山野 │ 專題

淺談各類發熱衣的原理與迷思淺談各類發熱衣的原理與迷思

淺談各類發熱衣的原理與迷思淺談各類發熱衣的原理與迷思
撰文/左承偉 沈佳旻.攝影/左承偉 / 網路翻拍
2015/01/23發表,已被閱讀34,231次

這兩年一到冬天就有一堆廠商「號稱」自己的內層衣會發熱,但什麼是發熱?原理又是啥,從來也不解釋清楚。比較敢唬爛的廠商,就在包裝、廣告上貼上熊熊烈火、廣告行銷用詞,要不就是採用鮮明的暖色系,彷彿穿上後就像置身火爐;比較高段點的,拿些科學圖表或XX機構專利來背書,當作這就是一切的保證。但從來沒人想說清楚,什麼是「發熱原理或機制」,以下本站就從這部分開始切入,讓您通盤了解。(當然,看完就會發現多是廠商誆人的說詞!)

這是利用暖色的效果,讓消費者產生溫暖的想像。(實測後發現卻是五件平價發熱衣中增溫最差的兩件)

什麼玩意會發熱?

發熱這件事通常發生在氧化反應、化學反應上,例如燃燒、酸鹼中和反應等,這些都是大家中小學時代最常接觸到的化學實驗。而這類放熱反應,應用在日常生活保暖用品,最常見的就是暖暖包(氧化放熱),但是否能運用在衣服上呢?

暖暖包就是典型的化學發熱,所以用一次就玩完了。

由於化學反應所產生的熱能,多半是劇烈且短暫,此外考量這些化學物質接觸皮膚可能造成過敏或不適,甚至作用時產生的熱也可能灼傷肌膚,因此運用在衣物上的可能性較低。再者,這類放出熱量的化學反應大多是不可逆,也就是反應結束後就沒了,所以您想想,若是用在衣服上,不就熱一次便買單,那誰會二百五買這種東西啊?

另一種就是利用物理比熱差異的特性產生溫差,這麼說可能一時還意會不過來。舉例子來說,在同樣氣溫環境下,比熱較小的沙子會比水更容易吸收熱能而產生溫差,且熱能會傳導,比熱低的物質可在短時間吸收較多熱,並且迅速釋放出來,達到吸熱快、散熱快的效果,因此藉由該物理特性,業者便利用壓克力(Acrylate)纖維製造出最近坊間熱門的「發熱衣」。

燃燒蠟燭則是典型的劇烈氧化反應,也因此得到多數的熱能與部分的光亮。
沙灘上的沙子因為比熱較小,因此能夠快速吸熱、放熱,因此赤腳踩在沙灘上時會覺得非常燙。而壓克力紗就是運用比熱差異產生溫差。

壓克力纖維真的這麼神?

其實大部分纖維都有「吸濕發熱」的特性,這點就如同前段所提到運用比熱的所產生的溫差,因此重點在於要能夠「吸濕」,原則上能夠擁有較高的吸濕率,加上比熱低,就能夠迅速獲取並釋出較高熱能,根據實驗室數據顯示,1公克乾燥的壓克力纖維,在接觸水後能夠吸附並釋放出1449焦耳的熱能,相當於使1公升的水上升0.4℃,這樣的釋放熱能算是相當高的!不過有趣的是,這項實驗設定的環境是由相對溼度45%提升至90%的情況下所產生的吸放熱反應,而且時間還相當短暫,大約數十秒就結束了。雖然這種現象會重覆,即吸熱-放熱-吸熱-放熱,但並不是一種「持續升溫」的現象,也就是說,而並不會0.4度、0.4度的一直加熱上去。

看到這裡,您看出弔詭之處了嗎?第一、我們所生活的臺灣地區氣候以臺北地區為例,2013年平均相對溼度高達72%,遠高於實驗室所設計的45%,而這種高濕度狀態,根本難以達到實驗室的條件。實驗室結果告訴我們濕度差要到45%才能提升0.4度,那請問濕度僅有實驗環境的40%(即濕度差18%),那溫度不就只能提升0.16度了嗎?請問這不到0.2度的差異,您體感的出來?再者,這還沒考量使用者的儲存空間,有誰會把衣服放在電子防潮箱中,如果不會,那這個濕度差恐怕就只剩下環境濕度與體表的差異了,恐怕連15%都不到!

第二、前面說過壓克力紗力用的是比熱方式,即一種物理現象,是藉由人體蒸散的水氣經過纖維時將其蒸發熱「捕捉」下來,但廠商可沒告訴您,跑到布料的水氣凝結成液態後,還是得離開(蒸發)到空氣中,那請問這些蒸發的能量從何而來?不就是您的體溫嗎?所以又會再吸收一次熱能,而這時溫度不就下降了?

最後,廠商沒仔細解釋的還有布料成分與比例關係。您會說有啊!包裝都有成分標示不是嗎?坦白說,實驗做的越多,本站就越懷疑這些標示是否真實與正確。好吧,就當它是正確標示吧。坊間發熱衣的壓克力纖維含量多在10~45%之間,讓我們再回到剛剛提到的實驗,若一件衣服僅有10%的發熱紗(壓克力紗),那升溫不就只剩下0.16度乘以0.1的0.016度了嗎?這大概要中研院等級的溫度計才測得出來吧?同理,就算有40%的含量,在台灣的環境中穿著也不過只能上升0.064度,您看完後會不會有點想哭?

壓克力纖維材質的モイスケア布料,在實驗中所能放熱焦耳數相當有限,其釋放的最高能量也僅能使1公升水上升0.4℃。(圖片來源-TOYOBO)
日本東洋紡織所進行的發熱測試,其測試環境相對濕度高達90%才有實驗中的效果,而根據側面瞭解,升溫的時間亦相當短暫。(圖片來源-TOYOBO)
這才是北台灣冬季常見的濕度環境吧?而高濕度又低溫的環境吸濕發熱還能發揮多少功效。
OK便利超商的發熱衣壓克力纖維含量高達48%,但在各家評測增溫效果時卻是最差的一件,令人質疑其高科技布料的效果或成份標示的正確性。

光感發熱是蝦米碗糕?

坊間有宣稱能夠藉由捕捉外界光源產生熱能,使溫度纖維溫度升高達到發熱的效果,最普及宣傳與通路最廣的,莫過於7-11的「光柔發熱衣」。筆者第一次看到這個標題就想笑,原因為何?「不是內著衣嗎?什麼光照的到?難道是『內衣外穿』?」。這便是這類發熱衣的最矛盾之處!當然,我不是說光照都沒有效果,但我們一塊兒來看看這些產品是怎麼提出說明的?

坊間某光能發熱衣送檢測數據,請注意高達30度的實驗環境溫度,以及高達500W的高瓦數鹵素燈,如此實驗方式真令人啼笑皆非。

拜「谷歌大神」的網路搜尋,的確找到了相關實驗數據,實驗中環境溫度約為30℃,並以500瓦鹵素燈、距離熱源100公分、照射10分鐘後具有光感發熱衣的溫度為54度,沒有的則是47度,兩者相差7度之多!

看起來很棒齁?!但注意到了沒?實驗環境是幾度?攝氏30度耶!要開冷氣了吧?再者,為何要使用鹵素燈?怎麼不用日光燈或是LED?您猜出來了沒?原因是鹵素燈的發光效率極低,僅有12%-18%轉化為光能,其餘部分都變成熱能。換句話說這「燈」有425瓦(約85%)的能量用在熱能上,大概跟一個小型的電暖器差不多。那既然有電暖氣,還穿什麼發熱衣?這也就是為何我們在攝氏22度的環境中,用25瓦四盞的省電日光燈,距離約2.5米並照攝一小時,溫度根本沒升高的原因!而您府上隨時都會開著數十盞500瓦鹵素燈當作照明嗎?當然不會!最後,您想穿發熱衣的氣溫會是多少?是實驗室的30℃,還是寒流來時的15℃?那我告訴您,這回同樣用500瓦鹵素燈照,恐怕連30℃都很拼!為什麼?因為真正的熱能是從您身上來的。

坊間還有另外一種所謂的光發熱衣,不過大多叫做「遠紅外線」(3,000~ 14,000nm),其實這玩意講白話點,就是一種熱能的形式,但它的穿透力僅僅0.01至0.1公分,跟張紙的厚度差不多,要如何達到內層衣物?這又是另一個盲點。

工研院所研發的TCO具有紫外光吸收、可見光穿透及紅外光反射之特性,姑且不論其實驗室效果,但請試想冷颼颼的氣溫下,您會只穿一件內衣外出麼?

許多坊間廠商騙很大的測試

由於這幾年機能衣的市場大幅發展,一大堆廠商都卯下去生產販售,媒體看到後更是跟屁報導,尤其是電視台,藉著影音與收視戶較多的優勢,卻常常宣導錯誤知識與訊息!

是左邊這件衣服比較保暖還是右邊的比較保暖?其實答案寫在日文的圖說上,它告訴我們左邊的衣服將體溫包藏在衣服內,所以表面的溫度就顯得低了。換句話說,保暖衣物若測得表面溫度較高,那到底是比較保暖還是比較散熱?

例如筆者就曾看到TVBS電視台的「地球黃X線」節目介紹發熱衣、羽絨衣,裡面看似找了化工博士、業者、消費線記者,還有一個「什麼都懂」的黃姓名嘴,但內容卻錯誤百出!例如測試發熱衣,利用把衣服蓋在裝有熱水的杯子上,然後拿測溫槍測量,結論是衣服表面溫度較高的比較好。真的是這樣嗎?怎麼不說外側表面溫度較高的衣服保溫能力較差?不信您拿一個玻璃杯與一個保溫杯,都裝90度的熱水,然後放置10分鐘以後拿測溫槍測測看,誰的「表面」溫度比較高?肯定是玻璃杯吧!那您會說玻璃杯的保溫比保溫杯好嗎?

在本站的編輯團隊看了那麼多測試數據、圖表與相關影片後,只能說鮮少有經得起實際環境考驗的。原因為何?就是誇大實驗室的結果!那些利用比熱原理的發熱衣,其原始材料比起棉、麻的確會出現較佳的發熱(其實是蓄熱)現象,但結果並非明顯到數十倍差距,所以一旦變成衣服上百分之幾的成分時,其效力就更微乎其微,這也就是為何先前測試的平價發熱衣沒有一件能在22℃的實驗環境中,具有提升8℃能力的原因了。

化學博士所謂提到的共振效果圖,但穿上含有壓克力纖維的發熱衣可有感覺到震動?還是我們穿著的是一台微波爐?!(圖片來源-網路翻拍)
這樣的測試溫度方式,是在測衣服保溫性還是失溫性?還是測量水溫?讀者們可以思考一下其邏輯。(圖片來源-網路翻拍)

結論

看完本文網友您有何想法?說穿了其實沒有什麼「發熱衣」這種玩意,或者說如果沒有外力提供能量,是不可能自行發熱的。因此回到初衷,蓄熱才是應該要思考的問題。未來,我們將繼續探討冬季衣物的購買方針與思考方式,而只要您將這些要點記下來,那坊間那些如江湖術士的騙術,相信您以後看了只會笑笑而已!