(10)
Tok tepla přenášený zářením mezi sluncem a člověkem dosahuje své maximální úrovně pro zelené světlo (0,55µm), zatímco oblečení lidé vyzařují teplo do chladnějšího okolí na vlnové délce přibližně 10µm. Závislost tepelného toku přenášeného radiací na vlnové délce záření vyjadřuje Planckův zákon. Jeho integrací přes všechny vlnové délky vznikne zákon Stephan – Bolzmannův, který nalezl uplatnění v praxi při výpočtu množství tepla přenášeného infračerveným zářením mezi různými objekty o různé teplotě.
Tohoto zákona můžeme použít i k výpočtu tepelného toku q [W/m2] přenášeného IR zářením mezi 2 oděvními vrstvami (oblečením). Příslušný vztah platí pro přenos tepla v propustném prostředí mezi rovnoběžnými rovinami udržovanými na teplotách T1 a T2
a s hodnotami emisivity ε1, ε2, kde σ = 5,67.10-8 je tzv. radiační konstanta [15]:
(11)
Další důležitý vztah slouží k výpočtu tepelného toku přenášeného mezi objektem a rozlehlým vzdáleným okolím. Objektem může být i člověk o povrchové emisivitě ε [16]:
(12)
1.4 Odvod vlhkosti z povrchu lidského těla
Lidský organismus v rámci své termoregulační činnosti produkuje vodu ve formě potu. Při teplotách kůže do 34°C uvolňuje lidské tělo do okolí přibližně 0,03 l.h-1 potu, pokud se tělo zahřeje nad tuto teplotu, zvedne se tato hodnota až na 0,7 l.h-1.
23 K ochlazování dochází pouze při odpařování potu. U volného povrchu kůže je jedinou podmínkou odparu dostatečný rozdíl parciálních tlaků páry [5].
U oblečeného člověka je však situace složitější, neboť transport vlhkosti se řídí jinými principy:
difúzí,
kapilárně,
sorpčně.
Vlhkost ve formě vodní páry může být v oděvních systémech, podobně jako teplo, přenášena vedením a prouděním. Hnací silou je zde gradient mezi koncentrací nasycené páry nebo nasyceným tlakem pWSAT [Pa] na povrchu lidské pokožky a aktuální koncentrací vodní páry jejím parciálním pWE [Pa] v okolním prostředí. Opačný poměr těchto parametrů vynásobený 100 nazýváme relativní vlhkostí ϕ [%]. Při dostatečném gradientu výše uvedené hnací síly se odparem vlhkosti m* [kg/m2s] z povrchu kůže odvede tepelný tok q [W/m2] dle vztahu:
q = m*L, (13)
kde L značí výparné teplo vody, které má při 20°C hodnotu cca 2 400 000 J/kg. Toto vysoké výparné teplo umožňuje dosáhnout jisté úrovně termofyziologického komfortu (pokud oděv umožní transport potu) dokonce i při vysoké teplotě vzduchu a dostatečně suchém vzduchu (hodnota nižší než ϕ = 60-70%). Když relativní vlhkost vzduchu je vyšší než 90%, pak žádný stav komfortu pří teplotě vzduchu nad 35°C není dosažitelný [5].
Pokud je oděvní systém uzavřen, mezery mezi textilními vrstvami jsou malé a oděv je málo prodyšný, pak se vodní pára v tomto systému přenáší převážně vedením.
24 Obr. 5: Přenos vlhkosti vedením mezi kůží a okolím [5]
1.4.1 Difúze
Difúzní prostup vlhkosti z povrchu kůže přes textilii je realizován prostřednictvím pórů, které se svojí velikostí a tvarem podílejí na kapilárním odvodu.
Obr. 6: Difuzní odvod [5]
Vlhkost prostupuje textilií ve směru nižšího parciálního tlaku vodní páry. Difúzní odpor jednotlivých oděvních vrstev různých kvalit a druhů se sčítá, přičemž značnou roli hraje i odpor vzduchových mezivrstev.
Vteřinové množství páry m*[kg/m2.s] přenášené difuzí vrstvou klidného vzduchu je úměrné difúznímu koeficientu DP [kg/m.s.Pa] a gradientu parciálního tlaku Δpparc / Δx podle Fickova zákona:
25 m* = - DP. Δpparc / Δx = -DP . (pWSAT – pWE) / h = (pWSAT – pWE) / R, (14) kde
RWP = h / DP nebo RWC = h / DC. (15, 16) V porézním prostředí jakým jsou textilie je pára přenášena vedením (difúzí) otvory resp. kanály které existují v jednotlivých oděvních součástech oděvu. Pokud chybí vliv volné konvekce nebo tzv. pumpovací efekt vyvozený ventilací, je odpor proti průchodu vodní páry porézním prostředím s průchozími kanály (póry) dán vztahem:
RWP = ξ . h / ε DP (17)
Zvýšení odporu proti přenosu vlhkosti porézními textilními materiály oproti hladině nad volnou mezerou způsobuje klesající koeficient porosity ε < 1 a zvětšující se délka kanálů charakterizovaná faktorem tortuosity ξ > 1. Následně může být odpor proti přenosu vodní páry RWF materiálu relativně vysoký. Díky větší porositě mají otevřené materiály, jako jsou např. pleteniny, přirozeně vyšší propustnost vodní páry nebo nižší opor proti přenosu vodní páry než tkaniny [5].
1.4.2 Kapilární odvod
Kapilární odvod potu se zakládá na tom, že kapalný pot ulpívající na kůži je v kontaktu s první textilní vrstvou a jejími kapilárními cestami vzlíná do její plochy všemi směry. Jde o tzv. knotový efekt. Kapilární tlak Δ P, způsobující tok kapalné vlhkosti obecně od velkých pórů o efektivním poloměru R k malým pórům odpovídajícího poloměru r, je úměrný povrchovému napětí vody γ a funkci cos kontaktního úhlu Θ charakterizujícího smáčení schopnosti této textilii podle rovnice:
ΔP = 2γ [(pr.cos Θr / r) – (pR. cos ΘR / R)], (18) kde termín p představuje zvětšení vnitřního povrchu kapilárních kanálů. Jestliže bylo dosaženo nějaké povrchové úpravy vláken, které zvyšují drsnost vláken, kapilární tlak se zvýší, a proto takto upravené látky vykazují vyšší knotové vlastnosti.
Pro dosažení intenzivního odvodu vlhkosti, musí být struktura příze kompaktní a prostor mezi speciálně tvarovanými vlákny co nejmenší. Současně musí být adheze mezi kapalinou a vláknem dostatečně malá, aby výsledný silový účinek preferoval
26 pohyb vlhkosti. Příkladem vláken, kde adhezní síly převyšují síly kapilární, jsou vlákna bavlněná nebo viskózová.
Aby vlhkost přestoupila z pokožky do v podstatě hydrofobní kontaktní vlákenné vrstvy, musí společně působit vhodná dynamická síla, která je vytvořená vibracemi oděvu při tělesném pohybu, nebo musí být kontaktní povrch chemicky aktivizován vhodnou povrchově aktivní látkou [5].
Obr. 7: Odvod potu první textilní vrstvou [5]
1.4.3 Sorpce
U sorpčního procesu se předpokládá nejprve vznik vlhkosti či kapalného potu do neuspořádaných mezimolekulárních oblastí ve struktuře. Tento proces je nejpomalejší a je podmíněn použitím textilie alespoň částečně obsahující sorpční vlákna.
Všechny tři výše uvedené mechanismy se transportu vlhkosti zúčastňují současně.
Nejrychlejší mechanismus transportu je kapilární a difúzní, na posledním místě pak způsob sorpční [5].
2 Funkční prádlo
Jako funkční prádlo bývá označováno oblečení, které má díky svému materiálovému složení nebo použité výrobní technologii rozšířené základní vlastnosti o další nadstandardní vlastnosti přinášející svému spotřebiteli nějaký komfort. Základní vlastnosti oděvu jsou ochrana lidského těla, fyziologický a tepelný komfort, reprezentativnost, možnost údržby a trvanlivost. U oblečení označené jako funkční
27 prádlo se předpokládá, že tyto základní vlastnosti jsou zdokonalené. Především pro zlepšení fyziologického a tepleného komfortu se stalo toto oblečení velice populární pro vrcholové ale i pro rekreační sportovce. Díky modifikovaným polyesterových a polypropylenovým vláknům má funkční prádlo zvýšený transport vlhkosti, tepelně izoluje nebo naopak tělo chladí.