人体不是温度计—— 为何你家空调采暖不给力？

许鹏

很多人知道伽利略的比萨斜塔扔铁球的故事。然而可能很多人不知道伽利略能成功地成为一个自由自在的科学家的第一桶金来自于他发明、制造和销售温度计。如果没有这桶金，他也会和今天很多科学家一样忙着搞项目，为生计奔波。幸亏当年没有国家自然科学一等奖，不然估计他也忙着当官评奖去了，后面不会有那么多伟大的发明。有了这桶金，让他可以比较自由安定地研究自己感兴趣的事情。

图：伽利略温度计，液体比重随温度的变化引起上浮从而确定温度

伽利略温度计作为温度计的一种，一直用他的名字命名。和今天的很多创业者一样，温度计虽然不是伽利略一个人发明的，但是他成功地完成了产品定型和商业销售。早期意大利的医生和中医一样，完全依赖手和额头触觉猜测病人的体温，一是不准，二是取决于很多环境因素的影响。伽利略把人体体温用量化的形式测量出来，给医生判断病情和下药提供了依据。同样是发烧，有了温度计，我们可以知道40度的病人和38度的病人应该完全区别对待。这就是量化数据的力量。

然后今天我想说的是另外一个反过来的例子。人体的温度可以用温度计来计量。但是人体不是温度计，人对室内环境是否满意，却不是简单的温度一量即可。温度计的广泛使用，让人们产生错觉，认为空气的温度在适当的范围里，人体就会舒适。但是人体对环境温度的满意程度却是不能单单用空气的温度来表示的。这里面相关的因素很多，比如穿衣习惯、文化、湿度、空气流动速度、人的活动状态、性别、体重等等。相关的研究叫做建筑环境学或者人体舒适研究，涉及的内容很多。这里只是想说明辐射对舒适度的影响，从而告诉你，为什么冬天采暖，你家的空调不给力，以及要想获得冬季舒适温暖的室内环境，你应该采用什么样的采暖方式和安装什么样的采暖系统。

从初中物理里大家知道，换热的方式有三种，传导、辐射和对流。当一个人在室内自由活动的时候，一般不和外界物体有直接的接触，传导热量基本为零。人体对热的感觉主要是对流和辐射。这一点和温度计不一样，温度计感受的是空气温度，主要是通过对流形式发生的。辐射的影响往往被人们忽略，因为空气温度和墙体温度在大部分时候都是比较接近的。但是在南方采暖，由于其特殊性，不得不考虑辐射的影响。

当然你可能会问，我的温度计如果暴露在空气中应该也接受到辐射啊。事实上墙体表面辐射对温度影响很小。现在使用的大部分温度计都是有盖子遮挡的，温度传感器“看”不见墙体，感受到的是透过缝隙进来的空气温度。即使你把一个裸露的水银温度计吊在半空中，辐射对它的影响还是很小。因为虽然辐射和对流一样，和表面积成一定的比例关系，但是辐射除了面积之外，还有角度问题，就是两个相互辐射的物体，彼此能“看”见对方多少。

这个用辐射的“角系数”来表达，其定义是一个表面发射出的辐射能中，落到另一表面的百分数。我们可以将其理解为两个辐射物体看得见对方的程度。而物体表面积越大，辐射影响占的比例也就越高。温度计的表面积很小，对墙体辐射而言，它们几乎“看”不见温度计。除非你有本事把温度计做成和人一样的大小，否则是反应不出来人体的辐射换热效果的。

做一个人体大小的温度计是不现实的，一是没有地方放，二是谁家客厅里放一个真人尺寸的假人都会把人吓一跳。为了更好地定义人的实际舒适度感受，通常我们用operative temperature来表示。这个温度有时翻译叫做作业温度。

作业温度 = （空气温度 + 环境平均辐射温度）/ 2

简单的说，作业温度就是空气平均温度和房间四壁的表面温度的平均值。就是说根据人体这样的大小比例，一半的换热来自辐射，一半来自空气对流。用过浴霸的人知道，在强辐射下，即使空气温度比较低，人也不觉得寒冷。

对于长江流域的南方而言，如果冬天不开空调暖气，那么室内四壁和室外的温度没有太大的差异。如果采用间歇采暖，就是人不在的时候关空调，人在的时候打开空调。这个时候，如果打开空调，四壁温度是需要时间慢慢加热到空气温度的。一般情况这个加热时间在1-2个小时以上。

我们按照保守考虑，假设墙体的温度是5-10度，那么如果要想实现和北方一样的18度的采暖舒适温度，那么空气温度就必须被加热到26-31度才行。而这样则让用户陷入了两难的选择，如果开空调，那么等暖和起来了，人可能又要离开了。如果不开空调，又一直是处于寒冷之中。所以和夏季空调不一样，冬季如果想获得比较舒适的采暖温度，间歇采暖是不行的，必须连续采暖，才能保证墙体温度不至于过低。上面的计算还是保守估计，如果考虑到窗户等比外墙更加寒冷的表面辐射，需要的空气采暖温度会更高。

30度以上的空气温度会带来燥热，因为空气中的水分是一样的，随着温度的上升，相对湿度会下降。空调吹出来的热风也会带来不舒适，人类在漫长的进化过程中，对于辐射热有着更多的偏好。因为自然界有太阳，人类已经适应晒太阳来获得温暖。过去在农村生活过的人们会有这样的印象，就是冬天里大家都喜欢在午后靠着墙根晒太阳。这个道理和动物世界里我们看见蜥蜴晒太阳调节体温是一样的。寒冷的天气里自然界中并没有热风，所以被热风吹着，即使能够获得同样的热量，人还是会表现出各种的不舒服。

这是在需求方面。而在另外一方面——热量的供应方面，空调暖气也是不给力的。空调暖气的热源来自室外，空调的作用是把热量从低温的室外搬运到室内来。室外的热量首先进入室外机，再通过室内机释放出来。所以空调的暖气出力随着室外温度的下降而下降。但是暖气热量的需求却是随着温度的下降而上升。

当室外是晴朗干燥的日子，温度在10度以上的时候，空调暖气比较给力。可是这个时候，有没有暖气也不是特别重要。真正到了阴雨寒冷的冬天，空调暖气的出力直线下降。特别是在雨雪天气，室外机为了获取室外的热量，必须比室外温度还要低，所以一旦有雨雪，室外机就会发生结霜现象。一旦机器结霜，就需要进入机器反转，进行化霜，用室内的热量加热室外机，让室外机上的冰雪融化。使用空调暖气的人都有体会，就是有时开了空调结果吹出来的是冷气。还以为自己开成了空调模式。其实当时空调是在化霜。这个时候还不如干脆电加热来得省事。

凡是采用压缩循环的空调暖气，无论是分体机、窗机、还是变频机，无论厂家怎样美化宣传，都只能在不太冷的时候辅助使用，是单独解决不了采暖问题的。真正冷空气来临的时候采暖问题还是需要用燃气的方式解决，散热的形式还是以辐射为好，无论是地暖还是壁挂。一方面没有热风感，另外一方面，实现相同的作业温度，由于辐射温度的贡献，还可以让室内温度不至于太高，避免采暖常见的干燥感觉。