧化碳制冰的論證工作正式啟動(dòng)。

　　論證工作并非一帆風(fēng)順。幾年時(shí)間里，北京冬奧組委派人走遍江南塞北，尋訪(fǎng)大洋彼岸，最終才通過(guò)了這份方案。

　　“氨安全性難以控制，氟利昂則是臭氧層空洞和地球溫暖化的元兇，兩種物質(zhì)都無(wú)法與天然的二氧化碳比肩。加上在當時(shí)，傳統制冷劑設備配件全部來(lái)自美國等西方國家，我國自主產(chǎn)品仍是空白。因此，二氧化碳制冰成為了最優(yōu)解。”張信榮說(shuō)。

　　張信榮教授介紹道，二氧化碳熱力學(xué)循環(huán)是一個(gè)物理過(guò)程，通過(guò)液態(tài)二氧化碳吸熱制冰，再將吸收熱量的二氧化碳提升到高溫高壓狀態(tài)下冷凝釋放能量。釋放出的能量也不會(huì )被浪費，而是用于冰面下地基防凍、冰面平整和場(chǎng)館供暖，梯級利用，一舉多得。

　　在被稱(chēng)為“冰絲帶”的國家速滑館中，1.2萬(wàn)平方米的冰面就是二氧化碳制冰技術(shù)的杰作。如果應用傳統制冰技術(shù)，冰面不同區域的溫差較大，會(huì )導致冰面軟硬不均，影響參賽選手成績(jì)。而二氧化碳制冰技術(shù)能將“冰絲帶”的冰面溫差控制在0.5℃之內，硬度均勻，任運動(dòng)員馳騁其上。

　　“‘冰絲帶’連續多天誕生新的速度滑冰奧運會(huì )紀錄，可見(jiàn)冰的質(zhì)量是不錯的。比賽是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過(guò)程，經(jīng)過(guò)幾天的運行，這可以看出此技術(shù)非常穩定，足夠保證賽事的需要。”張信榮告訴中青報·中青網(wǎng)記者，去年10月結束的國際測試賽上，6名運動(dòng)員中有5位在這塊冰面上創(chuàng )造了個(gè)人最好成績(jì)。他笑言，這一技術(shù)“打造了人類(lèi)冬奧歷史上最快的一塊冰”。

　　事實(shí)上，“冰絲帶”的超大冰面會(huì )給制冰技術(shù)帶來(lái)很多挑戰。

　　“這個(gè)巨大的冰面就相當于一個(gè)巨大的二氧化碳蒸發(fā)器，如何制作設計如此龐大的制冰系統是一個(gè)難題。另外冰面大了以后，如何保證硬度的均勻，達到運動(dòng)員進(jìn)行比賽的標準也是一個(gè)難題。”張信榮說(shuō)。

　　因此，整個(gè)冬奧團隊設計了超大型的二氧化碳蒸發(fā)器，并優(yōu)化了二氧化碳跨臨界循環(huán)系統，通過(guò)參數控制、動(dòng)態(tài)調整等方式進(jìn)行優(yōu)化調控，成功解決了這些難題。

　　相較于其他舉辦冬奧會(huì )的城市，北京冬季溫度高，降雪偏少，造雪技術(shù)的運用對賽會(huì )成功舉辦至關(guān)重要。特別是到了冬殘奧會(huì )舉辦的3月，北京的平均氣溫可以達到8℃，而目前國內外造雪機普遍工作溫度是零攝氏度以下，造雪極限溫度不能超過(guò)2℃。這為北京冬奧會(huì )出了又一個(gè)難題。

　　張信榮提出以二氧化碳技術(shù)作為解決思路。目前國際上雖然已經(jīng)有零攝氏度上人工造雪技術(shù)的應用，但往往是先制冰，再將冰碾碎，索契和平昌舉辦冬奧會(huì )時(shí)采用的便是這種方法。這種“雪”硬度很大，會(huì )讓高山滑雪運動(dòng)員的膝蓋承受較大壓力，影響成績(jì)。

　　張信榮主張將二氧化碳技術(shù)運用在人工造雪領(lǐng)域，直接造出與天然雪最接近的人工雪：“我們是全世界第一個(gè)提出用這個(gè)大膽設想的，在國際上沒(méi)有的設計”。他們還發(fā)明了魚(yú)骨式造雪法，在延慶高山滑雪中心21公里的賽道上可設置多個(gè)造雪點(diǎn)，能隨時(shí)補雪。

　　“我們提出的零攝氏度以上的人工造雪和儲雪一體化技術(shù)，成功實(shí)現在0-15℃甚至20℃-25℃的人工造雪，成為北京冬奧會(huì )零攝氏度以上人工造雪的解決方案之一。”在冬奧組委和北京市科委的支持下，張信榮的團隊在延慶小海陀山冬奧賽場(chǎng)做了示范，取得圓滿(mǎn)成功。二氧化碳零攝氏度上人工造雪技術(shù)使在春風(fēng)暖陽(yáng)中躍然雪上不再是夢(mèng)。

　　張信榮表示，如今在北歐等一些體育賽事中，二氧化碳制冰技術(shù)也在涌現。在后冬奧時(shí)代，這一技術(shù)會(huì )發(fā)揮出更大的作用。“我們國家要三億人參與冰雪運動(dòng)，制冰會(huì )消耗很多的能源和資源，運用二氧化碳制冰可以減少氟利昂對環(huán)境的破壞，降低碳排放，從經(jīng)濟社會(huì )發(fā)展的角度來(lái)說(shuō)，這將是一個(gè)很好的發(fā)展方向。”

　　“在未來(lái)，二氧化碳高效冷熱供應技術(shù)還將飛入尋常百姓家，在生產(chǎn)生活的更多領(lǐng)域煥發(fā)光彩，帶給我們無(wú)限驚喜。”張信榮說(shuō)。

　　中青報·中青網(wǎng)記者 葉雨婷 來(lái)源：中國青年報