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——天然工質二氧化碳技術。

　　北京大學工學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與裝備。這項技術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環保節能最大化，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唯一新建的冰上競賽場館，從開始建設到正式比賽，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。關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。”

　　據了解，傳統的制冰技術使用氨或氟利昂。氟利昂嚴重破壞環境，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保的二氧化碳制冰技術應用于北京冬奧會。這一新穎的提議贏得了支持，天然工質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，兩種物質都無法與天然的二氧化碳比肩。加上在當時，傳統制冷劑設備配件全部來自美國等西方國家，我國自主產品仍是空白。因此，二氧化碳制冰成為了最優解。”張信榮說。

　　張信榮教授介紹道，二氧化碳熱力學循環是一個物理過程，通過液態二氧化碳吸熱制冰，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的杰作。如果應用傳統制冰技術，冰面不同區域的溫差較大，會導致冰面軟硬不均，影響參賽選手成績。而二氧化碳制冰技術能將“冰絲帶”的冰面溫差控制在0.5℃之內，硬度均勻，任運動員馳騁其上。

　　“‘冰絲帶’連續多天誕生新的速度滑冰奧運會紀錄，可見冰的質量是不錯的。比賽是一個動態的過程，經過幾天的運行，這可以看出此技術非常穩定，足夠保證賽事的需要。”張信榮告訴中青報·中青網記者，去年10月結束的國際測試賽上，6名運動員中有5位在這塊冰面上創造了個人最好成績。他笑言，這一技術“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帶來很多挑戰。

　　“這個巨大的冰面就相當于一個巨大的二氧化碳蒸發器，如何制作設計如此龐大的制冰系統是一個難題。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，整個冬奧團隊設計了超大型的二氧化碳蒸發器，并優化了二氧化碳跨臨界循環系統，通過參數控制、動態調整等方式進行優化調控，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，造雪技術的運用對賽會成功舉辦至關重要。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作為解決思路。目前國際上雖然已經有零攝氏度上人工造雪技術的應用，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運用在人工造雪領域，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想的，在國際上沒有的設計”。他們還發明了魚骨式造雪法，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，成功實現在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，二氧化碳制冰技術也在涌現。在后冬奧時代，這一技術會發揮出更大的作用。“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境的破壞，降低碳排放，從經濟社會發展的角度來說，這將是一個很好的發展方向。”

　　“在未來，二氧化碳高效冷熱供應技術還將飛入尋常百姓家，在生產生活的更多領域煥發光彩，帶給我們無限驚喜。”張信榮說。

　　中青報·中青網記者 葉雨婷 來源：中國青年報