Hur håller filtar dig varm?

Det kan vara värt att påpeka att filtar också (överraskande) agerar som (termiska) strålskydd. Detta är anledningen till att ”nödfiltar” ibland kan hittas i överlevnadssatser som verkar vara inget annat än tunn blank plast. Men de gör verkligen skillnad i hur mycket värme som en varm (37 ° C) kropp förlorar under en kall natt (molnfri himmel – antag 0 ° C).

För en kropp med ett område på 30 cm x 180 cm vänd mot himlen är området ungefär $ 0,5 m ^ 2 $. Om vi antar en emissivitet på 0,3 (bara att välja ett tal) ges värmeförlusten av

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

Eller 25 W för människan som jag just nämnde. Det är en inte obetydlig mängd värme … speciellt när man tänker på att den grundläggande ämnesomsättningshastigheten (”gör ingenting” som är en bra approximation av sömn) är cirka 60 W. Och det räknar inte med den värme du kommer att förlora med andas (värmer kall luft och fyller den med ånga).

Uppvärmning av kall luft (fortsätter med 0 ° C som baslinje):

250 ml per sekund, värmekapacitet 1020 J / kg / C, $ \ Delta T = 37 C $, du får cirka 12 J

Avdunstande vatten:

Mättat ångtryck av vatten vid 37 ° C runt 47 mm Hg, och andas cirka 250 ml per sekund (900 liter per timme) med en effektiv fraktion på 47/760 per volym vatten, det tar ytterligare 25 W.

Så överraskande resulterar dessa tre mekanismer i liknande mängder värme förlust – och att skydda dig från strålningsvärmeförluster är verkligen viktigt. På grund av detta är en bra filt (som kommer att Ome av den värmen tillbaka till dig) är verkligen ”att hålla värmen in”.

Ovanstående understryker att den mest betydelsefulla formen av värmeförlust är avdunstning. En bra filt stoppar cirkulationen och håller luften nära din kropp ”fuktig”. Detta saktar ner avdunstningshastigheten och hjälper dig att hålla dig varm. Att stoppa luften från att cirkulera hindrar också att den transporterar bort ”värme” – men mängden värme som transporteras av fuktig luft är betydligt större än ”bara luft”, vilket exemplet ovan visar.

Det finns mer att göra den här frågan än vad som passar det avslappnade ögat …

Kommentarer

• Inkluderingen av värmeförlust på grund av andning är intressant att inkludera, men konvektion är en ganska stor sak. Även utan vind har du ’ en betydande naturlig (flytande) konvektion. Med och $ h $ på 5 förlorar du ’ 185 $ W / m ^ 2 $.
• @ user3823992 håller helt med om att det betyder något. Jag skulle vara intresserad av din jämförelse av h med och utan avdunstning – effekten av fuktgradient. Och att ligga ner påverkar antagligen termisk konvektion …
• 250 ml / sek är dock inte en vilhastighet. Minutvolym vid vila uppskattas vanligtvis till 6 till 8 liter, vilket ger en förlust på cirka 9 till 13 W på grund av avdunstning (förutsatt att utandningsluft med 95% luftfuktighet).
• @ Tidigare har du rätt, mitt nummer för andningsfrekvensen är lite hög. Samma skalning gäller uppvärmningsfaktorn. På hög höjd (eller när din ämnesomsättning ökar för att du är kall) kommer hastigheten att öka igen … Det här handlar mer om att uppskatta än om hårda värden.

Värmeledningsförmågan för en rad material anges här . Jag kan inte hitta siffror för värmeledningsförmågan hos massiv ull eller bomull (dvs ett fast block utan lufthåligheter in) men värmeledningsförmågan hos organiska material verkar vara runt $ 0,25 $ Wm $ ^ {- 1} $ K $ ^ {-1} $. Däremot är luftens värmeledningsförmåga 0,024 $ Wm $ ^ {- 1} $ K $ ^ {- 1} $, så med en konstant kroppstemperatur och yttre temperatur skulle du tappa tio gånger mindre värme när isolerat med luft än när det isoleras av de flesta fasta material.

Problemet är att luft inte kommer att stanna i ett statiskt lager som omger din kropp. Luftströmmar och värmekonvektion som skapas av kroppens värme får luften att röra sig. Detta kommer att ersätta den varma luften som du har värmt upp till din kroppstemperatur med kall luft och öka hastigheten på värmeförlusten.

Idealiskt är det du vill ha saker som kan hålla luften på plats runt dig så luften kan inte röra sig och bära bort värme. Och du vill att de här sakerna ska vara så isolerande som möjligt.Det bästa materialet jag känner till är kiseldioxidgel, vilket är en så bra isolator att den användes på rymdfärjan som värmesköld för återinträde. Glas är faktiskt en ganska dålig isolator, men airgel innehåller bara några procent volymprocent och de andra 90 udda procenten av dess volym är luft. Därför är det utmärkta isoleringsegenskaper. Men airgel är en spröd fast substans och ett dåligt val för sängkläder.

Filtar är något av en kompromiss. De innehåller en lägre volymprocent luft än aerogel, och de fånga luften mindre tätt, och båda faktorerna sänker isoleringsegenskaperna. Men de ”är mycket bekvämare än airgel skulle vara.

Kommentarer

• Airgel-filtar lol ☺
• @Geremia: Det har gjorts försök att göra flexibla aerogeler. Se till exempel den här artikeln . Om du Google airgelkläder finns det många träffar, men hur framgångsrikt det är är jag ’ inte säker .. .
• Det är därför dunkläder är varma. Fjädrar har liten massa, men fångar luften väl.

Normalt försvinner din kroppsvärme i luften , så när det är kallt svalnar din yttre kropp, för att du tappar din kroppsvärme till luften nära dig. Så när du täcker dig i en filt, stoppar du din kroppsvärme från att fly, och när den är instängd, och din kropp fortsätter att producera värme, du känner dig varmare och varmare under filten. Sammantaget förhindrar filten konvektion av värme genom luften genom att sakta sakta ner luftrörelserna. Således är din kroppsvärme instängd i filten.

Kommentarer

• Luftkonvektion är en faktor men, ännu viktigare, enligt min mening är materialets värmeisoleringsegenskaper. Om du täcker dig med en dålig värmeisolator men som fortfarande fångar luft helt, den kommer inte att ’ vara effektiv när du håller dig varm.
• @Mara: Ja, jag tror att ’ är vad han a rgued: det stoppar konvektion genom att förhindra luftrörelse.

Detta är ett stort ämne i vårt hus på ögonblicket eftersom det är vinter här och vi värmer inte upp hela platsen.

Skakande i sängen, tänk på hur värmen rör sig genom något av följande:

1) Konvektion (luft rör sig)

2) Ledning (vidrörande)

3) Strålning

En idealisk superfilt kommer att adressera alla tre:

1) Stoppa luftens rörelse. Det kan göra detta genom att stänga in dig (som en plastpåse), men mer praktiskt kan det vara suddigt. Fuzziness gör mycket lite svårt att flytta luftfickor.

2) Minska ledningen – genom att vara ett material som inte överför värmen bra (t.ex. plast kontra bomull) kommer det att hålla värmen bredvid din kropp. Ännu bättre, om det är suddigt, kommer det att röra din kropp mindre. Mindre kontakt med ytan betyder mindre ledning.

3) Minska strålning – om den kan ”lysa” tillbaka värmen mot dig, som de mylar nödtäcken, kan den värme du strålar återlämnas till dig .