衣服穿多少合适？

春天里，北京的天气冷热多变，动辄一天内温度相差10°以上，各种天气相关的媒体不断在提示你，早晚温差大、注意增减衣物。那么，我们穿着衣服的多少，可以精确估算吗？

人体发热量

无论是运动还是休息，无论是睡觉还是醒着，作为生命的特征，人体都在不断的散发热量，平均来说，人体产生的热量，如果完全成为身体受热能量的话，将会使得人体温度升高2°/小时；转化为功率表达的话，大约是100-200W。

人体正常生理温度与舒适感

人体正常生理温度，以体内或表皮以内、真皮表面温度来衡量的话，为37°，即310K。保持体内温度37°不变，也就保持了人体的舒适感。

如何保持体内温度37°不变？

不考虑周围环境，因为人体有一个正常发热功率100-200W，所以要保持体内温度37°不变，必须要通过体表散发出同样大小的热流。

人体与环境的换热方式

任何体系之间的热量交换，无非是三种方式：传热、对流和辐射。只有能量交换，没有物质交换，就是传热，这是人体最主流的散热方式；既有能量交换、又有物质交换，或者说通过物质交换实现能量传递，就是对流，人体通过出汗来实现散热降温，就是一种对流；通过电磁波实现能量传递，即所谓辐射，因为人体发射的电磁波散发的能量特别低，在人体散热过程中可以忽略不计。

我们这里讨论穿多少衣服合适，主要通过传热分析来实现。

传热公式

导热系数是指在稳定传热条件下，1m厚的材料，两侧表面的温差为1度（K，℃），在1秒内（1s），通过1平方米面积传递的热量，单位为瓦/米·度 （W/(m·K)，

身体表面的物体的厚度为d、其导热系数为c、身体表面积为s、环境温度为T，则其导热率q为：

无衣着下舒适的环境温度分析

干皮组织导热系数 0.18 W/（m·k） （占人体组织30%），水组织导热系数 0.54 W/（m·k） （占人体组织70%），平均来计算，人体组织导热系数 0.18*30%+ 0.54*70%=0.432 W/（m·k），下面简单以导热系数c为0.4带入计算。

人体散热从心脏到表皮的厚度l=5cm

人体散热表皮面积s=2平米

散热率等于人体的发热量，q=150W，

计算可得：

T=310-9.375≈300k，约等于27-28°

所以，一方面在一个环境温度为27、8°的房间里，我们会觉得最舒适，另一方面，我们在计算穿衣厚度时，可以以从环境到皮肤之间的温差进行计算，而皮肤温度设置为300k。

从上面公式也可以简单推论：一个人身体内脏静态下活动越强（产热率越高）、越胖（表皮到内脏的距离大），则越耐寒；而如果长得水灵（导热系数高）、皮肤舒展（皮肤没有皱纹），则越喜欢温暖的环境。

不同环境温度下衣着厚度计算

以最常使用的棉毛的导热系数c=0.05代入计算，

衣物的遮盖面积s=1.5平米，另外0.5平米为暴露区域，

衣着区域的散热率为q1，暴露区域的散热率为q2，q1+q2=q=150W，

可得，

暴露区域散热方程为：

如果暴露区域的散热率等于人体产热率，此时的环境温度为：

，即大约-1°。

也就是说，当环境温度低于-1°时，必须进一步减少暴露面积，否则穿多少衣服都会觉得冷。

如果暴露面积减小到0.05平米，则可以耐受的最低极限温度为65k、小于零下200°。当然这是理想计算，实际上人体液体低于零下20°就早已结冰导致人体冻伤了。

衣着区域散热方程：

q1+q2=150,  q2=1240-4T,  q1=4T-1090

利用该公式计算不同温度下的衣物厚度为，

所以，环境温度低于10°时，单纯的棉布衣物已经不能满足御寒需求；当温度接近0°时，需要更高绝热能力的衣物。

温度不均时的衣着需求分析

冬天的时候，室外温度0°，室内温度20°，但是在室内生活的人，穿的还是比较多才舒服；夏天的时候，室外33°，室内25°，但是室内的人，需要穿的少才会觉得比较舒服；为什么？

冬天室内的加热源面积、或者夏天室内的冷气源面积，与直接和室外接触的墙壁的面积相比，只有1/5-1/10，甚至更低，因此，室内必然是两种不同温度的空气的组合，而显示的宏观温度。

冬天的时候，冷空气的成分更多，比如占到4/5，如果冷空气的温度为10°，则相当于与人体接触的4/5的面积的地方，需要有可以抵御10°空气的御寒衣物；另一方面，热源更高温度的部分可以认为不需要穿着衣物，综合起来就是，冬天室内的人，需要4/5的部位穿着可以御寒室外10°的低温的衣服，才能舒适，也就是说，冬天的室内，同样需要穿着厚一点衣物。

同样道理，夏天只有不到1/5的部位，需要穿着可以抵御比如20°的环境温度就可以了。因此不需要更多更厚的衣物。

可以推理，夏天有人因为空调而不适，是因为穿着太少太薄，无法抵御20°的低温引起的。

另外，在太阳照射下，因为太阳可以提供1kW/平米的能量，所以即使环境温度低，有太阳的时候，可以穿着的更少一些。

思考：

对于正常人体来说，以25°为分界线话，更高的温度和更低的温度（比如5°以内），哪一个更令人喜欢？