為什麼北方供暖而南方不供暖?科學告訴你-導熱 北方人 熱傳導 暖氣...

2021-01-10 東方網

  1我們為什麼會感覺到冷
  
  或許很多人會對這個問題嗤之以鼻,認為它太簡單以至於不屑回答。冷的感覺來源於神經對體表熱量流失的反應,而冷的程度取決於體表熱量流失的速度。當你的雙手浸泡過冷水以後,立即摸高於水溫的物體,會有一種溫暖的感覺,哪怕那個物體的溫度遠遠低於你的體溫。想必很多人都有過這樣的經歷,也就是說,你的感覺並非那麼「忠誠」地反應外界的環境,偶爾也會「欺騙」你一下。冷熱反應的是熱量的流向問題,而不是絕對溫度。你的溫暖錯覺實際上來源於你的局部溫度(雙手)與物體的溫度差異,而不是你的體溫與氣溫的溫差。
  
  2「冷」的程度是由溫度獨自決定的嗎
  
  在認同了上文那個常識之後,很多人又會陷入到另外一個誤區,感性地認為人體直接接觸到的東西的溫度越低,我們就會感覺到越冷。因為在他們看來,較大的溫差顯然會使得熱量流動得更迅速,人體理所當然會感到更冷。這種觀點是不完全準確的,因為在人體表面積恆定的情況下,決定熱傳導速率q的還有兩個量,溫度梯度(溫差在法向量上的偏導),也就是外界溫度與我們人體溫度之間的差異大小,只是其中的一個;還有一個是介質的導熱係數k。熱傳導速率與這兩個因子的乘積成正比。換句話說,就是導熱係數和溫度梯度在影響熱傳導速率時的地位是同等的。
  
  3南方影響熱傳導速率的因素是什麼
  
  大家在討論南北冬天的體感時,提得最多的是南北溼度的差異,這說明他們已經隱約感覺到溼度對體溫流失的影響。當然,大部分人只是說出自己的感覺,或者只是根據自己多年的經驗,憑直覺認為是溼度影響了我們體溫的流失。現實情況正是如此,南方潮溼的空氣大大增加了南方空氣(應該說所有物體)的導熱係數。那麼潮溼空氣與乾燥空氣的導熱係數有多大差異呢?水的導熱係數是0.5815W/m·K,而靜止空氣的導熱係數只有0.0233 W/m·K,相差二十多倍。南方的溼度大決不僅僅是水蒸氣含量大的問題。雖然不能說我們是直接生活在水裡,但也差不多了,基本上衣物就沒有一件乾爽的。這時候這些衣物的導熱性雖然無法與剛洗過沒擰乾的衣服相比,但和那些剛從摔幹桶裡拿出來的衣服已經沒有太大區別了。無論是空氣還是衣物,其導熱係數,南方的絕對要比北方的大得多。
  
  4氣溫和溼度,誰對體感溫度更有影響力
  
  雖然大多數人承認溼度對體感溫度的影響,但也有北方人堅持認為,溫度是主導因素,他們的理由很直觀:湖南現在只有零下四度,再怎麼冷也不可能把人體溫度降到零下五度;而北方已經是零下十幾度了,人體溫度的下降空間顯然要大得多。
  
  實際上,讓我們感覺到冷,根本就不要到那麼低的溫度,當體表溫度大約12度時,80%就會感覺到很冷,其餘的20%大多也會有冷的感覺。我們之所以在氣溫還是12度時不感到冷,只是因為我們或多或少做了一些防護罷了。也就是說,無論是湖南的零下四度(實際上湘北一帶的冬季平均溫度一般在四度左右),還是北方的零下十幾度,對於人體來說都已經足夠低了。人體要不感到冷,就是要在周邊環境的各要素的影響下,將體表溫度維持在12度之上,甚至是舒適溫度25度以上。而氣溫和溼度只不過是阻止我們達到這個目的的兩個等同的因素,沒有哪個有絕對影響力。
  
  5南方的房子為什麼不建得像北方一樣保暖
  
  很多北方人詫異:既然南方這麼冷,為什麼在建造房子的時候不參照北方方位的結構?這裡有多方面的原因。北方房屋的一個顯著的特點是牆厚。但這個厚是有講究的,並非是一味地壘磚。北方的牆實際上有兩層,中間有個空氣層,實際上其隔熱作用的就是這個空氣層。建材大多是良好的導熱體,實體牆面是沒有多大的隔熱作用的。而且,中間的那個空氣層還可以與炕連接在一起,像*在陝北住的房子一樣,做成「暖牆」。
  
  第二個特點是嚴實。相比較而言,北方房屋比南方房屋裹得嚴實多了。由於常年少雨,房屋多是平頂,用空心板封死了屋頂。四面牆體不留下任何多於的縫隙。窗戶也造得嚴實,冬天幾乎不開,玻璃是雙層的,中間同樣留了一個氣層隔熱。
  
  第三個特點是避風。北方的風向相對於南方單一,冬天風基本是從西北偏北方向吹來,所以他們的房子基本都背對著北風吹來的方向。有了這些特點,房子想不保暖都不行。不過很可惜,這樣的方案卻不能在我們南方照單全抄。
  
  首先,中國北方的大部分地區的土層都很厚實,支撐力很強,有能力支撐厚重的牆體。但南方的表層地質比北方複雜,表層土壤中往往存在多種不同的土質,這使得該處土地的支撐力很難琢磨;而且這些成分複雜的土壤在水分的浸泡下會變得很軟、很「活躍」,甚至會運動,容易造成房屋的形變。顯然,這種作用對越重的房屋影響越大。如果我們不下足功夫打地基——最有效的方法就是把地基裡原來的土都挖去,換上石頭和混凝土結構——就冒然建北方那種厚重的房屋,甚至會有整個房屋下沉或坍塌的危險。
  
  其次,南方的房屋不可能建得北方那麼嚴實,除非我們不為其他季節考慮。南方最大的特點就是潮溼,這點在每個季節都很顯著。房子作為一個相對封閉的結構,水蒸氣進到屋內就很難排出去,特別是夏天刮「水南風」的時候,大量的水蒸氣就會在室內凝結成水。如果這時候我們住的是那種特別嚴實的房屋,水氣就很難從房頂的瓦隙排出去,這樣就會讓室內過於溼潤,不但使人感到憋悶,而且對室內器物也不好。
  
  第三,冬天的南方處於冷暖空氣交匯的地方,兩鋒常常勢均力敵,在加上地形多變,不似北方平坦,風向遠不如北方容易琢磨。所以南方房屋的朝向一般根據屋主的經驗和地基處的地形決定,很難看出明顯的規律,也許唯一可以確定的是,朝向北方、西方的很少,不過那也更多是考慮採光的問題。
  
  除去這些原因不說,即便南方也如北方一般建造房屋,保暖能力也相當有限。就城市來說,南北方城市的房屋基本慢慢朝向趨同發展,至少很難在南方城市中發現瓦房;為了增加高樓的堅固性,牆體也是相當厚的;由於高樓林立,避風功能也不會弱於北方城市的建築。但是冬天的南方城市建築裡照樣寒冷,這還是因為潮溼的空氣無孔不入造成的。南方為什麼不裝暖氣
  
  「南方不裝暖氣」常常也是備受指責的問題之一。南方人指責政府厚此薄彼,為什麼北方裝得,南方卻裝不得?而北方人認為南方人自做自受,不會未雨綢繆,受點苦頭著實應該。其實,雙方就這個問題存在很大的誤解。北方的暖氣不能完全算社會福利,民眾是要掏錢的;南方也不是想裝就裝的,暖氣畢竟是一種集體消費行為,若是達不到一定用戶,或者使用周期不長,暖氣供應者鐵定賠本。從根本上說,暖氣消費還是一項市場行為,政府只在其中起到倡導、監督作用。現在的暖氣設施分為水暖系統和氣暖系統,由於水暖系統方向性好,供熱持續時間長,所以比氣暖系統更常用。不管哪種方式,暖氣都是要經過長途管道輸送的,為了保證熱量不在中途過多的流失,對管道的保溫、隔熱是必須的。
  
  由於北方氣候乾燥,而乾燥空氣的隔熱能力和熱容量都小,所以北方的管道的熱量流失主要集中在管道的熱輻射,只要解決了這個問題,南方的暖氣運送效率是相當高的。防止熱輻射主要採用隔熱材料中的熱反射材料,如具有很高的反射係數的鎳、鋁箔或鍍金屬的聚酯、聚醯亞胺薄膜等材料,在管道的內外面鍍上或包裹一層就行了。簡單方便,效果良好。
  
  但在潮溼的南方就不同了,除了熱輻射可以帶走管道的熱量之外,通過熱傳導流失的熱量更多。如前所述,潮溼的空氣是優良的導熱體,它們會以遠大於乾燥空氣的導熱速度將管道的熱量轉移走。除此之外,潮溼空氣還有遠大於乾燥空氣的熱容量,它們吸收的熱量並不能明顯地反映在升高自身溫度上。因此,南方如果破費安裝暖氣,其效果肯定也大不如北方。
  
  如果有對此心存疑義的朋友,不妨問問那些居住在湖北、安徽的裝有暖氣的準南方朋友,他們的暖氣到底起到了多大的作用。有時候即便暖氣片表面溫度還算熱,但室內溫度就是提不上來。原因在於,一方面,由於南方空氣溼度大,熱容量大,室內空氣熱得慢,升溫需要很長時間;另一方面,為了節約管道,暖氣片安裝在靠近外牆的地方;再加上前面所說的溼潤地方的房屋建得並不嚴實,諸多因素共同作用,使得等室內空氣將熱時,大部分的熱量已經流失到室外了。
  
  無需多少管道的炕在南方農村也是不適合。炕中多灰塵,在南方潮溼空氣中很容易富集病菌;為了防止牆體驟冷驟熱,火牆一般採用偏向於土質、保溫效果好(熱傳導能力差)的建材,而這種建材在南方顯得極不結實,早在很多年前就淘汰了。
  
  綜上所述,不是南方人不想裝暖氣,而是實在沒有這個條件。當然,這都是過去時,現代科學技術的進步,已經較好地解決了南方採暖的不利因素,比如獨立供暖,分室控溫,溫度梯度變化小、熱惰性強、熱穩定性好的常規地暖以及特別適合南方建築和氣候特點的、不佔空間、降低荷載同時熱得快的薄型地暖等。

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