台北市逢甲大學校友會

Knowledge sharing

知識分享

台灣夏季的悶熱感涼感衣散熱原理

文．圖／尹承達(財團法人紡織產業綜合研究所特別助理)
夏季有許多市售的涼感衣紛紛推出，不過在了解涼感衣的散熱原理之前，先來了解所謂「悶熱感」的來源吧。

1、氣溫越高，相對濕度越大
用糖水來舉例：熱水溶解的糖比較多，冷水溶解的糖相對少。當氣溫越高的時候，空氣中可以容納的水蒸氣就越多，濕度也就越高，而冬天的濕度就低多了。
2、流汗蒸發散熱，是夏季裡最重要的散熱模式
在人體的散熱模式裡：輻射、對流、傳導，都可能因為氣溫過高而無法有效散熱，此時人的體溫控制中樞 — 下視丘就會發動流汗機制，透過「汗水蒸發」，有效帶走人體的產熱（1g汗水蒸發可以散熱約580卡熱量）。
3、汗水的蒸發速率，取決於環境濕度
當環境濕度越低時，人體與環境間的濕度差就越大，就像超陡溜滑梯，當流速越高、流量越大，汗水蒸發就越快，因此體感溫度就越低；反之，環境濕度高時，濕度的溜滑梯就緩和，當流速與流量越小，汗水蒸發就越慢，體感溫度就越高。因此當空氣乾燥時，水分很容易蒸發到大氣中，散熱效果較好；反之，當空氣中水氣接近於飽和，皮膚上的汗水無法有效蒸發，熱能散不掉就還是留在身體中喔！
4、夏季體感溫度
假設「環境條件」戶外溫度為35℃，風速為3m/s，在無陽光直射、無雨狀況下：
若相對濕度為50%，體感溫度為38℃（比實際溫度高3℃）；
若相對濕度為80%，體感溫度為41℃（比實際溫度高6℃）；
若相對濕度為90%，體感溫度為42℃（比實際溫度高7℃）。
台灣夏季通常相對濕度介於75%~85%之間，在濕度如此高的情況下，人體越難用「汗水蒸發」帶走身上的熱能。當散熱效果越差，體感溫度越高，我們自然就感覺：熱+濕=悶。
以上就是「悶」的感覺從哪來！當然季節不同，影響體感溫度的主要原因也不同，通常「冬季」風速主導，風越強，體感溫度越低；「夏季」濕度主導，濕度越高，體感溫度越高。當夏季環境濕度太高，又處於高強度運動，大量產熱時，是有中暑風險的喔，因此如何提升散熱速率便十分重要，如：排汗快乾服飾。
然而炎炎夏日，大家都希望穿得涼快！那麼「涼感衣」是怎麼涼的？「接觸性涼感」(傳導散熱)是怎麼回事?
人體的散熱模式包括幅射、對流、傳導、蒸發，其中傳導散熱勢必透過「接觸」，就像夏天喝涼水、泡在游泳池，冬天裹棉被。當中有3項原則，分列如下：
1.溫度梯度差：膚溫與布料溫度一定要有溫差，一般來說衣服放置於環境中，衣服溫度會接近環境溫度，如果是20度，與膚溫33度之間就有13度的落差，當衣服穿上身，勢必會發生熱流(人體流向衣服，人體流失熱)，而感到涼意，與冬天剛進被窩會覺得冰冰的是一樣的原理。
2.材料傳導熱的能力：每一種材料都有不同的「熱傳能力」，例如棉、縲縈，天絲Tencel等大部分的纖維素纖維的熱傳能力都是不錯的，接觸時都會有涼感；又例如羊毛、聚酯纖維的熱傳能力是相對差的，熱傳差接觸時會有溫暖感，原因是纖維不傳熱，雖然有溫度梯度差，也無法帶走體熱，人體沒有「流失」熱，就會感到溫暖；最簡單的例子，冬天赤腳站在磁磚上與站在羊毛毯上的差異，其實瓷磚與羊毛毯的溫度是一樣的，與體溫也有溫差，但磁磚熱傳好，站上去冷吱吱，羊毛毯熱傳差，站上去可就溫暖多了。
3.接觸面積：舉個簡單例子，冬天進被窩本就有很大的溫差，而棉纖維的熱傳能力也很好，但棉毯的織物結構是「點接觸」，不是「面接觸」，所以蓋棉毯比起蓋棉被會比較溫暖一些喔！織物結構越平整，則接觸面積越大，有利於涼感與傳導體熱，織物結構越凹凸不平，則接觸面積越小，有利於溫暖感與傳導體熱能力差。
那麼評估「接觸性的涼感」，或者說「接觸性的熱傳能力」是什麼試驗呢？就是大家常聽到的Qmax = Quantum of Maximum Heat Flux (cool feeling test)，其實就是量測：在10度的溫差下，織物的最大熱流速率(每單位面積)，所以單位是w/cm2，每平方公分的織物，在10度溫差下的熱流速率(瓦特w代表熱流動的速度)；數據越大，穿上身就越涼喔！