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……北京冬奧會開賽以來，國家速滑館“冰絲帶”四天六刷奧運會紀錄。實際上，除了新的紀錄和奪冠的運動員，這里還有一塊“冬奧歷史上最快的一塊冰”。在這個臻于完美的冰雪場地背后，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。這項技術(shù)作為北京冬奧會冰雪世界的堅實保障，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上實現(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唯一新建的冰上競賽場館，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。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)于北京冬奧會冰場制冰問題的會議上，張信榮亮明了自己的觀點：“我們的冰場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。氟利昂嚴重破壞環(huán)境，安全性差；同時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(yīng)用于北京冬奧會。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。

　　論證工作并非一帆風順。幾年時間里，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。加上在當時，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被浪費，而是用于冰面下地基防凍、冰面平整和場館供暖，梯級利用，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，任運動員馳騁其上。

　　“‘冰絲帶’連續(xù)多天誕生新的速度滑冰奧運會紀錄，可見冰的質(zhì)量是不錯的。比賽是一個動態(tài)的過程，經(jīng)過幾天的運行，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·中青網(wǎng)記者，去年10月結(jié)束的國際測試賽上，6名運動員中有5位在這塊冰面上創(chuàng)造了個人最好成績。他笑言，這一技術(shù)“打造了人類冬奧歷史上最快的一塊冰”。

　　事實上，“冰絲帶”的超大冰面會給制冰技術(shù)帶來很多挑戰(zhàn)。

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

　　因此，整個冬奧團隊設(shè)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(tǒng)，通過參數(shù)控制、動態(tài)調(diào)整等方式進行優(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)的運用對賽會成功舉辦至關(guān)重要。特別是到了冬殘奧會舉辦的3月，北京的平均氣溫可以達到8℃，而目前國內(nèi)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2℃。這為北京冬奧會出了又一個難題。

　　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時采用的便是這種方法。這種“雪”硬度很大，會讓高山滑雪運動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提出用這個大膽設(shè)想的，在國際上沒有的設(shè)計”。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)置多個造雪點，能隨時補雪。

　　“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)，成功實現(xiàn)在0-15℃甚至20℃-25℃的人工造雪，成為北京冬奧會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)使在春風暖陽中躍然雪上不再是夢。

　　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)。在后冬奧時代，這一技術(shù)會發(fā)揮出更大的作用。“我們國家要三億人參與冰雪運動，制冰會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)濟社會發(fā)展的角度來說，這將是一個很好的發(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·中青網(wǎng)記者 葉雨婷 來源：中國青年報