ハルビン「環糖工場」着工！ 10万立方メートルの氷がどうやって暑い夏を乗り切ることができるのでしょうか?

最近最もホットな都市はどこかと聞かれれば、間違いなくハルビンです。氷と雪の世界には、数え切れないほどの「南から来た小さなジャガイモ」が集まってきます。 「冷凍梨の盛り付け」「スプーン付きサツマイモ」「かわいいふりをするトラ」など、派手な遊び方や熱心なサービスにより、観光客は帰りたがらなくなり、地元の人々は不慣れな感じがする。

画像出典: CCTVニュース

でも、ご存知ですか？この氷雪ワールドで使用されている氷の量はおよそ25万立方メートルで、そのうち10万立方メートルは前年に採取された氷だそうです！そして、次の氷と雪の世界のための氷はすでに採掘されています！

100,000立方メートルは、標準的な体育館6～7個分の容積に相当します。こんなに巨大な氷の塊がどうやって暑い夏を生き延びるのでしょうか?超大型冷蔵庫や超大型氷室に置いてあるのでしょうか？見てみましょう〜

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01 温度はどのように伝わるのですか?

氷の冷却技術を理解する前に、まず温度がどのように伝達されるかを理解しましょう。ミクロな観点から見ると、温度は分子/原子レベルでの出来事の強度であり、ある種のエネルギーを表します。熱力学の原理によれば、このエネルギーは主に熱伝導、熱放射、熱対流を通じて伝達されます。

熱伝達の3つの方法

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熱伝導とは、物体の高温部から低温部への熱の移動であり、温度差と物質の熱伝導率に関係します。熱対流は、流体が加熱されたときの流体の動きによって引き起こされ、温度差と熱伝達係数に関連しています。熱放射は放射によって伝達される熱であり、表面温度、ストークス定数、表面反射率などに関係します。熱伝達を制御するには、これら 3 つの角度から始める必要があります。

02 ハルビンの「屋外」アイススケートリンクを暖かく保つにはどうすればいいでしょうか？

松花江から採掘された10万立方メートルの氷は、特別な保管容器を使わず、ほぼ「野外」で保管されていた。監視カメラの映像から、この巨大な物体の一番外側のわらの層が剥がれ落ち、わらの層の内側にある青い覆いが露出しているのがわかる。これは保温用の綿やロックウールなどの素材で作られた「厚手の大きな毛布」である。ストロー層と「厚いキルト」層は氷の断熱層として機能します。さらに、氷は地面に直接置かれるのではなく、氷と表面の間にも断熱層があります。全体的に、氷はすべての面を断熱層で包まれ、地面に置かれます。

「屋外」に保管された氷

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氷の積み重ねを見ると、氷の間には基本的に隙間がないことがわかります。積み重ねられた氷は断熱層で包まれるため、基本的に密封された状態になります。そのため、内部空間での熱対流はほとんど発生しません。また、「大きな厚手キルト」内部には高温の熱源がないので、放熱もほとんどありません。

対処する必要があるのは熱伝導だけで、外部からの熱が内部に伝わらないように努め、わら層と断熱綿とロックウールで作られた「大きな厚いキルト」がこの役割を果たします。 「厚手のキルト」を構成する素材の熱伝導率は非常に低いです。熱伝導の公式によれば、伝達される熱量は非常に限られています。

氷がきつく締まっているため、空気が流れる余地が少なくなります。

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しかし、完全に断熱できる素材はないので、夏が過ぎると蓄積された熱によって氷の一部が溶けてしまいます。氷の約20％は溶けて使えなくなり、失われた氷のほとんどは表面の隅にあります。

03 氷を保存する技術は古代にすでに存在していたのでしょうか？

実際、我が国では周の時代から氷貯蔵の記録が残っています。 『詩経・有鋒・七月』の「二日目に氷を切って砕き、三日目に氷を月陰に蓄える」は、西周時代の氷の採取と貯蔵について語っています。 「納于凌阴」とは、氷を保存する秘訣は涼しい場所に置き、直射日光を避けることであり、基本的には太陽や他の高温物体による熱放射を遮断することを意味します。

しかし、古代には、断熱綿や熱伝導率の低いロックウールで作られた「大きな厚い布団」は存在しませんでした。涼しい場所であっても、屋外に放置しておくと熱対流による熱交換は避けられません。そのため、古代には収集した氷の塊を氷室の中に密封するための特別な氷室が建てられました。厚い氷室が熱の侵入を遮断し、熱伝導を最小限に抑えます。

氷室

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古代の氷室のほとんどは半地下の建物で、側壁を通って入り口があり、そこから階段で下ります。王侯貴族が使用した氷室は石板で敷き詰められ、その後レンガで建てられました。幅約8メートル、高さ約7メートル、長さ約20メートルで、上部はアーチ型になっています。熱を遮断するために、氷室の地上部分は非常に厚くなければなりません。

近代的な改修後の氷室の外観

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レンガと石でできた氷室の断熱性能は、主に熱伝導のせいで、現代の技術で作られた「大きな厚いキルト」に比べてはるかに弱いです。粘土レンガの熱伝導率は0.2～0.6W/(m·K)、氷室に使われる石帯（メディカルストーン）の熱伝導率は0.6～0.8W/(m·K)、断熱ウールやロックウールの熱伝導率は通常0.03～0.045W/(m·K)の範囲で、それぞれ1桁ほど異なります。つまり、同じ厚さの断熱層の場合、現代の技術の断熱能力は古代の技術の10倍以上です。

松花江の氷が採取後、暑い夏を耐えられる秘訣は、断熱層が熱伝導率が非常に低い素材で作られていることです。屋外環境でありながら、外部からの熱の侵入を基本的に「遮断」し、熱放射、熱対流、熱伝導を最小限に抑えることができます。氷の保管方法は一見乱暴に見えますが、実はそんなに簡単ではないんです～

参考文献

[1] 劉楊「夏の氷室について語る」百科事典知識、2012年、47-48

[2] 西宇「故宮氷室の再建と博物館空間の改善と再利用」中国博物館、2023年、111-115。

[3] 李佳「清代北京氷室における氷貯蔵技術の研究」陝西省：陝西師範大学、2010年

著者：王永建、南京農業大学准教授、江蘇省機械学会科学普及委員会副事務局長、江蘇省科学技術コミュニケーション専門家

編集者: ティンカーベル