古代冰窖「Yakhchāl」｜星島教室

在炎熱乾燥的沙漠中，冰的存在似乎是一個悖論。然而，遠在現代製冷技術誕生之前，波斯人就已經掌握了在沙漠中大規模製冰和儲存的技術，這一切歸功於一種獨特的建築結構——Yakhchāl。

何謂「Yakhchāl」？

Yakhchāl，波斯語意為「冰坑」，是一種用於儲存冰的古老建築。這些建築通常建在沙漠地區，其結構巧妙地利用了自然原理，實現了在炎熱環境下的製冷效果。Yakhchāl的建造材料主要包括泥磚、沙子、黏土、蛋清、石灰、山羊毛和灰等天然材料。這些材料混合製成的Sarooj是一種具有極佳隔熱性能的砂漿，能夠有效地阻隔外部熱量的傳入。

Yakhchāl的歷史可以追溯至公元前400至500年，在波斯帝國時期就已廣泛應用。這些冰窖不僅用於儲存冰塊，還用於冷藏食物、飲料，甚至醫療。Yakhchāl的存在，反映了古代波斯人對生活品質的追求和對自然環境的深刻理解。在波斯文化中，Yakhchāl不僅是一個建築物，更是一種象徵。它代表了波斯人的智慧、勤勞和對生活的熱愛。Yakhchāl亦體現了波斯人在極端環境下生存和發展的能力。

使用冰窖Yakhchāl來冷卻和儲存冰塊的歷史，可追溯至公元前400至500年。 網上圖片

建築結構

Yakhchāl的建築結構獨具特色，主要包括以下幾個部分：

1. 穹頂：頂部通常是一個巨大的圓形穹頂，由厚重的泥磚層層疊砌而成。穹頂的弧形設計有利於分散重量，並增強建築的穩定性。
2. 地下儲藏室：地下部分是一個巨大儲藏室，用於存放冰塊。儲藏室的牆壁和地面都用Sarooj塗抹，以確保良好的隔熱性能。
3. 風塔：一些Yakhchāl配有風塔，風塔可利用風力將熱空氣排出，引入冷空氣，加速降溫過程。
4. 坎兒井：許多Yakhchāl都與坎兒井相連，坎兒井可以提供穩定的水源，並將地下冷空氣引入Yakhchāl。

製冰原理

Yakhchāl的製冰原理。 網上圖片

Yakhchāl的工作原理主要基於以下幾個方面的相互作用：

1. 隔熱：Sarooj的優異隔熱性能是Yakhchāl能夠長時間保持低溫的關鍵。Sarooj中的有機物和無機物相互作用，形成一個緻密的結構，能夠有效地阻擋熱量的傳導。
2. 相變：冰的相變過程是一個吸熱過程，當冰融化時，會吸收大量的熱量，從而降低周圍環境的溫度。
3. 對流：Yakhchāl內的空氣對流可以加速熱量的傳遞，將熱空氣排出，引入冷空氣。
4. 蒸發：水的蒸發是一個吸熱過程，當水蒸發時，會帶走大量的熱量，從而降低周圍環境的溫度。

其實Yakhchāl的工作原理，涉及多個熱力學原理，包括熱傳導、熱對流、熱輻射和相變等。

通過對這些原理的深入研究，可更好地理解Yakhchāl的製冷機制，並為現代建築節能設計提供借鑑。

材料科學

Yakhchāl的建造材料Sarooj是一種古老的建築材料，其成分和性能至今仍是研究的熱點。研究表明，Sarooj中的有機物，如蛋清和山羊毛，在提高材料的韌性和耐久性方面起到了關鍵作用。此外，Sarooj的孔隙結構亦對其隔熱性能產生了重要影響。

現代應用

Yakhchāl的設計理念和技術對於現代建築節能具有重要啟示。許多建築師和工程師正在研究如何將Yakhchāl的原理應用於現代建築，以實現建築的節能和可持續發展。例如，利用Yakhchāl的隔熱技術可設計出更加節能的建築，而利用Yakhchāl的通風系統可以改善室內空氣品質。

Yakhchāl是古代波斯人留給後人的一筆寶貴文化遺產。這種獨特的建築結構，不僅展示了古代文明的智慧和創造力，也為我們提供了研究傳統建築技術和可持續發展的全新視角。通過對Yakhchāl的研究，我們可以更好地了解人類在惡劣環境下生存和發展的智慧，並為未來的建築設計提供新的思路。

小思考，大智慧

古代除了波斯人懂得在沙漠中大規模製冰和儲存，我們中國的古人又如何製冰呢？

參考答案

古代中國人在炎熱的夏季同樣有製冰的需求，雖然沒有波斯人那樣壯觀的Yakhchāl，但他們亦發展出獨特的製冰方法。

1. 硝石製冰法︰硝石是一種天然礦物，具有吸熱降溫的作用。古人將硝石溶解在水中，利用其溶解過程的吸熱作用來降低水的溫度，從而達到製冰的目的。
2. 沸水冷卻法︰這種方法看似矛盾，但原理是利用熱脹冷縮的原理。將燒開的水迅速倒入密封的容器中，然後將容器放入冷水中。隨着水溫的降低，容器內的氣壓也會降低，水的冰點也會降低，從而更容易結冰。
3. 利用地下水︰在一些地區，人們會利用地下水的低溫來製冰。將盛水的容器埋入地下，通過地下的低溫來降低水的溫度，最終達到製冰的目的。

從古代製冰方法，我們亦可作以下延伸思考︰

1. 現代意義：學習古代製冰技術，對我們研究傳統建築、材料科學、熱力學等方面具有重要意義。
2. 可持續發展：古代的製冰技術大多利用自然資源，對環境影響較小，值得我們借鑑。
3. 科學教育：古代製冰技術可作為科普教育的素材，激發青少年對科學的興趣。

本欄逢周四刊登，由教育評議會邀請資深中小學老師、校長及大學講師撰稿，旨在為學生提供多元化的STEAM學習材料，引發學生探求知識的興趣，將學習融入生活，培養學生的世界觀、敏銳的觸覺、積極學習的態度。

文：香港大學博士後研究員（人工智能）、教育評議會執委馮穎匡博士

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