烤桑拿明明有90℃，為什麼卻不會燙傷？
― 同樣溫度的熱水，熱量傳遞速度快了50倍
把手伸進90℃的熱水裡，一瞬間就會嚴重燙傷。但90℃的烤桑拿，卻能坐上10分鐘。溫度明明相同，這個差異從哪裡來？答案就是兩件事：「空氣傳遞熱量非常不擅長」，以及「汗水會把熱量帶走」。
打開烤桑拿的門，一股熱氣迎面襲來。溫度計指著90℃。如果是熱水，這溫度根本碰不得。
即便如此，坐在木頭長椅上幾分鐘後，全身就開始冒汗。很熱，但不會痛。
可是，一不小心手指碰到牆上的金屬配件，馬上會「啊！」一聲縮手。明明是同一個房間、同樣的溫度。
90℃也不怕燙，原因只有兩個
感覺「燙」，不是取決於溫度本身，而是熱量流進身體的「速度」。空氣很稀疏，傳遞熱量的速度遠比同溫度的水慢得多。
皮膚上的汗水蒸發時，會從周圍奪走大量熱量。在乾燥的空氣中，汗水能不斷蒸發，把流進來的大部分熱量原封不動送回外界。
正因為這兩個條件同時成立，人才能在90℃的空氣中待一段時間。反過來說，只要其中一個條件被打破，就會突然變得受不了。讓我們依序來看。
決定「燙不燙」的，不是溫度，而是「流進來的速度」
皮膚感受到的，並不是外界是幾℃，而是每秒有多少熱量流進自己的身體。
熱量流進來的速度，由兩個因素相乘決定。一個是溫度差，另一個是對方傳遞熱量的能力。空氣和水相比，同樣大小下的重量只有水的約800分之1。撞到皮膚並留下熱量的粒子，數量自然少得多。
請看圖1。上面的橫條，是90℃空氣每秒流入皮膚1平方公尺的熱量。下面的橫條，是同樣90℃熱水的情況。熱水的橫條超出了圖框，數值大約是空氣的50倍。
烤桑拿牆上的金屬配件會燙，原因相同。金屬傳遞熱量非常快，即使和空氣同溫，傳到手指的速度也快上幾十倍。長椅用木頭製作，正是因為木頭傳遞熱量較慢。
汗水，背著熱量離開身體
雖然空氣傳遞熱量不擅長，但在90℃的房間裡，全身仍會流入約900瓦的熱量，相當於一台電暖爐的熱量。如果什麼都不做，計算下來10分鐘內體溫會上升2℃以上。
防止這件事發生的，就是汗水。請看圖2。水由液體變成氣體時，會從周圍奪走非常多的熱量。皮膚上的汗水蒸發時，會把從上方流入的熱量，原封不動地背著變成蒸氣一起離開。
往烤桑拿爐的石頭上潑水時，會突然感覺更熱，就是右側的狀態。空氣變濕後，汗水變得難以蒸發。再加上水蒸氣碰到較冷的皮膚凝結成水時，會把蒸發時奪走的熱量原封不動地還給皮膚。這和水蒸氣造成的燙傷比熱水更嚴重的原理相同。溫度計的數字幾乎沒變，體感卻一下子升高，原因就在這裡。
1770年代的英國，醫師兼科學家查爾斯·布拉格登（Charles Blagden）據說曾和同伴一起做實驗，走進加熱到超過100℃的房間。根據記錄，放在同一房間的生肉被烤熟了，但人的體溫幾乎沒有上升。這被視為驗證「汗水能冷卻身體」機制的早期實驗之一。
人能承受的高溫極限，取決於濕度，而不只是溫度。對身體來說，潮濕的40℃有時比乾燥的90℃更難受。因為汗水無法蒸發時，身體幾乎失去散熱的手段。進烤桑拿也不要待太久，出來後要補充水分。身體不舒服或喝酒之後，基本上不要進烤桑拿。
總結
能忍受烤桑拿90℃的高溫，是因為空氣傳遞熱量非常不擅長。熱量流入的速度，只有同溫度熱水的約50分之1。即便如此，流入的熱量仍會靠汗水蒸發被帶到體外。所以在乾燥的烤桑拿裡沒事，但濕度一旦升高，或碰到金屬，就會突然感覺燙。
決定燙不燙的，不是溫度，而是「熱量流入的速度」。
烤桑拿的空氣很熱，卻也非常不擅長傳熱。
熱量傳遞方式的差異，在水蒸氣燙傷比熱水更嚴重的原因，以及蜜蜂用熱量擊退虎頭蜂的機制中，同樣扮演著主角。
- 冬天早上，依序握一握放在房間裡的金屬湯匙和木頭湯匙（或布）。兩者應該都和室溫相同，但金屬會感覺更冷。這就是熱量傳遞速度的差異。
- 把手背稍微沾濕，只對其中一邊用扇子搖風。會感覺比沒沾濕的手冷得多。這就是蒸發奪走熱量的證據。
- 洗完澡後的更衣室，比較一下水蒸氣瀰漫時和通風乾燥後，身體變乾的速度和涼爽感有什麼不同。
請不要用燙的金屬或熱水來嘗試。用冷的或室溫的東西，就足以感受到差異。
想了解更多 ― 術語、數學式，與教科書的連結從國中理化到大學專業科目，會明確標示屬於哪個程度
- 國中國中理化課的範圍
- 高中高中「物理基礎」「物理」的範圍
- 高中＋高中進階內容，或教科書專欄性質的內容
- 大學高中不教、大學專業科目（傳熱工程、環境生理學）的內容
- 研究即使在大學也還不是「定論」，而是研究者正在調查中的議題
國中術語：這個現象有專有名稱
- 熱傳遞（熱對流傳導）：溫度不同的物體，與空氣或水等流動介質之間發生的熱量移動。
- 熱傳係數：表示這種傳熱能力大小的數值。空氣小、水大，即使溫度差相同，流動的熱量也會相差懸殊。
- 蒸發熱（氣化熱）：液體變成氣體時，從周圍奪走的熱量。汗水的情況下，每1克約為2400焦耳。
國中高中用式子驗證：90℃的空氣與熱水，流入的熱量差多少？
計算每秒流進皮膚1平方公尺的熱量，分別以空氣和熱水來算。同時也估算一下，要靠汗水排出流進全身的熱量，需要多少汗水。熱傳係數的數值，空氣取靜止狀態的大致值，熱水取人體浸入狀態的大致值，這裡使用取整後的數字。
| 用符號寫 | q ＝ h × ( T空氣 − T皮膚 ) |
| 用文字寫 | 每秒、每1平方公尺流入的熱量 ＝ 熱傳能力 × 溫度差 |
| 公式的來源 | 牛頓冷卻定律。熱量會依溫度差的比例，從高溫流向低溫，其比例係數即為熱傳係數 h。 |
| 符號 | 意義與單位 |
| q | 每秒、每1平方公尺流入的熱量（W/m²） |
| h | 熱傳係數（W/(m²·K)）。表示對方傳遞熱量的能力強弱 |
| T空氣、T皮膚 | 空氣（或熱水）的溫度，與皮膚表面的溫度（℃） |
| 烤桑拿空氣的溫度 | 90 ℃ |
| 烤桑拿中皮膚的溫度（大致值） | 40 ℃ |
| 空氣的熱傳係數（大致值） | 10 W/(m²·K) |
| 熱水的熱傳係數（大致值） | 500 W/(m²·K) |
| 成人體表面積 | 約 1.8 m² |
| 汗水的蒸發熱 | 每1克約 2400 J |
| 身體的熱容量（體重60kg，每1kg約3.5kJ上升1℃） | 約 210 kJ/℃ |
| 溫度差 | 90 − 40 ＝ 50 ℃ |
| 空氣傳入的熱量 q（每1平方公尺） | 10 × 50 ＝ 500 W/m² |
| 熱水傳入的熱量 q（每1平方公尺） | 500 × 50 ＝ 25000 W/m² |
| 熱水是空氣的幾倍 | 25000 ÷ 500 ＝ 50 倍 |
| 空氣傳給全身的熱量 | 500 × 1.8 ＝ 900 W |
| 10分鐘（600秒）累積的熱量 | 900 × 600 ＝ 540000 J |
| 若無汗水，體溫會上升 | 540 ÷ 210 ≒ 2.6 ℃ |
| 每秒需要蒸發的汗水 | 900 ÷ 2400 ＝ 0.375 g |
| 10分鐘需要蒸發的汗水 | 0.375 × 600 ＝ 225 g |
90℃空氣傳給皮膚的熱量，只有同溫度熱水的50分之1。即便如此，傳給全身的熱量仍相當於一台電暖爐的約900瓦，若沒有汗水，10分鐘內體溫理論上會上升2℃以上。要抵消這個量，10分鐘內需要蒸發大約225克、約一杯的汗水。實際上還會加上牆面的輻射熱，加上部分汗水會滴落而無法用於散熱，所以體溫仍會緩慢上升。
高中高中＋熱的傳遞方式有三種
高中熱量透過三種方式傳遞：物體互相接觸時傳遞的「傳導」、靠空氣或水流動搬運的「對流」、即使分開也能以光的同類形式到達的「輻射」。烤桑拿裡的身體，同時承受來自熱空氣的對流，以及來自熱牆面和天花板的輻射。
高中＋金屬配件和木頭感覺燙的程度不同，是因為接觸瞬間皮膚的溫度，取決於兩者「傳熱容易程度 × 儲熱容易程度」的大小。這個組合稱為熱滲透率。金屬的熱滲透率比木頭大上幾十倍，皮膚表面會迅速被拉近到接近金屬的溫度。
大學熱傳係數，由空氣流動方式決定
在傳熱工程中，熱傳係數 h 是透過代表流動狀態的雷諾數、格拉斯霍夫數，與代表熱傳難易度的努塞爾數之間的關係式（相關式）求得。在靜止空氣的自然對流中，h 大約是數到十幾 W/(m²·K)，但用扇子送風後會變大。在烤桑拿用毛巾搖風感覺更熱，原因就在這裡。汗水蒸發造成的熱量流動，可視為與濕度差成正比，並以路易斯關係（Lewis relation）與熱傳係數連結。
📖 公式的推導與更深入的內容：牛頓冷卻定律（維基百科） ／ 熱傳係數（維基百科）
研究目前尚未完全弄清楚的事
- 人能承受的濕度極限在哪裡。 過去常以「濕球溫度35℃」作為汗水無法再散熱的極限，但實際對人體測量後，也有報告顯示在更低的濕球溫度下體溫仍會持續上升，議論仍在持續。
- 烤桑拿對身體的長期效果。 芬蘭的大型追蹤調查顯示，進烤桑拿次數越多的人，心血管疾病越少，但這是烤桑拿本身的效果，還是生活習慣差異造成的，目前還無法明確區分。
- 出汗方式的個人差異。 適應炎熱後，據說出汗開始的時間會變早、量也會增加，但這種個人差異，以及適應現象發生在身體的哪個部位，相關研究仍在進行中。
也就是說，本文的內容也是「目前已知範圍內的說明」。熱量流動的計算本身是確實的，但人體能承受的程度因人而異，數值請當作參考。
與教科書的連結（依程度分類）
| 程度 | 科目・單元 | 本文對應位置 |
|---|---|---|
| 國中 | 理化二年級「狀態變化」、三年級「能量」 | 汗水蒸發時奪走熱量 |
| 高中 | 物理基礎「熱與能量」 | 熱容量、熱傳遞的三種方式 |
| 高中＋ | 物理專欄性質內容 | 熱滲透率（金屬配件感覺燙的原因） |
| 大學 | 傳熱工程、環境生理學 | 熱傳係數、努塞爾數、路易斯關係 |
| 研究 | 熱生理學、流行病學 | 濕球溫度的極限、烤桑拿的長期效果 |
| ― | 與生活的連結 | 烤桑拿、盛夏的濕熱、電風扇與扇子的涼爽感 |
- 日本機械學會『傳熱工程資料』（熱傳係數的大致值）（日本機械学会『伝熱工学資料』）
- Blagden, C. (1775) Experiments and Observations in an Heated Room. Philosophical Transactions of the Royal Society of London, 65.
- Sherwood, S. C. & Huber, M. (2010) An adaptability limit to climate change due to heat stress. Proceedings of the National Academy of Sciences, 107.
- Laukkanen, T. et al. (2015) Association between sauna bathing and fatal cardiovascular and all-cause mortality events. JAMA Internal Medicine, 175.
- 蒸發熱 - 維基百科（日文）
※本文為大眾科普解說。文中數值僅為幫助理解原理的參考估算值。使用烤桑拿時請遵守場所的注意事項，有慢性病者請先諮詢醫師。