制雪機

20世紀初期到中期，滑雪運動迅速地流行起來。隨著越來越多的人熱衷於這項運動並使之成為每年一度的傳統，滑雪道也發展成了利潤極其豐厚的生意。結果有人發明了一種名為雪槍的設備。這種設備確實非常有用，即使在自然降雪量豐富的時候也是如此，因為它使度假勝地的經營者可以更好地控制最上面一層雪的平整性，從而創造出更好的滑雪條件。

基本介紹

• 中文名：制雪機
• 發展時期：20世紀初期到中期
• 套用：滑雪運動
• 別名：雪槍

形成

人們對機器造雪有一種普遍的看法，認為這樣的雪不夠自然。但事實並非如此，這種雪與從天上落下來的雪並沒有任何差別，與之不同之處在於，這種雪是由機器而不是天氣條件製造的。雖然機器的工作方式與天氣系統截然不同，但所完成的工作卻完全相同。為了弄清機器制雪的工作原理，我們不妨先來了解一下在自然條件下雪是如何形成的。 雪來自於大氣中的水汽。當大氣中的水汽（氣態的水）溫度降至冷凝點時（從氣態轉變為液態或固態），就形成了雲。雲層中的水滴很輕，大氣中的空氣足以讓它們停留在空中。如果水滴變得過重，就會以降水的形式下落。當溫度低到一定程度時，水蒸汽就不會冷凝成液態水滴，而是形成微小的冰晶。在世界上大多數地區，雨通常以雪的形式開始下落，但在大氣中下落的過程中，雪會融化（在雲層這樣的高度會非常冷，即使在夏季也是如此）。

奇怪的是，水不會在“凍結溫度”（攝氏0度）下自動結冰。純水只有冷卻到一個更低的溫度（如華氏-40度/攝氏-40度），才會失去足夠的熱能並轉變形態。不過，雲層中的水的確通常在攝氏0度的情況下結冰，這都是成核劑的作用。成核劑是一種自然形成的物質，有助於水分子結合。它會吸引水分子，從而將水分子所含的熱能降到可以形成冰晶的臨界點。雪晶中的成核劑只是一些灰塵、細菌和其他懸浮在大氣中的物質。水在成核劑上凝結後形成雪晶的核心（中心）。

隨著雪晶在雲層中四處移動，會有更多的水粒子凝結到上面並凍結為晶體。各個晶體的集合就形成了雪花。雪花在逐漸變重之後會落向地面。如果在整個下落過程中溫度一直都很低，那么雪花在到達地面時將仍處於凍結狀態。

人造雪

我們看到，水汽在溫度低到一定程度時就會凝結（通常圍繞著成核劑凝結），並變成冰晶，從而形成了雪。因此，制雪要滿足的主要條件是水和低溫。

如果將某些成核劑加到水中，會有助於這一過程。水中已經含有很多可以作為成核劑的物質，但是增加成核劑的數量仍是一個好主意，因為這樣可確保更多的水滴在落到地面之前就凝結。一種名為Snowmax的天然蛋白質是使用得最廣泛的成核劑之一，它吸引水分子的效果特別好。 傳統類型的雪槍通過將冷卻水和壓縮空氣結合起來的方式製造水滴。在雪坡上，您會注意到這些雪槍連線到兩條不同的軟管上，這兩條軟管又分別連線到空氣站和水龍頭上。水龍頭再連線到兩條在雪下甚至地下鋪設的管道上。一條管道從湖、池塘或水庫中抽水，另一條則從一個空氣壓縮機中抽取高壓空氣。

壓縮空氣主要有三個作用：

它會將水霧化——也就是說，破壞水流，使之變成很多小水滴。
它會將水滴吹到空氣中。
它可在水滴飛入空氣中時對其進行冷卻。

最後一步是使用壓縮空氣的一個附帶好處。當壓縮空氣時，不同的空氣粒子會被緊緊地壓在一起，這意味著它們不能像以往那樣四處運動了。當釋放空氣時，空氣粒子會散開，它們可以更自由地移動。這意味著粒子需要使用更多的能量，它們會從周圍區域吸收熱量，從而冷卻水滴周圍的空氣。
另一種常見的制雪機稱為無壓縮空氣雪槍。無壓縮空氣雪槍使用簡單的噴嘴（類似於家用噴霧瓶上的噴嘴），將水霧化成細水霧。然後通過強力風扇將小水滴吹到空氣中。這種設計的主要優勢在於，您不需要將雪槍與壓縮空氣供應裝置相連，只要提供水和電源就足夠了。還有一些雪槍設計實際上利用了高速風扇來使水霧化。

水從液態變為固態要釋放很多能量，您必須將它的熔解熱除去。熔解熱是將冰轉換為攝氏0度的液態水所必需的大量熱能。如果溫度低到一定程度，外界的自然條件將足以使水結冰，但如果外界溫度只比凍結點稍低，則需要額外的部件來加速這一過程。有些制雪機有專門的冷卻裝置，可以在自然條件的溫度還沒有低到足以完成這項工作時加速凍結過程。

為了使水在落到地面之前有足夠的時間凍結，很多滑雪場都利用雪槍塔來造雪。它們只是一些結實的桿柱，用於將雪槍升至雪坡上方。這種裝置的另一個優勢是，雪槍對滑雪者的干擾會更小一些。由於雪是從上方落下來的，人們會感覺就像自然下雪一樣。

在大多數滑雪場，工人會首先堆積一大堆人造雪，然後利用雪道整理設備將雪鋪到雪道上。雪道整理機實際上就是拖拉機，只不過它的履帶很寬，可以將雪攤開，並壓擠雪地，使雪乾燥並變成粉狀。對於滑雪場而言，定期整理雪道是制雪過程的一個基本組成部分。

條件

制雪機的主要任務是完成大氣中成雪雲層所做的工作。這些機器並非在任何條件下都能完成造雪工作，它們需要合適的地面天氣，就像自然界的雪也需要合適的地面天氣才能落到地面並堆積起來一樣。為了判斷制雪時機，並確保雪的類型正確，滑雪場需要依賴經驗豐富的制雪機操作員，這些人通常被稱為制雪工。

那么制雪工如何確定條件是否合適呢？事實上，他們需要的信息遠非普通溫度計所能提供。標準溫度計測量大氣的幹球溫度；但是降雪條件中最重要的因素是濕球溫度。

濕球溫度是幹球溫度和相對濕度（空氣中的水汽含量）的一個函式。液態或固態水通過將一些水蒸發為水汽來冷卻自身。蒸發會釋放熱量，從而降低水中的能量水平。如果大氣中水汽過多，則水或雪的蒸發作用就會減弱，因為空氣中的水汽已經相當飽和了。因此，在濕度較高時水冷卻的速度會比較慢，而濕度較低時水冷卻的速度會加快。
根據這個道理，濕度可謂是確定降雪條件的一個非常重要的因素。如果濕度低到一定程度，那么即使幹球溫度比冰凍溫度高几度，也可以得到雪。如果相對濕度為100%，則濕球溫度和幹球溫度將完全相同。但此時，即使濕球溫度和幹球溫度均為冰凍溫度，得到的也可能是水而不是雪，這是因為空氣中的飽和濕度大大減緩了冷卻過程。

如果溫度在攝氏-1度左右，則需要很低的相對濕度（不到30%）才能得到合適的制雪條件。如果溫度不到攝氏-6.7度，即使相對濕度為100%，您也可以輕鬆制雪。攝氏-10.6到-7度是制雪的理想溫度。

工藝

雪槍的基本原理相當簡單。不過實際的制雪工藝要複雜一點。濕球溫度需要低到一定程度，制雪工必須仔細平衡水和空氣的水平，以獲得想要的結果。

有各種類型的雪。這些雪之間的主要區別在於，一定體積的雪中所含水量的多少。制雪工經常談到乾雪和濕雪。乾雪的含水量相對較少，因此乾雪非常輕，並呈粉狀。這種類型的雪非常適合滑雪，因為滑雪板可以輕鬆地從雪上滑過而不會陷在濕泥中。

使用制雪機的一個優勢在於，可以確保雪坡表面上總是這種理想的粉狀雪。不過，濕雪也在滑雪坡道中扮演著一個重要角色。滑雪場的經營者利用這種較為稠密的雪在鋪好的雪道上積累雪的高度。許多滑雪場一年內會採用這種方式一到兩次來積累雪的厚度，並在整個冬季定期用一層乾雪鋪設雪道。

雪的密度或濕度取決於外界的溫度和濕度，以及雪槍發射出的水滴尺寸。制雪工必須調整雪槍中水和空氣的比例，以根據戶外天氣條件製造出均勻的雪。由於滑雪坡道上不同位置的溫度和濕度水平可能會有顯著的差別，因此制雪工必須對每台機器做出相應的調整。

隨著新技術的引進，近期這個過程變得稍微容易了一些。許多滑雪坡道利用一個中央計算機系統來控制雪槍，該系統與坡道上的所有天氣狀況監測站相連。計算機根據給定的溫度和相對濕度來確定雪和空氣的最佳混合比。當然，這些系統並非總能獲得正確的混合比，但它們是很不錯的制雪輔助設備。

領域

制雪機套用範圍最廣的市場是滑雪業。但人造雪還有許多其他用途。例如，制雪機在許多電影製作中扮演著重要角色。電影製作者經常要花幾個月的時間來拍攝只在幾天內發生的場景。如果電影情節在一個下雪的背景中展開，布景師則需要為每天的拍攝布置合適的雪量。根據具體天氣情況，這可能意味著融化自然雪或者增加人造雪。
人造雪在農業生產中同樣占有一席之地。一層覆蓋良好的雪會阻止土地的熱量大量散發到空氣中，因此農民經常利用雪作為冬季農作物的保溫層。即使溫度降至攝氏零度，隔離效應也能保證農作物不會被凍壞。

人造雪的另一個用途是測試飛行器設備。由於飛機在大氣中飛得很高，它們必須能夠承受寒冷且多雪的天氣條件。飛機設計師們利用制雪機來測試飛機設備在這些條件下的性能。

小型制雪機和人造雪服務也有消費市場。有些房主願意在聖誕節期間花幾百美元讓自己的院子和屋子鋪上一層令人賞心悅目的白雪，或者只是為了給孩子們一次特別的獎勵。真心想讓院落里散滿皚皚白雪的人可以購買私人制雪機。這些型號的制雪機的價格通常為數千美元，可連線到普通的花園水管和標準電氣插座上。與滑雪坡道上的制雪機一樣，這類制雪機也需要消耗大量的水和電能；但它們很容易操作。

成本

對於滑雪場來說，水的成本並不算巨額開支，抽取這么多的水對環境的影響也不是很大。大多數滑雪場從位於低處的一個或者多個蓄水池中抽水。從坡道上流下的水會返回到這些蓄水池中，因此滑雪場實際上是在反覆利用同樣的水。但是造雪用水到處流動會對動植物造成一些不利的影響，因此滑雪場必須努力確保水位相對平衡。

電力消耗是一項重要的環境考慮因素，也是滑雪場最大的開支之一。如果為坡道造雪的雪槍使用的是壓縮空氣，則必須提供大量的能量來驅動大型空氣壓縮泵。此外，還需要一個泵系統來為制雪機供水。這些泵通常由柴油發動機驅動，而柴油發動機會造成大量的空氣污染。

使用無壓縮空氣雪槍的滑雪場同樣需要大量的電能來驅動機器的風扇。雖然這類雪槍每製造0.3米雪所消耗的能量要少得多，但它們仍然是主要的耗能機器。對於大多數滑雪場來說，電力消耗在所有開支中位居第二位，僅次於人力成本（僅制雪這一項就需要許多人力）。不管滑雪場採用什麼樣的技術，制雪在能耗中所占的比例都是相當高的。

由於制雪費用高昂，滑雪場必須制定一種合理的策略，確定使用這些機器的時間和地點。制雪過程中涉及的大量工作的目的是在機器運行成本和滑雪季節延長所帶來的效益之間取得平衡。高效的制雪工可確保機器在沒有帶來任何效益的情況下不會浪費電能來制雪，並且只在雪可以保留下來時才造雪。