【尹觀點】舒適性基礎 — 冷與熱如何而來?體感與體感溫度的產生

氣象報告時,除了氣溫,還常聽到”體感溫度”。其實氣象局是想透過”體感溫度”提醒民眾,今天是春暖花開、炎炎夏日、秋高氣爽、還是寒風刺骨的冬天。那麼,人對環境所感受到的”冷”與”熱”,到底怎麼來的呢?說明如下:

 

1. 只有“熱”存在,而且會由高往低流動

首先釐清,就物理而言,只有”熱”存在,”冷”並不存在,”冷”只是一種人的感覺。

”熱”可以用焦耳或卡路里來描述量體的多寡;而且熱是可以流動的,但前提是”高處流往低處”,多的流向少的,即所謂梯度差,與家裡的自來水是一樣的原理,壓差越大,流速與流量就越大。

熱的流動

 

2. 冷與熱的感覺,與環境溫有關

人的體溫相對於環境溫,會產生冷與熱的感覺。

例如:

A. 體溫>環境溫:體溫會流向環境,人體喪失熱,就會感到”冷”或者”涼快”。

B. 體溫≒環境溫:體溫與環境溫達到熱平衡,沒有熱的流動,就會感到”舒適”。

C. 體溫<環境溫:環境溫流向人,人體獲得熱,就會感到”溫暖”和”炎熱”。

 

3. 人體與環境間,熱的流動方式

當人體與環境間,有”熱”要流動時,可分為二種方式:

(1) 乾式散熱(輻射+對流+傳導):人體以四肢為主,與血液循環系統及體表面積有關。

(2) 濕式散熱(蒸發>>呼吸+流汗):人體以軀幹為主,與汗腺的分布密度有關。

乾式與濕式散熱

 

4. 情境與體感溫度

根據前述熱的流動,與冷熱感覺的產生,可以描述出以下情境的體感與體感溫度。

情境一:冬季的冷

(1)氣溫為0℃(與人體膚溫33~35℃相較,梯度差大,以輻射方式大量喪失熱)

(2)天氣陰霾(無法獲得輻射熱)

(3)北風凜凜(大量對流喪失熱)

這一天會感覺冷的刺骨,體感溫度比氣溫還低。
 

情境二:冬季的暖

(1)氣溫10℃(與人體膚溫33~35℃相較,梯度差較小,輻射熱喪失較少)

(2)晴空萬里(獲得輻射熱)

(3)和風煦煦(對流喪失熱比較少)

這一天會感覺到冬天裡有溫暖的太陽,體感溫度比氣溫還高。
 

情境三:夏季的熱

(1)氣溫為39℃(高於人體膚溫33~35℃,輻射無法散熱)

(2)烈日沙灘(獲得太陽輻射熱)

(3)台東焚風(無法對流散熱,還獲得環境熱)

這一天會感到快熱斃了,體感溫度比氣溫還高很多。
 

情境四:夏季的舒適

(1)氣溫29℃(與人體膚溫33~35℃相較,雖然梯度差較小,仍可輻射熱散熱)

(2)林間漫步(遮蔽輻射熱)

(3)涼風拂面(有效對流散熱)

這一天會感到初夏的風和日麗,體感溫度比氣溫低。
 

 

以上盡可能以情境來描述體感溫度與熱流之間的關係,當然環境濕度的高低也會影響體感悶熱或乾爽;特別是台灣夏天濕度高,不利於流汗蒸發散熱,並且空氣中的水蒸氣都帶著熱量(1g的水化為水蒸氣都攜帶540卡的熱量),所以人會感到”悶”;當氣溫較低時,相對溼度也較低,流汗後的蒸發速率也較快速,人會感到乾爽。其實,不同氣溫下的濕度,就與熱水溶解的糖比冷水可以溶解的糖要多,是一樣的原理喔!

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