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加拿大北極村民宅冰屋的保溫原理,竟難倒科學界!
送交者: kiwaho 2019年07月06日20:48:51 於 [教育學術] 發送悄悄話

時值盛夏,令我不禁念叨:若是能有個冰屋避暑該多涼爽。

加拿大北極圈生活着一族地球上最耐凍的--Eskimo愛斯基摩人。當然那是過去的稱謂,現在流行政治正確,改稱為:Inuit,中譯為因紐特人。

先見識一下千多年前當地人的房屋:

iglu.jpeg


這類房屋,英語有個名詞指代:igloo。看起來很酷冷,但保溫效果與中緯度地區的一般房屋,其實不差上下,甚至還要好些。

隨着科技發展,如今冰屋也用上電了:

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


在長年零下幾十度的北極,只要全球氣候不再升溫,這樣的冰屋經年住下去是沒問題的。

不像我們把+25度,當作人體感覺最舒適的環境溫度,當地人覺得室內溫度+15度,才是最棒的。

black-sheep-igloo.jpg

那麼問題來了,零度以上化冰是常識,為何igloo的室內溫度遠超熔點或融點,仍安然無恙呢?

別景仰科學家們既可上九天攬月,也可下五洋捉鱉,其實,官科至今仍很尷尬,無法給出理論界一致認可的科學解釋。

實踐先於理論,存在就是合理。因紐特人即便不懂科學,但求生的本能,迫使他們經過長期實踐,終於探索出來這個獨特的住宅保溫方法。

形勢比人強。在那樣極寒的地方,就算知道溫帶地區磚瓦構造的民宅,也無法本地化生產磚瓦。甚至我們習以為常的土,都凍得比鋼還硬,根本沒法大量挖來用。唯一可用的建築材料,就是當地隨手可得的冰塊和積雪。

IglooIceHouseCold · Lake, Frozen, Shikaribetsu, Freezing.jpg

這種謎一般存在的保溫法,也應證了一個哲理:天無絕人之路!只要有求生欲,憑直覺勇敢闖一闖,總會找到上天留給人類的一條生路。

別抱怨科學家了,他們也是人,這宇宙辣麼複雜,哪能啥都懂,況且他們也不生活在那樣的極寒地區。難道沒有科學家給出解釋,遇到大自然的磨難就坐以待斃?

順便嘚瑟一下,據人類學家研究,因紐特人有可能來自幾千年以前的古中國。嘿嘿,果若如此,這將再次應證:厲害了,我的中華民族

看似簡單的水,實則複雜得相態百出,人類至今都沒有完全搞懂跟水有關的雷電、降雨等現象。所以,以後形容某人水平差,不要隨便用詞“水貨”,那是極大的奉承喲。呵呵!

儘管醬紫,還是有些睿智的科學家,大膽給出了解釋 -- PeTa效應。雖說並未得到學界一致認同,抑或被貶為“水貨”民科,但至少我認為該解釋是靠譜的。

以色列科學家Mark E. Perel'man,和法國工程師Vitali A. Tatartchenko,早在30多年前就發現了一種現象:在實驗室特定條件下,水蒸氣相變為液態水時,可釋放大量近紅外至遠紅外的光子。這一研究成果,經同行評審後,早已聯名發表。

近年來,前述共同研究者之一的法國人,摘取兩人姓氏各兩字母,定義了專有術語PeTa效應,嘗試用其解釋了igloo的保溫原理:

室內15度下,人體輻射光子在冰牆面內來回反射,也有少部分光子被牆面吸收,但能量不足以融化冰面;外牆面溫度零下幾十度,大溫差雖可將光子熱量傳出去,但室內人體呼出的水蒸氣,碰到牆面就會凝華,這個相變過程會釋放大量熱紅外光子,抵消了冰牆耗散出去的熱量。所以,冰屋保溫效果相當好,前提是室內要麼有人在,要麼放一盆水,且家具或人與牆面要保持一定距離。

這個解釋的關鍵是:冰牆將附近水蒸氣凝華時,沒有或者僅少量以凝結潛熱被傳導到室外,大部分以光子形式回饋室內!

大跨度的學科交叉總是具有挑戰性,熱力學原教旨,和經典光學參合到一塊,目前官科思維尚未準備好。但這個客觀物理現象,偏偏僅從基於熵焓的熱力學無法詮釋,而輔以光學解釋,則似乎很完美。大伙兒覺得這個解釋可信嗎?反正我是信了,而且我還觸類旁通,用別的例子作旁證:

我記得在幾十年前冰箱剛入百姓家時,蒸發器表面常常有一層霜甚至冰疙瘩,未出現這個現象之前,冰箱冷藏冷凍效果很好,之後放進去的食物,溫度始終降不下去。找商家給個說法,人家說沒毛病,找個鏟子將霜或冰刮下來就好了。回家一試果然靈驗,所以之後經常不得不手動除霜了。若干年後,電冰箱自動除霜功能成了標配。

腦洞大些、大些、再大些:要是將那個老式冰箱做得房子那麼大,等蒸發器表面結冰了,搬進去住下來是不是爽歪歪?哈哈!

其實,我的旁證跟igloo的保溫原理本質上一致。只不過,我的例子有一個前置過渡階段,這期間食物蒸發的水汽,凝結或凝華到銅/鋁質蒸發器表面時,沒有或很少釋放光子,大部分潛熱被內部流動的氟利昂直接帶出去了,因為金屬材料散熱效果極好,光子外射沒必要。一旦霜或冰層累積足夠厚度後,冰層的熱傳導率比金屬陡降百倍以上,相變潛熱的釋放就得改道--光子輻射。而在密閉空間,這就相當於能量回饋,所以保溫效果自然就體現出來了。


題外話

同理,天上的積雨雲里,壓根就不存在一大塊金屬冷凝板,可人家雨還是嘩啦啦往下落。咋回事?潛熱去哪啦?答案也在PeTa效應里,大部分潛熱以光子的物質形式,沉入浩渺太空,永不回頭,從而冷卻地球。順便感恩大自然,“故意”留出了大氣窗口,使得波長8至13微米潛熱光子,有了通往宇宙的外泄口。

地面每平方米的水面,年平均消耗太陽能功率115瓦特用於蒸發,對應稍微滯後的深空光子冷卻功率40瓦特。這段表述中的功率,其實應是“熱率”,只因後者尚無經典定義而借用前者。

明白了這個道理,再看看鬧得人心惶惶的全球變暖,原來是現代工業化造的孽,使得全球湖泊、河流、濕地大幅減少,光子冷卻下降了不少。據有關研究報告,百年來減少的面積相當於地球陸地面積的6%以上。而中國的經濟崛起,這個銳減百分比更高,黃流流域的大面積萎縮更是驚人。

對策有啦:

1、如果你住在有院子的地方,建議你把院子改造成幾寸深的淺水池,灌滿水讓老天爺蒸發。如果所在地降雨量與蒸發量大體相等,一般只灌一次水就夠;如果太旱,可打井抽水或用自來水經常灌一灌。

2、儘快推廣我的突破性發明:“基於大面積偽濕地的太陽能--鹽差滲透能聯動新能源”。一舉多得的創新項目,既幫地球降了溫,又可收穫渴求的清潔能量:30度電/平方米池面/年。甚至可辟出一部分池面,用太陽蒸餾獲取可飲用水;或在類似哈爾濱那樣較冷的地區,在採收滲透能量的同時,獲取天然清潔冰。

3、如果你不滿足於大院子拿來灌水做公益,可以一箭雙鵰,考慮我前述的太陽能--滲透能聯動新能源方案。此時,淺池裡不再灌淡水,而是比海水還要咸幾倍的滷水,注意池底及周牆防漏,以防土地鹽鹼化。

這裡再用大白話簡介聯動原理:

在鹽差滲透單元,井裡來的淡水,隔着膜,強力擠進滷水一側的活塞空間,在活塞吃力(Retardation)時,即便數百大氣壓仍能推得動。在發電的同時,滷水逐漸變成“稀溂霖”乏液;沒勁後倒入大水池,讓太陽“克霖燉”按天然節奏濃縮。達致平衡時,發電後變稀的池液,在不停的蒸發下變濃,從而基本維持恆定濃度。

若天氣不給力,只要池面蓄液足夠多,且活塞後級配備自動無級變速箱,這個池子就可發揮大規模能量儲存功能,比任何電化學電池儲能經濟得多。就算太陽“休假”很長時間,沒準用幾天電後,池液濃度降低幾倍,變速箱還能穩定應付。

本質上,太陽能只不過被“走私”到鹽差再生里去罷了。

保守估計,一畝地的池子,年平均可發電12000多度電,雖比光伏少些許,但低成本優勢凸現,同時還幫地球散掉大量的熱,為人類可持續發展作出了貢獻,這比拋荒或拿去種莊稼強的多。

收了,來句口號撂筆:

保護環境,人人有責,從我做起,從現在做起!



參考文獻:

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、鹽差“發條”發動機有望研製成功—我的新戰場 
http://blog.sciencenet.cn/blog-2339914-1102002.html

4、中國社會科學院:愛斯基摩起源之謎及其考古學研究

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

6、我的配套無級變速箱發明介紹:

老司機判:自動波手動波,哪個波肉,哪個波勁?




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