古代冰窖「Yakhchāl」｜星岛教室

在炎热乾燥的沙漠中，冰的存在似乎是一个悖论。然而，远在现代制冷技术诞生之前，波斯人就已经掌握了在沙漠中大规模制冰和储存的技术，这一切归功于一种独特的建筑结构——Yakhchāl。

何谓「Yakhchāl」？

Yakhchāl，波斯语意为「冰坑」，是一种用于储存冰的古老建筑。这些建筑通常建在沙漠地区，其结构巧妙地利用了自然原理，实现了在炎热环境下的制冷效果。Yakhchāl的建造材料主要包括泥砖、沙子、黏土、蛋清、石灰、山羊毛和灰等天然材料。这些材料混合制成的Sarooj是一种具有极佳隔热性能的砂浆，能够有效地阻隔外部热量的传入。

Yakhchāl的历史可以追溯至公元前400至500年，在波斯帝国时期就已广泛应用。这些冰窖不仅用于储存冰块，还用于冷藏食物、饮料，甚至医疗。Yakhchāl的存在，反映了古代波斯人对生活品质的追求和对自然环境的深刻理解。在波斯文化中，Yakhchāl不仅是一个建筑物，更是一种象徵。它代表了波斯人的智慧、勤劳和对生活的热爱。Yakhchāl亦体现了波斯人在极端环境下生存和发展的能力。

使用冰窖Yakhchāl来冷却和储存冰块的历史，可追溯至公元前400至500年。 网上图片

建筑结构

Yakhchāl的建筑结构独具特色，主要包括以下几个部分：

1. 穹顶：顶部通常是一个巨大的圆形穹顶，由厚重的泥砖层层叠砌而成。穹顶的弧形设计有利于分散重量，并增强建筑的稳定性。
2. 地下储藏室：地下部分是一个巨大储藏室，用于存放冰块。储藏室的墙壁和地面都用Sarooj涂抹，以确保良好的隔热性能。
3. 风塔：一些Yakhchāl配有风塔，风塔可利用风力将热空气排出，引入冷空气，加速降温过程。
4. 坎儿井：许多Yakhchāl都与坎儿井相连，坎儿井可以提供稳定的水源，并将地下冷空气引入Yakhchāl。

制冰原理

Yakhchāl的制冰原理。 网上图片

Yakhchāl的工作原理主要基于以下几个方面的相互作用：

1. 隔热：Sarooj的优异隔热性能是Yakhchāl能够长时间保持低温的关键。Sarooj中的有机物和无机物相互作用，形成一个致密的结构，能够有效地阻挡热量的传导。
2. 相变：冰的相变过程是一个吸热过程，当冰融化时，会吸收大量的热量，从而降低周围环境的温度。
3. 对流：Yakhchāl内的空气对流可以加速热量的传递，将热空气排出，引入冷空气。
4. 蒸发：水的蒸发是一个吸热过程，当水蒸发时，会带走大量的热量，从而降低周围环境的温度。

其实Yakhchāl的工作原理，涉及多个热力学原理，包括热传导、热对流、热辐射和相变等。

通过对这些原理的深入研究，可更好地理解Yakhchāl的制冷机制，并为现代建筑节能设计提供借鉴。

材料科学

Yakhchāl的建造材料Sarooj是一种古老的建筑材料，其成分和性能至今仍是研究的热点。研究表明，Sarooj中的有机物，如蛋清和山羊毛，在提高材料的韧性和耐久性方面起到了关键作用。此外，Sarooj的孔隙结构亦对其隔热性能产生了重要影响。

现代应用

Yakhchāl的设计理念和技术对于现代建筑节能具有重要启示。许多建筑师和工程师正在研究如何将Yakhchāl的原理应用于现代建筑，以实现建筑的节能和可持续发展。例如，利用Yakhchāl的隔热技术可设计出更加节能的建筑，而利用Yakhchāl的通风系统可以改善室内空气品质。

Yakhchāl是古代波斯人留给后人的一笔宝贵文化遗产。这种独特的建筑结构，不仅展示了古代文明的智慧和创造力，也为我们提供了研究传统建筑技术和可持续发展的全新视角。通过对Yakhchāl的研究，我们可以更好地了解人类在恶劣环境下生存和发展的智慧，并为未来的建筑设计提供新的思路。

小思考，大智慧

古代除了波斯人懂得在沙漠中大规模制冰和储存，我们中国的古人又如何制冰呢？

参考答案

古代中国人在炎热的夏季同样有制冰的需求，虽然没有波斯人那样壮观的Yakhchāl，但他们亦发展出独特的制冰方法。

1. 硝石制冰法︰硝石是一种天然矿物，具有吸热降温的作用。古人将硝石溶解在水中，利用其溶解过程的吸热作用来降低水的温度，从而达到制冰的目的。
2. 沸水冷却法︰这种方法看似矛盾，但原理是利用热胀冷缩的原理。将烧开的水迅速倒入密封的容器中，然后将容器放入冷水中。随着水温的降低，容器内的气压也会降低，水的冰点也会降低，从而更容易结冰。
3. 利用地下水︰在一些地区，人们会利用地下水的低温来制冰。将盛水的容器埋入地下，通过地下的低温来降低水的温度，最终达到制冰的目的。

从古代制冰方法，我们亦可作以下延伸思考︰

1. 现代意义：学习古代制冰技术，对我们研究传统建筑、材料科学、热力学等方面具有重要意义。
2. 可持续发展：古代的制冰技术大多利用自然资源，对环境影响较小，值得我们借鉴。
3. 科学教育：古代制冰技术可作为科普教育的素材，激发青少年对科学的兴趣。

本栏逢周四刊登，由教育评议会邀请资深中小学老师、校长及大学讲师撰稿，旨在为学生提供多元化的STEAM学习材料，引发学生探求知识的兴趣，将学习融入生活，培养学生的世界观、敏锐的触觉、积极学习的态度。

文：香港大学博士后研究员（人工智能）、教育评议会执委冯颖匡博士

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