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)開賽以來，國家速滑館“冰絲帶”四天六刷奧運(yùn)會(huì)紀(jì)錄。實(shí)際上，除了新的紀(jì)錄和奪冠的運(yùn)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(zhàn)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(xiàng)技術(shù)作為北京冬奧會(huì)冰雪世界的堅(jiān)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(xiàn)環(huán)保節(jié)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(jìng)賽場(chǎng)館，從開始建設(shè)到正式比賽，這塊1.2萬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云集首鋼冬奧組委辦公區(qū)。關(guān)于北京冬奧會(huì)冰場(chǎng)制冰問題的會(huì)議上，張信榮亮明了自己的觀點(diǎn)：“我們的冰場(chǎng)再也不能用氟利昂制冰了。”

　　據(jù)了解，傳統(tǒng)的制冰技術(shù)使用氨或氟利昂。氟利昂嚴(yán)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(xiǎn)。因此他主張將更為環(huán)保的二氧化碳制冰技術(shù)應(yīng)用于北京冬奧會(huì)。這一新穎的提議贏得了支持，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，尋訪大洋彼岸，最終才通過了這份方案。

　　“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)都無法與天然的二氧化碳比肩。加上在當(dāng)時(shí)，傳統(tǒng)制冷劑設(shè)備配件全部來自美國等西方國家，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。

　　張信榮教授介紹道，二氧化碳熱力學(xué)循環(huán)是一個(gè)物理過程，通過液態(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(fèi)，而是用于冰面下地基防凍、冰面平整和場(chǎng)館供暖，梯級(jí)利用，一舉多得。

　　在被稱為“冰絲帶”的國家速滑館中，1.2萬平方米的冰面就是二氧化碳制冰技術(shù)的杰作。如果應(yīng)用傳統(tǒng)制冰技術(shù)，冰面不同區(qū)域的溫差較大，會(huì)導(dǎo)致冰面軟硬不均，影響參賽選手成績。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(nèi)，硬度均勻，任運(yùn)動(dòng)員馳騁其上。

　　“‘冰絲帶’連續(xù)多天誕生新的速度滑冰奧運(yùn)會(huì)紀(jì)錄，可見冰的質(zhì)量是不錯(cuò)的。比賽是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過程，經(jīng)過幾天的運(yùn)行，這可以看出此技術(shù)非常穩(wěn)定，足夠保證賽事的需要。”張信榮告訴中青報(bào)·中青網(wǎng)記者，去年10月結(jié)束的國際測(cè)試賽上，6名運(yùn)動(dòng)員中有5位在這塊冰面上創(chuàng)造了個(gè)人最好成績。他笑言，這一技術(shù)“打造了人類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)帶來很多挑戰(zhàn)。

　　“這個(gè)巨大的冰面就相當(dāng)于一個(gè)巨大的二氧化碳蒸發(fā)器，如何制作設(shè)計(jì)如此龐大的制冰系統(tǒng)是一個(gè)難題。另外冰面大了以后，如何保證硬度的均勻，達(dá)到運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行比賽的標(biāo)準(zhǔn)也是一個(gè)難題。”張信榮說。

　　因此，整個(gè)冬奧團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)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(tǒng)，通過參數(shù)控制、動(dòng)態(tài)調(diào)整等方式進(jìn)行優(yōu)化調(diào)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(yùn)用對(duì)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(dá)到8℃，而目前國內(nèi)外造雪機(jī)普遍工作溫度是零攝氏度以下，造雪極限溫度不能超過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(yīng)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(yùn)動(dòng)員的膝蓋承受較大壓力，影響成績。

　　張信榮主張將二氧化碳技術(shù)運(yùn)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(shè)想的，在國際上沒有的設(shè)計(jì)”。他們還發(fā)明了魚骨式造雪法，在延慶高山滑雪中心21公里的賽道上可設(shè)置多個(gè)造雪點(diǎn)，能隨時(shí)補(bǔ)雪。

　　“我們提出的零攝氏度以上的人工造雪和儲(chǔ)雪一體化技術(shù)，成功實(shí)現(xiàn)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(tuán)隊(duì)在延慶小海陀山冬奧賽場(chǎng)做了示范，取得圓滿成功。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(xiàn)。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(yùn)動(dòng)，制冰會(huì)消耗很多的能源和資源，運(yùn)用二氧化碳制冰可以減少氟利昂對(duì)環(huán)境的破壞，降低碳排放，從經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的角度來說，這將是一個(gè)很好的發(fā)展方向。”

　　“在未來，二氧化碳高效冷熱供應(yīng)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，帶給我們無限驚喜。”張信榮說。

　　中青報(bào)·中青網(wǎng)記者 葉雨婷 來源：中國青年報(bào)