二氧化碳制冰又造雪？专家揭秘冬奥场馆的“冰雪奇缘”
发布时间：
2022-01-27
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责编：丁亦鑫、贺迎春
冰雪之约魅力东奥
人民网北京1月22日电（记者丁亦鑫）随着北京冬奥会进入倒计时，各个场馆的制冰造雪工作也进入冲刺阶段。这些冰雪有什么特殊之处？用了怎样的“黑科技”？又是如何践行“绿色冬奥”的理念？人民网“强观察”栏目记者采访了北京大学工学院教授、国家速滑馆CO2跨临界制冷系统专家张信荣一一解答。据了解，国家速滑馆、首都体育馆等4个冰上场馆选用了二氧化碳跨临界直冷制冰技术，极大降低了制冷过程的碳排放，这也是该技术首次在冬奥会上使用。张信荣介绍，过去历届冬奥会制冰都是用氟利昂或氨，但氟利昂容易造成臭氧层破坏、地球暖化，氨具有微毒、易燃易爆的特性。而使用二氧化碳制冰，不仅使场馆碳排放趋近于零，还可以将场地冰面温差控制在0.5摄氏度以内，并且制冷过程中产生的高品质余热还可以回收利用，用于运动员生活热水、冰面维护浇冰等。试想一下，看不到摸不着的温室气体是如何制成冰的？在张信荣看来，这并不是什么稀奇的事情。事实上，20多年前，他带领的团队就开始了利用跨临界二氧化碳发电技术的研究。“从我们的视角看，二氧化碳不是废品，而是一种可以加以利用的资源。”张信荣介绍，二氧化碳制冰和自然界中水变成冰的过程相似，自然界外界环境温度低，水就结成冰，二氧化碳其实就是代替了外界环境。利用液体二氧化碳蒸发，吸收大量的热量，也就相当于外界环境的冷来实现有效制冷。据了解，在国家速滑馆、首都体育馆等四个冰上场馆，均采用了全球变暖潜能值（GWP）为1的二氧化碳制冷剂，与传统制冷方式相比，实现节能30%以上，能效可以提升20%以上。“这一技术同时实现了直冷和跨临界两个难点，克服重重困难一下走到国际领先水平，也体现了我们绿色冬奥的决心。”张信荣表示。除了制冰之外，在室外造雪中也运用到了二氧化碳制雪技术。冬奥会的各项赛事，对于雪上的要求都不相同，因此造雪团队会根据场地需要的不同来造雪。对比传统的造雪，新的造雪技术有何不同？张信荣介绍说，传统的造雪其实就是在一个低温的环境里，用高压空气把水打成小的水花、水滴，从而凝结成雪。传统的造雪机都是0度以下才能造雪，最高温度不能超过2度。但对于我们来讲，特别是冬残奥会期间，3月份的北京温度升高，这就提出了新的挑战。“所以我们研发了零上高品质动态人工造雪和储雪一体化技术，当气温处于0℃—15℃时，利用二氧化碳超临界制冷技术以及新型优化的造雪设计，实现安全、高效、低成本、高品质的人工造雪。”张信荣介绍，这样一来，在艳阳天里滑雪不再是梦。在创新的背后，环保考量是最重要的因素。据介绍，利用传统方式生产1立方米的雪量大约需要30度左右的电，而零上人工造雪技术仅耗18度—22度电，同时造雪产生的热量将全部回收，用于提供热水与比赛供热。环保制冰、低碳造雪等可持续举措不仅是中国办奥绿色理念的实践，其中还包含着中长远发展的考虑。作为一名科技工作者，张信荣表示，在双碳目标下，冬奥会是一个科技创新的重要窗口，二氧化碳的有效利用可以推广到或催生很多系列化的新兴产业，未来可以应用在更多领域，甚至走入我们家家户户的生活。他举例说：“日本就有500万套家用热水器在使用跨临界二氧化碳制热技术。未来，我们也可以形成一套机组，装在家里面就可以供热水，供暖，又可以取代空调。”
(责编：丁亦鑫、贺迎春)
关于张信荣教授
张信荣博士、教授
北京大学工学院研究员、博士生导师
目前担任北京市城市热管理工程技术研究中心主任、北京能源学会会长、新型能源系统研究中心主任等职。是天然工质热力学循环及其传热传质领域著名的研究者，多项天然工质CO2发电、制冷和制热热力学循环的创始人。在包括超/近临界流体动力学及传热、微纳米粒子相变传热、新型功能型流体材料等领域都有开创性研究成果。近年来技术研究开发主要集中在可再生式热能源的生产、传输、储存、转换和利用；建筑、工业过程中的冷热能高效利用等。在国际期刊发表论文180余篇，授权和申请专利60余项。担任International Journal of Energy Research,International Journal of Global Warming等四个国际期刊编委。获得北京市科技新星、Elsevier能源领域中国高被引学者等多个荣誉称号。
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