為什麼穿幾件薄衣服，比穿一件厚衣服更暖？
― 保暖的不是布料，而是夾在中間的空氣
一到換季，大家總會說「多穿幾層比較暖」。布料的量明明一樣，甚至更少，為什麼會這樣呢？答案不在布料本身，而在布與布之間形成的薄薄一層空氣。而且這層空氣有一個很明確的標準：再厚也沒有用了。
早晚開始變涼，是該從衣櫃深處拿出長袖衣服的時候了。你是不是也猶豫過：要套一件厚毛衣，還是把幾件薄襯衫疊著穿？
登山的人和在戶外工作的人，多半會選後者。「與其穿一件厚的，不如疊穿薄的」，在現場幾乎成了口頭禪。
這很奇妙。如果保暖取決於布料的量，厚的一件應該比較有利才對。但實際上，減少布料反而可能更暖。
理由只有兩個
布的纖維本身，其實比空氣更容易導熱。疊穿時，布與布之間會出現一層不流動的空氣。這一層比布更出色，是很好的隔熱材料。
熱量不易逃走的程度，每夾一層就會累加。所以即使布很薄，只要中間夾著空氣疊上幾件，就能勝過厚的一件。
不過，效果不是無限的。空氣層太厚時，裡面的空氣會開始流動，反而把熱量帶走。這個分界點，後面也會用計算求出來。
空氣是身邊最出色的隔熱材料
物體導熱的能力，用「熱傳導率」這個數字來表示。數字越小，就越不容易導熱。
不流動的空氣，在 20℃ 時熱傳導率約為 0.026。相對地，羊毛或棉布因為纖維本身很緊實，約為 0.04。也就是說，布料比空氣更容易導熱。
毛茸茸的毛衣很暖，羽絨被很暖，道理都一樣。製造暖意的，是纖維抱住的大量空氣。把羽絨壓扁就不暖了，因為空氣被擠走了。
疊穿就是把同樣的事，做在「衣服與衣服之間」。請看圖 1。即使布料的量差不多，中間夾著空氣的那一邊，熱量比較不容易通過。
不過，空隙最多到 1cm
那麼，把衣服穿得寬鬆些、讓空氣層變厚，是不是就會越來越暖？並不會。
空氣靜止不動時，熱量只能慢慢傳遞。但層一變厚，下方被加熱的空氣會變輕，開始往上移動。空氣一旦流動起來，熱量就被空氣本身帶著，一下子跑到外面去了。
這個開始流動的分界點，在皮膚與外氣溫差約 15℃ 時，空隙厚度大約是 1cm。計算方式放在最後的摺疊區塊裡。
也就是說，恰當的空隙是數 mm 到 1cm 左右。貼身穿就不會有空氣層，太鬆垮則空氣會流動。登山服做成「稍有餘裕」的程度，就是瞄準這個範圍。
外來的風會把好不容易形成的空氣層吹走。裡面的衣服再出色，只要風吹得進來，效果就會大減。在最外層加一件不易透風的衣服，內側的空氣層就受到保護。與其把中間的衣服加厚，在外面多加一件通常更有效，原因就在這裡。
汗水的水分積在空氣層裡，那部分的導熱能力會一下子升高。因為水的導熱能力是空氣的 20 倍以上。開始運動前先脫一件，停下來之前先穿上。這是最能發揮疊穿優點的用法。
總結
疊穿之所以暖，不是因為布變多，而是因為布與布之間不流動的空氣層變多了。熱量不易逃走的程度，每一層都會累加，但空隙超過 1cm 後空氣就會開始流動，效果也就到此為止。
製造暖意的不是衣服本身，
而是衣服抓住的那些空氣。
同樣是「把空氣關住」的原理，也出現在其他場合。為什麼保溫瓶可以好幾個小時都不會變涼？談的是把空氣本身抽掉的方法。為什麼一冷就會起雞皮疙瘩？則是身體用汗毛想做同樣事情的故事。
- 準備兩個相同的寶特瓶，各裝入同樣溫度、同樣份量的熱水。
- 一瓶用毛巾緊緊捲三層。另一瓶用同樣的毛巾鬆鬆地捲，讓中間留出一根手指寬的空隙。
- 30 分鐘後，量兩瓶的水溫來比較。布的量相同，但鬆鬆捲的那瓶應該還比較溫熱。
如果把捲法放寬到「三根手指寬的空隙」，差距反而會縮小。因為空氣在裡面開始流動了。
想知道更多的人 ― 用語・算式・與課本的關聯明確標示從國中理化到大學專業課程，分別是哪個程度的內容
- 國中國中理化學到的範圍
- 高中高中「物理」學到的範圍
- 高中＋高中進階內容，或課本專欄的內容
- 大學高中不會學到、大學專業課程（熱傳工程、流體力學）的內容
- 研究連大學也不當作「定論」教、目前研究者仍在探討的內容
國中用語：這個現象有名字
- 熱傳導：物體本身不動，熱量從溫度高的一側傳到低的一側。疊穿的衣服裡，主要發生的就是這個。
- 熱傳導率：表示各種材料導熱難易程度的數值。單位是瓦每公尺每克耳文，越小越不導熱。
- 熱阻：表示那一層有多不容易導熱的量。用厚度除以熱傳導率求得，層層疊加時可以相加。
- 對流：被加熱的空氣或水本身流動，把熱量帶走。空隙太寬時，就會開始發生。
國中高中用算式確認：逃走的熱量差了幾瓦
我們實際算算看，穿一件厚衣和疊穿三件薄衣時，從身體逃走的熱量各是多少瓦。
| 用符號寫 | Q ＝ A × ΔT ÷ R 以及 R ＝ d ÷ λ 、 R合計 ＝ R1 ＋ R2 |
| 用文字寫 | 逃走的熱量 ＝ 面積 × 溫差 ÷ 熱阻。熱阻 ＝ 厚度 ÷ 熱傳導率。層層並排時，熱阻可以相加。 |
| 這個式子從哪來 | 來自「熱的流動與溫度的落差成正比」這個定律（傅立葉定律）。形式和電學裡的「電流 ＝ 電壓 ÷ 電阻」一樣，連串聯電阻可以相加這一點都很像。 |
| 布料的熱傳導率 λ | 約為 0.04（單位是瓦每公尺每克耳文） |
| 不流動空氣的熱傳導率 λ | 20℃ 時約為 0.026（相同單位） |
| 成人的體表面積 A | 約 1.7（單位是平方公尺） |
| 皮膚與外氣的溫差 ΔT | 33℃ 與 18℃ 的差，為 15（單位是克耳文） |
| 一件厚衣的厚度 d | 0.008（單位是公尺） |
| 三件薄衣的布合計 d | 0.006（相同單位） |
| 其間空氣的合計 d | 0.004（相同單位） |
| 一件厚衣的熱阻 | 0.008 ÷ 0.04 ＝ 0.2 |
| 疊穿的布的部分 | 0.006 ÷ 0.04 ＝ 0.15 |
| 疊穿的空氣的部分 | 0.004 ÷ 0.026 ≒ 0.154 |
| 疊穿的熱阻合計 | 0.15 ＋ 0.154 ＝ 0.304 |
| 乘上面積與溫差 | 1.7 × 15 ＝ 25.5 |
| 一件厚衣逃走的熱量 | 25.5 ÷ 0.2 ＝ 127.5 |
| 疊穿逃走的熱量 | 25.5 ÷ 0.304 ≒ 83.9 |
單位是瓦。布料少了 2mm，逃走的熱量卻從 127.5 瓦降到 83.9 瓦，少了將近四成。安靜坐著的人所產生的熱量，約為 100 瓦。穿一件厚衣時，逃走的熱量比產生的還多，身體會慢慢變冷。疊穿時逃走的熱量比較少，算起來就能維持體溫。
高中高中＋空隙為什麼到 1cm 就到頂
高中空氣層變厚，熱阻就會增加。但超過某個厚度後，層裡被加熱的空氣會浮起，冷空氣則下沉，形成循環。這就是自然對流。這樣一來，熱量隨空氣被運走，加厚空氣層的效果就消失了。
高中＋循環會不會開始，取決於想浮起的力量，與黏滯性想壓住的力量之間的拉鋸。表示這個比值的無因次量叫做瑞利數，已知在上下被夾住的空氣層中，數值超過約 1708 時，循環就會開始。若針對溫差 15℃ 的空氣，反推達到這個數值的厚度，大約就是 1cm。正文給的標準，就是從這個計算來的。
大學設計衣服隔熱時的思考方式
熱傳工程把這類問題當作熱阻的串聯電路來處理。加入對流時，用努塞爾數表示含對流在內的傳熱難易，再從它與瑞利數的關係式（瑞利—貝納對流的關聯式）來估算。在服裝領域，熱阻用一種叫「克羅」的專用單位表示，並用會發熱的「暖體假人」來實測。國際標準甚至規定了根據這個數值推算所需穿著量的步驟。
📖 算式的推導與更進一步的內容：熱傳導（日文維基百科） ／ 瑞利數（日文維基百科）
研究目前還不太清楚的事
- 活動中的人所穿的衣服，還算不太準。每走一步，衣服就像風箱一樣吸進、吐出空氣。這種進出會損害多少隔熱效果，強烈受到身體動作與衣服形狀影響，還沒有一般化的算式。
- 汗水在布中移動的過程很棘手。水蒸氣帶走的熱，與滲入的水帶走的熱交織在一起，還會跨層凝結、再蒸發。要正確解出這種組合的計算，至今仍在改良。
- 假人的測量值，與人感受到的暖度有落差。人會改變血流來自行調節皮膚溫度，條件與把表面維持固定溫度的假人不同。如何彌補這個差距，至今仍是研究的主題。
也就是說，這篇文章的內容，同樣是「目前已知範圍內的說明」。作為靜止不動時的標準已經足夠，但在四處活動的場合就會有誤差。
與課本的關聯（依程度）
| 程度 | 科目・單元 | 本文的哪裡 |
|---|---|---|
| 國中 | 理化・身邊的現象（熱的傳遞方式） | 傳導與對流的差別、空氣不易導熱 |
| 高中 | 物理・熱（熱的移動、熱量） | 由厚度與熱傳導率求出熱阻，並計算逃走熱量的部分 |
| 高中＋ | 物理・進階（對流、無因次量） | 空隙到 1cm 就到頂的原因、瑞利數 |
| 大學 | 熱傳工程・建築環境工程 | 熱阻串聯、努塞爾數、克羅這個單位 |
| 研究 | 服裝科學・生理人類學 | 包含動作與汗水在內的衣服隔熱評估 |
| ― | 與生活的關聯 | 換季、登山與戶外作業的服裝選擇、被子的選擇 |
- National Astronomical Observatory of Japan (国立天文台) 編《理科年表》（空氣及各種材料的熱傳導率）
- Architectural Institute of Japan (日本建築学会) 編《建築環境工学用教材 環境編》（熱阻的串聯計算、衣著的熱阻）
- 國際標準 ISO 9920（衣服熱阻與水蒸氣阻的估算）
- 田村照子 編著《衣環境の科学》（衣環境科學）建帛社（服裝的隔熱與空氣層）
※本文是寫給一般大眾的科學說明。所列數值是為了理解原理的標準與概算。實際衣服的保暖程度，會因材質、縫製、風與濕氣而有很大差異。在嚴寒環境中，請遵從氣象資訊及地方政府、主辦單位的指示。