从“尔滨”存冰有道看科技保温妙招

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来源: 科技日报 作者: 编辑:李娜-健康频道 2024-02-01 09:50:10

  寒冬腊月,松花江上冰雪覆盖,白茫茫一片。在冰雪之上,人群、机械正往来穿梭。不久前,当哈尔滨冰雪大世界还在喜迎八方来客时,一年一度的存冰工作已悄然开启。

  存冰是哈尔滨冰雪大世界每年都要完成的任务。为能尽早开门迎客,哈尔滨冰雪大世界通常在每年11月开始搭建。但此时松花江尚未完全封冻,无法直接取冰。因此,往年存冰成为哈尔滨冰雪大世界主要的搭建材料。

  2023年底开始建设的第25届哈尔滨冰雪大世界,使用的是前一年的存冰。为让这些存冰安稳度过四季,哈尔滨冰雪大世界的工作人员使用了诸多保温技术。

  盖厚“被子”帮冰块度夏

  每年哈尔滨冰雪大世界搭建完成后,存冰工作随即启动。“此时松花江上冰的厚度超过60厘米,可在其中挑选较完整的冰块进行存储。”哈尔滨冰雪大世界市场营销部副部长孙泽旻介绍。

  哈尔滨冰雪大世界存冰数量巨大,冷库等室内场所空间有限且成本较高,因此存冰往往被直接堆放在室外空地上。采集的冰块在户外保存一整年,其间还要度过炎热的夏季。这听起来有些不可思议,但背后的原理并不复杂。孙泽旻说,要保证冰块在户外不融化,最重要的就是给它们“盖被子”。

  可使存冰融化的热量主要来自于地表和太阳辐射。为阻隔地表热量,堆放冰块前,工作人员会在地面铺一层隔热布。为阻挡更具“杀伤力”的太阳照射,工作人员会给冰块盖上厚厚的“被子”。这一方面可避免太阳直射,另一方面可将冰块与外界隔绝,保证外部热量不会传递给存冰。这条厚“被子”由隔热塑胶布、黑色防晒网、岩棉板、草席等保温材料组成,最多可达9层。

  孙泽旻说,有了这条“被子”,即使经过炎热的夏天,到冬天取用时仍有70%以上的存冰符合使用标准。需取用时,工作人员会用机械车辆,将一块块存冰从冰垛上取下来。只有厚度、长度、完整度和洁净度符合标准的冰块才能被送往园区用于景观建设。

  经过一年的放置,这些存冰体积有所减小,但变得更硬、更紧实,是冰雕工匠眼中的好材料。例如,第25届哈尔滨冰雪大世界标志性景观“冰雪之冠”的底部部分用存冰雕琢而成,而上部则用刚刚采挖的新冰进行垒搭,以此保证冰雕结构的稳定。

  为建筑物“穿棉袄”控温

  不只存冰需“盖被子”保温,日常生活中许多建筑物也采用类似的保温措施。为降低建筑物能耗,减少制冷、制热所需能源,人们开始给建筑物“穿棉袄”,使其内部温度相对恒定。

  哈尔滨冰雪大世界存冰过程中使用的岩棉板是常见的隔热保温材料之一,被大规模应用于建筑保温中。

  岩棉最早诞生于火山喷发。在火山喷发后,人们发现被高温熔化的岩石,其质地柔软,形似棉花。随后,人们模拟火山喷发,以1450摄氏度的高温将玄武岩等岩石熔化。然后,工作人员将熔化物制成纤维,再添加其他材料,就制成了建筑中常用的岩棉板。

  岩棉能够保温的主要原因,在于其内部能够留存大量空气。在众多隔热介质中,空气的隔热效果首屈一指,可以有效减少内外部的热量交换。

  岩棉密度较低,内部纤维结构较疏松,且有大量微小孔隙。这些孔隙能够锁住空气,使岩棉内部形成一个稳定的气体层,有效减缓空气流动和热传输速度,阻止建筑物与外部环境进行热交换,为建筑物保温。除此之外,岩棉还具有燃点高、防火性能好等特点,是A级防火材料。

  新材料层出不穷

  随着科学进步和技术创新,能自由“穿脱”的新材料为建筑物保温提供了新选择。

  美国芝加哥大学分子工程学院的科学家此前曾发布一项研究成果。研究人员设计出一种能够根据外部温度改变自身颜色的建筑材料。不同颜色吸收热辐射的能力各异,如黑色吸收热辐射能力较强,白色偏弱。当天气炎热时,这种材料能通过变换颜色,帮助建筑物降温,可在不消耗大量能源的情况下,使建筑物内部温度相对恒定。

  能为建筑物保温的,还有气凝胶。

  凝胶是一种常见物质,人们平时吃的果冻就是一种典型的凝胶。气凝胶则是通过干燥技术,使气体取代凝胶中液体而形成的一种纳米级多孔固态材料。与传统隔热材料相比,气凝胶的热导率极低。在厚度仅几毫米的气凝胶板上滴几滴水珠,再用高温喷枪加热板底。板底已被烧得通红,水珠却无丝毫沸腾迹象。强大的隔热能力,让气凝胶在航天领域得到广泛应用。

  在国际能源界高端会议“剑桥能源周”亮相的一款新型二氧化硅气凝胶,具备超强隔热、超轻和防火等特性。在双层玻璃中涂上这种凝胶,可以使建筑物隔热能力提高50%。

  由于气凝胶具有出众的保温性能,近年来许多人尝试将其应用于服装纺织。

  对此,中国纺织建设规划院工程师宋立丹说,虽然气凝胶保温效果好,应用前景广阔,但它也有短板。它最大的缺点就是脆,分子间作用力较弱,容易粉化,缺乏服装所需的柔韧性和悬垂性,不太适合直接用在日常纺织品和服装上。

  “建议消费者理性选购相关产品,不要盲目相信广告宣传。”宋立丹补充道。

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