“春雷响，万物长”，惊蛰前后气温回升较快，春雷萌动，雨水渐多，为世间万物的生长创造了有利的条件。3月6日惊蛰，北京制冷学会带大家认识自然界中的固态水——冰。

当水温降到0℃时，就开始结冰了。冰水混合物的温度为0℃，但是为什么冬天冰下的小鱼并没有被冻死呢？这就与水的一个特殊性质有关了。一般规律下，液体的温度越低密度越高，同一物质的固态比液态密度高。而水的密度却是在4℃左右最高，且冰的密度只有水密度的80%左右。因此，湖面结冰后，冰会浮在湖面，湖底的温度可维持在4℃左右，只要鱼老老实实待在水底，就不用担心会被冻死。

图1 过冷水“成冰”

但是水到0℃就肯定会结冰吗？有个很有趣的实验，把一瓶矿泉水摇一下瞬间结冰。这是因为结冰需要“结晶核”。对于极其纯净的水，由于缺少“结晶核”，在0℃以下还保持着液态，这样的水叫过冷水。“过冷态”是个极不稳定的状态，称为亚稳态。摇晃水体时产生的小气泡会充当“结晶核”，诱发过冷水迅速结冰。此外，水在0℃结冰也是指纯净水。对于混有杂质的水，或盐水溶液，其结冰温度会低于0℃。这就是为什么地面融冰会向积雪上撒盐以及海水不易结冰的原因。盐水浓度越高，结冰所需的温度越低。

图2 爱斯基摩人的冰屋

远到古代的冰室，近到现代的空调、冰箱，从古至今，冰在人们生活的方方面面发挥着重要的作用。早在古代，人们就通过冰室储藏冰块。冰室一般建在地下4-5米的深度，温度保持在0℃左右[1]。冰块足够大的话，是不容易化的。在冬天时，北方空气温度低，人们将水冻成冰块，然后储藏到冰室内，以供夏天消暑使用。

有人用冰来消暑，也有人用冰来御寒。生活在北极圈里的爱斯基摩人，凭着用冰筑成的房屋度过冬天。爱斯基摩人的冰屋是怎样起到保暖防寒作用的呢？首先，虽然冰的温度不高，但其导热性差，能很好地隔热。其次，爱斯基摩人会在冰屋门口挂起兽皮门帘，大大减少屋内空气流向屋外。最后，冰屋内壁光亮的冰壳能够将屋内热源辐射出去的热量反射回来，而屋子圆拱的构造也有利于热能的集中[2]。因此，冰屋内的温度可保持在零下几度到十几度，比-50℃的屋外暖和多了。

如今，人们有更多的手段来获得冰，冰也被作为冷源用在空调系统中，如冰蓄冷空调。冰蓄冷空调技术在夜间低电价时段采用电制冷机组制冷，将水在专门的蓄冰槽内冻结成冰以蓄存冷量；在白天的高电价时段停开电制冷机组，直接将蓄冰槽内的冷能释放出来，满足空调用冷 [3]。这样不仅节约了空调用电高峰期的电费，还减少了白天用电高峰时电网的压力。

图3 冰蓄冷空调系统结构[4]

 参考文献

[1]李佳. 清代北京冰窖藏冰技术研究[D].陕西师范大学,2010.

[2]刘玮,皇甫苏婧,李雄.节能建筑的造型与材料对建筑保温的影响研究——以冰屋的保暖设计原理为例[J].建筑与文化,2015(04):139-140.

[3]王宝龙,石文星,李先庭.空调蓄冷技术在我国的研究进展[J].暖通空调,2010,40(06):6-12.

[4]周昕玮. 西北某机场能源站冰蓄冷空调负荷预测及优化运行策略研究[D].西安建筑科技大学,2022.

撰文：北京科技大学土木与资源工程学院副教授涂壤（北京市科协2022-2024年度青年人才托举工程被托举人）

审核：刘晓华

编辑：王晓童