K hodnocení tepelného komfortu se využívá řada přístrojů, které se od sebe navzájem liší, a to především způsobem měření. Hlavní rozdíly jsou zejména v měření s přítlakem a bez přítlaku. Dalšími rozdíly jsou rozměrové parametry měřených vzorků (plocha měřené plochy, tloušťka materiálu), doba měření, doba vyhodnocování. Některé přístroje vyžadují pro kvalitní měření umístění přístroje do klimatizační komory. Každé měření je založené na jiném principu. Výsledky se proto většinou nemohou vzájemně shodovat, měly by však vzájemně alespoň korelovat.
6.1.1 ALAMBETA
Přístroj ALAMBETA pracuje na principu vyhřívané čelisti, na kterou je položena měřená textilie. Na textilii dosedá měřící čelist. Přístroj podává informace o tepelném toku q, tepelném odporu r, tloušťce materiálu h, tepelné vodivosti λ a teplotní vodivosti a [25].
Obr. 16: Přístroj ALAMBETA [30]
Tepelný tok q [W.m2] je množství tepla šířící se z ruky (hlavice přístroje) o teplotě t2 do textilie o počáteční teplotě t1 za jednotku času. Pro krátkou dobu kontaktu přibližně platí:
(23)
Součinitel měrné tepelné vodivosti λ [W.m-1.K-1] představuje množství tepla, které proteče jednotkou délky za jednotku času a vytvoří rozdíl teplot 1 K.
47 Měrná tepelná kapacita c [J.kg-1.K-1] představuje množství tepla potřebného k ohřátí 1 kg látky o 1 K.
(24)
Tepelná jímavost b [W.m-2.s1/2.K-1] je jediný parametr, který charakterizuje tepelný omak a představuje množství tepla, které proteče při rozdílu teplot 1 K jednotkou plochy za jednotku času v důsledku akumulace tepla v jednotkovém objemu.
(25)
Jako chladnější pociťujeme hmatem materiál, který má větší absorpční schopnost, tedy větší b.
Plošný odpor vedení tepla r [W-1.K.m2] je dán poměrem tloušťky materiálu a měrné tepelné vodivosti.
(26)
Měrná teplotní vodivost a [m2.s-1] vyjadřuje schopnost látky vyrovnávat teplotu [25].
(27)
6.1.2 PSM
Na přístroji PSM lze měřit tepelný odpor nebo odolnost vůči vodním parám.
Měření je založeno na registraci množství energie, kterou je nutno dodat vzorku, aby byl realizován stacionární tepelný tok. Vzorek textilie je umístěn na vyhřívané čelisti ve vzduchovém tunelu, kterým proudí vzduch rychlostí 3 m.s-1. Po ustálení tepelného toku se odečte množství energie, které je nutno dodávat do vyhřívané čelisti.
48 Obr. 17: Přístroj PSM [31]
Měření tepelné odolnosti Rct [m2. K. W-1]
Tepelná odolnost je stanovená jako rozdíl teplot mezi dvěma povrchy materiálu rozděleným výsledným tepelným tokem na jednotku plochy ve směru gradientu (stacionární gradient teploty).
Měření odolnosti vůči vodním parám Ret [m2. Pa. W-1]
Odolnost vůči vodním parám je stanovena jako rozdíl tlaku vodních par mezi dvěma povrchy gradientu („latentní“ výparný tepelný tok, procházející danou plochou, odpovídající ustálenému tlakovému gradientu páry) [31].
6.1.3 TCi
Analyzátor tepelné vodivosti TCi je přístrojem ke zjišťování součinitele tepelné vodivosti textilních struktur zvláště plošných textilií. Uvedené zařízení představuje univerzální řešení pro měření tepelné vodivosti. Byl navržen tak, aby jednoduchou metodou velice přesně stanovil tepelné charakteristiky materiálů testovaných v laboratořích, tak pro účely kontroly jakosti. Výhodou této metody je nedestruktivnost, okamžité zobrazení výsledků měření a analýza bez nutností složité kalibrace. Přístroj pro měření součinitele sdíleného tepla vedením poskytuje tepelnou analýzu pevných látek, kapalin, prášků, past a vláknitých vzorků v rozsahu od 0,01 do 100 W.m-1.K-1 během 5 vteřin. S doplněním teplotní komory umožňuje měřit v teplotním rozsahu od -75°C do 200°C.
49 Přístroj měří tepelnou odolnost λ a efustivitu e (tepelnou jímavost b) přímo na základě metody přechodové roviny a umožňuje dle uživatele zadávaných kritérií spočítat měrnou teplotní vodivost α a měrnou tepelnou kapacitu cp.
Přístroj používá jednostranný mezikontaktní teplotně odrazivý snímač, který se skládá z měřícího čidla, řídící elektroniky a počítačového softwaru. Ve snímači se nalézá topné těleso – čidlo ve tvaru spirály obemknuté ochranným kroužkem. Vzniklé teplo proudí směrem od senzoru do materiálu během měření. Přesně definovaný proud je aplikovaný na čidlo topného tělesa, které pak produkuje malé množství tepla.
Výsledkem je nárůst teploty na rozhraní mezi senzorem a vzorkem – obvykle je to méně než 2°C. Tento nárůst teploty na rozhraní snímače vyvolá změnu – úbytek napětí ve snímači se používá k určení tepelně-fyzikálních vlastností materiálu vzorku.
Termofyzikální vlastnosti vzorku (tepelná vodivost vzorku) jsou nepřímo úměrná tempu růstu napětí na snímači. Čím je materiál více tepelně izolační, tím strmější je nárůst napětí. Přenos tepla závisí na mnoha parametrech, jako je třeba druh materiálu, kvalita povrchu a smáčivost [32].
Obr. 18: Přístroj TCi [33]
50
6.1.4 PERMETEST
Přístroj P-TEST neboli PERMETEST je určen ke stanovení tepelného a výparného odporu textilií a relativní propustnosti textilií pro vodní páru. V přístroji instalovaný mikropočítač umožňuje volbu počátečních parametrů teploty hlavice, rychlosti vzduchu v měřícím kanálu a stupeň zavlhčení měřící hlavice. Hodnoty tepelného a výparného odporu textilií a jejich relativní propustnosti pro vodní páru vyhodnocené mikropočítačem a zobrazené na displeji pak slouží k posouzení termofyziologických vlastností textilií [27].
Na začátku referenční fáze dojde k zavlhčení hlavice a k dosažení zvolené teploty hlavice při zvolené rychlosti proudu vzduchu. Odparem vlhkosti z povrchu hlavice je simulován efekt pocení, čímž je z měřící hlavice odváděn tepelný tok. Tento tepelný tok je registrován počítačem. Proud vzduchu z ventilátoru obtékající měřenou textilii tento chladící efekt intenzifikuje. V kanálu je umístěn snímač teploty a snímač relativní vlhkosti vzduchu. Snímače ve vazbě s programem mikrořadiče vyhodnotí ustálený stav referenční fáze, tj. fáze měření bez vloženého vzorku. V dalším kroku se mezi měřící hlavici a vzduchový kanál vloží vzorek a spustí se měřící fáze [27].
Obr. 19: Schéma přístroje PERMETEST [5]
Na přístroji lze měřit relativní propustnost textilií pro vodní páry p [%], což je nenormalizovaná veličina, která ale je velice praktickou vlastností textilií. 100%
propustnost představuje tepelný tok qo vyvozený odparem z volné vodní hladiny o
51 stejném průměru jaký má měřený vzorek. Zakrytím této hladiny měřeným vzorkem se pak tepelný tok sníží na hodnotu qv. Relativní propustnost získáme z této rovnice:
p = 100 (qv/ qo) (28)
Výparní odpor Ret [Pa.m2.W-1] stanovíme z rovnice:
Ret = (Pm – Pa) (qv-1 - qo-1
) (29)
Měření tepelného odporu probíha za sucha stejným způsobem. Tepelný odpor Rct charakterizuje odpor proti prostupu tepla vzorkem při definované teplotě tm jeho jedné strany a při přenosu tepla konvekcí z jeho druhé strany do vzduchu o teplotě ta, přičemž tepelný odpor této vnější mezní vrstvy se odečítá. Tepelný odpor získáme dosazením do rovnice [5]:
Rct = (tm – ta) (qv-1 - qo-1
) (30)
6.1.5 Sweating Guarded Hotplate
Sweating Guarded Hotplate je přístroj, kterým se měří tepelná propustnost a propustnost vodních par. Principem měření je pomocí destiček simulovat lidskou kůži a okolní klimatické podmínky. Tento systém byl navržen v souladu s normou ISO 11092 a ASTM F1868 pro měření Rct (tepelné) a Ret (tenze) vlastnosti. Možnost měřit pocení je dosaženo díky unikátnímu poréznímu povrchu zkušební desky a vnějšího ochranného kruhu. Přístroj obsahuje plotýnku, která obsahuje topnou desku, nad níž vede tunel, ve kterém proudí vzduch o proměnné rychlosti. V tunelu je umístěna sonda, která posílá data do počítače. Data z měření si přístroj ukládá do počítače, který obsahuje ThermDAC software. [34]
52 Obr. 20: Přístroj Sweating Guarded Hotplate napojený k počítači se softwarem [34]
Obr. 21: Přístroj Sweating Guarded Hotplate umístěný do klimatizované komory [35]