哈爾濱“冰糖廠”開工了！10萬立方米的冰怎么扛過炎炎夏日？

要問最近哪個城市最火熱，哈爾濱可以說是當(dāng)仁不讓。冰雪大世界吸引了無數(shù)“南方小土豆”蜂擁而至，“凍梨擺盤”、“紅薯配勺”、“老虎賣萌”等花式玩法和熱情服務(wù)更是讓游客樂不思蜀，讓本地人直呼陌生。

圖源：央視新聞

不過你知道嗎？本屆冰雪大世界用冰量大概是25萬立方米，其中10萬立方米的冰是之前一年就已經(jīng)采集好的！而下屆冰雪大世界的冰也已經(jīng)開采了！

10萬立方米，差不多是6-7個標(biāo)準(zhǔn)體育館的體積。體積如此龐大的冰塊，是怎么熬過炎炎夏日的？是放在了超級大冷庫，還是存入了超級大冰窖呢?我們一起來看看~

圖源：央視新聞

01 溫度是如何傳遞的？

在了解冰的冷藏技術(shù)之前，我們先來了解一下溫度是如何傳遞的。溫度從微觀角度來說是分子/原子級別的劇烈程度，代表了一種能量。根據(jù)熱力學(xué)的原理，這種能量可以被傳遞出去，途徑主要有熱傳導(dǎo)、熱輻射和熱對流。

熱傳遞的三種途徑

圖源：https://www.nuclear-power.com/nuclear-engineering/heat-transfer

熱傳導(dǎo)是熱量沿著物體從高溫段傳向低溫段，它跟溫差和材料的導(dǎo)熱系數(shù)有關(guān)；熱對流是流體受熱流體運動帶來的，跟溫差和熱傳遞系數(shù)有關(guān)；熱輻射是通過輻射傳遞的熱量，它跟表面溫度、斯托克斯常數(shù)、表面反射率等有關(guān)。如果想要控制熱量的傳遞，需要從這三個角度出發(fā)。

02 “露天”的哈爾濱冰場如何保溫？

從松花江里開采出來的10萬立方米冰塊，并沒有什么特殊的儲存容器，差不多是“露天”存放的。從央視的視頻畫面可以看到，龐然巨物最外層的稻草已經(jīng)脫落了，稻草層里面是藍色的覆蓋物，這是保溫用的保溫棉、巖棉等材料制成的“大厚被”。稻草層和“大厚被”層，就是冰塊的保溫層了。此外，冰塊并非直接放置于地面上，冰與地表之間同樣存在一個隔熱層。整體上，冰被保溫隔熱層全方位包裹后，再放置在地面上。

“露天”存放的冰

圖源：央視

從冰塊的碼放上，可以看到冰塊之間基本沒有空隙，碼好的冰塊由保溫層包裹后，基本上處于密封的狀態(tài)。因此，內(nèi)部空間幾乎沒有熱對流的存在。另外，“大厚被”內(nèi)部不存在高溫?zé)嵩矗簿蛶缀醪淮嬖跓彷椛淞恕?/p>

唯一需要處理的是熱傳導(dǎo)，盡量阻止外界對內(nèi)部的熱量傳遞，而稻草層和由保溫棉、巖棉組成的“大厚被”就起到了這個作用?！按蠛癖弧钡慕M成材料導(dǎo)熱系數(shù)很低，根據(jù)熱傳導(dǎo)公式，傳入的熱量非常有限。

內(nèi)部冰塊緊密貼合，減少空氣流動的空間

圖源：央視

不過，由于不存在完全絕熱的材料，經(jīng)過一個夏天之后，累計傳入的熱量還是會融化掉一些冰塊。大概有20%的冰會因為融化而不能使用，這些損耗的冰塊大多位于表層角落處。

03 古代就已經(jīng)有藏冰術(shù)了？

其實，我國從周朝就已經(jīng)有藏冰的記錄了。《詩經(jīng)·幽風(fēng)·七月》“二之日鑿冰沖沖，三之日納于凌陰”說的就是西周時期的采冰和藏冰。“納于凌陰”說明藏冰的要點在于放在陰涼處，避免陽光直射，也就是基本斷掉太陽或者其他高溫物體引發(fā)的熱輻射。

但古代沒有導(dǎo)熱系數(shù)更低的保溫棉、巖棉制成的“大厚被”，即便是陰涼之地，露天保存也無法避免熱對流引起的熱交換。因此，古代建有專門的冰窖，將采集而來的冰塊，密封置于冰窖之內(nèi)。厚厚的冰窖阻擋了熱量的侵入，將熱傳導(dǎo)降到最低。

冰窖

圖源：參考文獻[1]

古代的冰窖，大多是一個半地下的建筑，側(cè)墻入門后，拾階而下。供王室貴族使用的冰窖，四周由條石鋪成，再由磚塊壘成。寬約8m，高約7m，長約20m，頂為拱形。為了隔絕熱量，冰窖的地上部分必須非常厚實。

現(xiàn)代改造后的冰窖外觀

圖源：參考文獻[2]

磚石砌成的冰窖保溫性能比現(xiàn)代技術(shù)制成的“大厚被”弱很多，主要在于熱傳導(dǎo)。黏土磚導(dǎo)熱系數(shù)在0.2-0.6 W/(m·K)之間，冰窖用的條石（麥飯石）導(dǎo)熱系數(shù)在0.6-0.8 W/(m·K)范圍內(nèi)，而保溫棉、巖棉的導(dǎo)熱系數(shù)通常在0.03-0.045W/(m·K)范圍內(nèi)，兩者相差了一個數(shù)量級。也就是說，同樣厚度的保溫層，現(xiàn)代技術(shù)保溫能力是古代技術(shù)的十倍以上。

松花江的冰采集后能夠熬過炎炎夏日，關(guān)鍵在于保溫層是由導(dǎo)熱系數(shù)非常低的材料制成的，雖然處于露天環(huán)境下，也能基本“隔絕”外界熱量的侵入，將熱輻射、熱對流和熱傳導(dǎo)都降到了最低。所以看似粗糙的藏冰方式，其實并沒有那么簡單哦~

參考文獻

[1] 劉陽，夏季話冰窖，百科知識，2012,47-48

[2] 習(xí)羽，故宮冰窖遺志改造與博物館空間提升及再利用，中國博物館，2023，111-115

[3] 李佳，清代北京冰窖藏冰技術(shù)研究，陜西：陜西師范大學(xué)，2010

作者：王永健，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)副教授，江蘇省力學(xué)學(xué)會科普工作委員會副秘書長，江蘇省首席科技傳播專家

編輯：小叮當(dāng)