Hoe houden dekens je warm?

Het kan de moeite waard zijn erop te wijzen dat dekens ook (verrassend) als (thermische) stralingsschilden. Dit is de reden dat er soms “nooddekens” te vinden zijn in overlevingskits die niets meer lijken dan dun glanzend plastic. Maar ze maken echt een verschil in de hoeveelheid warmte die verloren gaat door een warm (37 ° C) lichaam op een koude nacht (wolkenloze lucht – neem aan 0 ° C).

Voor een lichaam met een oppervlakte van 30 cm x 180 cm naar de hemel gericht, is het gebied ongeveer $ 0,5 m ^ 2 $. Uitgaande van een emissiviteit van 0,3 (kies gewoon een getal), wordt het warmteverlies gegeven door

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

Of 25 W voor de mens die ik zojuist noemde. Dat is een niet onbelangrijke hoeveelheid warmte … vooral als je bedenkt dat de basale stofwisseling (niets doen, wat een goede benadering van slaap is) ongeveer 60 W is. En dat is niet de warmte die je verliest door ademen (koude lucht verwarmen en vullen met damp).

Koude lucht verwarmen (gaat nog steeds met 0 ° C als onze basislijn):

250 ml per seconde, warmtecapaciteit 1020 J / kg / C, $ \ Delta T = 37 C $, je krijgt ongeveer 12 J

Verdampend water:

Verzadigde dampdruk van water bij 37 ° C ongeveer 47 mm Hg, en ademen ongeveer 250 ml per seconde (900 liter per uur) met een effectieve fractie van 47/760 per volume water, dit kost nog eens 25 W.

Dus verrassend genoeg resulteren deze drie mechanismen in vergelijkbare hoeveelheden warmte verlies – en jezelf beschermen tegen stralingswarmteverliezen is inderdaad aanzienlijk.Daarom is een goede deken (die s een deel van die warmte terug naar jou) is inderdaad “warmte binnenhouden”.

Het bovenstaande onderstreept dat de belangrijkste vorm van warmteverlies verdamping is. Een goede deken stopt de bloedsomloop en houdt de lucht nabij je lichaam “vochtig”. Dit zal de verdampingssnelheid vertragen, waardoor je warm blijft. Door te voorkomen dat de lucht circuleert, wordt ook geen “warmte” afgevoerd – maar de hoeveelheid warmte die door vochtige lucht wordt overgedragen is aanzienlijk groter dan “alleen lucht”, zoals het bovenstaande voorbeeld laat zien.

Er is meer aan de hand. deze vraag dan opvalt …

Opmerkingen

• Het opnemen van warmteverlies door ademhaling is interessant om op te nemen, maar convectie is een vrij grote deal. Zelfs zonder wind heb je ‘ een aanzienlijke natuurlijke (drijvende) convectie. Met en $ h $ van 5, ‘ verlies je $ 185 W / m ^ 2 $.
• @ user3823992 ben het er volledig mee eens dat het ertoe doet. Ik zou geïnteresseerd zijn in uw vergelijking van h met en zonder verdamping – de impact van vochtgradiënt. En liggen heeft waarschijnlijk invloed op de thermische convectie …
• 250 ml / sec is echter geen rusttempo. Het minuutvolume in rust wordt gewoonlijk geschat op 6 tot 8 liter, wat een verlies van ongeveer 9 tot 13 W geeft als gevolg van verdamping (uitgaande van uitgeademde lucht met een vochtigheid van 95%).
• @Vorige heb je gelijk, mijn nummer want de ademhalingsfrequentie is een beetje hoog. Dezelfde schaalverdeling geldt voor de luchtverwarmingsfactor. Op grote hoogte (of wanneer je metabolisme toeneemt omdat je het koud hebt) gaat de snelheid weer omhoog … Dit gaat meer over schatten dan over harde waarden.

De thermische geleidbaarheid van een reeks materialen wordt hier gegeven . Ik kan geen cijfers vinden voor de thermische geleidbaarheid van massieve wol of katoen (dwz een massief blok zonder luchtbellen), maar de thermische geleidbaarheid van organische materialen lijkt rond de $ 0,25 $ Wm $ ^ {- 1} $ K $ ^ te liggen. {-1} $. De thermische geleidbaarheid van lucht is daarentegen $ 0,024 $ Wm $ ^ {- 1} $ K $ ^ {- 1} $, dus bij een constante lichaamstemperatuur en buitentemperatuur verliest u tien keer minder warmte wanneer u geïsoleerd door lucht dan wanneer geïsoleerd door de meeste vaste materialen.

Het probleem is dat lucht niet in een statische laag rond uw lichaam blijft. Luchtstromen en thermische convectie gecreëerd door de warmte van je lichaam zorgen ervoor dat de lucht beweegt. Dit vervangt de warme lucht die je tot je lichaamstemperatuur hebt verwarmd door koude lucht, en verhoogt het warmteverlies.

Idealiter wil je iets dat de lucht om je heen op zijn plaats kan houden. de lucht kan niet bewegen en warmte afvoeren. En je wilt dat dit spul zo isolerend mogelijk is.Het beste materiaal dat ik ken, is silica-aerogel , dat zon goede isolator is dat het op de spaceshuttle werd gebruikt als hitteschild voor terugkeer. Glas is eigenlijk een nogal slechte isolator, maar aerogel bevat slechts een paar procent glas per volume en de overige 90 procent van het volume is lucht. Daarom heeft het uitstekende isolerende eigenschappen. Aerogel is echter een broze vaste stof en een slechte keuze voor beddengoed.

Dekens zijn een soort compromis. Ze bevatten een lager volumepercentage lucht dan aerogel, en ze bevatten ook houden de lucht minder stevig vast en beide factoren verminderen de isolerende eigenschappen. Ze zijn echter “veel comfortabeler dan aerogel zou zijn.

Opmerkingen

• Aerogel-dekens lol ☺
• @Geremia: Er zijn pogingen gedaan om flexibele aerogels te maken. Zie bijvoorbeeld dit artikel . Als je Google aerogel-kleding gebruikt, zijn er veel hits, maar hoe succesvol het is, ‘ weet het niet zeker .. .
• Daarom is donskleding warm. Veren hebben weinig massa, maar houden lucht goed vast.

Normaal gesproken verdwijnt je lichaamswarmte in de lucht , dus als het koud is, koelt je uiterlijke lichaam af, omdat je je lichaamswarmte verliest aan de lucht bij je in de buurt. Dus als je jezelf bedekt met een deken, voorkom je dat je lichaamswarmte ontsnapt, en als het vastzit, en je lichaam blijft warmte produceren, je voelt je warmer en warmer onder de deken. Over het algemeen voorkomt de deken convectie van warmte door de lucht door de beweging van lucht aanzienlijk te vertragen. Je lichaamswarmte wordt dus opgesloten in de deken.

Opmerkingen

• Luchtconvectie is één factor, maar wat nog belangrijker is, naar mijn mening, zijn de warmte-isolerende eigenschappen van het materiaal. Als je jezelf bedekt met een slechte warmte-isolator maar die nog steeds de lucht volledig vasthoudt, ‘ zal het niet efficiënt zijn om u warm te houden.
• @Mara: Ja, ik denk dat ‘ is wat hij is rgued: het stopt convectie door luchtbeweging te voorkomen.

Dit is een groot onderwerp in ons huis op het moment, omdat het hier winter is en we niet de hele plaats verwarmen.

Rillend in bed, denk eens aan hoe warmte zich verplaatst door een van de volgende:

1) Convectie (lucht bewegend)

2) Geleiding (aanraken)

3) Straling

Een ideale superdeken zal alle drie aanpakken:

1) Stop de luchtbeweging. Het kan dit doen door u in te sluiten (zoals een plastic zak), maar in de praktijk kan het wazig zijn. Door wazigheid zijn veel kleine luchtbellen moeilijk te verplaatsen.

2) Verminder de geleiding – doordat het een materiaal is dat de warmte niet goed overdraagt (bijv. Plastic versus katoen), houdt het de warmte naast je lichaam. Sterker nog, als het wazig is, zal het je lichaam minder raken. Minder contact met het oppervlak betekent minder geleiding.

3) Beperk de straling – als het de warmte naar u kan “laten schijnen”, zoals die nooddekens van mylar, dan kan de warmte die u uitstraalt aan u worden teruggegeven .