終結南北大戰:濕冷和干冷哪個更冷?
中國幅員遼闊,各種南北之爭風起云涌。過年吃餃子還是湯圓? 豆腐腦應該是甜的還是咸的?洗澡更爽的是北方大澡堂還是南方小浴室?

以及,北方干冷和南方濕冷,哪個更冷?很多人的直覺是濕冷更冷。軍事醫學科學院做過相關實驗。

將8個人分別放在AB兩個房間,溫度都是12度,風速都是0.5m/s,A房間濕度24%,模擬干冷;B濕度90%,模擬濕冷。人身上貼有熱電偶和熱流計,可測量皮膚平均溫度和散熱量,持續觀測2小時。

得到結論,濕度大的B房間8人身體平均溫度更低,且散熱量更大。從這個實驗的結果看,濕冷更冷。



但這結論是普適的嗎?它的理論依據又是什么呢?干濕的區別是空氣中水蒸氣含量不同,那么從熱力學角度看,空氣中水蒸氣含量增加后會有哪些變化呢?
首先對于熱傳導,水蒸氣的導熱系數小于干空氣,也就是導熱能力小于干空氣,這是實測的結果,諸多論文中也有理論依據。


所以空氣中水蒸氣含量越大,導熱系數就越小,導熱能力就越差,那么人與空氣間通過熱傳導損失的熱量就應該越少。唉?你有沒有發現這與濕冷更冷的結果是反的,別著急往下看。

第二種熱量傳遞方式,熱輻射。
常溫范圍內,你和周圍環境會彼此相互輻射紅外線,你輻射出去的減去你吸收的,就是你通過輻射交換的凈熱量。輻射出的只與你本身相關,不管是在干空氣、濕空氣還是其它任何環境,你輻射出的熱量都是一樣的。但吸收的就不同了,干空氣中氧和氮等結構對稱的雙原子氣體對紅外線幾乎沒有吸收和發射能力,所以干空氣不會向你輻射熱量,而濕空氣中的三原子氣體水蒸氣,對紅外線具有較大的吸收和發射本領,你會吸收到水蒸氣對你輻射的熱量,那么你實際的熱量損失就變小了。

這與濕冷更冷的結果還是反的。別著急往下看。
第三種熱量傳遞方式,熱對流。影響對流換熱系數的因素眾多,比如流動狀態、流體物性等等,理論推導基本沒可能,工程上也主要通過實驗來測得。


但有一些趨勢性的參考,比如比熱容越大,攜帶熱量能力就越強,對流換熱會越強。那水蒸氣的比熱容比干空氣大,濕空氣的對流換熱能力可能就更強,但這僅僅是一方面的考慮,還有太多其它影響因素,很難下定論。而且即便得出在某種情況下人在濕空氣中對流散熱更多,但濕空氣中的熱傳導和熱輻射散熱少呀,所以綜合后,也很難得出在濕空氣中散熱是多還是少的結論。
研究到這里很頭疼,陷入僵局,如果前面實驗濕冷更冷的結論是對的,感覺并沒有找到有力的證據。

突然我發現我忽略了一件事,就是前面實驗中,8個人都穿了衣服,而且還穿不少,原文是這么描述的:受試者穿戰士襯衣、長襯褲、絨衣、絨褲、棉罩衣褲、錦綸底襪和解放鞋,戴的確良單帽。靜坐于小園凳上,閱讀書報。

我之前的所有分析都是基于環境中干空氣和濕空氣與人之間的作用,并沒有單獨考慮衣服,因為我覺得衣服存在與否并不影響干空氣和濕空氣的熱交換規律。但進一步查閱發現有沒有衣服的結果還真不一樣。
美國陸軍軍需研究中心的實驗中,6名測試者身穿單薄衣服,它特意強調單薄,意在約定于沒穿。6人分別在干、濕兩種環境中靜坐2小時,測得它們的體溫以及耗氧量竟然幾乎沒有差別。

這說明沒穿衣服時,在熱傳導、對流、輻射的綜合作用下,人在干濕兩種環境中的散熱量基本一樣,干冷濕冷對人來說沒差。這兩個實驗結果一對比,差別就是衣服了。
進一步查閱,了解到一個全新概念:毛細冷凝。

就是一般的冷凝,得是空氣相對濕度大于100%,水蒸氣才會變成小水滴析出,而毛細冷凝是指在比如衣物纖維這種毛細結構中,由于氣相分子平均自由程小等原因,使濕度即使沒有到100%,水蒸氣也能液化成小水滴析出,這些小水滴就會擠走空氣,充斥在孔隙中。


衣服保暖的原理咱之前講過,主要靠孔隙里的空氣,這下好了,一些孔隙被小水滴占領了,衣服的導熱性肯定大幅度提升,保暖性就便差了,人便感覺冷了,我想這應該就是濕冷更冷的真正原因。并不是因為空氣變濕后熱交換能力有多大變化,而是空氣變濕后,衣服發生毛細冷凝,微觀結構改變致使衣服導熱性增加,讓你的熱量更多的散出了。

當然,前述分析的所有情況,都是在人安靜狀態下,默認毛孔近似關閉,忽略皮膚蒸發散熱。一旦你動起來,或者環境溫度高,毛孔肆意打開進行蒸發散熱后,由于蒸發散熱效率高,它就是你與環境熱交換的重要途徑了,一切對蒸發散熱有影響的因素就是主導因素,比如濕度,空氣越濕,越不利于皮膚表面蒸發,不利于散熱,這也是人們常說的越濕還越熱的原因。
本期就到這里,下期見!
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