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科学界也犯愁如何解释极寒区居民古老的保温冰屋

已有 3318 次阅读 2019-7-6 07:05 |系统分类:科研笔记| 保温, 传热学, 热力学, 相变, 红外

时值盛夏,令我不禁念叨:若是能有个冰屋避暑该多凉爽。

加拿大北极圈生活着一族地球上最耐冻的--Eskimo爱斯基摩人。当然那是过去的称谓,现在流行政治正确,改称为:Inuit,中译为因纽特人。

先见识一下千多年前当地人的房屋:

iglu.jpeg


这类房屋,英语有个名词指代:igloo。看起来很酷冷,但保温效果与中纬度地区的一般房屋,其实不差上下,甚至还要好些。

随着科技发展,如今冰屋也用上电了:

igloo-bar-zippel-bay-lake-of-the-woods.jpg


在长年零下几十度的北极,只要全球气候不再升温,这样的冰屋经年住下去是没问题的。

不像我们把+25度,当作人体感觉最舒适的环境温度,当地人觉得室内温度+15度,才是最棒的。

black-sheep-igloo.jpg

那么问题来了,零度以上化冰是常识,为何igloo的室内温度远超熔点或融点,仍安然无恙呢?

别景仰科学家们既可上九天揽月,也可下五洋捉鳖,其实,官科至今仍很尴尬,无法给出理论界一致认可的科学解释。

实践先于理论,存在就是合理。因纽特人即便不懂科学,但求生的本能,迫使他们经过长期实践,终于探索出来这个独特的住宅保温方法。

形势比人强。在那样极寒的地方,就算知道温带地区砖瓦构造的民宅,也无法本地化生产砖瓦。甚至我们习以为常的土,都冻得比钢还硬,根本没法大量挖来用。唯一可用的建筑材料,就是当地随手可得的冰块和积雪。

IglooIceHouseCold · Lake, Frozen, Shikaribetsu, Freezing.jpg

这种谜一般存在的保温法,也应证了一个哲理:天无绝人之路!只要有求生欲,凭直觉勇敢闯一闯,总会找到上天留给人类的一条生路。

别抱怨科学家了,他们也是人,这宇宙辣么复杂,哪能啥都懂,况且他们也不生活在那样的极寒地区。难道没有科学家给出解释,遇到大自然的磨难就坐以待毙?

顺便嘚瑟一下,据人类学家研究,因纽特人有可能来自几千年以前的古中国。嘿嘿,果若如此,这将再次应证:厉害了,我的中华民族

看似简单的水,实则复杂得相态百出,人类至今都没有完全搞懂跟水有关的雷电、降雨等现象。所以,以后形容某人水平差,不要随便用词“水货”,那是极大的奉承哟,上善若水嘛!

尽管酱紫,还是有些睿智的科学家,大胆给出了解释 -- PeTa效应。虽说并未得到学界一致认同,抑或被贬为“水货”民科,但至少我认为该解释是靠谱的。

以色列科学家Mark E. Perel'man,和法国工程师Vitali A. Tatartchenko,早在30多年前就发现了一种现象:在实验室特定条件下,水蒸气相变为液态水时,可释放大量近红外至远红外的光子。这一研究成果,经同行评审后,早已联名发表。

近年来,前述共同研究者之一的法国人,摘取两人姓氏各两字母,定义了专有术语PeTa效应,尝试用其解释了igloo的保温原理:

室内15度下,人体辐射光子在冰墙面内来回反射,也有少部分光子被墙面吸收,但能量不足以融化冰面;外墙面温度零下几十度,大温差虽可将光子热量传出去,但室内人体呼出的水蒸气,碰到墙面就会凝华,这个相变过程会释放大量热红外光子,抵消了冰墙耗散出去的热量。所以,冰屋保温效果相当好,前提是室内要么有人在,要么放一盆水,且家具或人与墙面要保持一定距离。

这个解释的关键是:冰墙将附近水蒸气凝华时,没有或者仅少量以凝结潜热被传导到室外,大部分以光子形式回馈室内!

大跨度的学科交叉总是具有挑战性,热力学原教旨,和经典光学参合到一块,目前官科思维尚未准备好。但这个客观物理现象,偏偏仅从基于熵焓的热力学无法诠释,而辅以光学解释,则似乎很完美。大伙儿觉得这个解释可信吗?反正我是信了,而且我还触类旁通,用别的例子作旁证:

我记得在几十年前冰箱刚入百姓家时,蒸发器表面常常有一层霜甚至冰疙瘩,未出现这个现象之前,冰箱冷藏冷冻效果很好,之后放进去的食物,温度始终降不下去。找商家给个说法,人家说没毛病,找个铲子将霜或冰刮下来就好了。回家一试果然灵验,所以之后经常不得不手动除霜了。若干年后,电冰箱自动除霜功能成了标配。

脑洞大些、大些、再大些:要是将那个老式冰箱做得房子那么大,等蒸发器表面结冰了,搬进去住下来是不是爽歪歪?哈哈!

其实,我的旁证跟igloo的保温原理本质上一致。只不过,我的例子有一个前置过渡阶段,这期间食物蒸发的水汽,凝结或凝华到铜/铝质蒸发器表面时,没有或很少释放光子,大部分潜热被内部流动的氟利昂直接带出去了,因为金属材料散热效果极好,光子外射没必要。一旦霜或冰层累积足够厚度后,冰层的热传导率比金属陡降百倍以上,相变潜热的释放就得改道--光子辐射。而在密闭空间,这就相当于能量回馈,所以保温效果自然就体现出来了。


题外话

同理,天上的积雨云里,压根就不存在一大块金属冷凝板,可人家雨还是哗啦啦往下落。咋回事?潜热去哪啦?答案也在PeTa效应里,大部分潜热以光子的物质形式,沉入浩渺太空,永不回头,从而冷却地球。顺便感恩大自然,“故意”留出了大气窗口,使得波长8至13微米潜热光子,有了通往宇宙的外泄口。

地面每平方米的水面,年平均消耗太阳能功率115瓦特用于蒸发,对应稍微滞后的深空光子冷却功率40瓦特。这段表述中的功率,其实应是“热率”,只因后者尚无经典定义而借用前者。

明白了这个道理,再看看闹得人心惶惶的全球变暖,原来是现代工业化造的孽,使得全球湖泊、河流、湿地大幅减少,光子冷却下降了不少。据有关研究报告,百年来减少的面积相当于地球陆地面积的6%以上。而中国的经济崛起,这个锐减百分比更高,黄河流域的大面积萎缩更是惊人。

对策有啦:

1、如果你住在有院子的地方,建议你把院子改造成几寸深的浅水池,灌满水让老天爷蒸发。如果所在地降雨量与蒸发量大体相等,一般只灌一次水就够;如果太旱,可打井抽水或用自来水经常灌一灌。

2、尽快推广我的突破性发明:“基于大面积伪湿地的太阳能--盐差渗透能联动新能源”。一举多得的创新项目,既帮地球降了温,又可收获渴求的清洁能量:30度电/平方米池面/年。甚至可辟出一部分池面,用太阳蒸馏获取可饮用水;或在类似哈尔滨那样较冷的地区,在采收渗透能量的同时,获取天然清洁冰。

3、如果你不满足于大院子拿来灌水做公益,可以一箭双雕,考虑我前述的太阳能--渗透能联动新能源方案。此时,浅池里不再灌淡水,而是比海水还要咸几倍的卤水,注意池底及周墙防漏,以防土地盐碱化。

这里再用大白话简介联动原理:

在盐差渗透单元,井里来的淡水,隔着膜,强力挤进卤水一侧的活塞空间,在活塞吃力(Retardation)时,即便数百大气压仍能推得动。在发电的同时,卤水逐渐变成“稀溂霖”乏液;没劲后倒入大水池,让太阳“克霖炖”按天然节奏浓缩。达致平衡时,发电后变稀的池液,在不停的蒸发下变浓,从而基本维持恒定浓度。

若天气不给力,只要池面蓄液足够多,且活塞后级配备自动无级变速箱,这个池子就可发挥大规模能量储存功能,比任何电化学电池储能经济得多。就算太阳“休假”很长时间,没准用几天电后,池液浓度降低几倍,变速箱还能稳定应付。

本质上,太阳能只不过被“走私”到盐差再生里去罢了。

保守估计,一亩地的池子,年平均可发电12000多度电,虽比光伏少些许,但低成本优势凸现,同时还帮地球散掉大量的热,为人类可持续发展作出了贡献,这比抛荒或拿去种庄稼强的多。

收了,来句口号撂笔:

保护环境,人人有责,从我做起,从现在做起!



参考文献:

1、PeTa effect: M. E. Perel’man and V. A. Tatartchenko, “Phase Transitions of the First Kind as Radiation Processes,” Physics Letters A, Vol. 372, No. 14, 2008, pp. 2480-2483. http://dx.doi.org/10.1016/j.physleta.2007.11.056

2、Cloud Power - Centro Fermi

3、盐差“发条”发动机有望研制成功—我的新战场 
http://blog.sciencenet.cn/blog-2339914-1102002.html

4、中国社会科学院:爱斯基摩起源之谜及其考古学研究

5、爱斯基摩人
https://baike.baidu.com/item/%E7%88%B1%E6%96%AF%E5%9F%BA%E6%91%A9%E4%BA%BA/187090

6、我的配套无级变速箱发明介绍:

老司机判:自动波手动波,哪个波肉,哪个波劲?




http://blog.sciencenet.cn/blog-2339914-1188300.html

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