#头条创作挑战赛#

根本原因在于：

热量从高温传向低温，人体要散热，就必须形成一个温度梯度。

从舒适环境进入35℃的环境，人体不仅不会散热，反而会吸热。

人体正常活动时，仅仅一个细胞内就发生着千万次的生化反应[1]，从而源源不断地产生热量。

这些热量从核心部位不断向外传递，会形成一个逐步降低的温度梯度。

不仅人体存在温度梯度，人体皮肤要把热量不断释放到空气里，与空气也会存在一个温度梯度。

也即：人体核心温度＞皮肤温度＞空气温度。

当人体不存在明显机械功时，人体的热平衡满足这样的关系：

M=Qb=Qsk

• M 是人体新陈代谢总功率，躺平70W左右，看书写字等正常活动100W左右。
• Qb 为人体向皮肤的热传导总功率。
• Qsk 是皮肤总散热功率，包括皮肤辐射散热、空气对流散热、皮肤蒸发散热三个部分。
• 由于呼吸散热很小，本公式已忽略。

我们的皮肤之所以要通过感受器感觉热和冷，本质上是通过这样的机制，提醒人避开高温和低温，让人体的散热，保持在一个最适宜的程度[2]。

当人处于最适宜的冷热状态时，皮肤温度大约为33℃左右。

＜13℃和＞50℃以痛觉为主；

33~46℃只有温觉；

＜25℃只有冷觉；

33℃为舒适状态。

由于皮肤要不断向环境散热，当人处于最适宜状态时，环境温度大约28℃左右。

28℃比起35℃，足足低了约7℃。

当人从28℃的舒适环境走到35℃的环境内，由于环境温度高于皮肤温度。

人体不再是对外散热，而是直接从环境吸收热量，导致体表温度升高。

人体皮肤温度要一直升高到，释放的热量等于人体新陈代谢热量才会停止。

建立新平衡后，人体皮肤温度达到多少呢？

不妨计算一下：

皮肤对外释放的总量热量，主要为辐射散热、对流散热，以及蒸发散热，总平衡关系有：

辐射换热蒸发Qsk=Q辐射+Q换热+Q蒸发

根据斯特藩-玻尔兹曼定律： j∗=εδΤ^4
人体辐射散热为：
ε 为辐射系数，取值为1。
δ 为斯特藩-玻尔兹曼常量，取值 5.67×10−8W/m^2·K^4 ， Τ 为热力学温度。

根据，牛顿冷却定律，皮肤表面空气对流散热为：
h 为自然对流换热系数，有经验公式：h=1.48×ΔT^0.25 [3]
人体表面积 A 为1.5~2m^2，不妨取个中值1.75m^2

皮肤蒸发散热：
r 为水的汽化潜热。
SW为皮肤出汗速率，有经验公式[4]：

根据以上三个公式，可计算出环境温度为35℃、人体热功率100W时。

皮肤表面温度为：

36.7℃

• 此时，辐射散热约19W。
• 对流散热5W。
• 皮肤蒸发散热76W。

这个温度，足足比皮肤舒适温度高了3.7℃。

低于适宜温度时，人体几乎不怎么发汗，稍高于舒适温度，通常蒸发散热25%的总热量。

此时的蒸发散热超过了75%。

这还是考虑人体发出的汗液，全部被蒸发的情况。如果湿度过高，皮肤汗液蒸发不及时，皮肤温度可超过37℃。

在这样的皮肤温度下，人体核心温度也会大大升高。

人体的热传导，根据傅里叶定律，有：

• λ 为皮肤热导率。人体含水70%，皮肤热导率约0.432 W/（m·k）
• A为皮肤表面积。
• ΔT 为核心温度与皮肤表面的温差。
• L 为皮肤平均导热厚度，非寒冷状态下约为3cm。

由于 Qb 与温差成正比，那么皮肤温度升高多少，核心温度就会升高多少。

核心温度将高达：40.7℃（37+3.7）

而轻症中暑体温超过38­°C，重度中暑可达41­°C。

可知长期（静息状态＞3h，运动状态＜3h）呆在35℃环境下，在没有其它降温措施的情况下，至少会出现轻度中暑，部分超重甚至肥胖人群（人体散热更差）甚至可能重度中暑。若通风严重不良，且无其它降温措施，所能待的时间将大大降低，严重可出现热射病。

参考

1. ^Anne Trafton, MIT News Office.Cell-inspired electronics.By mimicking cells, MIT researcher designs electronic circuits for ultra-low-power and biomedical applications.February 25, 2010
2. ^Tansey E A , Johnson C D . Recent advances in thermoregulation[J]. Advances in Physiology Education, 2015, 39(3):139.
3. ^魏润柏. 人体与环境热交换计算方法[J]. 人类工效学, 1995, 001(002):39-42.
4. ^人体热量平衡模型及其在人体舒适度预报中的应用[J]. 大气科学学报, 2001, 24(3):384-390.