因紐特人住在雪屋裏面不冷嗎？_風聞
中科院物理所-中科院物理所官方账号-2020-01-05 13:36
原創：中科院物理所
這個週一恐怕是小編在這個冬天度過的最冷的一天，不愧是今冬首個棉褲預警，凜冽的寒風讓小編這個南方人第一次領略了什麼叫做“風頭如刀面如割”。
幸虧帝都的暖氣給力，小編愉快地刷着朋友圈，在南方小夥伴的動態下面秀了一波暖氣，開心。
我的命就是暖氣給的
北方取暖靠暖氣，南方取暖靠抖。（其實靠空調啦，聽説有些地方的空調只有製冷功能沒制熱功能？）
那麼生活在北極（想想就冷）的因紐特人又是怎麼取暖的，他們住雪屋裏面，睡冰塊上面，不冷麼？
睡冰塊？睡寒玉牀的表示不服
説到因紐特人，浮現在大家腦海中的是幾個人穿着獸皮，鬚髮掛着冰碴，站在冰天雪地裏的畫面。
就像這樣
其實，並不是所有的因紐特人都住在雪屋裏，只有在冬天的時候有些因紐特人才住雪屋，有些住泥屋或者石頭屋；夏天會住在獸皮帳篷裏。
如何建造一間雪屋
首先，需要找到一塊有合適積雪的地方。造雪屋用的“雪”是有講究的，需要那種被風吹散然後堆積起來的雪，這種雪的小冰晶之間接觸比較緊密，並且還有比較多的空隙囤積空氣。初雪因為太鬆散，不適合造雪屋；至於冰塊，因為冰塊中缺少孔隙，絕熱性能沒有雪好。有經驗的人會用刀在雪地上戳一下，判斷積雪是否適合造雪屋。
然後開始用刀在雪地上劃出一個矩形，從中取出造雪屋所需要的“雪磚”，並將雪磚在這個矩形的周圍圍成一個圓形。取走雪磚產生的這個長方體凹槽後面可是有大用的。
將雪磚在長方形凹槽周圍圍成一個圓形之後，可不是直接在上面砌雪磚。而是需要先將一部分雪磚削成一個斜面。
為什麼要這樣？看下面這張圖就明白了，雪磚其實是螺旋式上升的壘起來的。這樣壘的好處是雪磚除了有下方的雪磚支撐外，還有側邊的雪磚提供支撐，在建造雪屋的時候上方的雪磚不容易跌落。
雪磚的鋪設方法 | 圖片來源：Wikipedia
接下來就是以那個斜面為基礎，順着類似於“圓錐螺旋線”的螺旋線來砌雪磚，雪磚螺旋上升，並逐漸向內傾斜。
隨着雪屋越砌越高，雪屋也逐漸合攏，最後僅留下最上方的一個窟窿。這時候從裏面託舉起一塊雪磚，不斷用刀修飾它的形狀，讓它剛好契合這個窟窿，順便並留下一個通氣孔。
我們發現，人是站在雪屋裏面砌磚的。雪屋建好後，人也就被封在了雪屋裏面，不過彆着急，裏面的人用刀在雪屋底部劃個口子，開個洞就出來了。為什麼不在外面砌雪屋？小編覺得是正在建造的雪屋還不堅固，如果在外面砌，就需要趴在“半成品雪屋”上去蓋上頂部那些雪磚，沒準“半成品雪屋”就塌了。
雪屋砌好後，就需要將雪磚之間的縫隙填滿。現實生活中填充磚與磚之間的是水泥砂漿，它同時也起到粘結劑的作用。而雪屋用的就是雪，在地上捧一把雪把縫隙填滿，或者用刀敲擊縫隙周圍的雪磚，讓雪磚邊緣掉落，堵住縫隙。
用雪磚在雪屋入口處砌一個長長的隧道，以減少門打開時的風和熱損失，還會在門口處用獸皮做成門簾擋住寒風的灌入。
最終建成的雪屋的剖視圖長這樣，前面説到，取走雪磚後留下的那個長方體凹槽有大用，在這兒就能看到了，凹槽拓展了雪屋的空間。
雪屋的橫向剖面圖 | 來源：Wikipedia
上圖中將雪屋的橫向剖面畫成了半圓，實際上，雪屋的橫向剖面更像是懸鏈線[1]（兩端固定的鏈條在重力作用下自然下垂所具有的曲線形狀）。
懸鏈線 | 來源：Wikipedia
匈牙利布達佩斯東站的穹頂是懸鏈線（倒過來看） | 來源：Wikipedia
下面再看一下簡易版雪屋建造的快放，複習一下雪屋是怎麼造出來的。
雪屋造好後還需要在裏面點一盞油燈（鯨或者海豹的脂肪製成），封好入口，讓雪屋內的温度升高一些。這樣雪屋內層的雪就會輕微融化，然後熄滅油燈，打開門讓冷風灌入，融化的雪又結成冰，從而讓雪屋更加堅固，密閉性也更好（剛造好的雪屋四面透風，需要用這個辦法密封一下）。
雪屋如何保暖
雪屋是造好了，我們更關心的是，裏面住着暖和嗎？
前面説到了，之所以選用雪而不是冰作為建造雪屋的原料，是因為雪的導熱性不好，這也提示我們，雪屋起的作用其實是保温，而不是加熱，像暖氣房一樣自帶加熱裝置是別想的了。
那麼雪屋是怎麼保温的？
熱量的傳遞主要有三種：熱傳導、熱對流、熱輻射。雪屋裏面是如何保温的，也可以從這三個角度來分析。
在雪屋裏面，為了減弱熱傳導，還是需要穿厚一點的，光靠空氣的保温性能還遠遠不夠（這不是廢話嗎）。因紐特人還會在雪屋的內壁掛上獸皮，用於隔熱，防止屋內温度過高使得雪屋融化了。
下面需要着重説一下熱對流。從前面雪屋的橫向剖視圖中可以看到，雪屋裏面有一個更高的平台，就像下圖這樣。
圖片來自網絡
這個平台就是平時生活和睡覺的地方。咦，為何睡覺的地方更高？我們知道，熱空氣比較輕，會往上走，冷空氣比較重，會往下沉，這在雪屋裏面更加明顯。冷空氣聚集在雪屋底部，尤其是門口處，而人體和油燈加熱的空氣會往上飄，所以為了保暖，生活睡覺的地方要靠近雪屋的頂部。
門窗附近一般都是最冷的地方
另外，白色的雪可以反射一部分人體的熱輻射，也能起到保温的作用。
正因為這些原因，就算在-50℃下北極，雪屋裏面也可以維持0℃左右的氣温，雖然還是有點冷，但比户外的酷寒來説已經好多了。
康奈爾大學曾經做過一次模擬 [2]，把人等效為表面温度為37℃的圓柱體（這也太隨便了吧），只考慮熱傳導和熱對流，不考慮熱輻射，下圖就是模擬結果。可以看到人體周圍温度是急劇下降的（還是要多穿衣服呀），然後到雪屋內壁之間的大部分空間温度都比較低，低於0℃，雪屋內壁都在-10℃以下。
這麼看來在雪屋裏面多穿衣服才是王道。
雪屋建造的動圖截取自紀錄片：How to Build an Iglo。
參考資料
[1] How An Igloo Keeps You Warm