Comment les couvertures vous gardent-elles au chaud?

Il peut être intéressant de souligner que les couvertures agissent aussi (étonnamment) comme écrans de protection contre les rayonnements (thermiques). Cest la raison pour laquelle des «couvertures durgence» peuvent parfois être trouvées dans des kits de survie qui semblent nêtre rien dautre que du plastique fin et brillant. Mais ils font vraiment une différence dans la quantité de chaleur perdue par un corps chaud (37 ° C) par une nuit froide (ciel sans nuage – supposons 0 ° C).

Pour un corps dune superficie de 30 cm x 180 cm face au ciel, la superficie est denviron 0,5 m ^ 2 $. En supposant une émissivité de 0,3 (juste en choisissant un nombre), la perte de chaleur est donnée par

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

Ou 25 W pour lhumain que je viens de mentionner. Cest une quantité de chaleur non négligeable … surtout quand on considère que le taux métabolique basal (« ne rien faire » qui est une bonne approximation du sommeil) est denviron 60 W. Et cest sans compter la chaleur que vous perdrez en respirer (chauffer de lair froid et le remplir de vapeur).

Chauffage de lair froid (toujours en cours avec 0 ° C comme référence):

250 ml par seconde, capacité thermique 1020 J / kg / C, $ \ Delta T = 37 C $, vous obtenez environ 12 J

Evaporation de leau:

Pression de vapeur saturée de leau à 37 ° C autour de 47 mm Hg, et respirer environ 250 ml par seconde (900 litres par heure) avec une fraction efficace de 47/760 par volume deau, cela prend encore 25 W.

De manière surprenante, ces trois mécanismes entraînent des quantités de chaleur similaires perte de chaleur – et se protéger contre les pertes de chaleur radiative est en effet important. Pour cette raison, une bonne couverture (qui reflétera s une partie de cette chaleur vers vous) consiste en effet à «garder la chaleur».

Ce qui précède souligne que la forme la plus importante de perte de chaleur est lévaporation. Une bonne couverture arrête la circulation et garde lair près de votre corps «humide». Cela ralentira le taux dévaporation et vous aidera à rester au chaud. Larrêt de la circulation de lair lempêche également dévacuer la «chaleur» – mais la quantité de chaleur transportée par lair humide est nettement supérieure à «juste de lair», comme le montre lexemple ci-dessus.

Il y a plus à cette question que rencontre lœil occasionnel …

Commentaires

• Linclusion de la perte de chaleur due à la respiration est intéressante à inclure, mais la convection est un assez gros problème. Même sans vent, vous ‘ aurez une convection naturelle (flottante) significative. Avec et $ h $ de 5, vous ‘ perdrez 185 $ W / m ^ 2 $.
• @ user3823992 entièrement daccord pour dire que cest important. Je serais intéressé par votre comparaison de h avec et sans évaporation – limpact du gradient dhumidité. Et le fait de se coucher affecte vraisemblablement la convection thermique …
• 250 ml / sec nest cependant pas un taux de repos. Le volume par minute au repos est généralement estimé entre 6 et 8 litres, soit une perte denviron 9 à 13 W due à lévaporation (en supposant que lair expiré à 95% dhumidité).
• @Précédent vous avez raison, mon chiffre pour la fréquence respiratoire est un peu élevée. La même échelle sapplique au facteur de chauffage de lair. À haute altitude (ou lorsque votre métabolisme est augmenté parce que vous avez froid), le taux augmentera à nouveau … Il sagit plus destimer que de valeurs dures.

Les conductivités thermiques dune gamme de matériaux sont données ici . Je ne trouve pas de chiffres sur la conductivité thermique de la laine ou du coton solide (cest-à-dire un bloc solide sans vide dair), mais les conductivités thermiques des matières organiques semblent se situer autour de 0,25 $ $ Wm $ ^ {- 1} $ K $ ^ {-1} $. En revanche, la conductivité thermique de lair est de 0,024 $ Wm $ ^ {- 1} $ K $ ^ {- 1} $, donc avec une température corporelle et une température extérieure constantes, vous perdriez dix fois moins de chaleur lorsque isolé par lair que lorsquil est isolé par la plupart des matériaux solides.

Le problème est que lair ne restera pas dans une couche statique entourant votre corps. Les courants dair et la convection thermique créés par la chaleur de votre corps font bouger lair. Cela remplacera lair chaud que vous avez chauffé à la température de votre corps par de lair froid et augmentera le taux de perte de chaleur.

Idéalement, ce que vous voulez, ce sont des éléments qui peuvent retenir lair en place autour de vous. lair ne peut pas bouger et évacuer la chaleur. Et vous voulez que ce matériel soit aussi isolant que possible.Le meilleur de ces matériaux que je connaisse est l aérogel de silice , qui est un si bon isolant quil a été utilisé sur la navette spatiale comme bouclier thermique pour la rentrée. Le verre est en fait un isolant plutôt pauvre, mais laérogel ne contient que quelques pour cent de verre en volume et les 90% restants de son volume sont de lair. Doù ses excellentes propriétés isolantes. Cependant, laérogel est un solide fragile et un mauvais choix pour les draps.

Les couvertures sont en quelque sorte un compromis. Elles contiennent moins dair en volume que laérogel, et elles aussi emprisonner lair moins étroitement, et les deux facteurs réduisent les propriétés isolantes. Cependant, ils « sont beaucoup plus confortables que laérogel ne le serait.

Commentaires

• Couvertures daérogel lol ☺
• @Geremia: Il y a eu des tentatives pour fabriquer des aérogels flexibles. Voir par exemple cet article . Si vous recherchez sur Google vêtements daérogel , il y a beaucoup de résultats, mais je ne suis pas sûr de ‘ .. .
• Cest pourquoi les vêtements en duvet sont chauds. Les plumes ont peu de masse, mais emprisonnent bien lair.

Normalement, la chaleur de votre corps se dissipe dans lair , donc quand il fait froid, votre corps extérieur se refroidit, car vous perdez la chaleur de votre corps dans l’air près de vous. Ainsi, lorsque vous vous couvrez d’une couverture, vous empêchez la chaleur de votre corps de s’échapper, et comme elle est emprisonnée, et votre corps continue de produire de la chaleur, vous vous sentez de plus en plus chaud sous la couverture. Dans lensemble, la couverture empêche la convection de la chaleur dans lair en ralentissant considérablement le mouvement de lair. Ainsi, la chaleur de votre corps est emprisonnée à lintérieur de la couverture.

Commentaires

• La convection dair est un facteur mais, plus important, à mon avis, ce sont les propriétés disolation thermique du matériau. Si vous vous couvrez dun mauvais isolant thermique mais qui emprisonne toujours lair complètement, il na ‘ pas être efficace pour vous garder au chaud.
• @Mara: Oui, je pense que ‘ est ce quil a rgued: il arrête la convection en empêchant le mouvement de lair.

Cest un gros sujet dans notre maison à le moment parce que cest lhiver ici et que nous ne chauffons pas tout lendroit.

En frissonnant au lit, pensez à la façon dont la chaleur se déplace par lun des éléments suivants:

1) Convection (air en mouvement)

2) Conduction (toucher)

3) Radiation

Une super-couverture idéale abordera les trois:

1) Arrêtez lair de circuler. Il peut le faire en vous enfermant (comme un sac en plastique), mais plus concrètement, il peut être flou. Le flou rend beaucoup de petites poches dair difficiles à déplacer.

2) Réduisez la conduction – en étant un matériau qui ne transfère pas bien la chaleur (par exemple le plastique contre le coton), il gardera la chaleur près de votre corps. Mieux encore, sil est flou, il touchera moins votre corps. Moins de surface de contact signifie moins de conduction.

3) Réduisez le rayonnement – sil peut vous renvoyer la chaleur, comme ces couvertures durgence en mylar, alors la chaleur que vous rayonnez peut vous être renvoyée .