这两天被甘肃马拉松失温刷屏，那么游泳会失温吗？ 第1页

我们不妨来详细探讨，人体的热平衡，以及不同水温下游泳的失温极限。

• 上次关于“马拉松失温”的回答，探讨得还是简单了一些。

◆温馨提示：不想看详细探讨和计算过程的，可通过目录跳转，直接看后面的结论。

人体热平衡时，满足关系：

◆ 是人体新陈代谢总热量， 是机械功。

◆ 是皮肤总散热，包括皮肤辐射散热、空气对流散热、皮肤蒸发散热三个部分。

◆ 是呼吸总散热，包括呼吸蒸发散热，以及温差散热。

• 人体核心温度37℃（310.15K），体表舒适温度33.5℃（306.65K），皮肤裸露的舒适环境温度下限28℃（301.15K）。

安静状态下，

◆先计算皮肤总散热

其中，辐射散热按照黑体辐射公式：

• 5.67×10^-8W/（m^2·K^4）

人体总热辐射=对外热辐射-吸收热辐射：

A为人体表面积，可根据许文生氏公式求得：

• S =0.0061h+0.0128W-0.1529
• h身高，单位cm；W体重，单位kg

60kg，170cm的人类，求得体表面积为1.65m^2。

带入数据得，皮肤辐射散热：

自然对流系数有经验公式：

根据，牛顿冷却定律，得到空气对流散热为：

舒适温度下皮肤上的汗液总是能蒸发（不会出现汗滴），那么：

• 皮肤蒸发热功率
• 为水在28℃的汽化潜热， 2434.59 kJ/kg；SW为皮肤出汗速率。

有经验公式^[1]：

带入数据，得

综上，皮肤总散热功率：

◆再来计算呼吸总散热

呼吸蒸发散热有：

• 为呼吸换气量（kg/s）, 呼气含湿量, 吸气含湿量。

根据经验公式1^[2]：

• 为人体新陈代谢总功率。

以及经验公式2：

• 为环境含湿量，28℃饱和水含湿量0.024，人体舒适范围均值50%， 为0.012。

最终得到呼吸蒸发散热：

除此之外，人体和环境的温差还会产生热损失：

• 为空气比热容，取值1kJ/(kg·K)

同样有上面经验公式，可得：

◆那么总呼吸散热为：

我们进一步来探讨皮肤散热的整个过程：

根据热平衡：

可得静息状态下，人体皮肤总散热达到人体新陈代谢总功率的百分比为 92.6%。

根据每个人新陈代谢能力的不同，静息状态的总新陈代谢功率 在50~100W之间。

热平衡的时候，还满足：

• 人体皮肤散失的总热量=人体核心向皮肤传导总热量。

根据傅里叶定律，有：

• 为人体核心到皮肤的距离，即人体对外传热厚度； 为人体核心与皮肤的温差。

换算得：

• 为人体导热率，与水近似，20~40℃取平均值0.6W/m·K。

带入静息状态功率等相关数据，得到人体对外传热厚度为：

也就是说，人体核心与体表散热厚度为4.3cm左右。

核心散热区主要热量来源于内脏和骨骼肌，散热深度大于皮肤和脂肪总厚度。

• 人体脂肪层平均厚度在0.5~2.5cm，女性比男性脂肪平均厚0.5cm左右，但由于女性产热量更低，冬天体感并不一定比男性更好。

接下来我们再来看看不同水温下游泳，人体的热平衡：

随着游泳状态的不同，人体新陈代谢总功率在200~1000W之间。

• 200W，属于休闲仰泳，或者非游泳状态的休闲玩耍。
• 300W，踩水或者休闲游的功率。
• 500W，巡航模式。
• 700W，自由泳模式。
• 1000W，运动员比赛模式或疯狂模式。

◆人体运动的机械效率 在0%~30%之间，绝大部分人的上限为20%。随着运动量的增加，增大。

• 在水里游泳的时候，皮肤蒸发散热变成了水直接带走的热量，总功率很小，可忽略。

对于200W的悠闲游泳， 比较低，如果取10%，那么用于皮肤散热的总功率为：

由于水的自然换热系数高达200~500W/(m^2·K)，所以下水后短短几分钟内，人体表面的温度就会和水体的接近。

换算傅里叶公式，有：

计算得，人体热平衡的最低舒适水温为：

℃

也就是说——

对于在水中休闲玩耍的人来说，差不多最舒服的温度为：

• 30℃。

同样可计算出，300W休闲游模式，体表最低舒适温度为：

• 26℃。

对于大部分人来说，在泳池中都是休闲游玩，消耗功率在200~300W之间。

舒适温度在26~30℃范围内。

通常游泳池的水温在26℃-28℃之间，正好符合计算的温度范围。所以，通常游泳池入水的时候还是有一点凉凉的感觉，但稍微运动之后，就不会觉得太冷了。

500W巡航模式，可持续最低温度为：

• 21℃。

这个水温，是绝大部分人能够长时间游泳的最低温度，国家标准游泳池的最低温也正好在22℃附近。

700W自由泳模式，可持续最低温度为：

• 16℃。

绝大多数人在这个水温内，只能进行短时间的游泳。脂肪层较薄的，30分钟便有可能失温。

但如果脂肪层比普通人厚个一倍，甚至可以在16℃开巡航模式。

1000W运动员模式或疯狂模式，可持续最低温度为：

• 10℃。

但正常人疯狂运动下，最多坚持几分钟，运动员坚持的时间也不可能太久。

但对于运动能力足够强，脂肪层足够厚的人来了，可通过持续性自由泳达到身体的热平衡。

也就是说，虽然对于绝大部分人，尤其是没有冬泳过的群体，10℃仅仅只能坚持10分钟左右。但对于冬泳健将，体力强，脂肪层厚的人来说，是有可能达到持续性热平衡的。

可以这么说，10℃的温水正好处于绝大部分人的极限热平衡。

根据体力和脂肪层的厚度不同，人与人之间更是天差地别。

至于更低的温度，除了天赋异禀脂肪层厚到一定地步的人，都无法达成热平衡。

无论怎么运动，人体都会持续性地损失热量。

但根据每个人脂肪层厚度的不同，损失热量的大小也不同。

最后我们再来探讨0℃的情况：

对于核心区距离体表0.03cm的瘦子来说，在0℃的水里，易得，持续损失的热功率为：1221W

刚开始入水的时候，主要散热为水的对换热，换热系数200~500W/(m^2K)，取个350的平均值，传热上限为：

也就是说，一个人进入0℃冰水中，一开始的热功率损失高达近2万W。

易得，到达到热平衡时，皮肤温度低至：

• ℃。

从傅里叶公式可以看出，热功率随着人体体温均匀变化，若散热厚度近似不变，则热量损失线性减少。

若人体持续输出500W的热量。

达到失温之前，平均热功率损失为：

接近失温状态，人体大约有一半质量损失了温度。

那么60kg的人体，有一半的质量，损失了一半热量。

损失的热量为：

• 为比热容。

最终得到散热时间为:

也即，3分46秒之后开始出现失温。

核心温度降低到32℃之后，出现严重失温。

由于后续热功率对外输出更少，从失温到严重失温，甚至威胁生命，根据人体的胖瘦程度，大约在30分钟左右。

而对于脂肪层足够厚，核心温度层在0.06cm深度的人来说。

不仅传热更慢，人体储存的热量也更多。

• 厚度和体积成近似正比，那么含有的热量和温度成正比。
• 而传热量和总厚度近似成反比，那么和温度反比。

那么，可以得出：

时间 与人体核心传热厚度 成正比。

那么，拥有0.06cm传热厚度的人，比起0.03cm的瘦子来说。

在相同温度冷水中，人体需要4倍时间才会失温：

在0℃失温时间需要15分钟左右，考虑到，胖了体表面积有所增加，时间在10~15分钟范围内。

失温之后，人体生命能维持多长时间，也和脂肪厚度有关。

例如，对于0.06cm核心层厚度的人类来说，在0℃环境，当核心失温达到致死下限的22℃附近，传热功率也只有了：

，扣除微弱的基础代谢。

人体失温过程，经历的时间可长达4个小时左右。

当然，这是上限值，每个人在失温下，身体素质也不同，器官功能不同， 有的人可能才刚刚低于30℃的严重失温，人就没有了。

尤其是体脂还十分薄的，死亡时间则在30分钟左右。

总的来说。

0℃游泳，失温均值在5分钟左右。脂肪薄的人死亡时间在30分钟左右，足够厚的甚至能坚持超过4小时。如果存在十分牛逼的人，热功率能超过1250W以上，甚至能长期坚挺。

10℃游泳，失温均值在10分钟左右，但脂肪足够厚的人，便有可能长期愉快而激情地玩耍了。

16℃，失温均值在30分钟左右，体质稍强，或者脂肪稍厚的就已经能长期坚持。（冬泳上限温度14℃，建议游泳距离100~500米，上限十多分钟。）

21℃，体质虚弱的人，也可能在2个小时内出现失温。正常人除非静止不动，一般不会。

26℃，只要不是病人，体质再弱的人都不可能出现失温了。

参考

1. ^ 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.
2. ^ 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.