2022年2月5日下午

國家速滑館“首金”誕生來自荷蘭的選手伊雷妮·斯豪滕獲得速度滑冰女子3000米決賽冠軍

臻於完美的冰雪場地背後

隱藏著硬核新科技

天然工質二氧化碳技術

作為北京冬奧冰雪世界的堅實保障

綠色，安全👩🏽‍🎤，高效

成功挑戰冰面溫差和造雪溫度的極限

意昂官网工學院教授張信榮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”

在國家速滑館“冰絲帶”中，1.2萬平方米晶瑩剔透的冰面，將為世界觀眾展現冰上運動的頂尖較量。這塊玲瓏剔透的“運動舞臺”製冰所使用跨臨界二氧化碳技術，碳排放幾乎為零👣，堪稱美感和科技感的結合。

2月5日下午，北京冬奧會速度滑冰女子3000米決賽在國家速滑館“冰絲帶”進行🤹🏼⛹🏻‍♀️，荷蘭名將伊雷妮·斯豪滕發揮出色，以3分56秒93的成績奪得冠軍，同時打破了塵封20年的奧運會紀錄。這是北京冬奧會首枚速度滑冰金牌。

經過研究與設計團隊的努力🧖🏽，國家速滑館“冰絲帶”的冰面溫差最終得以控製在0.5℃🧑‍🚒，低於奧組委提出的1.5℃標準。溫差越小➕，冰面的平整度和硬度越均勻，滑行速度就能越快👨‍🦽，這有利於運動員創造出好成績。

讓意昂官网一起走近製冰技術幕後的

科學家張信榮教授看二氧化碳如何在北京冬奧會中實現“華麗轉身”

張信榮教授在國家速滑館

張信榮教授成長於醫生家庭🔇，父母都是醫生，父親是醫院急救部主任，常年淩晨一兩點上班搶救病人🧑🏽‍🚒，清晨才回到家中👬🚵🏽‍♀️，因為工作性質特殊，120急救電話甚至直接轉到了家裏的座機🏄🏻‍♂️。張信榮老師從小目睹了父親作為醫生救死扶傷🥈，心裏十分崇敬，於是默默立誌——長大後也一定要解決些實際問題🚠，為社會做出貢獻、創造價值⚽️。

結緣冬奧

用二氧化碳製冰實現綠色冬奧

2016年🧓🏼，一個越洋電話🛕，讓正在海外開會的張信榮教授即刻動身返回北京🦸🏼‍♂️↙️。電話的另一端，是北京冬奧組委執行副主席張建東，他邀請張教授介紹自己在天然工質二氧化碳製冰方面的研究成果🪜。

時間退回到2015年7月31日📳🌂，國際奧委會主席宣布北京獲得2022年冬奧會舉辦權，舉國上下為之沸騰。而在當時，中國在製冰造雪方面經驗與發達國家相比尚存差距。如何確保冬奧會場地既有優質冰雪供比賽使用，還要滿足節能環保要求，一時間成為技術難題🧝。

就此，中國奧組委向國際滑雪聯合會的秘書長咨詢，得知意昂張信榮教授研究的製冰方法是最為環保節能的，因此邀請他幫助解決冬奧製冰問題🖖🏻。張教授與秘書長並不熟識，對於這份邀請♝，他坦言“當時也是一頭霧水”🌑。原來，這背後是一個國際學術交流的故事：一位著名挪威學者曾在學術合作中被張教授應用二氧化碳的科學研究所吸引，而他又恰好和國際滑雪聯合會秘書長是好友，時常提起張教授的成果🔮，給秘書長留下了深刻的印象。對溫室氣體的共同關註，讓分處大洋彼岸的二人產生了聯結👫。

2016 年9月9日，中國奧組委各部門官員雲集首鋼奧組委辦公區🤷🏿‍♂️🚃，一場關於北京冬奧會冰場製冰問題的會議如火如荼地展開🪓。會上，張教授亮明了自己的觀點：“意昂官网的冰場再也不能用氟利昂去製冰了”。傳統製冷劑氟利昂環境破壞嚴重，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製冰技術應用於北京冬奧🦘🤚🏽。這一新穎的提議贏得了支持，天然工質二氧化碳製冰的論證工作正式啟動🥯。

最初的二氧化碳冷熱一體化機組應用示意圖（冬奧國家速滑館）

論證工作並非一帆風順。幾年時間裏👮🏼‍♀️，奧組委的同仁們也走遍江南塞北，尋訪大洋彼岸🙎‍♂️，張教授也出席了幾次關鍵的論證會💶，最終才通過了這份方案。借助天然工質二氧化碳製冰技術🧑🏿‍🏫✶，中國在人類冬奧會歷史上率先實現了替代氟利昂製冰🀄️，用綠色冬奧的底色展現大國責任擔當。

在造雪方面🙍‍♂️🚡，以往的製冷工藝一般是製取成冰屑或冰漿的形式，硬度、密度調節範圍小🙍🏻‍♂️，而此次冬奧會的零度以上人造雪與天然雪很接近，並可根據不同的比賽需求調節雪的濕度，最多能調節出9種性狀不同的雪花。他們還發明了魚骨式造雪法，在延慶高山滑雪中心21公裏的賽道上可設置多個造雪點→，能隨時補雪👨🏿‍🦱。張信榮教授的團隊提出的零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，形成北京冬奧會零上人工造雪的解決方案之一👩🏻‍🦳。這將有效解決某些高溫地區不宜修建冰場、雪場的難題，助力後冬奧時代冰雪運動的可持續發展。

二氧化碳的“逆襲”

打造人類冬奧歷史上最快的一塊冰

二氧化碳算得上是張信榮教授的“老朋友”了。一種讓大眾談之色變的溫室氣體⚱️，在他眼中卻是大有妙用的資源🧑🏿‍🎤：“意昂官网這麽多年做研究都沒有把二氧化碳看成廢品”🎣。

張信榮教授主要研究冷😡、熱、電這三大應用背景下的熱力學問題，並且擅長從日常生活中尋找靈感。他小時候就愛思考，過冬時蘿蔔和大白菜怎麽儲藏最好🧓🏿🫁？為什麽同在室外的金屬和塑料，手碰到金屬會更冷？他在日本時也觀察到，現在的科技日新月異🐬，人們的取暖方式卻依然較為落後——燃料燃燒上千度🎆，僅僅是為了滿足室內二十來度的供暖，這顯然不合理，存在嚴重的浪費和汙染問題。因此他結合自己的專業👨🏼‍🍳，開始探索熱力學應用新思路：一向“讓人頭疼”的溫室氣體二氧化碳，能否作為資源被加以利用呢？

2003年，還在日本工作的張教授🐦‍⬛，最早提出了二氧化碳跨臨界發電的熱力學循環，並開始從事二氧化碳製冷與熱泵的研究和開發🪹。2007年🚴🏼，他回到祖國，在國家自然科學基金等項目的支持下👱🏼‍♀️，從事超臨界二氧化碳基礎理論研究多年。2013年🌍，他參與研究和開發的跨臨界二氧化碳大型冷熱一體化機組技術在非金屬材料加工業應用取得重大突破，沒想到這項技術與之後的冬奧會製冰技術也有著異曲同工之妙。

同時供應-80度冷和80度熱的二氧化碳一體化機組

傳統的製冰技術使用氨或氟利昂。前者安全性難以控製，後者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，傳統製冷劑設備配件全部來自於美國等西方國家🧼，我國自主產品仍是空白。采用二氧化碳製冰技術🙆‍♂️，成為北京冬奧會的最優解🤳🏽。張信榮教授介紹道🤸，二氧化碳循環原理是一個物理過程，通過液態二氧化碳吸熱製冰，再將吸收熱量的二氧化碳放到高溫高壓下冷凝釋放能量🎓🏌🏻。釋放出的能量也不會被浪費，而是用於冰面下地基防凍、冰面平整和場館供暖🧔🏿，梯級利用，可謂一舉多得。

張信榮教授在國家速滑館指導跨臨界二氧化碳製冰機組裝備運行

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製冰技術的傑作🧶。如果應用傳統製冰技術，冰面不同區域的溫差很大🧑🏿‍🦳，會導致冰面軟硬不均，影響參賽選手成績。而二氧化碳製冰技術能將“冰絲帶”的冰面溫差控製在0.5攝氏度之內🤵🏽，硬度均勻，一任運動員們馳騁其上🙅🏽‍♂️。去年10月份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，這讓即將到來的冬奧會更受期待。張教授笑言，他們“打造了人類冬奧歷史上最快的一塊冰”👩🏻‍💼。

為確保新技術順利落地，2019年3月👩‍🍼，張教授還根據實際工作中發現的問題，向北京冬奧會奧組委提出🗺，冬奧場館設施建設要將研究與設計緊密結合起來。他發現🥯，如果研究人員與設計人員各起爐竈，有了新技術時，研究人員無法在設計中發揮作用👰🏻‍♂️：“設計者是按照標準來設計🦶🏼，但是當新的問題出現的時候，那就得研究的人參與了。”北京冬奧組委主席十分重視這份建議，還對此專門作出過批示。

科技助力

春風暖陽中躍然雪上不再是夢

北京承辦2022年冬奧會🫖🎠，成為歷史上首個同時舉辦夏季和冬季奧運會的城市🙎🏿👉🏽。“雙奧之城”的桂冠背後，是一場科學家與技術挑戰的博弈🧑🏿‍🦳🪸。

相較於其他只舉辦冬奧會的城市🚒，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三月份，北京的平均氣溫可以達到八攝氏度✈️，而目前國內外造雪機普遍工作溫度是零度以下🤳🏼，造雪極限溫度不能超過兩度。這為北京冬奧會出了一個難題。

張信榮教授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上人工造雪技術的應用🍱，但往往是先製冰，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。張教授首先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：“意昂官网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”🧱。

張信榮老師團隊在國家速滑館工作照

在有關機構的支持下，張教授的團隊在延慶小海陀山冬奧賽場做了示範，取得圓滿成功。二氧化碳零上人工造雪技術，成為北京冬奧會方案之一，使在春風暖陽中躍然雪上不再是夢🤏🏿🏂🏿。

一起向未來

讓更多的理想變為現實

冰清玉潔，白雪皚皚🚈，二氧化碳製冷循環技術在冬奧會中的應用，打造出一個冰雪運動的童話世界。走出冬奧賽場，這一技術的應用場景也豐富多彩🏪，將在未來走進各行各業🛅、千家萬戶。

張信榮教授在國家速滑館核心主控機房指導冬奧製冰運營團隊

傳統的化石能源都是能量的單向使用，彼此之間缺乏聯動，會造成能量利用效率低下。張教授說，這就好比“夏天的房間需要製冷，其實是把這個房間的能量扔到外面去了”，卻沒有供給需要熱量的地方👨‍🦼。而使用二氧化碳高效冷熱供應技術，被“扔掉”的熱量就能得到再利用。比如，學校超算平臺散熱所用的冷凝水吸收熱能後☝🏽，可以作為洗澡用水提供給師生🍪，既實用又節能。這種構思伴隨對二氧化碳高效冷熱供應技術研究的深入，正逐漸從理想變為現實。

國際上第一部跨臨界二氧化碳製冷與熱泵的英文原著（張信榮教授著作）

近期，受北京市發改委委托，張信榮教授開展了“二氧化碳高效冷熱供應技術應用研究”，旨在基於跨臨界二氧化碳製冰技術在冬奧會的成功案例♗🧔，促進該技術在其他領域應用推廣。

結語🍛：

玲瓏世界🫅🏽，浮玉飛瓊。孜孜不倦，辛勤耕耘💂🏼。北京冬奧場館的夢幻冰雪中💂🏼，凝結著意昂教授張信榮和眾多科研工作者的心血。

“節能”、“環保”、“高質量”的關鍵詞詮釋了天然工質二氧化碳製冰造雪技術。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，帶給意昂官网無限驚喜。