Hvordan holder tæpper dig varm?

Det kan være værd at påpege, at tæpper også (overraskende) virker som (termiske) strålingsskærme. Dette er grunden til, at “nødtæpper” undertiden kan findes i overlevelsessæt, der synes at være intet andet end tynd skinnende plast. Men de gør virkelig en forskel i mængden af varme, der mistes af en varm krop (37 ° C) en kold nat (skyfri himmel – antag 0 ° C).

For en krop med et område på 30 cm x 180 cm vender ud mod himlen, er området ca. $ 0,5 m ^ 2 $. Under forudsætning af en emissivitet på 0,3 (bare at vælge et tal), gives varmetabet ved

$$ E = \ epsilon \ sigma (T_1 ^ 4-T_0 ^ 4) = 53 W / m ^ 2 $ $

Eller 25 W for det menneske, jeg lige har nævnt. Det er en ikke ubetydelig mængde varme … især når man tænker på, at den basale metaboliske hastighed (“gør ingenting”, som er en god tilnærmelse af søvn) er omkring 60 W. Og det tæller ikke den varme, du mister ved vejrtrækning (opvarmning af kold luft og fyldning med damp).

Opvarmning af kold luft (fortsætter stadig med 0 ° C som vores baseline):

250 ml pr. sekund, varmekapacitet 1020 J / kg / C, $ \ Delta T = 37 C $, du får ca. 12 J

Fordampende vand:

Mættet damptryk af vand ved 37 ° C omkring 47 mm Hg, og indånder ca. 250 ml pr. sekund (900 liter i timen) med en effektiv fraktion på 47/760 pr. volumen vand, det tager yderligere 25 W.

Så overraskende resulterer disse tre mekanismer i lignende mængder varme tab – og det er meget vigtigt at beskytte dig mod strålevarmetab. På grund af dette er et godt tæppe (som vil afspejle ome af den varme tilbage til dig) er faktisk “at holde varmen inde”.

Ovenstående understreger, at den mest betydningsfulde form for varmetab er fordampning. Et godt tæppe stopper cirkulationen og holder luften nær din krop “fugtig”. Dette vil nedsætte fordampningshastigheden og hjælpe dig med at holde dig varm. At stoppe luften fra at cirkulere forhindrer også den i at transportere “varme” væk – men mængden af varme, der bæres af fugtig luft, er betydeligt større end “bare luft”, som eksemplet ovenfor viser.

Der er mere at gøre dette spørgsmål end det tilfældige øje …

Kommentarer

• Inkluderingen af varmetab på grund af vejrtrækning er interessant at medtage, men konvektion er en temmelig big deal. Selv uden vind har du ‘ en betydelig naturlig (flydende) konvektion. Med og $ h $ på 5 mister du ‘ $ 185 W / m ^ 2 $.
• @ user3823992 er helt enig i, at det betyder noget. Jeg ville være interesseret i din sammenligning af h med og uden fordampning – virkningen af fugtighedsgradient. Og liggende påvirker sandsynligvis termisk konvektion …
• 250 ml / sek er dog ikke en hvileprocent. Minutvolumen i hvile estimeres normalt til 6 til 8 liter, hvilket giver et tab på ca. 9 til 13 W på grund af fordampning (forudsat at udåndet luft ved 95% luftfugtighed).
• @ Tidligere har du ret, mit nummer for åndedrætsfrekvensen er lidt høj. Den samme skalering gælder for opvarmning af luftfaktoren. I høj højde (eller når dit stofskifte øges, fordi du er koldt), vil hastigheden stige igen … Dette handler mere om at estimere end om hårde værdier.

De termiske ledningsevner for en række materialer er angivet her . Jeg kan ikke finde tal for varmeledningsevne for massiv uld eller bomuld (dvs. en solid blok uden luftrum i), men de organiske materialers varmeledningsevne synes at være omkring $ 0,25 $ Wm $ ^ {- 1} $ K $ ^ {-1} $. I modsætning hertil er luftens varmeledningsevne $ 0,024 $ Wm $ ^ {- 1} $ K $ ^ {- 1} $, så i betragtning af en konstant kropstemperatur og ekstern temperatur ville du miste ti gange mindre varme, når isoleret med luft, end når det isoleres af de fleste faste materialer.

Problemet er, at luft ikke bliver i et statisk lag, der omgiver din krop. Luftstrømme og termisk konvektion skabt af varmen i din krop får luften til at bevæge sig. Dette vil erstatte den varme luft, som du har opvarmet til din kropstemperatur med kold luft, og øge hastigheden for varmetab.

Ideelt set hvad du vil have, er nogle ting, der kan holde luften på plads omkring dig så luften kan ikke bevæge sig og føre varmen væk. Og du vil have, at disse ting skal være så isolerende som muligt.Det bedste sådant materiale, jeg kender til, er silica airgel , som er sådan en god isolator, at den blev brugt på rumfærgen som et varmeskjold til genindtræden. Glas er faktisk en ret dårlig isolator, men airgel indeholder kun et par procent volumenglas, og de andre 90 ulige procent af dets volumen er luft. Derfor er det fremragende isolerende egenskaber. Imidlertid er airgel et sprødt fast stof og et dårligt valg til sengetøj.

Tæpper er noget af et kompromis. De indeholder en lavere volumenprocent luft end airgel, og de er også fange luften mindre tæt, og begge faktorer sænker de isolerende egenskaber. Men de “er meget mere behagelige end airgel ville være.

Kommentarer

• Airgel tæpper lol ☺
• @Geremia: Der har været forsøg på at fremstille fleksible aerogeler. Se f.eks. denne artikel . Hvis du googler airgel-tøj er der mange hits, men hvor vellykket det er, er jeg ‘ ikke sikker på .. .
• Dette er grunden til, at dunbeklædning er varm. Fjer har lidt masse, men fanger luften godt.

Normalt vil din kropsvarme forsvinde i luften , så når det er koldt, køler din ydre krop ned, fordi du mister din kropsvarme til luften i nærheden af dig. Så når du dækker dig selv i et tæppe, stopper du din kropsvarme fra at flygte, og når den er fanget, og din krop fortsætter med at producere varme, du føler dig varmere og varmere under tæppet. Alt i alt forhindrer tæppet konvektion af varme gennem luften ved meget at bremse luftens bevægelse. Din kropsvarme er således fanget inde i tæppet.

Kommentarer

• Luftkonvektion er en faktor, men vigtigere, efter min mening er materialets varmeisolerende egenskaber. Hvis du dækker dig selv med en dårlig varmeisolator, men som stadig fanger luften fuldstændigt, den vinder ‘ t være effektiv til at holde dig varm.
• @Mara: Ja, jeg tror, at ‘ er hvad han a rgued: det stopper konvektion ved at forhindre luftbevægelse.

Dette er et stort emne i vores hus kl. øjeblikket, fordi det er vinter her, og vi varmer ikke hele stedet.

Skælvende i sengen, tænk på, hvordan varmen bevæger sig ved hjælp af et af følgende:

1) Konvektion (luft bevæger sig)

2) Ledning (rørende)

3) Stråling

Et ideelt supertæppe vil adressere alle tre:

1) Stop luftens bevægelse. Det kan gøre dette ved at omslutte dig (som en plastikpose), men mere praktisk kan det være uklart. Uklarhed gør mange små vanskelige at flytte luftlommer.

2) Reducer ledning – ved at være et materiale, der ikke overfører varme godt (f.eks. Plastik vs. bomuld), holder det varmen ved siden af din krop. Endnu bedre, hvis det er uklart, vil det røre mindre ved din krop. Mindre kontakt med overfladeareal betyder mindre ledning.

3) Reducer stråling – hvis det kan “skinne” varmen tilbage til dig, som de mylar nødtæpper, så kan den varme, du udstråler, returneres til dig .