Baubeginn der „Ring Sugar Factory“ in Harbin! Wie können 100.000 Kubikmeter Eis den heißen Sommer überstehen?

Wenn Sie fragen, welche Stadt in letzter Zeit die angesagteste ist, ist Harbin zweifellos die richtige Wahl. Die Eis- und Schneewelt hat unzählige „Kleine Kartoffeln aus dem Süden“ angezogen. Die ausgefallenen Spielarten und der enthusiastische Service, wie etwa „gefrorene Birnen auf Tellern“, „Süßkartoffeln mit Löffel“ und „süßer Tiger“, haben dazu geführt, dass die Touristen nur ungern abreisen und sich bei den Einheimischen fremd fühlen.

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Aber wissen Sie es? Die in dieser Eis- und Schneewelt verwendete Eismenge beträgt rund 250.000 Kubikmeter, davon wurden 100.000 Kubikmeter Eis im Vorjahr gesammelt! Und das Eis für die nächste Eis- und Schneewelt wurde bereits abgebaut!

100.000 Kubikmeter entsprechen etwa dem Volumen von 6–7 Standardturnhallen. Wie kann ein so großer Eisblock den heißen Sommer überstehen? Befindet es sich in einem sehr großen Kühlhaus oder einem sehr großen Eiskeller? Werfen wir einen Blick darauf~

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01 Wie wird Temperatur übertragen?

Bevor wir uns mit der Kühltechnologie von Eis befassen, wollen wir zunächst verstehen, wie Temperatur übertragen wird. Aus mikroskopischer Sicht ist die Temperatur die Intensität der Ereignisse auf molekularer/atomarer Ebene und stellt eine Art von Energie dar. Nach den Prinzipien der Thermodynamik kann diese Energie hauptsächlich durch Wärmeleitung, Wärmestrahlung und Wärmekonvektion übertragen werden.

Drei Wege der Wärmeübertragung

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Wärmeleitung ist die Übertragung von Wärme vom Hochtemperaturbereich zum Niedertemperaturbereich eines Objekts, die mit der Temperaturdifferenz und der Wärmeleitfähigkeit des Materials zusammenhängt; thermische Konvektion wird durch die Bewegung der Flüssigkeit verursacht, wenn die Flüssigkeit erhitzt wird, was mit der Temperaturdifferenz und dem Wärmeübergangskoeffizienten zusammenhängt; Wärmestrahlung ist die durch Strahlung übertragene Wärme, die mit der Oberflächentemperatur, der Stokes-Konstante, der Oberflächenreflexion usw. zusammenhängt. Wenn Sie die Wärmeübertragung steuern möchten, müssen Sie von diesen drei Aspekten ausgehen.

02 Wie hält man die „Open-Air“-Eisbahn in Harbin warm?

Die 100.000 Kubikmeter Eis, die aus dem Songhua-Fluss gewonnen wurden, wurden praktisch „unter freiem Himmel“ ohne spezielle Lagerbehälter gelagert. Auf den Videoaufnahmen der Überwachungskameras ist zu sehen, dass die äußerste Strohschicht des riesigen Objekts abgefallen ist und eine blaue Hülle innerhalb der Strohschicht freigelegt hat. Dabei handelt es sich um eine „große dicke Decke“ aus wärmeisolierender Baumwolle, Steinwolle und anderen Materialien zur Wärmespeicherung. Die Strohschicht und die „dicke Steppdecke“ dienen als Isolierschicht für das Eis. Zudem liegt das Eis nicht direkt auf dem Boden, sondern es befindet sich zwischen Eis und Untergrund zusätzlich eine isolierende Schicht. Insgesamt wird das Eis allseitig mit einer Wärmedämmschicht umhüllt und anschließend auf den Boden gelegt.

Eis „im Freien“ gelagert

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Anhand der Stapelung der Eiswürfel lässt sich erkennen, dass zwischen den Eiswürfeln praktisch keine Zwischenräume vorhanden sind. Nachdem die gestapelten Eiswürfel mit der Isolierschicht umhüllt wurden, befinden sie sich grundsätzlich in einem versiegelten Zustand. Daher findet im Innenraum nahezu keine Wärmekonvektion statt. Darüber hinaus gibt es im Inneren der „großen dicken Steppdecke“ keine Hochtemperatur-Wärmequelle, sodass nahezu keine Wärmestrahlung stattfindet.

Das einzige, was berücksichtigt werden muss, ist die Wärmeleitung. Es muss versucht werden, zu verhindern, dass die Wärme von außen nach innen übertragen wird. Diese Rolle übernehmen die Strohschicht und die „große dicke Steppdecke“ aus wärmedämmender Baumwolle und Steinwolle. Die Wärmeleitfähigkeit des Materials, aus dem die „große dicke Steppdecke“ besteht, ist sehr gering. Gemäß der Wärmeleitungsformel ist die übertragene Wärmemenge sehr begrenzt.

Das Eis im Inneren sitzt eng, sodass weniger Platz für die Luftzirkulation bleibt

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Da es jedoch kein vollständig isolierendes Material gibt, wird die angesammelte Wärmezufuhr auch nach einem Sommer noch einen Teil des Eises schmelzen. Etwa 20 % des Eises werden durch das Schmelzen unbrauchbar und der größte Teil des verlorenen Eises befindet sich in den Ecken der Oberfläche.

03 Gab es die Kunst der Eislagerung bereits in der Antike?

Tatsächlich gibt es in meinem Land seit der Zhou-Dynastie Aufzeichnungen über die Lagerung von Eis. „Am zweiten Tag wird Eis geschnitten und gehackt; am dritten Tag wird Eis im Schatten des Mondes gelagert“ aus dem Buch der Lieder·Youfeng·Juli handelt von der Eisgewinnung und Eislagerung in der Westlichen Zhou-Dynastie. „納于凌阴“ bedeutet, dass der Schlüssel zur Lagerung von Eis darin liegt, es an einem kühlen Ort aufzubewahren und direkte Sonneneinstrahlung zu vermeiden. Das bedeutet im Wesentlichen, die Wärmestrahlung der Sonne oder anderer heißer Objekte zu unterbinden.

Allerdings gab es in der Antike keine „großen, dicken Steppdecken“ aus wärmedämmender Baumwolle oder Steinwolle mit geringerer Wärmeleitfähigkeit. Selbst an einem kühlen Ort ließe sich ein durch thermische Konvektion verursachter Wärmeaustausch nicht vermeiden, wenn das Gerät im Freien aufbewahrt würde. Aus diesem Grund wurden im Altertum spezielle Eiskeller gebaut, um die gesammelten Eisblöcke im Inneren der Eiskeller einzuschließen. Der dicke Eiskeller blockiert das Eindringen von Wärme und minimiert die Wärmeleitung.

Eiskeller

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Die meisten antiken Eiskeller waren halbunterirdische Gebäude mit einem Eingang durch die Seitenwand und anschließenden Stufen nach unten. Der von den königlichen Adligen genutzte Eiskeller wurde mit Steinplatten gepflastert und anschließend mit Ziegeln gebaut. Es ist etwa 8 m breit, 7 m hoch und 20 m lang und hat eine gewölbte Spitze. Um die Hitze draußen zu halten, muss der oberirdische Teil des Eiskellers sehr dick sein.

Das Aussehen des Eiskellers nach der modernen Renovierung

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Die Wärmedämmleistung des Eiskellers aus Ziegeln und Stein ist viel schwächer als die der „großen dicken Steppdecke“, die mit moderner Technologie hergestellt wird, was hauptsächlich auf die Wärmeleitung zurückzuführen ist. Die Wärmeleitfähigkeit von Tonziegeln liegt zwischen 0,2 und 0,6 W/(m·K), die Wärmeleitfähigkeit von Steinstreifen (Medizinstein), die in Eiskellern verwendet werden, liegt im Bereich von 0,6 bis 0,8 W/(m·K) und die Wärmeleitfähigkeit von Isolierwolle und Steinwolle liegt üblicherweise im Bereich von 0,03 bis 0,045 W/(m·K), was einen Unterschied von einer Größenordnung zueinander darstellt. Mit anderen Worten: Bei gleicher Dicke der Isolierschicht ist die Isolierkapazität moderner Technologie mehr als zehnmal so hoch wie die der alten Technologie.

Der Schlüssel dafür, dass das Eis aus dem Songhua-Fluss den heißen Sommer nach der Gewinnung übersteht, liegt darin, dass die Isolierschicht aus einem Material mit sehr geringer Wärmeleitfähigkeit besteht. Obwohl es sich in einer Umgebung im Freien befindet, kann es das Eindringen externer Wärme grundsätzlich „isolieren“ und Wärmestrahlung, Wärmekonvektion und Wärmeleitung auf ein Minimum reduzieren. Die scheinbar grobe Art der Eislagerung ist also gar nicht so einfach~

Verweise

[1] Liu Yang, Über Eiskeller im Sommer, Enzyklopädie Wissen, 2012, 47-48

[2] Xi Yu, Rekonstruktion des Eishauses der Verbotenen Stadt und Verbesserung und Wiederverwendung von Museumsräumen, Chinesische Museen, 2023, 111-115.

[3] Li Jia, Forschung zur Eisspeichertechnologie in Pekinger Eiskellern während der Qing-Dynastie, Shaanxi: Shaanxi Normal University, 2010

Autor: Wang Yongjian, außerordentlicher Professor der Nanjing Agricultural University, stellvertretender Generalsekretär des Wissenschaftspopularisierungsausschusses der Jiangsu Mechanics Society, leitender Experte für Wissenschafts- und Technologiekommunikation der Provinz Jiangsu

Herausgeber: Tinker Bell