為什么冰場的冰里要加牛奶？溫室氣體竟然也能制冰？奇怪的知識又增加了

2021-11-24 18:22 作者:數(shù)字北京科學中心 0人讀過 | 我要投稿

審核專家：季宏增

北京理工大學動力工程及工程熱物理博士研究生

隨著北京冬奧會的臨近，各類消息紛至沓來，有人好奇場館建設(shè)，有人對奧運村的設(shè)施興趣滿滿，還有人對于冬季運動上了心。在這眾多的信息中，有一個引起了大家的關(guān)注：場館冰面竟然摻了牛奶？手里的面包瞬間就不香了。

這個信息是真的嗎？冰面混合牛奶的用意何在呢？咱們接著說：

溜冰場會有奶香味？

眾所周知，溜冰場的娛樂式冰面都要比一般河水自然結(jié)冰的冰面堅硬、光滑、耐磨得多。以往人們?nèi)ケ焙！⑹矂x海公園溜冰時，木質(zhì)的冰車都會造成冰面巨大的裂痕，那么賽級的冰面能夠經(jīng)受住鋒利冰刀高速的擦動，這種不同于普通冰面的效果，又是什么保證了它的韌性和硬度呢？

我們拋開復雜的原理，從生活出發(fā)，觀察一件小事——在冰箱的冷凍層中，同時凍入體積一樣的水和牛奶，一段時間后咬上一口，你發(fā)現(xiàn)了什么？

是不是冰塊硌得牙疼，使勁的話冰塊又會直接碎裂，而奶塊就相對“柔軟”了很多，甚至可以直接咬出牙印。

這就是冰面加奶的基本原理，牛奶本身油性大，加完奶之后的冰面在受到鋒利的切割時，可以有效地降低冰面劃痕，減少冰場后期的維護。

但是，這個也是十幾年前的老辦法了，現(xiàn)代冰場早就應用各種技術(shù)手段和添加物替代牛奶，朋友們千萬不要想著現(xiàn)在去冰場感受牛奶刨冰了啊。

我國在2022年冬奧會上首次大規(guī)模采用二氧化碳跨臨界直冷技術(shù)，制成了“最快的冰”。

溫室氣體竟有大功勞？

即將到來的北京冬奧會上，中國在奧運史上第一次大規(guī)模使用二氧化碳制冷劑，那么二氧化碳制冷劑有什么值得夸贊的呢？

我們采用的二氧化碳跨臨界直冷制冰技術(shù)，號稱當前最先進的制冰技術(shù)之一。有人會說，這不就是干冰嗎？多少年的歷史了，怎么能說是最先進的呢？

不要著急，咱們慢慢聊~

首先，歷史上的冰場有沒有使用過二氧化碳呢？事情要從1850年說起。1850年，亞歷山大·特文寧的專利中首次推薦將二氧化碳用于蒸氣壓縮系統(tǒng)，但是直到19世紀90年代，美國才將二氧化碳用于制冷。1940年左右，氯氟烴開始逐漸取代二氧化碳，成為了人們當時普遍認可的“安全制冷劑”。然而，隨著研究的逐步深入，人們漸漸發(fā)現(xiàn)氯氟烴會破壞臭氧層。之后的漫長時間中，有關(guān)氯氟烴的取代物層出不窮，但是都有或多或少的問題——或是人工合成物質(zhì)，或是溫室氣體，或是間接對環(huán)境有不良影響。因此，經(jīng)過的多年的替換，人們還是把目光投向了二氧化碳。

二氧化碳重歸了制冷舞臺。

但是，二氧化碳不就是常說的“溫室氣體”嗎？現(xiàn)在還一直宣傳“碳中和”，降低“碳排放”，這又是為什么呢？

從專業(yè)角度來說，科學家主要討論了以下幾個方面：

1、二氧化碳（CO2）是天然物質(zhì)，對大氣臭氧層基本沒有破壞作用，且其全球變暖潛能值較低，如果所有的制冷劑均采用二氧化碳（CO2），可以有效減少全球溫室效應30%以上。

2、二氧化碳（CO2）來源廣泛，無需花費大量成本進行環(huán)?；厥眨?jié)約能源，從根本上解決人造物對環(huán)境的污染問題。

3、二氧化碳（CO2）可控無毒，即使在高溫下也不會產(chǎn)生有害氣體，就算出現(xiàn)泄露意外，也對人體、食品、生態(tài)都無損害。是唯一同時具有優(yōu)良熱力特性、安全特性和環(huán)保特性的天然制冷劑。

4、二氧化碳（CO2）容積制冷量大，熱交換性能較好，可以有效減小系統(tǒng)零部件體積，系統(tǒng)較常規(guī)系統(tǒng)更加緊湊，對制冷系統(tǒng)中的常見材料也無腐蝕作用。

冬奧會上的新科技

冰面的制作，也不是培訓幾個月就能上手的。賽級冰面，在冰刀滑動的過程中，不能在路徑上形成“雪山”、“雪刀”，影響路面，只能出現(xiàn)雪沫。

到底如何用二氧化碳進行制冷呢？簡單來說：

首先是二氧化碳進入壓縮機，在壓縮中制冷劑溫度壓力升高；隨后制冷劑蒸氣進入氣冷器，蒸氣放熱，熱量通過氣冷器排到外界進行余熱利用，滿足運動員生活用水、冰場維護等熱能需求；接著高壓制冷劑經(jīng)過降壓過程，進入蒸發(fā)器，吸收熱量迅速蒸發(fā)變成氣體，此時如果周圍有水就會凍結(jié)成冰，之后制冷劑再回到壓縮機入口。