冬奥会的开展需要大量的冰与雪以打造完美的赛场,这些雪从哪里来?冬奥会召开的二月份天气回暖,冰雪消融,如何保证赛事期间有足够的雪来满足这些赛场的需要呢?
为什么冬奥赛事偏爱人造雪,它有什么优点?
自从1980年美国首次在冬奥会上使用人造雪,人造雪就成了冬奥会的宠儿。比起天然降落的,呈现精致完美六角形的雪花,人造雪在美感上望尘莫及,因为它实际上是被打成碎末的不规则小冰粒,尽管不好看,但它的密度是自然降雪的两倍多,融化慢,铺成的雪道也更结实,和滑雪板的摩擦力更小。现在使用的人造雪中可以掺入某些化学成分,提高人造雪的融点,让造出的雪在接近20℃的高温下仍能保存一段时间。此外,人造雪的冰粒大小可以根据赛事不同的需要设计,既可以让它的直径接近自然雪的0.3mm,保证冰粒容易融合,雪道适合滑雪者做出旋转等花样动作,又可以增大人造雪冰粒直径,减小雪道摩擦力,帮助速滑选手再创佳绩。集这么多优点于一身,无怪乎人造雪被冬奥会所偏爱。
而制造人造雪最大的功臣就是造雪机。造雪机主要可以分为两类:粉碎式和炮筒式。粉碎式造雪机就如其名,先把水在零下20℃的制冰板上冻成2mm左右厚度的冰片,刮取下来保存,在需要造雪时,再利用特殊的粉碎腔把冰片粉碎成冰沫,用鼓风机吹出。这种造雪方法能够充分利用水资源,短时间内能制造大量雪,而且不受环境温度、湿度的影响,即使在温暖的南方也能造出雪。
工作中的“雪炮”
粉碎式造雪机最大的问题就是制造、储存冰片相对成本较高,既耗能又占用空间。相比之下,炮筒式造雪机造雪取材方便许多。炮筒式造雪机别名“雪炮”,其中的高压水泵和压缩空气在喷嘴处一同喷出,在压缩空气膨胀吸收热量的作用下,水泵喷出的雾化的小水滴迅速凝结成冰晶,也就是我们所要的人造雪。通过改变喷嘴喷出的小水滴直径,可以很方便地改变得到人造雪的直径。但“雪炮”工作要求环境温度在0℃以下,湿度也要适合,而且由于喷出的小水滴有一部分没有凝结成冰粒,效率上有些不足。不过“雪炮”的轻便、就地取材等优势,仍然让它成为了我国冬奥会造雪的主力军。数以百计的造雪机为冬奥会的成功举办而不断地造雪,成了赛场上一道靓丽的风景线。
尽管现在的造雪机效率高,功率大,造雪速度快,但比起每次临近赛事再抱佛脚式地大量造雪,将往年造的雪保存下来,尽量减少已经建造雪道的融化,显然是更为经济环保的做法。
早在2017年,冬奥会“赛事用雪保障关键技术研究与应用示范”就已经开始了相关的研究探索。而在2022年变幻莫测的气候条件下,为了应对可能迎来的“暖冬”,对雪道的保护和对预备用雪的储存就显得更为重要。
大家都有这样的经验:下雪后松散的积雪会很快融化,而在路上被来往车辆反复压实的雪,融化速度就慢得多,往往需要工人铲开才能不影响交通。同样的道理,一条合格的冰状雪雪道,要经历反复的铺雪、压实、注水结冰的步骤,100cm的雪要被压雪车压到10cm以下。可想而知,这样的雪道融化速度远远比自然降雪要慢。此外,前面提到过,赛事所用人造雪中加入了特殊的化学成分,使我们使用的人造雪更难以融化。在这基础上,工作人员还会定期用雪硬度计、冰雪粒径检测仪等检测赛道状况,并重新造雪、压雪,保证赛道始终处于良好状态之下。定期的赛道维护和增强铺设,加上雪道往往位于较高海拔的山上,气温也相对较低,保障了赛事器件赛道雪的良好状态。
预备用雪的储存同样是赛事用雪保障的关键一环。2014年俄罗斯为筹备索契冬奥会就曾储存了数十万立方米的积雪,我国在筹备冬奥会时同样吸取了这一经验。要保证雪不融化,就要保证雪所处的环境温度始终在0℃以下,要储存雪,也就是要在赛事场地附近建立冷库。采用人工电制冷的方法制造的冷库不仅建立复杂、成本高、能耗高,而且储雪量远远不够供应赛事所需,只能作为应急手段少量储存。而真正保证赛事用雪无后顾之忧的,是自然储雪技术和天然冷库。这项技术的核心包括两点:选址与隔热。要保证储存量大,就需要选取开阔平坦的空地堆放雪,而要保证雪融化速度慢,则需要选取靠近赛场的背阴处。堆放之后,采用性能极高的隔热材料包裹雪堆,隔绝内外的热量传递和外界的太阳辐射,使雪堆处于全密封状态。采用这样技术的自然储雪冷库,能够在经历一整个夏季后保证60%以上的雪不融化,从而确保了冬奥会器件的后备供雪量。
位于延庆的储雪实验
冰雪是冬奥会的灵魂,赛事用雪保障是冬奥会重要的一环,但也只是方方面面冬奥会工作的一个小小的缩影。2022北京冬奥会是一次冰雪的盛会,是我们国家在国际舞台上浓墨重彩的又一笔,也是我们向世界开放交流的一个平台。