冬奥会的比赛项目不是冰就是雪，要是天公不作美，天气既不冷又不下雪，那比赛还能进行吗？其实，这一点大可不必担心，冬奥会用到的所有冰和雪全都是人工制造的，就算天上下雪还派不上用场呢。
用二氧化碳制冰，环保又安全
在有“冰丝带”之称的国家速滑馆里，有一块令人叹为观止的、面积高达1.2万平方米的巨大冰面。这座宏大的室内冰场，是北京冬奥会速度滑冰的比赛场地，在北京冬奥会之后它将向社会开放。这么大规模的冰场是如何建造的？其耗能情况又如何呢？
传统的室内冰场因为制冰和维持低温的需要，对能源的消耗非常大。国家速滑馆作为全球第一座使用“二氧化碳跨临界直冷制冰系统”的室内冰场，已经成为全球同类型室内冰场在节能和环保方面的典范。
大家对二氧化碳并不陌生，它是最主要的温室气体。人类正在尽可能地减少二氧化碳排放，以遏制全球变暖。不过，二氧化碳跨临界直冷制冰技术变废为宝，用二氧化碳制冷剂取代传统的、对环境有较大负面影响的制冷剂——氟利昂。该二氧化碳制冰系统的ODP(破坏臭氧层潜能值)为0，GWP(全球变暖潜能值)为1，既环保又安全。
二氧化碳无异味、不可燃、不助燃，是可持续性最好的制冷剂之一。与传统制冷系统相比，其能效提升可以达到20%～30%以上。另外，二氧化碳制冰技术还可以实现冰表面温差不超过0.5℃，打造“最快的冰”，更有利于运动员滑出好成绩。
二氧化碳跨临界直冷制冰技术是当前冬季运动场馆最先进、最环保、最高效的制冰技术之一，也是北京冬奥会“科技冬奥”的重要科研成果之一。除了国家速滑馆之外，首都体育馆、五棵松体育馆和首钢园等场馆，共计7块冰面，均使用了二氧化碳跨临界直冷制冰技术。
回收利用余热，节能又减排
除了更加环保之外，二氧化碳跨临界直冷制冰技术还可以对制冰过程中的余热进行回收利用。在制冷过程中，制冷设备通常会产生大量余热，如果不加以利用，就会造成能源的浪费。二氧化碳跨临界直冷制冰技术通过冷热联供一体化设计，可以对这些余热进行回收利用。
国家速滑馆将场馆制冷产生的余热用于运动员生活热水、融冰池融冰、冰面维护浇冰等，一年可节省200万度电，减少的碳排放量约等于3900辆汽车的年度碳排放量。首都体育馆利用二氧化碳制冰所产生的热量，每年可以节省100多万度电，极大地提升了场馆的绿色属性。能效的提升还降低了场馆的运营成本，有助于室内冰场在冬奥会之后更好地向社会开放。
为了节能、环保和高效利用，国家速滑馆在设计时还考虑到了冰面的分区管理问题。一般来说，速度滑冰馆的巨大冰面很难做到高效利用，一旦制冰就必须是对整块冰面进行制冰，但国家速滑馆在设计时就将冰面分成了6个区域，可以分区制冰和分区使用。
压出来的人工雪道
高山滑雪项目被誉为“冬奥会皇冠上的明珠”，而“冰状雪”的制造技术则是承载这一明珠的基石。只有在北欧或中国东北地区等少数天寒地冻、自然条件优越的滑雪场，人们才有可能滑到从天而降的天然雪，绝大多数的滑雪场都要依靠人工造雪来铺设雪道。
造雪机将过冷水和压缩空气混合、喷出，让水雾化成无数小水滴，形成晶核。喷出的空气会将晶核散播开来，进一步与水汽接触，让晶体生长，最终形成人造雪。在这个过程中，空气膨胀还会吸收热量、降低温度，加快水滴成核及晶核生长的速度。
虽然造雪机能够造出和天然新雪触感相同的“粉状雪”，但是这种雪的雪质太软，一踩一个坑，一般人在这种雪面上根本滑不起来。因此，大多数滑雪场在造雪的同时，还要用压雪机把雪压实，以增加雪的密度。
一般来说，用于给新手提供休闲娱乐的初级雪道，雪的密度在450千克/立方米左右，大约是新雪的3倍。而用于专业比赛的雪道，雪的密度更高，人在上面滑起来也更快。
要求更高的冰状雪赛道
比赛用的雪道厚度一般在30～40厘米，是由大约10倍厚的雪分多次压成的。20～30厘米厚的人造雪，用压雪车压完以后，厚度只有2～3厘米。成型的雪道都是经过一层一层地反复造雪、压雪形成的。这样的雪道，人站在上面脚不会往下陷。
国际雪联要求高山滑雪的雪道表面必须保持近似于冰面的结晶状态，也就是所谓的冰状雪。建这种雪道需要经过注水、反复翻压等一系列操作，之后还得每天维护。也只有这样的雪道，才能让不同时间出场的滑雪选手，都能在相同状态的赛道上滑行，以确保比赛的公平性。
比赛时，如果天上落下了自然形成的雪，还需要将自然雪清理掉，这样才可以保证雪道满足比赛要求。
竞速赛道与竞技赛道
冰状雪赛道分为两种：一种是冰状雪竞速赛道，另一种是冰状雪竞技赛道。
在制作竞速赛道时，压雪车要先把雪道翻开，将雪块破碎，在雪面疏松后进行注水，再通过反复翻压将湿雪压均匀。在确保赛道范围内冰状雪层厚度一致，并且没有大的孔洞之后，再迅速将赛道压平，这样雪层就会自下而上形成一层“冰壳”。随后，再由赛道工作人员通过滑雪板侧滑的方式铲去上面的浮雪。修整后的赛道看上去光滑如镜。
冰状雪竞技赛道与竞速赛道的注水方式不同，它是采用注水器进行注水。在雪道经过初步压雪、平整之后，需要对雪层含水量进行初步评估，然后按照国际雪联要求的赛道标准，调整好注水设备开始注水。整个注水过程需要10至20人的团队配合作业，赛道工作人员使用一种独特的“Z”字型注水器进行注水，以保证整条雪道注水均匀、每立方米的雪含水量相同，只有这样才能让整条雪道硬度相同、雪况一致。
本文来自：中国数字科技馆
特别声明：本文转载仅仅是出于科普传播信息的需要，并不意味着代表本网站观点或证实其内容的真实性；如其他媒体、网站或个人从本网站转载使用，须保留本网站注明的“来源”，并自负版权等法律责任；作者如果不希望被转载或其它相关事宜，请与我们接洽。
[责任编辑：刘兴飞]
评论
查看更多
京公网安备11010502039775号
