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酷寒不足畏,提升赛道及观赛环境舒适体验

习近平总书记曾指出,筹办冬奥会是为了让更多的人参加冰雪运动,实现3亿人上冰雪的愿景。2022年,现场观看一场冬奥会比赛,对很多人来说可能是第一次零距离感受这项运动的魅力,进而产生喜爱,最终成为3亿冰雪人中的一员。但是,如果在现场的观赛体验不佳,这种激励效果就可能被大打折扣。

冬季室外观赛,最大的困境是寒冷、风大,人的体感温度非常低,甚至有冻伤的风险。2022冬奥会张家口赛区,场馆气温常会低至零下10℃,甚至零下20℃。

据了解,在往届冬奥会中,就曾出现因为现场寒冷,导致大量观众提前退场,媒体记者、志愿者因为手脚冻僵而难以正常工作,赛事组织方对于场内人员的热舒适保障缺乏考虑,引来不少抱怨。曹彬团队开展的研究工作,就是为了避免上述问题在2022年冬奥会出现。

春寒料峭,农历大年初五,清华大学建筑学院副教授曹彬及团队一行驱车从北京赶往张家口。在此后的十天里,2022冬奥会测试活动将在张家口赛区举行,也是对“科技冬奥”研发成果的一次重要检验。

曹彬团队在国家跳台滑雪中心进行现场测试实验

据了解,曹彬团队自2018年开始主持国家重点研发计划科技冬奥重点专项课题“赛道环境营造及观赛环境保障技术研究”,重要目标之一是在冰雪运动场馆极端寒冷条件下,为广大观众提供较为温暖舒适的观赛环境,从而提升观赛体验。

高性能防寒加热服内层发热、外层保温效果明显(内外层温差接近25℃)

“我们一直以来的研究方向是人体热舒适,以往主要关注建筑室内环境,解决热舒适需求主要依靠的设备是HVAC(采暖通风空调系统)。”曹彬介绍道,“这一次,围绕冬奥会的办赛需要,我们充分考虑场馆观赛区的实际场景和观众的观赛行为,对热舒适保障措施进行了有针对性的创新设计。

曹彬说,比如,我们开发出兼具防风、保温和加热效果的高性能防寒加热服,在外衣整体保温性能提升的基础上进行再升级,对人体腹部、腰部等部位提供持续稳定的局部加热;再比如,我们在观众席的座位、扶手栏杆上做文章,把加热功能跟这些场馆设施巧妙地结合在一起。  

通过对实验数据的分析表明,采用上述热舒适保障措施后,人的体感温度至少提升10~15同时,这些措施还具有起效迅速、调节灵活、成本低廉等优点。

在研究中,团队以人体的热调节作为理论基础,使用了一台重要设备——暖体假人。它的外形看上去非常逼真,能模拟真人的产热和散热过程。将暖体假人置身于不同的气象条件下,通过分析假人各个部位的表面温度和一些导出指标,就能判断出人的热舒适状况。此外,在热舒适保障措施的设计上,注重了新型功能材料的应用,包括气凝胶保温隔热材料、柔性石墨烯发热材料、金属氧化物半导体发热材料等等,都发挥了重要作用。

除了现场的观众之外,这些研究成果对于场地内的工作人员,包括安保人员、媒体记者、志愿者等等都会非常有效,因为他们都需要长时间在室外寒冷环境下工作,热舒适保障措施无疑是雪中送炭。在测试活动期间,很多来来往往的工作人员,对团队正在进行的实验很感兴趣,驻足观看,并询问情况,都表示很期待在冬奥会期间能用到这些成果。“成果的实用性是最重要的,大家的期待是对我们最大的鼓励,希望通过多方努力,将成果进行更好地推广应用。”曹彬认为。

场馆工作人员试穿高性能防寒加热服并交流热舒适感受

为了准备此次冬奥会测试活动的现场实验,团队中的侯雨晨、李思师、陈威铭等几位博士生在春节期间都没有休息。硕士生邓悦不仅深度参与“科技冬奥”课题研究,还从去年11月开始成为冬奥组委规划建设部的一名赛时实习生,担任场馆和基础设施助理,长期值守在张家口赛区古杨树场馆群,在场馆的建设管理和运维、赛事筹备等方面尽职工作。

通过承担“科技冬奥”课题,能够把论文写在冬奥的冰天雪地中,令曹彬和团队感到莫大荣幸,他说:“作为科技工作者,非常希望利用自己掌握的知识和技术,解决一些实际问题,为2022冬奥会的成功举办尽一份力。”