Cơ thể trao đổi nhiệt với căn phòng như thế nào?

Khi ngồi trong phòng điều hòa, chúng ta thường hình dung khá đơn giản:

Không khí lạnh chạm vào cơ thể → cơ thể thấy mát.

Điều đó chỉ đúng một phần.

Thực tế, cơ thể liên tục trao đổi nhiệt với cả căn phòng thông qua nhiều con đường khác nhau.

Bạn trao đổi nhiệt với không khí đang chuyển động, với tường và trần dù không chạm vào chúng, thông qua mồ hôi bay hơi, và cả với chiếc ghế hoặc chiếc giường đang tiếp xúc trực tiếp với cơ thể.

Bốn cơ chế chính là:

BỨC XẠ → ĐỐI LƯU → BAY HƠI → DẪN NHIỆT.

Hiểu bốn cơ chế này, rất nhiều hiện tượng tưởng khó hiểu khi dùng điều hòa sẽ trở nên khá đơn giản.

Trước tiên: cơ thể luôn phải giải quyết một bài toán nhiệt

Cơ thể con người liên tục chuyển hóa năng lượng và tạo ra nhiệt.

Khi ngồi yên, cơ thể vẫn sinh nhiệt.

Khi đi lại, làm việc hoặc vận động, lượng nhiệt tạo ra thường tăng lên.

Để duy trì nhiệt độ cơ thể trong phạm vi phù hợp, lượng nhiệt đó phải được trao đổi với môi trường xung quanh.

Nếu cơ thể đang tạo ra nhiều nhiệt hơn mức có thể thải đi, chúng ta có xu hướng cảm thấy nóng.

Nếu cơ thể mất nhiệt nhiều hơn, chúng ta có thể bắt đầu thấy lạnh.

Còn khi quá trình trao đổi nhiệt ở mức phù hợp với cơ thể, chúng ta thường cảm thấy dễ chịu hơn.

Vì vậy, cảm giác nhiệt có thể hiểu đơn giản là kết quả của một bài toán cân bằng nhiệt giữa cơ thể và môi trường.

1. Đối lưu – trao đổi nhiệt với không khí xung quanh

Đây là cơ chế chúng ta dễ cảm nhận nhất khi sử dụng điều hòa.

Không khí tiếp xúc với bề mặt da.

Khi có sự chênh lệch nhiệt độ giữa da và không khí, nhiệt có thể được trao đổi giữa hai bên.

Nếu không khí chuyển động, lớp không khí sát bề mặt da liên tục được thay thế, khiến quá trình trao đổi nhiệt qua đối lưu có thể mạnh hơn.

Đó là lý do:

Có gió → thường cảm thấy mát hơn.

Bạn có thể tự kiểm chứng mà không cần điều hòa.

Trong một căn phòng nóng, bật quạt không làm nhiệt độ không khí giảm đáng kể như điều hòa.

Nhưng khi luồng gió đi qua cơ thể, bạn vẫn cảm thấy dễ chịu hơn.

Điều hòa cũng tạo ra chuyển động không khí bằng quạt dàn lạnh.

Vì vậy, khi sử dụng điều hòa, cảm giác không chỉ phụ thuộc:

“Phòng bao nhiêu độ?”

mà còn:

“Không khí quanh người đang chuyển động như thế nào?”

Đây là lý do Fan Speed, hướng cánh đảo gió và vị trí ngồi có thể ảnh hưởng rất rõ đến cảm giác.

2. Bức xạ – cơ thể trao đổi nhiệt với những thứ không hề chạm vào mình

Đây là phần ít được người tiêu dùng để ý nhất nhưng lại rất quan trọng.

Bạn đang ngồi giữa phòng.

Không chạm vào bức tường.

Không chạm vào trần.

Không chạm vào cửa kính.

Nhưng cơ thể vẫn trao đổi nhiệt với những bề mặt đó thông qua bức xạ nhiệt.

Hãy hình dung một bức tường hướng Tây vừa bị nắng nung nóng trong nhiều giờ.

Bạn đứng gần nó dù không chạm vào vẫn có thể cảm thấy hơi nóng.

Đó không chỉ là do không khí.

Bề mặt nóng đang phát bức xạ nhiệt ra môi trường và cơ thể cũng tham gia quá trình trao đổi bức xạ với bề mặt đó.

Ngược lại, khi các bề mặt xung quanh mát hơn, điều kiện trao đổi nhiệt của cơ thể cũng khác đi.

Đây chính là lý do có thể xảy ra hiện tượng:

Không khí đã xuống 26°C nhưng vẫn chưa thấy thật sự dễ chịu.

Bởi nhiệt kế chủ yếu cho chúng ta biết nhiệt độ không khí.

Nó chưa nói cho chúng ta biết:

Tường – trần – kính xung quanh đang nóng đến mức nào.

Chúng ta sẽ dành riêng Bài 5 – Chùm 11 để tìm hiểu sâu về bức xạ nhiệt.

3. Bay hơi – vì sao mồ hôi giúp cơ thể hạ nhiệt?

Khi cơ thể nóng, chúng ta tiết mồ hôi.

Nhưng có một điểm rất dễ hiểu sai:

Mồ hôi không làm mát chỉ vì nó xuất hiện trên da.

Điều quan trọng là:

Mồ hôi bay hơi.

Để nước từ dạng lỏng chuyển thành hơi, nó cần năng lượng.

Trong quá trình mồ hôi bay hơi khỏi bề mặt da, nhiệt được lấy đi và cơ thể được hỗ trợ làm mát.

Đây là một cơ chế đặc biệt quan trọng khi cơ thể cần thải nhiều nhiệt.

Nhưng khả năng bay hơi lại phụ thuộc vào môi trường.

Nếu không khí có độ ẩm cao, quá trình bay hơi có thể khó khăn hơn.

Đó là lý do những ngày nóng ẩm thường khiến chúng ta cảm thấy:

Oi – dính – bí – khó chịu.

Dù nhiệt độ chưa chắc cao hơn rất nhiều.

Gió cũng có thể hỗ trợ quá trình bay hơi.

Vì vậy độ ẩm và chuyển động không khí cùng tham gia vào cảm giác nhiệt của cơ thể.

4. Dẫn nhiệt – khi cơ thể tiếp xúc trực tiếp với vật khác

Dẫn nhiệt xảy ra khi hai vật có nhiệt độ khác nhau tiếp xúc trực tiếp với nhau.

Bạn nằm trên một chiếc giường.

Ngồi trên ghế.

Đi chân trần trên sàn.

Cầm một vật lạnh.

Ở những vị trí tiếp xúc đó, nhiệt có thể truyền trực tiếp giữa cơ thể và vật.

Trong trải nghiệm điều hòa thông thường, dẫn nhiệt thường không phải yếu tố nổi bật bằng nhiệt độ không khí, bức xạ, độ ẩm và gió.

Nhưng nó vẫn tồn tại.

Bạn có thể cảm nhận rất rõ khi nằm lên một tấm ga mát so với một bề mặt đang nóng, dù nhiệt độ không khí trong phòng giống nhau.

Điều này tiếp tục cho thấy:

Cơ thể không cảm nhận căn phòng chỉ bằng nhiệt kế.

Nó đang tương tác với toàn bộ môi trường xung quanh.

Bốn cơ chế này không hoạt động riêng rẽ

Đây là điểm quan trọng.

Khi ngồi trong phòng điều hòa, không phải lúc đầu cơ thể trao đổi nhiệt bằng đối lưu, sau đó chuyển sang bức xạ rồi mới đến bay hơi.

Tất cả có thể diễn ra đồng thời.

Bạn đang:

Trao đổi nhiệt với luồng không khí đi qua da.

Trao đổi bức xạ với tường, trần và kính.

Có thể đang mất nhiệt nhờ mồ hôi bay hơi.

Đồng thời trao đổi nhiệt với chiếc ghế đang ngồi.

Cảm giác cuối cùng là kết quả tổng hợp của tất cả những quá trình đó.

Đây chính là lý do một con số nhiệt độ duy nhất không thể kể hết câu chuyện.

Điều hòa tác động vào những cơ chế này như thế nào?

Điều hòa không thay đổi trực tiếp cơ chế sinh nhiệt của cơ thể.

Nó thay đổi môi trường mà cơ thể đang trao đổi nhiệt với.

Trước hết, điều hòa lấy nhiệt khỏi căn phòng, làm nhiệt độ không khí giảm xuống.

Quạt dàn lạnh tạo ra chuyển động không khí, ảnh hưởng đến đối lưu quanh cơ thể.

Trong quá trình làm lạnh, hơi nước có thể ngưng tụ trên dàn lạnh và được đưa ra ngoài, làm trạng thái ẩm trong phòng thay đổi.

Theo thời gian, khi không khí trong phòng mát hơn, tường, trần, đồ vật và các bề mặt cũng có thể dần nguội xuống.

Như vậy điều hòa không chỉ tác động đến một con số:

NHIỆT ĐỘ.

Nó có thể làm thay đổi nhiều điều kiện tham gia vào quá trình trao đổi nhiệt giữa cơ thể và căn phòng.

Vì sao hiểu bốn cơ chế này lại hữu ích?

Bởi nó giúp chúng ta không xử lý mọi cảm giác nóng bằng cùng một giải pháp:

Hạ nhiệt độ.

Nếu nguyên nhân là không khí quanh người gần như không chuyển động, điều chỉnh hướng gió hoặc sử dụng thêm quạt có thể hữu ích hơn.

Nếu căn phòng vừa bị nắng nung nóng và các bề mặt còn rất nóng, cần thời gian để toàn bộ môi trường nhiệt ổn định; giảm bức xạ mặt trời vào phòng cũng có giá trị.

Nếu không khí nóng ẩm, việc điều hòa đồng thời xử lý nhiệt và hơi ẩm có thể làm cảm giác thay đổi.

Nếu một người đang vận động mạnh, cơ thể họ tạo ra nhiều nhiệt hơn người đang ngồi yên.

Nói cách khác:

Hiểu đúng cơ chế → mới chọn đúng cách tác động.

Đó cũng chính là mục tiêu của KSDM khi giải thích kỹ thuật cho người tiêu dùng.

Một ví dụ rất đời thường

Hãy tưởng tượng một buổi chiều hè.

Bạn vừa đi ngoài trời về.

Phòng hướng Tây đã nóng nhiều giờ.

Bạn bật điều hòa 26°C.

Lúc này có thể đồng thời xảy ra:

Cơ thể đang sinh và tích nhiều nhiệt sau vận động.

Tường và kính còn nóng → trao đổi bức xạ chưa thuận lợi.

Không khí còn nóng và ẩm.

Điều hòa mới bật → căn phòng chưa ổn định.

Bạn thấy nóng và hạ xuống 22°C.

Nhưng sau 45 phút:

Cơ thể đã nghỉ ngơi.

Không khí mát hơn.

Độ ẩm có thể đã giảm.

Tường và các bề mặt bắt đầu nguội.

Luồng gió vẫn tiếp tục đi qua cơ thể.

Lúc này bạn lại thấy:

22°C lạnh quá.

Không có gì mâu thuẫn.

Bạn đã thay đổi.

Căn phòng cũng đã thay đổi.

Và toàn bộ quá trình trao đổi nhiệt giữa hai bên đã thay đổi.

Từ đây, chúng ta có thể hiểu sâu hơn từng yếu tố

Bốn cơ chế trao đổi nhiệt là nền khoa học của phần còn lại trong Chùm 11.

Ở các bài tiếp theo, chúng ta sẽ lần lượt tách từng hiện tượng mà người dùng thường gặp:

Tại sao tường và trần nóng khiến phòng vẫn oi?

Tại sao phòng hướng Tây tối rồi vẫn nóng?

Tại sao độ ẩm cao làm cảm giác khó chịu?

Tại sao gió khiến chúng ta mát hơn?

Tại sao gió quá mạnh lại có thể gây lạnh khó chịu?

Và cuối cùng:

Điều gì thực sự tạo nên một môi trường tiện nghi cho con người?

Chỉ cần nhớ

Cơ thể liên tục tạo ra nhiệt và trao đổi nhiệt với môi trường qua bốn con đường chính:

ĐỐI LƯU
→ trao đổi nhiệt với không khí xung quanh.

BỨC XẠ
→ trao đổi nhiệt với tường, trần, kính và các bề mặt dù không tiếp xúc trực tiếp.

BAY HƠI
→ mồ hôi bay hơi và mang nhiệt khỏi cơ thể.

DẪN NHIỆT
→ trao đổi nhiệt khi cơ thể tiếp xúc trực tiếp với vật khác.

Bốn cơ chế này có thể diễn ra đồng thời.

Điều hòa không trực tiếp “đưa cái lạnh vào người”.

Nó làm thay đổi:

NHIỆT ĐỘ + ĐỘ ẨM + CHUYỂN ĐỘNG KHÔNG KHÍ + DẦN DẦN CẢ TRẠNG THÁI NHIỆT CỦA CĂN PHÒNG.

Từ đó, quá trình trao đổi nhiệt giữa cơ thể và môi trường thay đổi.

Và chúng ta cảm thấy:

NÓNG HƠN – MÁT HƠN – LẠNH HƠN – HOẶC DỄ CHỊU HƠN.

Vì vậy, khi cảm thấy nóng trong phòng điều hòa, đừng chỉ hỏi:

“Có cần hạ thêm nhiệt độ không?”

Hãy bắt đầu nghĩ rộng hơn:

“Cơ thể tôi đang trao đổi nhiệt với căn phòng như thế nào?”

TÌM HIỂU THÊM

→ Điều hòa làm nhiệt độ phòng giảm – nhưng vì sao cơ thể chúng ta lại cảm thấy mát? 

→ 26°C có phải là nhiệt độ dễ chịu nhất khi dùng điều hòa?

→ Cùng 26°C, tại sao có lúc thấy nóng, có lúc lại thấy lạnh?

→ Nhiệt bức xạ là gì? Vì sao không khí đã mát nhưng tường và trần nóng vẫn khiến chúng ta thấy oi? 

→ Độ ẩm ảnh hưởng đến cảm giác nóng – lạnh như thế nào? 

→ Gió làm cơ thể mát hơn bằng cách nào?