Wie halten dich Decken warm?

Es kann erwähnenswert sein, dass Decken auch (überraschenderweise) wirken als (thermische) Strahlungsschilde. Dies ist der Grund, warum „Notfalldecken“ manchmal in Überlebenskits zu finden sind, die nichts anderes als dünner, glänzender Kunststoff zu sein scheinen. Aber sie machen wirklich einen Unterschied in der Wärmemenge, die ein warmer Körper (37 ° C) in einer kalten Nacht verliert (wolkenloser Himmel – 0 ° C annehmen).

Für einen Körper mit einer Fläche von 30 cm x 180 cm in Richtung Himmel, die Fläche beträgt ungefähr $ 0,5 m ^ 2 $. Unter der Annahme eines Emissionsvermögens von 0,3 (nur eine Zahl auswählen) ist der Wärmeverlust gegeben durch

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

Oder 25 W für den Menschen, den ich gerade erwähnt habe. Das ist eine nicht unerhebliche Wärmemenge … besonders wenn man bedenkt, dass die Grundumsatzrate („nichts tun“, was eine gute Annäherung an den Schlaf darstellt) etwa 60 W beträgt. Und das zählt nicht die Wärme, durch die Sie verlieren werden Atmen (kalte Luft erwärmen und mit Dampf füllen).

Erhitzen kalter Luft (läuft noch) mit 0 ° C als Basislinie):

250 ml pro Sekunde, Wärmekapazität 1020 J / kg / C, $ \ Delta T = 37 C $, Sie erhalten ungefähr 12 J

Verdampfendes Wasser:

Gesättigter Dampfdruck von Wasser bei 37 ° C um 47 mm Hg und Wenn etwa 250 ml pro Sekunde (900 Liter pro Stunde) mit einem effektiven Anteil von 47/760 pro Wasservolumen eingeatmet werden, sind weitere 25 W erforderlich.

Diese drei Mechanismen führen überraschenderweise zu ähnlichen Wärmemengen Verlust – und der Schutz vor Strahlungswärmeverlusten ist in der Tat von Bedeutung. Aus diesem Grund ist eine gute Decke (die s reflektiert Ein Teil dieser Wärme an Sie zurück) ist in der Tat „Wärme in“.

Das Obige unterstreicht, dass die wichtigste Form des Wärmeverlusts die Verdunstung ist. Eine gute Decke stoppt die Durchblutung und hält die Luft in der Nähe Ihres Körpers „feucht“. Dies verlangsamt die Verdunstungsrate und hilft Ihnen, warm zu bleiben. Das Stoppen der Luftzirkulation verhindert auch, dass sie „Wärme“ abführt – aber die Wärmemenge, die von feuchter Luft getragen wird, ist erheblich größer als „nur Luft“, wie das obige Beispiel zeigt Diese Frage trifft dann das zufällige Auge …

Kommentare

• Die Einbeziehung von Wärmeverlust durch Atmung ist interessant, aber Konvektion ist eine ziemlich große Sache. Selbst ohne Wind haben Sie ‚ eine signifikante natürliche (schwimmende) Konvektion. Mit und $ h $ von 5 verlieren Sie ‚ $ 185 W / m ^ 2 $.
• @ user3823992 stimmen voll und ganz zu, dass es darauf ankommt. Mich würde Ihr Vergleich von h mit und ohne Verdunstung interessieren – der Einfluss des Feuchtigkeitsgradienten. Und das Hinlegen beeinflusst vermutlich die thermische Konvektion …
• 250 ml / s sind jedoch keine Ruhegeschwindigkeit. Das Minutenvolumen in Ruhe wird normalerweise auf 6 bis 8 Liter geschätzt, was einen Verlust von 9 bis 13 W aufgrund von Verdunstung ergibt (unter der Annahme, dass die Luft bei 95% Luftfeuchtigkeit ausgeatmet wird).
• @Vorher haben Sie Recht, meine Nummer denn die Atemfrequenz ist etwas hoch. Die gleiche Skalierung gilt für den Luftheizungsfaktor. In großer Höhe (oder wenn Ihr Stoffwechsel erhöht ist, weil Sie kalt sind) steigt die Rate wieder an … Hier geht es mehr um Schätzungen als um harte Werte.

Hier werden die Wärmeleitfähigkeiten einer Reihe von Materialien angegeben . Ich kann keine Zahlen für die Wärmeleitfähigkeit von fester Wolle oder Baumwolle finden (dh einen festen Block ohne Luftporen), aber die Wärmeleitfähigkeiten von organischen Materialien scheinen bei etwa 0,25 $ Wm $ ^ {- 1} $ K $ ^ zu liegen {-1} $. Im Gegensatz dazu beträgt die Wärmeleitfähigkeit von Luft $ 0,024 $ Wm $ ^ {- 1} $ K $ ^ {- 1} $. Bei konstanter Körpertemperatur und Außentemperatur würden Sie also zehnmal weniger Wärme verlieren, wenn durch Luft isoliert als durch die meisten festen Materialien isoliert.

Das Problem ist, dass Luft nicht in einer statischen Schicht bleibt, die Ihren Körper umgibt. Luftströmungen und Wärmekonvektion, die durch die Wärme Ihres Körpers erzeugt werden, bewirken, dass sich die Luft bewegt. Dies ersetzt die warme Luft, die Sie auf Ihre Körpertemperatur erwärmt haben, durch kalte Luft und erhöht die Wärmeverlustrate.

Idealerweise möchten Sie einige Dinge, die die Luft um Sie herum an Ort und Stelle halten können Die Luft kann sich nicht bewegen und Wärme abführen. Und Sie möchten, dass dieses Zeug so isolierend wie möglich ist.Das beste Material, das ich kenne, ist Silica-Aerogel , ein so guter Isolator, dass es im Space Shuttle als Hitzeschild für den Wiedereintritt verwendet wurde. Glas ist eigentlich ein ziemlich schlechter Isolator, aber Aerogel enthält nur wenige Volumenprozent Glas und die anderen 90 ungeraden Prozent seines Volumens sind Luft. Daher hat es ausgezeichnete Isoliereigenschaften. Aerogel ist jedoch ein spröder Feststoff und eine schlechte Wahl für Bettwäsche.

Decken sind ein Kompromiss. Sie enthalten weniger Volumenprozent als Aerogel und sie auch Fangen Sie die Luft weniger dicht ein, und beide Faktoren verringern die Isoliereigenschaften. Sie sind jedoch „viel komfortabler als Aerogel.

Kommentare

• Aerogeldecken lol ☺

• @Geremia: Es wurden Versuche unternommen, flexible Aerogele herzustellen. Siehe zum Beispiel diesen Artikel . Wenn Sie Google Aerogel-Kleidung gibt es viele Treffer, aber wie erfolgreich es ist, bin ich ‚ nicht sicher ..
• Deshalb ist Daunenkleidung warm. Federn haben wenig Masse, fangen aber die Luft gut ein.

Normalerweise würde sich Ihre Körperwärme in der Luft ableiten Wenn es kalt ist, kühlt sich Ihr äußerer Körper ab, weil Sie Ihre Körperwärme an die Luft in Ihrer Nähe verlieren. Wenn Sie sich also mit einer Decke bedecken, verhindern Sie, dass Ihre Körperwärme entweicht, und wenn sie eingeschlossen ist. und Ihr Körper produziert weiterhin Wärme, Sie fühlen sich unter der Decke immer wärmer. Insgesamt verhindert die Decke die Konvektion von Wärme durch die Luft, indem sie die Luftbewegung stark verlangsamt. Dadurch wird Ihre Körperwärme in der Decke gespeichert.

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• Die Luftkonvektion ist ein Faktor, aber meiner Meinung nach vor allem die Wärmeisolationseigenschaften des Materials. Wenn Sie sich mit einem schlechten Material abdecken Wärmeisolator, der aber immer noch die Luft vollständig einschließt, wird ‚ nicht effizient sein, um Sie warm zu halten.
• @Mara: Ja, ich denke, dass ‚ ist was er a rgued: Es stoppt die Konvektion, indem es Luftbewegungen verhindert.

Dies ist ein großes Thema in unserem Haus bei In dem Moment, in dem es hier Winter ist und wir nicht den ganzen Ort heizen.

Wenn Sie im Bett zittern, denken Sie darüber nach, wie sich die Wärme durch eine der folgenden Bewegungen bewegt:

1) Konvektion (Luftbewegung)

2) Leitung (Berühren)

3) Strahlung

Eine ideale Superdecke spricht alle drei an:

1) Stoppen Sie die Luftbewegung. Es kann dies tun, indem es Sie einschließt (wie eine Plastiktüte), aber praktischer kann es unscharf sein. Unschärfe macht es sehr wenig schwierig, Lufteinschlüsse zu bewegen.

2) Reduzieren Sie die Wärmeleitung – da es sich um ein Material handelt, das die Wärme nicht gut überträgt (z. B. Kunststoff oder Baumwolle), hält es die Wärme neben Ihrem Körper. Noch besser, wenn es verschwommen ist, berührt es Ihren Körper weniger. Weniger Kontakt mit der Oberfläche bedeutet weniger Wärmeleitung.

3) Reduzieren Sie die Strahlung – wenn sie die Wärme wie diese Mylar-Notfalldecken auf Sie „zurückstrahlen“ kann, kann die Wärme, die Sie ausstrahlen, an Sie zurückgegeben werden .