【原】羽絨服靠什么保暖？主要靠空氣

艾?？破站?/a> 2020-03-19

生活在寒帶的動(dòng)物為了抵御嚴(yán)寒，身體上包裹著厚厚的脂肪和皮毛。人類在長(zhǎng)期的進(jìn)化過(guò)程中體毛退化，在冬季需用衣物抵御嚴(yán)寒。在過(guò)去，北方人冬季通常都穿著厚厚的棉衣、棉鞋、棉褲，而在追求時(shí)尚的今天，隨著人們的消費(fèi)能力提升，羽絨服逐漸大眾化。

羽絨取自家禽，是保暖性能最好的天然材料之一，在羽絨服中填充的是消毒殺菌后的鴨絨或者鵝絨，當(dāng)然也有人造羽絨。保暖性能極佳的羽絨服，不僅寒帶地區(qū)的人在用，極地人員也在用。由于羽絨服中填充的是羽絨，很多人就認(rèn)為起保暖作用的是羽絨，其實(shí)起保暖作用的主要是空氣，這是為什么呢？

人體需要保持恒溫

人屬于恒溫動(dòng)物，我們每天通過(guò)食物攝取能量，一部分用來(lái)維持體溫。恒定的溫度對(duì)人體的正常生理活動(dòng)至關(guān)重要，體溫過(guò)高或過(guò)低都會(huì)危及生命。

上圖為不同年齡階段的體溫分布。

人只要活著，就會(huì)進(jìn)行新陳代謝，這個(gè)過(guò)程中體內(nèi)會(huì)積蓄多余的熱量，必須要散熱。人體主要通過(guò)血液將體內(nèi)的多余熱量轉(zhuǎn)移至體表，并散發(fā)出去，溫度過(guò)高時(shí)還會(huì)通過(guò)排汗的方式加速散熱。

當(dāng)環(huán)境溫度高于人體溫度時(shí)，人體已無(wú)法正常散熱；當(dāng)環(huán)境溫度低于人體溫度時(shí)，人體的熱量會(huì)流失，溫差越大，人體熱量流失的越快，感覺越冷。保暖就是為了減緩人體熱量的流失速度，使人體保持恒溫，羽絨服起的就是這樣的作用。如果溫度實(shí)在太低，還需要熱源進(jìn)行取暖。

身體將熱量散失到環(huán)境中，這屬于熱傳遞

熱傳遞是由溫度差引起的熱量轉(zhuǎn)移現(xiàn)象。熱傳遞主要以熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流和熱輻射三種方式進(jìn)行，熱量通常以一種或多種方式由高溫區(qū)轉(zhuǎn)移至低溫區(qū)。熱傳導(dǎo)是固體的主要傳熱方式；熱對(duì)流主要發(fā)生于液體和氣體中，是流體熱傳遞的主要方式；熱輻射是以電磁波進(jìn)行熱傳遞的方式，任何溫度在絕對(duì)零度（零下273.15攝氏度）之上的物體都會(huì)向外輻射出電磁波，溫度越高，輻射出的總能量就越大。

以人體散熱過(guò)程為例。人體為了保持恒溫，必須將多余的熱量散發(fā)到環(huán)境當(dāng)中。人們通常生活在地球表面，人體包裹著一層皮膚，與人體接觸面積最大、接觸時(shí)間最長(zhǎng)的就是空氣。身體中的熱量除了會(huì)以熱輻射的形式進(jìn)行轉(zhuǎn)移以外，在與空氣接觸時(shí)，還會(huì)將熱能傳導(dǎo)給空氣。人體周圍的空氣流動(dòng)速度越快，與人體接觸而升溫的空氣能夠快速流走，這不僅加快了空氣中的熱對(duì)流，還使冷空氣與身體接觸的頻率變高，這樣身體熱量流失的速度也就加快了。

上圖為人體不同部位的溫度分布。

風(fēng)扇就屬于強(qiáng)制對(duì)流，可以幫助人體快速散熱。如果空氣的溫度與人體溫度相差不大，風(fēng)扇也就起不了太大的作用了。此時(shí)就需要用到空調(diào)。

此外，人體最顯著的特點(diǎn)就是可以通過(guò)大量流汗的方式，進(jìn)行蒸發(fā)散熱。蒸發(fā)是一種物相變化，在任何溫度下都可以進(jìn)行，具有致冷作用。

隔熱和保溫都是為了阻斷熱傳遞

對(duì)于可以冷暖兩用的空調(diào)，冬天空調(diào)加熱室內(nèi)空氣，夏天空調(diào)將室內(nèi)的熱量轉(zhuǎn)移到室外。使用空調(diào)時(shí)，需要一個(gè)密閉的空間將熱空氣與冷空氣隔絕開來(lái)，門窗緊閉的房間起到的就是這么一個(gè)隔離作用。房間既能隔熱又能保溫，不管是保溫還是隔熱，本質(zhì)上都是為了阻斷熱量轉(zhuǎn)移。

以大家常用的保溫杯或暖水瓶為例，我們將熱水倒入杯中，視環(huán)境溫度而定，一般可以保溫12個(gè)小時(shí)。如果我們將冰淇淋放入其中，同樣可以隔熱，可以使冰淇淋在炎炎夏日保存10多個(gè)小時(shí)都不化。夏季有些商家會(huì)用保溫毯或者棉被蓋著裝滿冷飲和冰淇淋的冰柜，除了阻止陽(yáng)光照射外，還有就是起個(gè)隔熱作用，降低電力消耗。

雖然存在溫差，只要能夠阻斷熱傳遞，熱能就不會(huì)在兩個(gè)物體之間出現(xiàn)流動(dòng)。完全阻斷是不可能的，但是通過(guò)某些具有優(yōu)異阻熱性質(zhì)的材料，就可以減緩熱傳遞這個(gè)過(guò)程。

熱傳遞主要分三種方式，阻熱材料就要在這上面下功夫。熱輻射雖然可以在真空中傳播，但是一張紙就可以起到阻擋作用；熱對(duì)流可以通過(guò)某些方式減慢；至于熱傳導(dǎo)則要使用絕熱材料，絕熱材料又叫做熱的不良導(dǎo)體，生活中常見的有木柴、塑膠、空氣等。

羽絨在空氣的配合下，具有良好的阻熱性能

上面已經(jīng)說(shuō)過(guò)，空氣是很好的絕熱材料，其實(shí)羽絨也具有很好的絕熱性能?？諝怆m然是氣體，存在熱對(duì)流。不過(guò)，羽絨與羽絨之間存在很多縫隙，空氣分布在這些縫隙中，羽絨對(duì)空氣的流動(dòng)會(huì)起到阻礙作用。同時(shí)，制作羽絨服的布料一般比較密閉，就是為了減少羽絨服中的空氣流動(dòng)，這樣才能更保暖。

衣服能夠阻礙熱輻射自然不用說(shuō)，再加上衣領(lǐng)、袖口等處的緊縮型設(shè)計(jì)，盡量減少空氣流動(dòng)，再加良好的絕熱性能，使羽絨服的保暖效果變得非常好，即使在零下10來(lái)度的室外，也能使身體保持溫暖。雖然棉、皮革等材料也能保暖，但是羽絨顯然更輕些，并且保暖性能更佳。

羽絨具有一定的韌性，擠壓之后不易變形，能夠保持蓬松。只有蓬松，才能使羽絨之間的縫隙中充滿大量空氣，這才是保暖的關(guān)鍵。很多羽絨服穿一段時(shí)間，多次清洗后，蓬松度下降，變得不太保暖，就是這個(gè)原因。之所以選擇羽絨，與它十分的輕也有很大的關(guān)系。

總結(jié)起來(lái)，保溫隔熱材料一般都具有質(zhì)輕、多孔疏松、導(dǎo)熱系數(shù)低等性質(zhì)。

基于此，科學(xué)家發(fā)明了世界上最輕的阻熱材料——?dú)馊苣z。氣溶膠是固體，凝膠呈空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，內(nèi)部90%都是空氣或者其它氣體，整體密度甚至比空氣還略低。使用二氧化硅等材料制作的氣溶膠，不僅絕熱性能極佳，還具有良好的透明性，被用于航天領(lǐng)域。