哈尔滨冰糖厂开工了!10万立方米的冰怎么扛过炎炎夏日?

作者: 王永健

来源: 上海科技馆

发布日期: 2024-02-01 12:48:31

本文介绍了哈尔滨冰雪大世界中10万立方米冰块如何在炎炎夏日中保存的技术,包括现代和古代的冰块储存方法,以及热传递的原理。文章详细解释了现代保温层的构成和作用,以及古代冰窖的设计和保温原理,展示了现代技术在保温能力上的显著提升。

要问最近哪个城市最火热,哈尔滨可以说是当仁不让。冰雪大世界吸引了无数“南方小土豆”蜂拥而至,“冻梨摆盘”、“红薯配勺”、“老虎卖萌”等花式玩法和热情服务更是让游客乐不思蜀,让本地人直呼陌生。不过你知道吗?本届冰雪大世界用冰量大概是25万立方米,其中10万立方米的冰是之前一年就已经采集好的!而下届冰雪大世界的冰也已经开采了!10万立方米,差不多是6-7个标准体育馆的体积。

体积如此庞大的冰块,是怎么熬过炎炎夏日的?是放在了超级大冷库,还是存入了超级大冰窖呢?我们一起来看看~在了解冰的冷藏技术之前,我们先来了解一下温度是如何传递的。从微观角度来说是分子/原子级别的剧烈程度,代表了一种能量。根据热力学的原理,这种能量可以被传递出去,途径主要有热传导、热辐射和热对流。如果想要控制热量的传递,需要从这三个角度出发。

从松花江里开采出来的10万立方米冰块,并没有什么特殊的储存容器,差不多是“露天”存放的。从央视的视频画面可以看到,庞然巨物最外层的稻草已经脱落了,稻草层里面是蓝色的覆盖物,这是保温用的保温棉、岩棉等材料制成的“大厚被”。稻草层和“大厚被”层,就是冰块的保温层了。此外,冰块并非直接放置于地面上,冰与地表之间同样存在一个隔热层。整体上,冰被保温隔热层全方位包裹后,再放置在地面上。

冰块之间基本没有空隙,码好的冰块由保温层包裹后,基本上处于密封的状态。因此,内部空间几乎没有热对流的存在。另外,“大厚被”内部不存在高温热源,也就几乎不存在热辐射了。唯一需要处理的是热传导,尽量阻止外界对内部的热量传递,而稻草层和由保温棉、岩棉组成的“大厚被”就起到了这个作用。材料导热系数很低,根据热传导公式,传入的热量非常有限。

不过,由于不存在完全绝热的材料,经过一个夏天之后,累计传入的热量还是会融化掉一些冰块。大概有20%的冰会因为融化而不能使用,这些损耗的冰块大多位于表层角落处。其实,我国从周朝就已经有藏冰的记录了。《诗经·幽风·七月》“二之日凿冰冲冲,三之日纳于凌阴”说的就是西周时期的采冰和藏冰。“纳于凌阴”说明藏冰的要点在于放在阴凉处,避免阳光直射,也就是基本断掉太阳或者其他高温物体引发的热辐射。

但古代没有导热系数更低的保温棉、岩棉制成的“大厚被”,即便是阴凉之地,露天保存也无法避免热对流引起的热交换。因此,古代建有专门的冰窖,将采集而来的冰块,密封置于冰窖之内。厚厚的冰窖阻挡了热量的侵入,将热传导降到最低。现代改造后的冰窖外观图源:参考文献[2]砖石砌成的冰窖保温性能比现代技术制成的“大厚被”弱很多,主要在于热传导。

黏土砖导热系数在0.2-0.6 W/(m·K)之间,冰窖用的条石(麦饭石)导热系数在0.6-0.8 W/(m·K)范围内,而保温棉、岩棉的导热系数通常在0.03-0.045W/(m·K)范围内,两者相差了一个数量级。也就是说,同样厚度的保温层,现代技术保温能力是古代技术的十倍以上。

松花江的冰采集后能够熬过炎炎夏日,关键在于保温层是由导热系数非常低的材料制成的,虽然处于露天环境下,也能基本“隔绝”外界热量的侵入,将热辐射、热对流和热传导都降到了最低。所以看似粗糙的藏冰方式,其实并没有那么简单哦~

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