中国“造冰”技术助力冬奥冰场屡破纪录

2022-02-18 10:30:05 来源：科技日报

“短道速滑收官，共9个项目，7个项目破奥运纪录，1个项目破世界纪录……”

2月16日晚上10时30分，国家重点研发计划“科技冬奥”重点专项“制冰机研发及应用示范”项目制冰机总工程师刘楷给科技日报记者发来微信。

北京冬奥会期间，首都体育馆承办花样滑冰和短道速滑两个项目的比赛。值守在制冰机房的刘楷，时刻关注着冰场上“破纪录”的消息。

在他看来，冰场上不断被打破的纪录，侧面看也是对中国“造冰”技术的肯定。“破纪录需要天时地利人和嘛！”刘楷操着一口浓重的重庆口音，不无自豪地说。

“冬奥会冰场，制冰过程可不像普通人想象的那样，直接把水浇上去就完了。”刘楷笑着说。

他解释说，制冰有好多步骤：先浇底冰，再喷冰漆，然后覆盖冰漆，再划线，还要喷LOGO等等。一般喷一层水，只能浇出0.5毫米厚的冰。就这样，一层又一层，浇制出一块冰场。

不同比赛项目，对冰场也有不同要求。以冰温来说，花样滑冰一般要求冰面温度-3.5摄氏度，这样冰面比较软，运动员在空中旋转三周或四周后，落冰的冲击力不至于太大。短道速滑一般要求冰面温度-6.7摄氏度到-7摄氏度，冰面相对硬一些。太软，不利于冰刀抓地；太硬，冰面又比较脆。

整个制冰过程中，浇冰师在冰场发出各种指令，制冰系统则是幕后“神器”，负责满足种种严苛要求。

“优质的冰面有助于运动员取得更好成绩，而获得优质冰面除了制冰师高超技艺外，制冰系统所决定的冰面温差均匀性和软硬度均匀性则是关键性基础。”“科技冬奥”重点专项“制冰机研发及应用示范”项目负责人、天津大学机械工程学院田华教授如此总结。

可以说，制冰机是人工冰场建设的关键。

本届冬奥会的制冰系统，被媒体称为冬奥史上“最环保”。

“从历届冬奥会冰场制冰机来看，主要采用氟利昂等人工合成制冷剂技术或者氨制冷技术，前者存在严重的温室效应问题，后者又存在安全隐患。”田华说。

以二氧化碳为制冷剂的“二氧化碳跨临界直冷制冰技术”，被认为是一种绿色低碳、高效节能的方案，但其技术一直掌握在欧美等国家企业手中。

为助力绿色冬奥、科技冬奥，欧悦冰雪投资管理（北京）有限公司、天津大学等8家单位通过产学研协同攻关，联合研发、设计和建造了具有自主知识产权的二氧化碳跨临界直冷制冰机组，在首都体育馆冰场进行示范应用。

田华告诉科技日报记者，这套方案从二氧化碳制冰系统压缩、冷却、节流和蒸发四个过程进行节能设计。例如，采用双级压缩让源头耗能实现“事半功倍”，采用全显热回收对冷却热量进行回收。

“制冰机从关键部件到整机集成，均实现国内设计、加工、组装和运行，尤其是水冷式气冷器为国际上首次应用，有效解决了首体冷却回路长的工程问题，方案的系统综合节能超过50%。”田华说。

冬奥会期间，日本花样滑冰名将羽生结弦点赞说：“我在这里可以滑得非常轻松，跳得非常高，我太喜欢这个场馆的冰面了。”

这可离不开“中国造”制冰机的加持。

“我们的制冰系统可以更好地控制冰面的温差。”刘楷告诉科技日报记者，系统可以实现在1800平方米的冰场上，实际冰面温差只有0.3摄氏度，最佳时可达0.1摄氏度，冰面温度非常均匀。

刘楷说，之前的冬奥会冰场对冰温没有如此精细化的控制，而这次北京冬奥会上，浇冰师需要什么样的冰温，制冰系统就可以精准提供什么样的冰温。

“一位法国浇冰师体验了我们的制冰机之后，认为它很神奇。”刘楷笑着说。

值得一提的是，由于承办两种赛事，整个冬奥会期间，首都体育馆的冰场需要进行30次转换，以满足花样滑冰和短道速滑两种比赛项目的不同需求，有时中间只有3个小时的转换时间。

但这并没有难倒背后的制冰系统。

“项目组充分利用二氧化碳制冰温度均匀的特点，结合精准控制系统和线性降温策略，实现2小时内完成快速、高效的冰面转换，远远小于国际奥委会3小时冰面转换的要求。”田华说。（刘园园）