立冬,是二十四节气之第十九个节气,也是冬季的起始。立,建始也,表示冬季自此开始。冬是终了的意思,万物收藏也,意思是说秋季农作物全部收晒完毕,收藏入库,动物也已藏起来准备冬眠,而我,也是时候准备过冬的衣物了。虽然今年的天气极端高温情况非常严重,甚至 11 月还能见到台风,但是既然立冬,过冬的保暖指南还是先端上来吧。
作为一个新杭州人,我常常抱怨杭州的天气:不是夏天就是冬天,一年到头都不用脱短袖。早上出门风大得穿羽绒服,中午太阳出来就该穿短袖了。我的广大男性同胞朋友采用「羽绒服里穿短袖」这套搭配,这几年都这么过来了。但当我把这个非常好的方法推荐给异性朋友,成功得收获了白眼。
可能是男女体温的差异,女性比男性更容易感到冷,这就需要效果更好的保暖服装。既然如此,那么让我先从保暖的原理开始,说说如何温暖得度过一个寒冷的冬天。
▍传热原理
在寒冷的冬季,我们身体的热量通过三种主要方式流失:热传导、热辐射和热对流。只要在物体内部或物体间有温度差存在,热能就必然以以上三种方式中的一种或多种从高温到低温处传递。
热传导,当身体接触到冷的物体(如冰冷的地面或金属物品)时,热量会从身体流向这些物体,导致体温下降。通过傅立叶定律:在导热现象中,单位时间内通过给定截面的热量,正比例于垂直于该截面方向上的温度变化率和 截面面积 ,而热量传递的方向则与温度升高的方向相反,我们可以得知传导散热量取决于皮肤和接触物的温差、接触面积和接触物的导热性。
热对流,空气流动会带走身体周围的热量,尤其是在风大的天气里,寒风会加速热量流失。空气越冷、风速越大,体温流失越快。
热辐射,我们体内的热量也通过红外辐射向外界发射,尤其在没有衣物的保护时,人体的辐射热量会迅速散失。
上述三项是物理学定义的热传递的方式,我们都在小学学过的:热传导和热对流与温差成线性关系,而辐射传热量是温度的四次方,真空中的辐射传热由斯特凡 - 波兹曼定律描述。该定律指出,热传递速率(e)与辐射体的绝对温度(T)的四次方成正比。在数学上可以表示为 e=σT^4,其中 σ 是斯蒂芬 - 玻尔兹曼常数。所以当体温和环境温差较小的时候,以传导和对流为主;而温差较大的时候,以辐射为主。
另外,还有一个非常重要的物理现象影响着我们的散热:蒸发。蒸发是非常有效的散热方式,每蒸发 1g 水可带走 2.44 kJ 热量。
蒸发可分为不显汗和发汗两种。不显汗(又称不感蒸发 )在未聚集成明显的汗滴之前即被蒸发的一种持续性的散热形式。一般不为人们所察觉。在中等室温(30℃以下)和湿度条件下,约有 25% 的热量是由这种方式散发的发汗是汗腺主动分泌汗液的活动过程,汗液的蒸发可有效地带走热量。因为发汗可以感觉得到,又称为可感蒸发。
▍秋衣外穿如何保暖
首先一个经常被人忽视的事实:一般而言,与我们皮肤接触面积最大的不是衣服,而是空气。冬季保暖穿衣最重要的是锁住皮肤周围的热空气。
那么,在此我再次引用由前人提出的秋衣外穿理论,重申其在冬季保暖领域的重要地位。秋衣作为内衣通常采用柔软、贴身的材料,能够在保留舒适度的同时有效防止寒冷空气的侵入。而秋衣外穿作为一种不常见的保暖方式,其在实用性上有着非常明显的优点。让我们以秋衣穿在风衣外为例:
减少热传导损失,秋衣使风衣紧贴皮肤,能减少皮肤与外界冷空气的直接接触面积,从而减缓热量向外传递。根据傅立叶定律,导热量受温差和接触面积的影响,因此秋衣可以通过减小接触面积,降低导热速率。此外,秋衣材质通常采用低导热系数的材料(如棉或羊毛),进一步降低热传导损失。
减缓热对流,风衣变成一层贴身的隔离层,可以在皮肤周围捕获一层薄薄的静止空气层,形成天然的「防风墙」。静止的空气层极大地抑制了热对流传递。由于空气是优良的绝热体,静止空气可以减少风速对体表热量的带走速度,尤其在户外的寒风环境中,秋衣的防风效果更加明显。
降低热辐射,人体不断通过红外辐射向外界发散热量,而秋衣可以充当屏障,吸收和反射部分红外辐射,减少热量直接散失到冷环境中。尤其在温差较大的情况下,秋衣的覆盖能够有效降低人体辐射散热的比例。
但是,秋衣外穿有一个严重的缺点:不透气。
皮肤蒸发出的水汽会缓慢的在衣服上积累,时间长了,水汽液化,衣服会从内到外一层一层的慢慢变湿,尤其是在易出汗的部位。水的导热性能好,潮湿会加速身体丧失温度,让身体感到寒冷。
在某些情况下,因为外套表面冷,内层暖和,内部的温暖潮湿的空气遇到寒冷的表面时,会凝结为水并在衣服内部堆积,导致内层表面会湿湿的。这种类似于在北方地区会出现外墙的墙体内露水凝结导致房屋潮湿、霉变的现象,被称为冷桥效应。此时停下来休息的时候,这些汗水会冻成冰,内部结冰不及时处理可能造成不可挽回的后果,比如失温。
秋衣原本的贴身设计不仅防寒,还具备良好的吸湿排汗性能。通过及时排出皮肤表层的湿气,秋衣能避免汗液在体表蒸发带来的额外热量损失,同时避免因湿气聚集引起的寒冷感。尤其在活动量较大的情况下,秋衣的排汗效果有助于维持干爽的体感温度。
既然秋衣外穿并不可取,亦不美观,那么我们有什么「既要又要」的穿衣保暖方法?
让我们想一下,是谁大冷天不在被窝里呆着,要跑出去「浪」?是谁的服装既要保暖,又要行动方便?是爱斯基摩人?还是户外爱好者?还是军队?他们的服装有什么共同特点?
▍三层穿搭(4 °C 以上)
有没有一件衣服,可以既透气又保暖,还轻便?
从传热原理上来看,理论上好像并没有。透气的衣服不会保暖,保暖的衣服不会轻便。有什么方法可以取各家之长,补其短?答案就是,多穿几件不同功能取向的衣服。
先让我们看看户外爱好者普遍喜欢采用的穿衣方式:叠穿。
首先,什么是叠穿?最简单的三层叠穿系统分为内层、中间层和外层。内层透气,中间层保暖,外层防风。
内层(羊毛、合成材料)
贴近皮肤的第一层衣服能保暖,并快速吸湿排汗。较轻的重量最适合温暖环境和 / 或高强度活动。较重的重量适合凉爽环境或低强度活动。普遍采用羊毛或者合成材料。羊毛在潮湿环境下仍具保暖性,并且具有天然的防臭特性;合成材料轻薄,能快速干燥,并且更耐磨。
中间层(棉羽服、抓绒衣)
棉羽服和抓绒衣提供保暖性能,进行高强度活动时有助于散热。选择棉羽类型时,需考虑重量和天气条件。羽绒暖重比最高,且体积能压缩到很小,最适合在凉爽干燥环境中穿着;合成材料在潮湿环境下仍具保暖性,更耐磨,但其可压缩性不如羽绒,重量也更重;抓绒衣是一种高透气性保暖服。抓绒衣十分舒适,但在单独穿着时,无法防风防雨。
外层
外套是最能抵御风雨的一层,通常穿在其它层的外面。进行选择时,需评估环境、预期的活动强度和典型情况。外套能全面防水、防风、透气,同时足够轻量化。
为什么要叠穿?各层衣服是保持干爽、温暖及高效利用体能的工具。依照正确的叠穿系统,并按顺序叠穿各层衣物,能有效吸湿排汗、保暖或散热,并能防风防雨。适当的叠穿也能让各层衣服自由移动,这样就不会受到限制或摩擦皮肤。高效的叠穿系统能让你更长时间待在户外,让你保持干燥、温暖的同时,还能安全、舒适地进行户外活动。
理解了叠穿的原理,让我们来了解一下大名鼎鼎的 ECWCS 吧!
▍ECWCS 系统(-51 至 4 °C)
ECWCS(Extended Cold Weather Clothing System)是美军的一种多层次防寒衣物系统,采用分层穿着的原理来应对严寒天气,旨在在 - 60 至 + 40°F(-51 至 4 °C)的温度范围内保持充分的环境保护。ECWCS 系统包括基础层、中间层和外层,每一层都起到不同的保暖和透气作用。目前,第三代系统有七层,即使在最恶劣的条件下也能让士兵保持良好和温暖。该系统背后的理念是,被困在每层之间的空气将提供绝缘,并且可以根据需要添加和删除层。
下面以最常见到的 ECWCS 第三代为例逐层说明。ECWCS GEN III 共 7 层、由上衣裤子共 12 个组件构成,兼顾透气(排湿)和保温性,可使穿着者适应不同的任务需求和环境条件。
基础层,主要用于排汗,保持皮肤干燥。一般采用透气性好的合成材料或羊毛。
L1(贴身基础层):轻量打底内衣裤一套(两件)
L2(保温基础层):中量格子绒内衣裤一套(两件)
中间层,保温层,通常使用抓绒或羽绒等材料,能够锁住体内的热量。
L3(保暖层):厚抓绒夹克(一件)
外层,防风防水层,能够有效阻挡寒冷空气和湿气。
L4(风衣):轻型防风夹克(一件)
L5(软壳衣裤):软壳衣裤一套(两件)
L6(冲锋衣裤):硬壳衣裤一套(两件)
L7(棉衣棉裤):极端寒冷气候保暖棉衣裤一套(两件)
尽管这套服装体系是为严寒环境设计的,但其设计理念核心在于透气性,而非单纯的保暖。各层服装在材质选择和设计方面,都力图加速汗水和湿气的排出,以确保干燥舒适,只有在 L7 层次才以保暖为首要考量。以下是对各层的详细解读:
L1 和 L2 层:透气性为首要考虑,其次是速干性能。这两层的设计目的是在保持身体干燥的同时迅速带走湿气,因为人在活动中难免出汗,必须确保湿气能比身体出汗速度更快地排出。保暖与舒适虽也重要,但优先级低于透气和速干。
L3 层:首要功能依然是透气,以避免 L1 和 L2 层排出的湿气在此处停滞。其次是轻便和可压缩性,因 L3 层并非始终穿在身上,设计上应尽量减少对背包空间的占用,收纳性能的重要性甚至高于保暖和舒适。
L4 和 L5 层:透气性仍然是最核心的需求,其次是防风、防泼水和耐磨性能。这两层属于软壳层,既然是「壳」,就应具备一定的防护功能,防止外界天气对内层的影响。在此设计中,保暖和舒适性同样被放置于优先级的最后。
L6 层:透气性依旧至关重要,其次是防水和耐磨性能。L6 层与 L3 类似,也不是全程穿着,设计时需尽量减少体积,以便更轻松地收纳在背包中,因此,收纳性优先于保暖和舒适。
L7 层:即便是为极端寒冷环境设计的棉衣棉裤,透气性仍为首要考虑,其次才是保暖。L7 层的设计表明,即使在最冷的环境下,维持衣物内部的干燥比单纯的保暖更为重要。
总体而言,该服装体系贯穿了「透气优先」的原则,从根本上优化湿气排出,以确保穿着者在寒冷环境下保持干燥和舒适。
ECWCS 的分层指南如下图,根据环境的温度、湿度和运动状态穿着 2 件到 5 件不等。
ECW C S 系统的核心理念在于分层穿衣,每层衣物的功能互补, 可以根据环境温度的变化灵活搭配,以达到最佳的保暖效果。
▍失温的风险和应对方法
知道了 ECWCS,相信你已经有了逃离城市的心了。既如此,那么以防万一,就提前了解一下如果保暖没做好,会发生的事情:失温。
失温是指身体由于长期暴露在寒冷环境中,核心体温下降到危险水平(低于 35 摄氏度)的情况。尤其是在户外活动时,失温的风险更大。失温的症状包括寒战、意识模糊、行动迟缓、皮肤发白等,严重时可能导致冻伤或甚至生命危险。核心温度通常指人体的直肠温度,位于人体的内部中心,绕着脏器,其外围就是体壁与皮肤。一般可以采用测量舌下温度和肛温的温度。
失温的发生与以下因素密切相关:
湿气,如果衣物湿透,尤其是内衣湿透,体内热量会迅速流失,失温的风险大大增加。
风速,风寒效应使得寒风加速热量流失,低温天气中遇到强风时,体温下降的速度加快。
长时间暴露,长时间处于寒冷环境中而没有适当的保暖措施,体温过低会导致失温。
当在野外活动时,发生失温状况,应该如何自救?是该通过运动产生热量,来恢复体温?还是可以通过喝一杯热水来驱散身体的寒冷?
以上方法都是户外爱好者常常犯的错误。
错误的失温自救方法
通过运动取暖,许多人在寒冷时会尝试通过运动加热身体。然而,在失温情况下,运动会加速血液流向四肢,反而会使核心部位的温度进一步降低。这是因为血液从核心流向四肢带走了热量,造成「反冲效应」,加剧热量的流失,最终可能导致核心温度过低,增加休克或死亡的风险。
饮用热水快速升温,单凭喝热水无法显著提升核心体温。即使饮下高温水,水在经过口腔和食道到达核心部位时温度已经显著降低,需要的热水量极大。因此,光靠饮用热水并不能有效帮助身体回温。
正确的失温自救方法
停止运动,减少暴露:一旦感到寒冷或开始不自主颤抖,应立即停止运动,以免血液进一步流向四肢,导致核心温度降低。寻找避风处躲避风寒,减轻风寒效应带来的热量流失。
更换干燥衣物:若衣物潮湿,立即脱掉并换上干燥的衣物。湿衣物会通过蒸发大量带走体温,加速失温。与地面隔绝,用衣物或睡垫做隔离,防止地面传导带走体温。
温和回暖:使用热水袋或暖贴为身体的关键部位(如颈部、腋下、腹股沟、足部等)提供缓慢加热,这些部位接近血管和神经,可帮助温暖血液,从而逐渐提升核心温度。
补充高热量食物:在身体开始缓慢回温后,补充一些常温的流质高热量食物,如浓糖水或巧克力,提供身体所需的热量。这类食物易于消化吸收,可为体内产生热量提供燃料,有助于缓解失温。
许多人误认为失温仅由寒冷导致,实际上温度、湿度和风力是失温的三大主因。当环境中出现低温或潮湿、强风中的任意两项,失温风险就显著增加。因此,防止失温不仅要依赖装备,更需要经验和户外技能,尤其对于缺乏户外经验的人,最好有经验丰富的人带领。即使在夏季远足或登山,也要准备保暖外套、适量高热量食品和应急物品。此外,提前了解并掌握户外避险知识和技能,是最有效的预防措施。
▍最后
随着立冬的到来,我们应更加注重自身的保暖,选择适合的衣物,并了解保暖的基本原理,确保在寒冷的季节中保持舒适与安全。搭配合适的层次服装,可以最大限度地减少热量流失,抵御寒冷。
同时,借鉴 ECWCS 系统的分层保暖理念,我们可以根据不同的活动和气温灵活调整穿衣方式,降低失温的风险,保持身体的温暖和活力。
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作者:烟酸Niacin
责编:广陵止息