古人如何夏天制冰

黄大信

漠河零下40℃的户外，游客用开水泼向空中，形成泼水成冰的奇景。其核心原理是高温热水在极寒空气中迅速蒸发形成水蒸气，随后水蒸气直接凝华成微小冰晶，形成视觉上的“冰雾”效果。

其物理机制解析：

1.相变过程：泼出的热水因与极低气温（通常需低于-40℃）的巨大温差，瞬间蒸发为水蒸气，随后水蒸气跳过液态阶段直接凝华为固态冰晶，即凝华现象。

2.高温水分子动能大，更易分散为微小水滴，增大与冷空气接触面积，加速冷却。90℃以上的热水会产生更多水蒸气，这个过程中水温和气温条件比较严苛，大风可加速热量散失，弥补气温不足。

一杯热牛奶和一杯冷牛奶同时放进冰箱，哪一杯会先结冰？你会理所当然地认为是冷牛奶，因为冷牛奶更接近冰点。但是实验结果恰恰相反。1963年，坦桑尼亚一个叫姆潘巴的中学生做了这个实验，得出了在同等质量和同等冷却环境下，温度略高的液体比温度略低的液体先结冰的现象，这就是姆潘巴现象。

古人会在冬天从冰封的河中取出冰块，将冰窖建在阴凉的地下，用新鲜稻草和芦席铺垫，在冰块上覆盖稻糠、树叶等隔温材料，密封窑口，待来年夏天取出使用。

南方的气温较高，古人想出了在夏天用沸水制冰和硝石制冰这2种制冰方法。

我们的古人在二千多年前就知道这个现象，并用于夏天制冰。《淮南万毕术》是刘邦的孙子淮南王刘安所著。记载了沸水制冰的方法：“取沸汤置瓮中，密以新缣，沈（井）中三日成冰”。即用细密绢布密封装有沸水的陶瓮，沉入深井三天后可结冰。这一方法看似违背常理，因为通常制冰需低温环境，而古人却以热水为原料。

现代部分学者经实验后认为，密封瓮中的水蒸气通过绢布（多孔材料）绝热膨胀，导致温度骤降，实验水温从90℃快速降至20℃，但后续降温缓慢，最终仅达6℃，未达冰点。

另一理论提出，瓮中绢布处水蒸气快速蒸发吸热，使局部温度低于冰点。模拟实验表明，需滿足温度（<26%）、大容积（约100升）和适宜气温（20℃左右）才可能结冰，但冰量极少。

古人热水制冰的原理，是利用深井中的低温环境和压力变化。热水在冷却过程中释放更多热量，与井水中的低温环境形成更大温差，加快散热速度，从而实现制冰。常温水0℃开始结冰，而热水可能在1℃时就开始结冰了。

唐代末期，工匠们发现硝石溶于水时会吸收大量热量，使周围水温降低直至结冰。硝石的主要成分是硝酸钾，溶于水时吸热，可使周围温度降低甚至结冰，其吸热原理：晶挌能（破坏硝酸钾晶体所需能量）>水合能（离子与水分子结合释放的能量），导致体系温度下降。属于物理溶解吸热，无新物质生成，没有发生化学反应。

冰鉴是最古老的冰箱。

冰鉴的制冰过程：将水放入内罐，外罐中放水，并不断地在外罐中加入硝石，硝石从固态变为液态的过程中需要吸收大量的热量，因此内罐内的水就会结成冰。

冰鉴是一种古代盛冰的容器，通过将冰块放在一个木制或青铜制作的箱子里，既能保存食品，又能通过气孔释放冷气给房间降温。使用时，将盛滿饮料或食物的器皿放进去，四周围滿冰块，合上盖子，不多时“冷饮”就可以制成。

这种技术大大促进了古代制冷市场的繁荣，也让普通百姓能够用得起冰。

宋朝开封府街头的小贩卖“冰酪”。