绿色制冰、超低温冷疗，你不知道的北京冬奥会黑科技！
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北京冬奥会临近
科博士在后台
收到了不少小伙伴的私信
想让科博士给大家讲一讲
北京冬奥会上的黑科技
这肯定得安排上
制冰自由
很多小伙伴会问
不就是“结冰”吗？这不是很常见吗？
但其实，“制冰”并不像大家想得那么容易
人类真正实现“制冰自由”
还是近一百多年的事情
目前实现的“绿色制冰”
也是一个曲折的过程
快跟着科博士来了解了解吧
古人是大自然的搬运工
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。《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。在古代炎热的夏日，没有冰箱、空调这些电器，人们想得到一点清凉往往都要付出巨大的代价。所以，冰块是只有王公贵族才能享用的奢侈品。
首次制成了冰的
竟然是火药工匠与炼金术士
大约到了唐朝末期、欧洲的中世纪时期，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，不断地在容器中加入硝石，结果罐内的水结成了冰。
原理很简单：硝石是一种白色味苦的晶体，化学名称为硝酸钙。硝酸钙溶解于水时会吸收大量热量，使周围温度降低以致结成冰。硝石溶于水后，可以用降温结晶法或蒸发结晶法将硝石再提取出来重复使用。但提纯能制冰的硝石极其困难，制冰又要耗费大量人工。所以，这个时期，人类制冰的代价仍然十分高昂。
制冷机的出现和发展
1
采用氨的蒸汽压缩制冷机
液体蒸发会带走大量的热，这一部分热量叫做相变的潜热，也就是远大于物质温度变化的显热。蒸汽压缩制冷机正是利用了这一特性。
在19世纪的60年代，所有制冷的需求都可以用氨制冷循环来满足，但它存在着致命的缺点——氨易爆炸，且有毒。
2
采用二氧化碳的制冷机
随着氨制冷机的意外频频发生，19世纪的科学家将目光转向了二氧化碳，它无毒无害，不会爆炸，极易制备。
不过由于二氧化碳制冷设备的运行压力高出氨制冷系统几倍，它始终没能把氨系统给淘汰。随后的几十年里，在制冰行业里二氧化碳和氨系统平分秋色。
3
采用氟利昂等人工合成制冷剂的制冷机
20世纪，二氧化碳、氨这些天然制冷剂逐渐被以氟利昂为代表的氯氟烃以及氢氟碳化物所代替。这一类人工合成制冷剂有着很好的制冷性能，却没有二氧化碳的高压困扰以及氨气的毒性，也因此在开发初始便被迅速推广。
但是，这类化合物对环境却不太友好，氟利昂等氯氟烃类制冷剂在紫外线的照射下会与臭氧分子快速反应，极大地破坏地球臭氧层。
用以替代氟利昂类制冷剂的氢氟碳化物制冷剂则是很难在大气中分解。这一类物质停留在大气中，会严重阻碍地球向外的散热，加速全球变暖的进程。
绿色制冰
2022年北京冬奥会是首届能够完全实现“碳中和”的绿色冬季奥运会。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，其中的代表作就是国家速滑馆的二氧化碳跨临界直冷制冰技术应用。国家速滑馆是世界上首个采用该技术的大型冰雪运动场馆。
国家速滑馆使用了跨临界二氧化碳制冷机组。制冷循环大致分为以下步骤：
1
二氧化碳气体被吸入压缩机，经过机械压缩后跨越临界点成为了高温、高压的超临界流体；
二氧化碳成为超临界流体的过程
2
高温二氧化碳流体被送入热回收器，流过被冷水包裹的管道，把冷水加热到50-70℃，这一部分水将被送往场馆用于生活用水、融冰池融冰以及冰面维护浇水，大幅度减少了电力消耗；
3
另一边，被逐级降温后的二氧化碳最终跌下临界温度成为液态，再通过节流阀膨胀后，其温度大幅度降低达到-20℃；
4
液态低温二氧化碳经过液体循环泵被均匀输送到埋设在场馆冰面之下的蒸发盘管中，给冰面提供所需的低温。蒸发后的二氧化碳再进入压缩机中进行下一次循环。
超临界二氧化碳的传热能力十分优秀，并且密度高于其他制冷剂，这让跨临界二氧化碳制冷系统的体积可以更小，系统的效率也可以更高。经过研究人员测算，国家速滑馆的二氧化碳制冰系统每年可以节省约180万度电量。
超低温冷疗
听说参加冬奥会的运动员
在训练和比赛后
居然会把自己放进一个冰箱里
这是怎么一回事
跟着科博士一起瞅瞅吧
什么是超低温冷疗
超低温冷疗是一项让冬奥会运动员快速恢复的黑科技。
超低温冷疗，全称是超低温全身冷冻治疗，是一种让运动员把全部身体暴露在零下100多度的超低温环境中的治疗方法。这个超低温环境实际上是液氮和空气混合产生的超低温气体。
当运动员进入超低温冷疗舱，过低的温度使身体产生应激反应，大肌肉群里的血液将流向心脏、肝脏等内脏器官，起到快速保护核心器官的作用，2~3分钟后，人体从超低温环境回到常温环境，内脏中的血液又涌回到肌肉。这种超低温刺激让血液出现“二次分布”，加速了身体的恢复。
在超低温冷疗舱中仅需两三分钟，运动员的肌肉酸痛就能明显减轻，效果立竿见影。此外，超低温冷疗还能调节运动员的交感神经，让他们晚上也能睡得更好。躺进超低温冷疗舱中
会被冻伤吗
答案是不会！在超低温冷疗舱中，人体接触到的是气体，而不是液体，气体的热导率很低，只有水的1/25。
虽然舱内是零下100多度，但是人体表皮温度最低才降低到零上4~5度。所以，只要在舱中待的时间不长，就不会被冻伤。
超低温冷疗已经成为了世界知名运动员等的“潮流黑科技”。足球运动员C罗甚至耗巨资在自己家里建了一间超低温冷疗室。
冬奥会上的黑科技
也让大家更期待着
冬奥会的到来了
欢迎小伙伴们在评论区留言
都来说说大家最期待什么冬奥项目吧
本期内容到这里就结束啦
原标题：《绿色制冰、超低温冷疗，你不知道的北京冬奥会黑科技！》
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