揭秘北京冬奥的“冰”和“雪”

赵建通

历史上最环保的制冰方案

北京冬奥会的制冰方案是冬奥会历史上最环保的。

经过一系列测试活动、测试赛，北京2022年冬奥会冰上场馆的优质冰面受到国内外各项目选手们的好评。此外，北京冬奥会的7座冰上场馆的冰面，还具有环保、环境可持续性的特点，制冰方案从设计到执行，“绿色办奥”的理念贯穿始终。

据了解，北京2022年冬奥会新建、改建了7座冰上场馆、共9块冰面，均使用了环保型制冷系统和制冷剂，其中5块冰面使用了二氧化碳（R744）跨临界直接制冷系统，4块冰面使用了R449A制冷剂。

在冰上场馆制冰方案的设计之初，原计划采用R507制冷剂，该制冷剂在当前全球范围内普遍使用，符合《蒙特利尔议定书》对发展中国家的要求，但其GWP值（全球变暖潜能值）为3985，相对较高。

为使北京冬奥会的场馆更具有环保、可持续性，在国际奥委会和国际专家的支持下，北京冬奥会积极研究制冷剂的国际发展趋势和当前实用技术，与国内外制冷行业知名专家多次会商讨论，确认了两种制冷系统可以选择：

一是二氧化碳跨临界直接制冷系统，适合常年制冰的场馆，如国家速滑馆等。

二是传统制冷系统，适合不需要常年制冰的场馆，如水立方、国家体育馆等。

北京大学教授、国际天然工质研究领域知名专家张信荣认为：二氧化碳跨临界直接制冷系统具有安全性高、能耗和运行成本低、环境友好等优点，且全部热量可回收利用，是冰上场馆能源系统中最有前景的工质之一，可使场馆能源系统冷热一体化高效运行，在全球范围内都具有广阔的应用前景。

国家速滑馆制冰技术方案有十多位院士、国内行业协会顶尖专家、建设代表进行反复论证，在与北京冬奥组委、国际奥委会制冰专家的讨论中，二氧化碳跨临界直冷制冰技术被提出。

“国际单项体育组织专家曾说，国家速滑馆使用国际惯用的环保制冰技术就能达到冬奥比赛标准。但经过18个月摸索，中方团队把历届冬奥会速滑馆制冷系统资料翻了个遍，对世界所有制冷剂优劣特点逐一分析，最终拿出了更先进的制冰技术。”参与国家速滑馆建设的工程师宋家峰说。

在创新的背后，环保考量是最重要的因素。据宋家峰介绍，北京冬奥会之前，在全世界范围内，从未在大型冰上场馆中使用过二氧化碳跨临界直接制冷系统。二氧化碳制冷剂ODP（破坏臭氧层潜能值）为0，GWP（全球变暖潜能值）仅为1，使用相同数量的传统制冷剂的碳排放量，是二氧化碳制冷剂的3985倍。二氧化碳制冷产生的余热回收后，可以提供70摄氏度热水用于生活热水和除湿再生等用途。相比传统制冷方式，国家速滑馆采用二氧化碳制冰能效提升30%、一年可节省约200万度电。

在传统制冷剂选择方面，当前国际相关组织，如美国空调制冷学会（AHRI），确定了现阶段全球范围内普遍使用的R507所对应的替代制冷剂可为R449A ，R449A的GWP值为1282，较R507降低了68%。

北京国家游泳中心、国家体育馆和五棵松体育中心均为2008年夏季奥运会的主场馆，并将在北京冬奥会承办冰壶和冰球比赛。为响应“绿色、共享、开放、廉洁”的理念，三场馆在对设备供应商、设计工程师和服务提供商进行调研后，选择了R449A制冷剂。

制冷行业内专家说：“采用R449A制冷剂，是在不影响系统性能和经济可持续性的前提下，采取积极措施向环境可持续发展目标迈进的例证。”

国际奥委会一直十分支持北京冬奥会场馆建设的环保选择，相关官员表示，北京冬奥会冰上场馆采用了节能型制冷系统、环保型制冷剂，积极推动了国际奥委会的可持续发展战略。其中二氧化碳制冷系统的使用，率先为世界做出了环保和可持续的示范，R449A制冷剂的选择，将使得北京冬奥会成为冬奥会历史上冰上场馆制冷剂GWP值最低的一届冬奥会。

自然雪和人造雪并无安全性区别

“当听说有对于人工造雪的负面评论时，我感到很惊讶，因为造雪本身就是办赛要求。况且，即便不是为了办比赛，造雪也是一种现实需求。”目前正在张家口赛区负责造雪、压雪、赛道塑型和维护等工作的北京冬奥组委特聘专家大卫·瑟拉图如是说。

“从全球范围来看，超过三分之二的雪场都装备有造雪设施。”瑟拉图表示，造雪已然是雪场规划中最重要的部分。

自1988年开始参与冬奥会竞赛组织工作，曾组织过600余场国际雪联世界杯比赛的资深雪上项目竞赛组织专家乔·菲茨杰拉德说：“北京冬奥会所用的造雪机数量和平昌、索契以及温哥华冬奥会基本差不多。正如冰球和花样滑冰场馆需要造冰，雪上项目场馆亦需要造雪。”

“虽然自然雪和人造雪在晶体结构上确实有差别，但他们都是水的冻结形态，所以我们总是能把雪道状况呈现得一致。”贝拉克林肯说，“运动员们在索契、平昌和北京冬奥会的高山滑雪赛道所面对的雪质都是一样的。”

由于自然雪中存在较多杂质，需要先进行清理才能使用。相比之下，人造雪则更為洁净。“事实上，用人造雪建造雪道，节约了很多机械和人力成本。”瑟拉图表示。

贝拉克林肯和菲茨杰拉德均提到，竞赛雪道技术指标的核心在于“密度”。无论是相对蓬松的自然雪，还是“紧致”一些的人造雪，最终都要通过大量工作压制到更高密度，以保证场地平整度在比赛全程不至于发生太大改变，影响公平性和安全性。

菲茨杰拉德表示，他很难理解为什么会有人认为以人造雪为主建造的赛道“不安全”。

“据我了解，一些高山滑雪项目对雪道密度的要求高达750千克每立方米。虽然自然雪的密度大约是250千克每立方米，人造雪大约是400千克每立方米，但如果（在比赛中）摔倒，你始终是摔在同样硬的雪道上。”

贝拉克林肯则指出，高山滑雪之所以要把雪道变得密度更大更坚硬，也是为了让运动员更安全地滑行。