因纽特人住在雪屋里面不冷吗？_风闻
中科院物理所-中科院物理所官方账号-2020-01-05 13:36
原创：中科院物理所
这个周一恐怕是小编在这个冬天度过的最冷的一天，不愧是今冬首个棉裤预警，凛冽的寒风让小编这个南方人第一次领略了什么叫做“风头如刀面如割”。
幸亏帝都的暖气给力，小编愉快地刷着朋友圈，在南方小伙伴的动态下面秀了一波暖气，开心。
我的命就是暖气给的
北方取暖靠暖气，南方取暖靠抖。（其实靠空调啦，听说有些地方的空调只有制冷功能没制热功能？）
那么生活在北极（想想就冷）的因纽特人又是怎么取暖的，他们住雪屋里面，睡冰块上面，不冷么？
睡冰块？睡寒玉床的表示不服
说到因纽特人，浮现在大家脑海中的是几个人穿着兽皮，须发挂着冰碴，站在冰天雪地里的画面。
就像这样
其实，并不是所有的因纽特人都住在雪屋里，只有在冬天的时候有些因纽特人才住雪屋，有些住泥屋或者石头屋；夏天会住在兽皮帐篷里。
如何建造一间雪屋
首先，需要找到一块有合适积雪的地方。造雪屋用的“雪”是有讲究的，需要那种被风吹散然后堆积起来的雪，这种雪的小冰晶之间接触比较紧密，并且还有比较多的空隙囤积空气。初雪因为太松散，不适合造雪屋；至于冰块，因为冰块中缺少孔隙，绝热性能没有雪好。有经验的人会用刀在雪地上戳一下，判断积雪是否适合造雪屋。
然后开始用刀在雪地上划出一个矩形，从中取出造雪屋所需要的“雪砖”，并将雪砖在这个矩形的周围围成一个圆形。取走雪砖产生的这个长方体凹槽后面可是有大用的。
将雪砖在长方形凹槽周围围成一个圆形之后，可不是直接在上面砌雪砖。而是需要先将一部分雪砖削成一个斜面。
为什么要这样？看下面这张图就明白了，雪砖其实是螺旋式上升的垒起来的。这样垒的好处是雪砖除了有下方的雪砖支撑外，还有侧边的雪砖提供支撑，在建造雪屋的时候上方的雪砖不容易跌落。
雪砖的铺设方法 | 图片来源：Wikipedia
接下来就是以那个斜面为基础，顺着类似于“圆锥螺旋线”的螺旋线来砌雪砖，雪砖螺旋上升，并逐渐向内倾斜。
随着雪屋越砌越高，雪屋也逐渐合拢，最后仅留下最上方的一个窟窿。这时候从里面托举起一块雪砖，不断用刀修饰它的形状，让它刚好契合这个窟窿，顺便并留下一个通气孔。
我们发现，人是站在雪屋里面砌砖的。雪屋建好后，人也就被封在了雪屋里面，不过别着急，里面的人用刀在雪屋底部划个口子，开个洞就出来了。为什么不在外面砌雪屋？小编觉得是正在建造的雪屋还不坚固，如果在外面砌，就需要趴在“半成品雪屋”上去盖上顶部那些雪砖，没准“半成品雪屋”就塌了。
雪屋砌好后，就需要将雪砖之间的缝隙填满。现实生活中填充砖与砖之间的是水泥砂浆，它同时也起到粘结剂的作用。而雪屋用的就是雪，在地上捧一把雪把缝隙填满，或者用刀敲击缝隙周围的雪砖，让雪砖边缘掉落，堵住缝隙。
用雪砖在雪屋入口处砌一个长长的隧道，以减少门打开时的风和热损失，还会在门口处用兽皮做成门帘挡住寒风的灌入。
最终建成的雪屋的剖视图长这样，前面说到，取走雪砖后留下的那个长方体凹槽有大用，在这儿就能看到了，凹槽拓展了雪屋的空间。
雪屋的横向剖面图 | 来源：Wikipedia
上图中将雪屋的横向剖面画成了半圆，实际上，雪屋的横向剖面更像是悬链线[1]（两端固定的链条在重力作用下自然下垂所具有的曲线形状）。
悬链线 | 来源：Wikipedia
匈牙利布达佩斯东站的穹顶是悬链线（倒过来看） | 来源：Wikipedia
下面再看一下简易版雪屋建造的快放，复习一下雪屋是怎么造出来的。
雪屋造好后还需要在里面点一盏油灯（鲸或者海豹的脂肪制成），封好入口，让雪屋内的温度升高一些。这样雪屋内层的雪就会轻微融化，然后熄灭油灯，打开门让冷风灌入，融化的雪又结成冰，从而让雪屋更加坚固，密闭性也更好（刚造好的雪屋四面透风，需要用这个办法密封一下）。
雪屋如何保暖
雪屋是造好了，我们更关心的是，里面住着暖和吗？
前面说到了，之所以选用雪而不是冰作为建造雪屋的原料，是因为雪的导热性不好，这也提示我们，雪屋起的作用其实是保温，而不是加热，像暖气房一样自带加热装置是别想的了。
那么雪屋是怎么保温的？
热量的传递主要有三种：热传导、热对流、热辐射。雪屋里面是如何保温的，也可以从这三个角度来分析。
在雪屋里面，为了减弱热传导，还是需要穿厚一点的，光靠空气的保温性能还远远不够（这不是废话吗）。因纽特人还会在雪屋的内壁挂上兽皮，用于隔热，防止屋内温度过高使得雪屋融化了。
下面需要着重说一下热对流。从前面雪屋的横向剖视图中可以看到，雪屋里面有一个更高的平台，就像下图这样。
图片来自网络
这个平台就是平时生活和睡觉的地方。咦，为何睡觉的地方更高？我们知道，热空气比较轻，会往上走，冷空气比较重，会往下沉，这在雪屋里面更加明显。冷空气聚集在雪屋底部，尤其是门口处，而人体和油灯加热的空气会往上飘，所以为了保暖，生活睡觉的地方要靠近雪屋的顶部。
门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体的热辐射，也能起到保温的作用。
正因为这些原因，就算在-50℃下北极，雪屋里面也可以维持0℃左右的气温，虽然还是有点冷，但比户外的酷寒来说已经好多了。
康奈尔大学曾经做过一次模拟 [2]，把人等效为表面温度为37℃的圆柱体（这也太随便了吧），只考虑热传导和热对流，不考虑热辐射，下图就是模拟结果。可以看到人体周围温度是急剧下降的（还是要多穿衣服呀），然后到雪屋内壁之间的大部分空间温度都比较低，低于0℃，雪屋内壁都在-10℃以下。
这么看来在雪屋里面多穿衣服才是王道。
雪屋建造的动图截取自纪录片：How to Build an Iglo。
参考资料
[1] How An Igloo Keeps You Warm