“冰丝带”里的冰到底有多顺滑?

作者: 宋衍昌

来源: 科学大院

发布日期: 2022-02-16 11:06:05

本文详细介绍了制冰技术的发展历史,从古代利用天然冰到现代的绿色制冰技术,特别是国家速滑馆采用的二氧化碳跨临界直冷制冰技术,展示了人类在制冷技术上的不断进步和对环境保护的重视。

在冬奥会中,“冰丝带”国家速滑馆一直以“高科技”的形象出现。可能很多人并不理解,不就是“结冰”吗?有啥稀奇?可你知道么,“制冰”这件事里的科技含量并不少,人类真正实现“制冰自由”还是近一百多年的事,而实现“绿色制冰”也是一个曲折的过程。

早在先秦时代,古人便利用天然冰来降温、给食物保鲜和做冷饮。据《周礼》记载,当时周王室为保证夏天有冰块使用,专门成立了相应的机构管理“冰政”,负责人称“凌人”。

每年大寒季节,古人就开始凿冰储藏,他们认为这时的冰块最坚硬,不易融化。管理藏冰事务的官吏监督奴隶、农民到水质好的地方凿采冰块,藏到预先准备好的冰窖里。冰窖都建在阴凉的地方,深入地下。用新鲜稻草跟芦席铺垫,把冰放到上面之后就覆盖稻糠、树叶等隔温材料,然后密封窖口,待来年享用。

大约到了唐朝末期/欧洲的中世纪,工匠和炼金术士们在生产火药时开采了大量硝石。他们偶然发现,硝石溶于水时会吸收大量的热,能使周围的水降温直至结冰。于是他们将水放入罐内,取一个更大的容器,在容器内放水,然后将罐子放在容器内,并不断地在容器中加入硝石,结果罐内的水结成了冰。

1659年英国科学家罗伯特·波义耳把一只鸟放入了广口瓶中,紧接着用真空泵吸出瓶内的空气,不出所料,这只鸟很快就一命呜呼。但是,蹊跷之处在于这只鸟被冻僵了。当时的人并没有搞清楚这件事的原理,直到18世纪蒸汽机的发明,让人类意识到热量与能量是可以相互转化的,伴随着19世纪能量守恒定律的提出,现代热力学的基础也由此奠定。

1834年,英国的雅可比·珀金斯试制成功用乙醚为工质的制冷机,采用人力转动,可以连续工作。1844年,美国的戈里医生利用空气为介质制造了一台给医院制造冰块与低温空气的制冷机。1908年,第4届夏季奥运会上增加了花样滑冰项目,1924年,首届正式的冬季奥林匹克运动会在法国举办。2022年,首届完全实现“碳中和”的绿色冬季奥运会将在北京举办。

除了可再生能源、材料的使用,现代绿色制冷技术的应用也是零碳排放冬奥会的关键,其中的代表之作便是国家速滑馆的二氧化碳跨临界直冷制冰技术应用,这是世界上首个采用该技术的大型冰雪运动场馆。

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