【编者按】❄❄❄

虎跃千辛辞旧岁，雪映五环贺新春。新春之际，冬奥临门，赛场内外有北大工学院的老师同学们贡献智慧、助力冬奥盛会。不论闭环内还是闭环外、场馆内还是场馆外，工学院师生都在贡献着自己的力量。

冬奥会举办之际，工学院特推出“冬奥对话”系列专访，记录北大工学人在冬奥会场中的智慧和风采，看北大工学人“同筑冰雪梦 一起向未来！”。

首期“冬奥对话”专访人简介：

张信荣，北京大学工学院研究员、博士生导师，是天然工质热力学循环及其传热传质领域著名的研究者，多项国际天然工质CO2发电、制冷和制热热力学循环的创始人。2017年起先后被聘为“北京市2022年冬奥会工程建设领域专家” “国家速滑馆CO2跨临界制冷系统专家”和“国家速滑馆智慧场馆建设和应用关键技术研究与示范应用专家”。他带领团队提出将CO2作为新型制冷剂，应用于冰面、雪道建设，其安全、环保、节能、高效创造冬奥历史。

❄ 实事求是   敢为人先 ❄

张信荣老师成长于医生家庭，父母都是医生，父亲是医院急救部主任，常年凌晨一两点上班抢救病人，清晨才回到家中，因为工作性质特殊，120急救电话甚至直接转到了家里的座机。张信荣老师从小目睹了父亲作为医生救死扶伤，心里十分崇敬，于是默默立志——长大后也一定要解决些实际问题，为社会做出贡献、创造价值。

张信荣老师接受采访

张信荣老师回望自己的科学家成长之路，除了家庭带来的求真务实的氛围外，对科学产生十分浓厚的兴趣要源于中学物理老师对他的深刻影响。这位善于发现同学们身上闪光点的物理老师动手能力强、教学灵活，课下会带着同学们亲手做实验，这在当时大大激发了张信荣老师的学习物理的兴趣。中学期间，物理老师推荐了他参加了全国奥林匹克竞赛，这极大地鼓励了张信荣老师朝着科学方向不断探索的信心。对于物理老师这份珍贵的信任，张信荣老师至今仍充满感激。高考之后，他虽然没有选择医学，但将工学作为本科专业，硕士阶段也延续了本科的专业方向。

张信荣博士毕业与导师过增元院士合影留念

硕士毕业后，张信荣老师有幸师从清华大学工程力学系过增元院士，受到过先生对科学执着精神的感染，更加坚定了在清华大学学习热物理专业研究的步伐。张信荣老师十分敬重过增元先生，老先生80多岁的高龄，至今依然坚守在科学问题研究最前线，研究常人不敢过问的难题，敢向在国际上建立已久的理论打问号。张信荣老师这样形容：“过先生跟国际上的成熟的理论‘搏斗’很多年，给这些‘成熟‘理论深深地扎进去一根针，使得百年‘成熟‘理论又发生了翻天覆地的变化。”张信荣老师在科学研究迷茫时，过先生给予了他最大的内心支持和悉心点拨，使他即便是面临重重困难，但也从未改变自己坚持科研道路的初心。

❄ 从日本东北大学到未名湖畔  初心不改 ❄

博士毕业后，因机缘巧合，张信荣老师前往日本东北大学担任讲师，任教期间他不断感受到作为科学研究者所受到的尊重。有天进行科研到深夜，路上行人很少，他恰巧骑单车回住处的路上被警察怀疑，要求出示身份证。但当警察知道他是东北大学的讲师后，马上恭敬地将他一路护送回家，离开时还不断鞠躬表示敬意。这件小事让张信荣老师加深了对自己职业的认同感，也感动于这种尊师重教的传统。

张信荣老师与国际二氧化碳研究团队交流

在日本任教多年后，受到时任工学院院长陈十一院士的邀请，张信荣老师回国加入北大工学院，继续开展研究工作。在教学方面，他观察到现在的大学生思想更活跃、综合能力更强，针对学生们的不同的特性，张信荣老师耐心引导。在这种亦师亦友的科研交流中，学生们逐渐找到感觉，做出了许多高品质的科研成果，张信荣老师看到，心里满是欣慰。当问及张信荣老师，做科学研究哪些是最重要的？他答道：一是勤勉、能够自我驱动；二是具备创新思维；三是发挥团队精神，这也是他在多年的科研生涯里一以贯之的品质。回首来路，张信荣老师感慨道：人生不能停止学习，学习让人获得很多惊喜。要敢于创造自己的路径，敢为人先，不断挑战自我。张信荣老师认为这是过增元先生身体力行的诠释，也逐渐成为了自己的人生注脚。

❄ 二氧化碳也能“变废为宝”？❄

张信荣老师主要研究冷、热、电这三大应用背景下的热力学问题，并且擅长从日常生活中寻找灵感。他小时候就爱思考，过冬时萝卜和大白菜怎么储藏最好？为什么同在室外的金属和塑料，手碰到金属会更冷？他在日本时也观察到，现在的科技日新月异，人们的取暖方式却依然较为落后——燃料燃烧上千度，仅仅是为了满足室内二十来度的供暖，这显然不合理，存在严重的浪费和污染问题。因此他结合自己的专业，开始探索热力学应用新思路：一向“让人头疼”的温室气体二氧化碳，能否作为资源被加以利用呢？  

张信荣老师团队在二氧化碳系统实验现场

2003年底，张信荣老师成为国际上第一个提出二氧化碳跨临界热力学循环发电的研究者。由于当时在世界范围内，水蒸气、氟利昂发电的主导地位难以撼动，他的创新性观点不断受挫。直到二氧化碳发电的第一篇论文被英国一家著名能源研究杂志接收后，张信荣的一系列二氧化碳研究成果陆续问世。

时间一晃来到2013年，张信荣老师带领团队参与某非金属材料加工企业的项目，使跨临界CO2大型机组技术首次投入应用。该企业过去需要热水时烧锅炉、需要冷量时开空调，两套独立设备能耗成本高昂，而以二氧化碳为核心的新系统可以高效实现冷热一体化，通过能量搬运实现环保和节能的目标。通过这一项目，张信荣老师的团队积累了大量的实际应用经验。并从应用上带回来了基础研究的科学问题进行研究。

张信荣老师与研究合作的国际团队合影

❄ 北京冬奥会的冰雪赛场史上最环保! ❄

2015年7月，北京获得第24届冬奥会的举办权，张信荣老师非常高兴，不久便着手以首都体育馆为案例，从事跨临界CO2制冰与冰场的研究与设计工作。2016年暑假，他正在参加国外学术会议时，接到了一个来自中国冬奥会奥组委的电话，邀请他去首钢奥组委参会讨论制冰造雪问题，由此开启了与冬奥的缘分。

冬奥会为张信荣老师颁发聘书

基于多年在跨临界二氧化碳热力学研究领域的经验与成绩，张信荣老师在会上向奥组委极力推荐使用二氧化碳作为制冷剂以实现北京冬奥会成为奥运会史上最环保节能的冰雪赛场。历届冬奥会大多使用氟利昂、氢氟碳化物（HFCs）或氨作为制冷剂，氟利昂、HFCs等碳氟化合物会破坏臭氧层、排放出大量温室气体，还有发生爆炸的危险性；氨尽管性能较好，却是一只必须“被关进笼子的老虎”，因为其毒性和易爆性强。而二氧化碳作为一种天然制冷剂，不可燃、稳定、安全，且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（如R507）的碳排放量，是二氧化碳制冷剂的3985倍，并且相比传统制冷方式，二氧化碳制冰能效提升30%，一年可节省约200万度电。冷热一体化系统还能将制冷产生的余热回收，用于热水供应、供暖、除湿和融冰等用途。

张信荣老师团队在冬奥“冰丝带”赛场

在造雪方面，以往的制冷工艺一般是制取成冰屑或冰浆的形式，硬度、密度调节范围小，而此次冬奥会的人造雪与天然雪很接近，并可根据不同的比赛需求调节雪的湿度，最多能调节出9种性状不同的雪花。他们还发明了鱼骨式造雪法，在延庆高山滑雪中心21公里的赛道上设置多个造雪点，能随时补雪。张信荣老师的团队提出的零度以上的人工造雪和储雪一体化技术，可以实现在0～15℃甚至是20～25℃造雪，这将有效解决某些高温地区不宜修建冰场、雪场的难题，助力后冬奥时代冰雪运动的可持续发展。

在制冰方面，经过研究与设计团队的共同努力，国家速滑馆“冰丝带”的冰面温差最终得以控制在0.5℃，低于奥组委提出的1.5℃标准。温差越小，冰面的平整度和硬度越均匀，滑行速度就能越快，这有利于运动员创造出好成绩。

张信荣老师在国家速滑馆指导CO2制冰运行团队

经过反复论证，奥组委于2019年最终决定采纳张信荣老师的建议，在碳中和、碳达峰的发展背景下，用二氧化碳作为新型制冷剂，符合“绿色办奥”的理念，也能展现出中国负责任大国的形象。如今经过一系列测试活动和国际比赛，不仅完全实现了最环保低碳的冰雪赛场，而且各赛场的优质冰面和雪道同时受到了国内外选手们的好评。

❄ 冬奥为新兴产业打开一扇窗 ❄

二氧化碳制冰，安全、环保、节能、高效，不仅填补了国内空白，在国际冬奥历史上也是首创。冬奥会是展现新科技的窗口，二氧化碳冷热一体化装备这一新兴产业在国内也能借此得到发展，抢占国际领先地位。

张信荣老师接受央视冬奥专访

张信荣老师对二氧化碳冷热一体化产业的前景充满期待，它也许能推动国际范围内的能源重构，只要涉及到冷、热、电的应用场景，都有可能成为二氧化碳发挥潜力的舞台。大到食品、石油、化工、机械、航空航天等领域，小到家庭里的空调、热水器，都可能应用以二氧化碳为核心的冷热一体化系统。单就制冷而言，二氧化碳制冷能较传统工质制冷系统节能10%以上，较常规盐水载冷剂系统节能30%以上。

张信荣老师做二氧化碳研究近20年，投入到冬奥会项目也5年有余，每次受邀来到国家速滑馆，看到二氧化碳作为制冷剂造出的冰场时，他都心潮澎湃、激动不已。

回顾多年的研究，张信荣老师表示：“面对国家重大需求，我们责无旁贷，理应做好力所能及的事情。”

采访 | 徐雪婷、王清昊、葛书闻  ❄❄❄

撰稿 | 徐雪婷 ❄

责编 | 李咏梅、葛书闻 ❄❄