北京冬奥会赛程过半，美丽低碳的冬奥场馆吸引越来越多关注的目光。为了给参赛运动员良好的冰面体验，帮助他们发挥出最佳的竞技水平，天津大学马一太、田华教授团队在国家重点研发计划——科技冬奥专项支持下，通过校企合作，研发了国际先进的二氧化碳跨临界直冷制冰技术，为各国运动员建造了最美、最快的冰面。

花样滑冰和短道速滑两个项目在首都体育馆举行。对于这两个项目而言，优质的冰面有助于运动员取得更好的成绩，而获得优质冰面除了制冰师的高超技艺，制冰系统所决定的冰面温差均匀性和软硬度均匀性也是关键。

制冰机是人工冰场建设的关键核心，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，前者具有严重的温室效应问题，后者存在安全隐患。

以二氧化碳为制冷剂、冰面下直接蒸发的制冰机技术，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。此次以绿色、科技冬奥为契机，通过产学研协同攻关，欧悦冰雪投资管理公司、天津大学和艾斯特制冷与太阳能技术公司等8家单位联合研发、设计，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，服务冬奥会和国家冰雪战略。

田华介绍，该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：针对压缩过程采用双级压缩让源头耗能实现事半功倍；针对冷却过程设计全显热回收对冷却热量进行回收，实现冰场浇冰、融雪等不同温度热水需求；针对蒸发过程采用在冰面下直接蒸发吸热，为冰场提供稳定的冷量供应，并优化设计冰下蒸发盘管和土建保障冰面温度均匀。

本方案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是国际上首次应用，有效解决首体冷却回路长的工程问题。

“方案的系统综合节能达到50%以上，冰面温差控制在0.3~0.4℃以内，无论是综合能效还是冰面温差，均达到国际先进水平，能为运动员提供一个软硬度均匀稳定的优质冰面。”田华说。

此外，由于首都体育馆同时承办花样滑冰和短道速滑两个项目，两者对冰面的冰层厚度和冰面温度有不同要求，需要根据赛程不断进行两块冰的快速转换。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小时内的快速、高效冰面转换，远远小于国际奥委会3小时冰面转换的要求。