文| 馬 迪

冰的質(zhì)量差之毫厘，運(yùn)動(dòng)員的成績(jī)就有可能謬以千里。那么如何才能造出“完美”的冰呢？

作為世界頂級(jí)賽事，冬奧會(huì)冰雪比賽對(duì)場(chǎng)地有非常嚴(yán)格的要求。比如雪橇這種時(shí)速達(dá)到135公里的運(yùn)動(dòng)，1975米長(zhǎng)的賽道冰面厚度誤差不能超過(guò)5毫米；冰球場(chǎng)館冰面要做到“平、亮、滑”，任意3米內(nèi)平整度誤差小于3毫米；而對(duì)于冰壺這種高精準(zhǔn)的運(yùn)動(dòng)而言，基礎(chǔ)冰的厚度誤差更是要小于1毫米……

冰的質(zhì)量差之毫厘，運(yùn)動(dòng)員的成績(jī)就有可能謬以千里。那么如何才能造出“完美”的冰呢？

在掌握制冰技術(shù)以前，人類有將冬季自然界的天然冰雪保存到夏季使用的習(xí)慣，這在中國(guó)、埃及和希臘等文化古國(guó)的歷史上都有記載。由于人工“采冰”和“藏冰”頗費(fèi)周折，冰在古時(shí)是一種奢侈品，所謂“長(zhǎng)安冰雪，至夏日價(jià)等金璧”。周朝時(shí)就設(shè)立了專門的“冰政”司，并建有儲(chǔ)存冰的“冰井”。

在中國(guó)，人工制冰技術(shù)可以追溯到唐朝末年。生產(chǎn)火藥的工匠們發(fā)現(xiàn)，硝石溶于水時(shí)會(huì)吸收大量的熱，可以使水迅速降溫甚至結(jié)冰，于是很快開始利用這種特性制作冰，并逐漸商業(yè)化。元代的商人甚至在冰中加上果漿和牛奶，這和現(xiàn)代的冰淇淋已是十分相似了。

古代人對(duì)天然冰的收藏、利用和簡(jiǎn)單的人工制冰，還算不上制冷技術(shù)。隨著人們對(duì)低溫條件的需求越來(lái)越強(qiáng)，現(xiàn)代制冷技術(shù)伴隨著18世紀(jì)中葉工業(yè)革命的科技發(fā)展一同涌現(xiàn)。

1748年，蘇格蘭教授威廉·庫(kù)倫在格拉斯哥大學(xué)的公開課上展示了一種人工制冷的新思路—利用乙醚在真空中沸騰、蒸發(fā)會(huì)吸收周圍空氣中熱量的原理使水結(jié)成了冰。這種通過(guò)蒸發(fā)結(jié)晶法運(yùn)轉(zhuǎn)的“小型制冷機(jī)”走出了機(jī)械制冰的第一步。雖然在當(dāng)時(shí)沒(méi)有得到實(shí)際應(yīng)用，但庫(kù)倫不斷改善，終于在1755年設(shè)計(jì)出了第一臺(tái)蒸發(fā)式制冰機(jī)。

50年后的1805年，美國(guó)發(fā)明家?jiàn)W利弗·埃文斯在庫(kù)倫的基礎(chǔ)上提出了一種封閉的蒸氣壓縮制冷循環(huán)系統(tǒng)設(shè)想。又過(guò)了50多年，澳大利亞人詹姆斯·哈里森將蒸氣壓縮制冷循環(huán)從設(shè)想變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，第一臺(tái)機(jī)械制冰機(jī)正式誕生。這就是現(xiàn)在家家戶戶都在使用的冰箱的雛形。

如今，干凈衛(wèi)生的冰塊再也不用受到季節(jié)和水源的限制，有了冰箱，我們隨時(shí)都能制作大大小小的冰塊。制冷技術(shù)的應(yīng)用幾乎滲透到人類生活、生產(chǎn)技術(shù)、醫(yī)療生物和科學(xué)研究等各個(gè)領(lǐng)域，并在改善人類生活質(zhì)量方面發(fā)揮巨大的作用。

作為制冷劑，二氧化碳在制冷領(lǐng)域并非“新面孔”。事實(shí)上由于簡(jiǎn)單易得、價(jià)格低廉，早在100多年前，歐洲剛出現(xiàn)蒸氣壓縮式制冷技術(shù)時(shí)，二氧化碳就被作為制冷劑使用。但隨著人工合成制冷劑技術(shù)的發(fā)展，二氧化碳逐漸被性能更強(qiáng)大的氟利昂所取代。

20世紀(jì)七八十年代，各國(guó)開始意識(shí)到臭氧層破壞和溫室效應(yīng)兩大環(huán)境問(wèn)題與人工合成制冷劑有關(guān)，根據(jù)1987年國(guó)際社會(huì)簽訂的《蒙特利爾議定書》，紛紛開始停止其使用，這才使二氧化碳制冷劑又重回人們視野。

作為大氣的組成成分之一，二氧化碳不會(huì)對(duì)臭氧層產(chǎn)生破壞，其溫室效應(yīng)遠(yuǎn)低于其他人工合成制冷劑。2022年北京冬奧會(huì)也成為歷史上首次大規(guī)模使用二氧化碳制冷劑的奧運(yùn)會(huì)。

以首都體育館為例，由于承辦花樣滑冰和短道速滑兩項(xiàng)賽事，首體冰場(chǎng)需要進(jìn)行30次冰面轉(zhuǎn)換，有時(shí)中間只有3個(gè)小時(shí)的時(shí)間。這是因?yàn)閮煞N比賽項(xiàng)目對(duì)冰有著不同的需求：花樣滑冰要求冰面為-3.5C，冰面較軟，運(yùn)動(dòng)員在空中旋轉(zhuǎn)三周或四周后，落冰的沖擊力不至于太大；而短道速滑一般要求冰面溫度-6.7C到-7C，冰面相對(duì)硬一些，有利于蹬冰發(fā)力、減少滑行阻力，創(chuàng)造更好的成績(jī)。

可以說(shuō)，制冰機(jī)成了人工冰場(chǎng)建設(shè)的關(guān)鍵。制冰過(guò)程中，多臺(tái)二氧化碳?jí)嚎s機(jī)同時(shí)運(yùn)作，冰板層里制冷管道內(nèi)低溫二氧化碳與冰板混凝土進(jìn)行換熱，冰板混凝土溫度逐步降到零下十幾攝氏度，配合灑水作業(yè)可以一次凍成幾毫米的精細(xì)冰面，經(jīng)過(guò)很多次這樣的工序，厚度幾十毫米的冰面才能凍結(jié)成功。

對(duì)于這樣出色的“場(chǎng)地硬件”，眾多運(yùn)動(dòng)員以實(shí)際成績(jī)做出了答復(fù)：短道速滑9個(gè)項(xiàng)目中，7個(gè)項(xiàng)目刷新了奧運(yùn)紀(jì)錄，1個(gè)項(xiàng)目打破了世界紀(jì)錄。這背后一定也離不開“造冰”技術(shù)的功勞。被媒體稱為冬奧史上“最環(huán)?！钡闹票到y(tǒng)，必將在未來(lái)?yè)碛懈鼜V闊的發(fā)展前景！