揭秘北京冬奧的“冰”和“雪”

趙建通

歷史上最環(huán)保的制冰方案

北京冬奧會(huì)的制冰方案是冬奧會(huì)歷史上最環(huán)保的。

經(jīng)過一系列測(cè)試活動(dòng)、測(cè)試賽，北京2022年冬奧會(huì)冰上場(chǎng)館的優(yōu)質(zhì)冰面受到國內(nèi)外各項(xiàng)目選手們的好評(píng)。此外，北京冬奧會(huì)的7座冰上場(chǎng)館的冰面，還具有環(huán)保、環(huán)境可持續(xù)性的特點(diǎn)，制冰方案從設(shè)計(jì)到執(zhí)行，“綠色辦奧”的理念貫穿始終。

據(jù)了解，北京2022年冬奧會(huì)新建、改建了7座冰上場(chǎng)館、共9塊冰面，均使用了環(huán)保型制冷系統(tǒng)和制冷劑，其中5塊冰面使用了二氧化碳（R744）跨臨界直接制冷系統(tǒng)，4塊冰面使用了R449A制冷劑。

在冰上場(chǎng)館制冰方案的設(shè)計(jì)之初，原計(jì)劃采用R507制冷劑，該制冷劑在當(dāng)前全球范圍內(nèi)普遍使用，符合《蒙特利爾議定書》對(duì)發(fā)展中國家的要求，但其GWP值（全球變暖潛能值）為3985，相對(duì)較高。

為使北京冬奧會(huì)的場(chǎng)館更具有環(huán)保、可持續(xù)性，在國際奧委會(huì)和國際專家的支持下，北京冬奧會(huì)積極研究制冷劑的國際發(fā)展趨勢(shì)和當(dāng)前實(shí)用技術(shù)，與國內(nèi)外制冷行業(yè)知名專家多次會(huì)商討論，確認(rèn)了兩種制冷系統(tǒng)可以選擇：

一是二氧化碳跨臨界直接制冷系統(tǒng)，適合常年制冰的場(chǎng)館，如國家速滑館等。

二是傳統(tǒng)制冷系統(tǒng)，適合不需要常年制冰的場(chǎng)館，如水立方、國家體育館等。

北京大學(xué)教授、國際天然工質(zhì)研究領(lǐng)域知名專家張信榮認(rèn)為：二氧化碳跨臨界直接制冷系統(tǒng)具有安全性高、能耗和運(yùn)行成本低、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，且全部熱量可回收利用，是冰上場(chǎng)館能源系統(tǒng)中最有前景的工質(zhì)之一，可使場(chǎng)館能源系統(tǒng)冷熱一體化高效運(yùn)行，在全球范圍內(nèi)都具有廣闊的應(yīng)用前景。

國家速滑館制冰技術(shù)方案有十多位院士、國內(nèi)行業(yè)協(xié)會(huì)頂尖專家、建設(shè)代表進(jìn)行反復(fù)論證，在與北京冬奧組委、國際奧委會(huì)制冰專家的討論中，二氧化碳跨臨界直冷制冰技術(shù)被提出。

“國際單項(xiàng)體育組織專家曾說，國家速滑館使用國際慣用的環(huán)保制冰技術(shù)就能達(dá)到冬奧比賽標(biāo)準(zhǔn)。但經(jīng)過18個(gè)月摸索，中方團(tuán)隊(duì)把歷屆冬奧會(huì)速滑館制冷系統(tǒng)資料翻了個(gè)遍，對(duì)世界所有制冷劑優(yōu)劣特點(diǎn)逐一分析，最終拿出了更先進(jìn)的制冰技術(shù)。”參與國家速滑館建設(shè)的工程師宋家峰說。

在創(chuàng)新的背后，環(huán)保考量是最重要的因素。據(jù)宋家峰介紹，北京冬奧會(huì)之前，在全世界范圍內(nèi)，從未在大型冰上場(chǎng)館中使用過二氧化碳跨臨界直接制冷系統(tǒng)。二氧化碳制冷劑ODP（破壞臭氧層潛能值）為0，GWP（全球變暖潛能值）僅為1，使用相同數(shù)量的傳統(tǒng)制冷劑的碳排放量，是二氧化碳制冷劑的3985倍。二氧化碳制冷產(chǎn)生的余熱回收后，可以提供70攝氏度熱水用于生活熱水和除濕再生等用途。相比傳統(tǒng)制冷方式，國家速滑館采用二氧化碳制冰能效提升30%、一年可節(jié)省約200萬度電。

在傳統(tǒng)制冷劑選擇方面，當(dāng)前國際相關(guān)組織，如美國空調(diào)制冷學(xué)會(huì)（AHRI），確定了現(xiàn)階段全球范圍內(nèi)普遍使用的R507所對(duì)應(yīng)的替代制冷劑可為R449A ，R449A的GWP值為1282，較R507降低了68%。

北京國家游泳中心、國家體育館和五棵松體育中心均為2008年夏季奧運(yùn)會(huì)的主場(chǎng)館，并將在北京冬奧會(huì)承辦冰壺和冰球比賽。為響應(yīng)“綠色、共享、開放、廉潔”的理念，三場(chǎng)館在對(duì)設(shè)備供應(yīng)商、設(shè)計(jì)工程師和服務(wù)提供商進(jìn)行調(diào)研后，選擇了R449A制冷劑。

制冷行業(yè)內(nèi)專家說：“采用R449A制冷劑，是在不影響系統(tǒng)性能和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)性的前提下，采取積極措施向環(huán)境可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)邁進(jìn)的例證?！?/p>

國際奧委會(huì)一直十分支持北京冬奧會(huì)場(chǎng)館建設(shè)的環(huán)保選擇，相關(guān)官員表示，北京冬奧會(huì)冰上場(chǎng)館采用了節(jié)能型制冷系統(tǒng)、環(huán)保型制冷劑，積極推動(dòng)了國際奧委會(huì)的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。其中二氧化碳制冷系統(tǒng)的使用，率先為世界做出了環(huán)保和可持續(xù)的示范，R449A制冷劑的選擇，將使得北京冬奧會(huì)成為冬奧會(huì)歷史上冰上場(chǎng)館制冷劑GWP值最低的一屆冬奧會(huì)。

自然雪和人造雪并無安全性區(qū)別

“當(dāng)聽說有對(duì)于人工造雪的負(fù)面評(píng)論時(shí)，我感到很驚訝，因?yàn)樵煅┍旧砭褪寝k賽要求。況且，即便不是為了辦比賽，造雪也是一種現(xiàn)實(shí)需求?！蹦壳罢趶埣铱谫悈^(qū)負(fù)責(zé)造雪、壓雪、賽道塑型和維護(hù)等工作的北京冬奧組委特聘專家大衛(wèi)·瑟拉圖如是說。

“從全球范圍來看，超過三分之二的雪場(chǎng)都裝備有造雪設(shè)施?！鄙瓐D表示，造雪已然是雪場(chǎng)規(guī)劃中最重要的部分。

自1988年開始參與冬奧會(huì)競(jìng)賽組織工作，曾組織過600余場(chǎng)國際雪聯(lián)世界杯比賽的資深雪上項(xiàng)目競(jìng)賽組織專家喬·菲茨杰拉德說：“北京冬奧會(huì)所用的造雪機(jī)數(shù)量和平昌、索契以及溫哥華冬奧會(huì)基本差不多。正如冰球和花樣滑冰場(chǎng)館需要造冰，雪上項(xiàng)目場(chǎng)館亦需要造雪?！?/p>

“雖然自然雪和人造雪在晶體結(jié)構(gòu)上確實(shí)有差別，但他們都是水的凍結(jié)形態(tài)，所以我們總是能把雪道狀況呈現(xiàn)得一致?！必惱肆挚险f，“運(yùn)動(dòng)員們?cè)谒髌酢⑵讲捅本┒瑠W會(huì)的高山滑雪賽道所面對(duì)的雪質(zhì)都是一樣的?！?/p>

由于自然雪中存在較多雜質(zhì)，需要先進(jìn)行清理才能使用。相比之下，人造雪則更為潔凈。“事實(shí)上，用人造雪建造雪道，節(jié)約了很多機(jī)械和人力成本。”瑟拉圖表示。

貝拉克林肯和菲茨杰拉德均提到，競(jìng)賽雪道技術(shù)指標(biāo)的核心在于“密度”。無論是相對(duì)蓬松的自然雪，還是“緊致”一些的人造雪，最終都要通過大量工作壓制到更高密度，以保證場(chǎng)地平整度在比賽全程不至于發(fā)生太大改變，影響公平性和安全性。

菲茨杰拉德表示，他很難理解為什么會(huì)有人認(rèn)為以人造雪為主建造的賽道“不安全”。

“據(jù)我了解，一些高山滑雪項(xiàng)目對(duì)雪道密度的要求高達(dá)750千克每立方米。雖然自然雪的密度大約是250千克每立方米，人造雪大約是400千克每立方米，但如果（在比賽中）摔倒，你始終是摔在同樣硬的雪道上?！?/p>

貝拉克林肯則指出，高山滑雪之所以要把雪道變得密度更大更堅(jiān)硬，也是為了讓運(yùn)動(dòng)員更安全地滑行。