审核专家：季宏增
北京理工大学动力工程及工程热物理博士研究生
随着北京冬奥会的临近，各类消息纷至沓来，有人好奇场馆建设，有人对奥运村的设施兴趣满满，还有人对于冬季运动上了心。在这众多的信息中，有一个引起了大家的关注：场馆冰面竟然掺了牛奶？手里的面包瞬间就不香了。
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这个信息是真的吗？冰面混合牛奶的用意何在呢？咱们接着说：
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溜冰场会有奶香味？
众所周知，溜冰场的娱乐式冰面都要比一般河水自然结冰的冰面坚硬、光滑、耐磨得多。以往人们去北海、什刹海公园溜冰时，木质的冰车都会造成冰面巨大的裂痕，那么赛级的冰面能够经受住锋利冰刀高速的擦动，这种不同于普通冰面的效果，又是什么保证了它的韧性和硬度呢？
娱乐式滑冰
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我们抛开复杂的原理，从生活出发，观察一件小事——在冰箱的冷冻层中，同时冻入体积一样的水和牛奶，一段时间后咬上一口，你发现了什么？
是不是冰块硌得牙疼，使劲的话冰块又会直接碎裂，而奶块就相对“柔软”了很多，甚至可以直接咬出牙印。
“啊，硌牙！”
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这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锋利的切割时，可以有效地降低冰面划痕，减少冰场后期的维护。
但是，这个也是十几年前的老办法了，现代冰场早就应用各种技术手段和添加物替代牛奶，朋友们千万不要想着现在去冰场感受牛奶刨冰了啊。
我国在2022年冬奥会上首次大规模采用二氧化碳跨临界直冷技术，制成了“最快的冰”。
2
温室气体竟有大功劳？
即将到来的北京冬奥会上，中国在奥运史上第一次大规模使用二氧化碳制冷剂，那么二氧化碳制冷剂有什么值得夸赞的呢？
我们采用的二氧化碳跨临界直冷制冰技术，号称当前最先进的制冰技术之一。有人会说，这不就是干冰吗？多少年的历史了，怎么能说是最先进的呢？
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不要着急，咱们慢慢聊~
首先，历史上的冰场有没有使用过二氧化碳呢？事情要从1850年说起。1850年，亚历山大·特文宁的专利中首次推荐将二氧化碳用于蒸气压缩系统，但是直到19世纪90年代，美国才将二氧化碳用于制冷。1940年左右，氯氟烃开始逐渐取代二氧化碳，成为了人们当时普遍认可的“安全制冷剂”。然而，随着研究的逐步深入，人们渐渐发现氯氟烃会破坏臭氧层。之后的漫长时间中，有关氯氟烃的取代物层出不穷，但是都有或多或少的问题——或是人工合成物质，或是温室气体，或是间接对环境有不良影响。因此，经过的多年的替换，人们还是把目光投向了二氧化碳。
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二氧化碳重归了制冷舞台。
但是，二氧化碳不就是常说的“温室气体”吗？现在还一直宣传“碳中和”，降低“碳排放”，这又是为什么呢？
从专业角度来说，科学家主要讨论了以下几个方面：
1、二氧化碳（CO2）是天然物质，对大气臭氧层基本没有破坏作用，且其全球变暖潜能值较低，如果所有的制冷剂均采用二氧化碳（CO2），可以有效减少全球温室效应30%以上。
2、二氧化碳（CO2）来源广泛，无需花费大量成本进行环保回收，节约能源，从根本上解决人造物对环境的污染问题。
3、二氧化碳（CO2）可控无毒，即使在高温下也不会产生有害气体，就算出现泄露意外，也对人体、食品、生态都无损害。是唯一同时具有优良热力特性、安全特性和环保特性的天然制冷剂。
4、二氧化碳（CO2）容积制冷量大，热交换性能较好，可以有效减小系统零部件体积，系统较常规系统更加紧凑，对制冷系统中的常见材料也无腐蚀作用。
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冬奥会上的新科技
赛级冰面
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冰面的制作，也不是培训几个月就能上手的。赛级冰面，在冰刀滑动的过程中，不能在路径上形成“雪山”、“雪刀”，影响路面，只能出现雪沫。
来源 | CO2跨（亚）临界制冷人工冰场的分析与研究
到底如何用二氧化碳进行制冷呢？简单来说：
首先是二氧化碳进入压缩机，在压缩中制冷剂温度压力升高；随后制冷剂蒸气进入气冷器，蒸气放热，热量通过气冷器排到外界进行余热利用，满足运动员生活用水、冰场维护等热能需求；接着高压制冷剂经过降压过程，进入蒸发器，吸收热量迅速蒸发变成气体，此时如果周围有水就会冻结成冰，之后制冷剂再回到压缩机入口。
喷洒冰面
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制冰中，制冰师要有充足的耐心，通过喷洒，等到8-10毫米厚的底冰出现。然后，使用冰车把冰面的杂质除尽。
喷洒冰面
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再用环保白漆混合纯净水，形成雾状水，用喷枪缓慢且均匀喷到冰面上，将白漆冰封住，形成我们所看到的乳白色冰面，可能这就是被大众误会是冰面加牛奶的原因吧。
至此，一个赛级冰面就制作完成啦。
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所以，不要小看制冰，在这个过程中不仅要懂得物理和化学知识，还要有应变能力。这是一项不容小看的大工程，生活的小细节藏着大智慧，希望大家永远保持对生活的好奇！
本文转载自《数字北京科学中心》微信公众号
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