TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI FAKULTA TEXTILNÍ
DIPLOMOVÁ PRÁCE
LIBEREC 2013 ERIKA VONDRÁČKOVÁ
TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI
Studijní program: N3106 Textilní inženýrství Studijní obor: 3106T011 Textilní a
OPTIMALIZACE FYZIOLOGICKÝCH VLASTNOSTÍ TRANSPORTU VZDUCHU, TEPLA, VLHKOSTI P
SEZENÍ NA AUTOMOBILOVÝCH SEDA
OPTIMIZATION
IS AIR, HEAT AND HUMIDITY TRANSPORTATION DURING
Vedoucí práce: Doc. Ing. Antonín Havelka CSc.
Rozsah práce: Rozsah práce Počet obrázk Počet tabulek:
Počet př
LIBEREC 2013
TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI FAKULTA TEXTILNÍ
Studijní program: N3106 Textilní inženýrství Studijní obor: 3106T011 Textilní a oděvní technologie
OPTIMALIZACE FYZIOLOGICKÝCH VLASTNOSTÍ TRANSPORTU VZDUCHU, TEPLA, VLHKOSTI P
SEZENÍ NA AUTOMOBILOVÝCH SEDAČ
OPTIMIZATION OF PHYSIOLOGICAL PROPERTIES IS AIR, HEAT AND HUMIDITY TRANSPORTATION
DURING SITTING ON CAR SEAT KOD/2013/05/27/MS
Doc. Ing. Antonín Havelka CSc.
Rozsah práce: 72 čet obrázků: 38 čet tabulek: 2 čet příloh: 2
ERIKA VONDRÁ
TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI
vní technologie
OPTIMALIZACE FYZIOLOGICKÝCH VLASTNOSTÍ TJ.
TRANSPORTU VZDUCHU, TEPLA, VLHKOSTI PŘI SEZENÍ NA AUTOMOBILOVÝCH SEDAČKÁCH
OF PHYSIOLOGICAL PROPERTIES, IT IS AIR, HEAT AND HUMIDITY TRANSPORTATION
ON CAR SEAT
ERIKA VONDRÁČKOVÁ
3
Prohlášení
Byla jsem seznámena s tím, že na mou diplomovou práci se plně vztahuje zákon č. 121/2000 Sb., o právu autorském, zejména § 60 – školní dílo.
Beru na vědomí, že Technická univerzita v Liberci (TUL) nezasahuje do mých autorských práv užitím mé diplomové práce pro vnitřní potřebu TUL.
Užiji-li diplomovou práci nebo poskytnu-li licenci k jejímu využití, jsem si vědom povinnosti informovat o této skutečnosti TUL; v tomto případě má TUL právo ode mne požadovat úhradu nákladů, které vynaložila na vytvoření díla, až do jejich skutečné výše.
Diplomovou práci jsem vypracovala samostatně s použitím uvedené literatury a na základě konzultací s vedoucím diplomové práce a konzultantem.
Souhlasím s umístěním diplomové práce v Univerzitní knihovně TUL.
V Liberci, dne 27. května 2013 Podpis………
4
Poděkování
Chtěla bych poděkovat Doc. Ing. Antonínu Havelkovi CSc. vedoucímu diplomové práce za odborné vedení, cenné připomínky a rady ke zpracování práce. Dále bych chtěla poděkovat firmě Tylex, která poskytla vzorek trojrozměrné pleteniny pro měření.
Ráda bych poděkovala i svému otci, neboť zajistil technickou výpomoc v oblasti elektroniky a byl mým respondentem. Nakonec bych ráda poděkovala všem, kdo mi ochotně zapůjčili materiály, přístroje, či jiné drobnosti pro možnost vykonání diplomové práce.
5
Anotace
Diplomová práce byla zaměřena na optimalizaci fyziologických vlastností při sezení na vyhřívaných automobilových sedačkách. Cílem práce bylo ověřit zvýšení komfortu automobilové sedačky při využití vyhřívání a ventilace sedadla. Snahou bylo zjistit, zda je vhodnější využití odsávání nebo ofukování sedadla při využití vyhřívání sedadla.
Teoretická část práce je zaměřena na základy termoregulace lidského organismu. Dále se zabývá tepelným komfortem automobilových sedaček a zejména způsobem výroby současných automobilových sedaček. V závěru teoretické části je kapitola věnovaná vyhřívání a ventilaci automobilových sedadel.
V experimentální části jsou popsány navrhované úpravy automobilové sedačky, popis měřící aparatury, výsledky měření a diskuse výsledků měření. Měření se zabývalo teplotou a vlhkostí mezi oděvem respondenta a potahem automobilové sedačky.
V závěru je zhodnoceno ekonomické hledisko navrhovaných úprav.
Klíčová slova: Automobilová sedačka, tepelný komfort, ventilace, vyhřívání
6
Annotation
The thesis has been focused on the optimization of physiological properties during sitting on heated car seats. The aim of this work has been to verify the increase comfort of car seat using the seat heating and ventilation. The aim has been to determine whether it is preferable to use suction or blowing off the seat using the seat heater.
The theoretical part is focused on the basics of thermoregulation of the human body. It also deals with thermal comfort of car seats and especially in the manner of production of current automobile seats. The end of the chapter is devoted to the heating and ventilation of car seats.
In the experimental part is described the proposed modifications to car seats, description of the measurement apparatus, measurement results, and discussion of results. Measurement deals temperature and humidity between the respondent and the clothing covering car seats. In conclusion, on the economic aspect of the proposed modifications.
Keywords: Car seat, thermal comfort, ventilation, heating
7
Obsah
ÚVOD ... 9
I TEORETICKÁ ČÁST ... 10
1.1. ZÁKLADY TERMOREGULACE ... 10
1.1. Výměna tepla mezi tělem a prostředím ... 11
1.1.1. Přenos tepla radiací (sáláním) ... 12
1.1.2. Přenos tepla kondukcí (vedením) ... 13
1.1.3. Přenos tepla konvekcí (prouděním) ... 13
1.1.4. Přenos tepla evaporací (vypařováním) ... 14
1.2. Přenos tepla z těla do prostředí ... 15
2 TEPELNÝ KOMFORT ... 16
2.1. Tepelný komfort automobilových sedadel ... 16
3 AUTOMOBILOVÁ SEDADLA ... 20
3.1. Rám sedadla ... 20
3.2. Výplň sedadla ... 21
3.2.1. Gumožíně ... 21
3.2.2. PUR pěna ... 22
3.2.3. Tenká komfortní sedadla ... 23
3.3. Potah sedadla... 23
3.3.1. Přírodní usně ... 24
3.3.2. Umělé usně ... 24
3.3.3. Pleteniny ... 25
3.3.4. Tkaniny ... 26
3.4. Zkoušky prováděné na potahových textiliích ... 27
3.5. Šicí nitě a spojovací proces ... 27
4 VYHŘÍVÁNÍ A CHLAZENÍ SEDADEL ... 28
4.1. Elektrické odporové vytápění sedadel ... 28
4.2. Karbonové vytápění sedadel ... 29
4.3. Ventilační a klimatizační systémy sedadel ... 30
II EXPERIMENTÁLNÍ ČÁST ... 35
5 NÁVRH ÚPRAV MĚŘENÉHO SEDADLA ... 36
5.1. Úprava sedadla ... 36
5.2. Ventilace sedadla ... 37
5.3. Vyhřívání sedadla ... 38
6 MĚŘENÍ ... 42
6.1. Měřící zařízení ... 42
6.2. Výsledky měření ... 44
8
6.2.1. Měření sedadla bez ventilace a vyhřívání ... 45
6.2.2. Měření sedadla bez ventilace s vyhříváním zakoupeného potahu ... 45
6.2.3. Měření sedadla bez ventilace s vyhříváním navrženého potahu... 46
6.2.4. Měření sedadla s ofukováním při napětí 12,5 V a s vyhříváním zakoupeného potahu... 46
6.2.5. Měření sedadla s ofukováním při napětí 12,5 V a s vyhříváním navrženého potahu ... 49
6.2.6. Měření sedadla s ofukováním při napětí 6 V a s vyhříváním zakoupeného potahu ... 51
6.2.7. Měření sedadla s ofukováním při napětí 6 V a s vyhříváním navrženého potahu ... 51
6.2.8. Měření sedadla s odsáváním při napětí 12,5 V a s vyhříváním zakoupeného potahu ... 52
6.2.9. Měření sedadla s odsáváním při napětí 12,5 V a s vyhříváním navrženého potahu ... 54
6.2.10. Měření sedadla s odsáváním při napětí 6 V a s vyhříváním zakoupeného potahu ... 57
6.2.11. Měření sedadla s odsáváním při napětí 6 V a s vyhříváním navrženého potahu ... 57
7 DISKUZE VÝSLEDKŮ ... 58
7.1. Vyhodnocení výsledků pro prvního respondenta... 61
7.2. Vyhodnocení výsledků pro druhého respondenta ... 62
7.3. Další návrhy možných úprav ... 63
7.4. Ekonomické zhodnocení ... 64
ZÁVĚR ... 67
POUŽITÁ LITERATURA ... 68
SEZNAM POUŽITÝCH VELIČIN ... 71
SEZNAM OBRÁZKŮ ... 71
SEZNAM TABULEK ... 72
SEZNAM PŘÍLOH ... 72
9
Úvod
V současné době je vlastníkem automobilu téměř každá rodina nebo firma. Využívají ho pro pracovní, nebo osobní účely, jako jsou například služební cesty, dovolené, ale i běžné denní cesty do obchodu, či práce. Často to znamená trávení mnoho hodin v sedavé poloze na sedadle automobilu, což může výrazně ovlivnit výběr vozidla při jeho nákupu. Snahou je vyrábět taková sedadla, která by nabízela ergonomický a fyziologický komfort v průběhu celého roku. Toho lze dosáhnou vhodnou kombinací materiálů, vhodným tvarováním a polohováním sedadla, potahovým materiálem a dalšími přídavnými systémy, jako jsou vyhřívání a ventilace sedadla.
Vyhřívání sedadla zajišťuje komfortní vlastnosti zejména v období zimy a chladných dní. Ventilací lze zajišťovat chlazení v období léta. Vhodné je propojení obou systémů pro zajištění komfortního provozu po celý rok. Vyhříváním je zajištěno přivádění tepla k organismu a současně ventilací je možné odvádět vodní páry od těla.
Práce se zabývá zejména vyhříváním a ventilací automobilových sedadel.
V první kapitole teoretické části práce jsou popsány základy termoregulace lidského organismu pro pochopení funkcí tepelného vnímání člověka. Jsou zde popsány principy přestupu tepla mezi organismem a prostředím. Následující kapitola je věnována tepelnému komfortu a fyziologickému komfortu sedadel. Popisuje jednotlivé experimenty prováděné pro zjišťování komfortních vlastností sedadel. Další kapitola pojednává o konstrukčním provedení současně vyráběných automobilových sedadel.
Poslední kapitola teoretické části je zaměřena na vyhřívání a chlazení sedadel.
V experimentální části je prováděno měření vlhkosti a teploty mezi potahem sedadla a oděvem cestujícího. Měření je prováděno s využitím nuceného proudění vzduchu oběma směry za současného vyhřívání sedadla. Práce se věnuje úpravám sedadla, které byly navrženy a realizovány pro zlepšení fyziologického komfortu. Dále se zabývá použitým měřícím zařízením a jeho využitím pro měření. Jsou zde uvedeny výsledky měření, které jsou dále vyhodnocovány v diskuzi výsledků. Závěr experimentální části je věnován ekonomickému zhodnocení navržených úprav.
Cílem experimentu je zjistit, zda je efektivnější a komfortnější ofukování cestujícího vzduchem, nebo naopak odsávání vzduchu od cestujícího za současného vyhřívání sedadla. Dílčím cílem práce je zjistit, zda navržený vyhřívaný potah by byl vhodnější při využívání ventilace, než potah průmyslově vyráběný a nabízený běžně na trhu.
10
I Teoretická část
Předtím, než se začneme zabývat vyhřívanými sedadly do automobilů, je vhodné znát základy termoregulace lidského organismu, abychom mohli vyvodit optimální komfortní teplotu vyhřívání, nebo chlazení sedadla pro řidiče a posádku automobilu.
1.1. Základy termoregulace
Jak tvrdí [1], tak:
„Termoregulací nazýváme schopnost organismu udržovat stálou tělesnou teplotu, přestože produkce tepla, jeho příjem i ztráty nepřetržitě kolísají.“
Organismy, které si dovedou regulačními zásahy do intenzity metabolismu udržovat svou vnitřní teplotu stálou v určitém rozmezí, považujeme za endotermní.
Organismy, které svou vnitřní teplotu výrazně mění dle teplot prostředí, nazýváme exotermními. [1]
Člověk patří mezi endotermní organismy, které si dokážou udržovat svou stálou tělesnou teplotu. Ta se však na různých částech těla liší podle teploty prostředí a fyziologického stavu organismu. V našich podmínkách je okolní prostředí chladnější, než je teplota lidského těla, čímž dochází k ochlazování povrchových částí těla vlivem tepelného spádu. Teplota povrchu těla tvořeného pokožkou a vnější částí svalstva je tedy chladnější, než je jádro organismu, tvořeného vnitřními orgány a vnitřní částí svalstva. [2]
Teplota těla však neustále lehce kolísá i v souvislosti s denní dobou, aktivitou organismu a stavem organismu. Nejteplejším lidským orgánem jsou játra, kde krev získává teplotu okolo 39°C. Dalšími orgány produkujícími značné množství tepla jsou zejména svalstvo, dále srdce, ledviny, mozek a další. Od orgánů je teplo rozváděno krevním řečištěm na periferii lidského organismu, kde je přenášeno pomocí teplotního gradientu do okolí za předpokladu, že vnější prostředí má nižší teplotu než je vnitřní teplota organismu. Ochlazená krev je přiváděna zpět k orgánům, kde je opět ohřívána a tím dochází k opakování procesu, který je označován jako distribuce tepla. [2; 3]
Ztráta tepla není pouze dána rozdílem teplot mezi organismem a prostředím, ale též velikostí povrchu tělní slupky člověka. Také souvisí se složením tělního povrchu, především množstvím podkožního tuku, a s vodivostí materiálů obklopujících
11 organismus. Odvod tepla je prováděn skutečností, že jsou pokožka a sliznice prokrvovány. Prokrvení pokožky však organismus do jisté míry dokáže regulovat roztažením, nebo stažením cév, což je nazýváno jako vazodilatace, nebo vazokonstrikce. [3]
Jak zmiňuje [4], tak je teplota lidským organismem vnímána pomocí dvou typů smyslových orgánů označovaných jako tepelná čidla. Jedním typem jsou vnímány teploty vyšší a druhým teploty nižší, než je teplota těla. Nacházejí se na povrchu lidského těla, kde jsou místa citlivá na chlad a na teplo vzájemně oddělená, přičemž převládá větší množství míst citlivých na chlad. Receptory reagující na chlad jsou schopné vnímat přibližně teploty v rozmezí 10 – 30 °C. Receptory reagující na teplo jsou citlivé na rozmezí teplot 30 – 45 °C. Vnímání teploty směrem k mezním teplotám stupňovitě slábne až k teplotní neutralitě. Při teplotě nad 45 °C se začíná poškozovat tkáň a tepelné vnímání se stává projevem bolesti. Podobně je tomu i při extrémně nízkých teplotách.
Avšak [5] uvádí, že chladové receptory reagují na teplotu v rozmezí 25 – 35 °C a tepelné pak v rozmezí 38 – 48 °C. Okolí, se shodnou teplotou jakou má pokožka organismu, není vnímáno ani jako teplé a ani jako studené a mluvíme tak o fyziologické nulové teplotě. Doba potřebná k aktivaci receptorů je u chladových receptorů kratší než u tepelných.
Pomocí termoreceptorů, jak tvrdí [6], může organismus reagovat na změny teplot prostředí svým termoregulačním chováním, jako je vhodné oblečení, přizpůsobení prostor vytápěním, větráním, nebo izolacemi. Tím organismus s předstihem zabrání změně své vnitřní teploty.
1.1. Výměna tepla mezi tělem a prostředím
Výměna tepla mezi tělem a prostředím je uskutečňována na základě tepelného gradientu, kterým se zabývají základní fyzikální zákony termodynamiky. Teplotní gradient vzniká tehdy, když má lidský organismus rozdílnou teplotu než prostředí, ve kterém se nachází. Teplota prostředí na Zemi bývá většinou nižší, někdy až o několik desítek stupňů, než má lidský organismus, jež má snahu si udržovat svou stálou teplotu okolo 37 °C. [2]
Jak tvrdí [2], tak podle Newtonova ochlazovacího zákona má teplo sklon přecházet z míst s větší tepelnou energií do míst s menší tepelnou energií a vyrovnávat
12 tak teplotní rozdíl. Tento jev popisuje také druhý zákon termodynamický. Platí i pro živé organismy, kde je nutné brát v úvahu, zároveň s vodivostí tkání, také velikost povrchu těla.
Velikost přenosu tepla je dále dána, jak praví [2], tepelnou kapacitou prostředí a organismu (C), která se vyjadřuje poměrem změny množství tepla (∆ ) k hmotě systému (m) násobený teplotním rozdílem mezi oběma systémy (∆t) a je popsána rovnicí
∆ ∆ . (1)
Fourierův zákon tvrdí, jak uvádí [2], že velikost přenosu tepla (Q) je přímo úměrná teplotnímu rozdílu mezi teplotou jádra a teplotou povrchu á , velikosti plochy (A), kterou je teplo přenášeno a tepelné vodivosti tkání (k) a je nepřímo úměrná velikosti tloušťky tělní slupky (d). Je vyjádřen rovnicí
á . (2)
Vodivost tkání je dána jejím chemickým složením, kde má nízkou vodivost zejména tuk. Je ovlivňována rychlostí a množstvím proudění krve tkáněmi. Teplo se může mezi povrchem těla a prostředím přenášet několika základními fyzikálními způsoby, jako je radiace, kondukce, konvekce, evaporace nebo respirace. Tyto děje zpravidla probíhají současně a výjimečně jsou některé z nich zastoupeny minimálně, nebo vůbec. [2]
1.1.1. Přenos tepla radiací (sáláním)
Jedná se o fyzikální proces, při kterém látka emituje do prostoru energii ve formě elektromagnetického záření. Na rozdíl od ostatních typů přestupů tepla je pouze sáláním možné zprostředkovat přenos tepla i ve vakuu. Všechna tělesa, která mají teplotu vyšší než absolutní nula (0 K), vyzařují tepelné záření a také ho přijímají. Přenos je prováděn na dálku bez přímého kontaktu těles. Nejvíc tepla je přenášeno v oblasti infračerveného, viditelného a mikrovlnného záření, které zabírá pásmo o vlnové délce 10-7 až 10-4 m. [2]
Energie, která je sáláním vyzařována, závisí na teplotě tělesa. Čím teplejší je povrch tělesa, tím kratší vyzařuje vlnovou délku a naopak. Tím je vysvětlena červená a žlutá barva rozžhavených předmětů. Přenos tepla sáláním je také závislý na emisivitě tělesa, která je projevem schopnosti objektu vyzařovat energii a odpovídá absorpčním vlastnostem povrchu. [2]
13 1.1.2. Přenos tepla kondukcí (vedením)
Přenos je prováděn kinetickou energií mezi molekulami. Uskutečňuje se mezi molekulami v látce samotné, nebo mezi molekulami těles, které jsou v přímém kontaktu. Přenos tepla vedením je závislý na velikosti tepelného rozdílu, na velikosti styčné plochy, na tepelné vodivosti látek a vzdálenosti. Pro vyjádření přenosu tepla vedením mezi rovnými plochami je užívána rovnice
∆ , (3)
kde (t2 – t1) znázorňuje teplotní rozdíl, A plochu, k tepelnou vodivost a x vzdálenost, po které se přenáší teplo. [2]
Pro zjištění ztrát tepla mezi lidským organismem a prostředím jde o teoretickou představu, neboť povrch těla je různě zaoblen. U lidského organismu je jednou z nejdůležitějších vlastností tepelná vodivost látek prostředí. Vzduch má malou tepelnou vodivost, kdežto voda poměrně vysokou. Materiály s nízkou tepelnou vodivostí mají izolační schopnost, které se využívá pro snižování tepelných ztrát. [2]
1.1.3. Přenos tepla konvekcí (prouděním)
Ke ztrátám tepla prouděním u lidského organismu dochází při styku pokožky s plynem nebo kapalinou. Dochází tak k ohřívání nebo ochlazování tenké mezní vrstvy mezi prostředím a organismem v závislosti na teplotách obou systémů. Rozdíl teplot na hranicích vrstev způsobuje přirozené proudění. Přirozené proudění kapaliny, či plynu je uskutečňováno pouze rozdílnou hustotou látky způsobenou různými teplotami.
U nuceného proudění se uskutečňuje pohyb pomocí rozdílu tlaků, který je vytvářen uměle. [7]
Přenos tepla prouděním je závislý nejen na diferenci teplot, ale dále na vlastnostech tekutiny, na tvaru a druhu povrchu tělesa, na rozložení teploty a na rychlosti proudění. [7]
Newtonův ochlazovací zákon zahrnuje v součiniteli přestupu tepla parametry, jako jsou rychlost proudění, teplota a vlastnosti plynu nebo kapaliny, teplota a geometrie povrchu a další. Hustotu tepelného toku vyjadřuje rovnicí
! " #, (4)
14 kde hk je součinitelem přestupu tepla konvekcí, Ts povrchovou teplotou objektu, Te teplotou tekutiny mimo mezní tenkou vrstvu. [8]
U teplokrevných živočichů je důležité zejména sdílení tepla prouděním uvnitř organismu, kde je teplo distribuováno kapalinami, především krví. Rychlost proudění krve je závislé na aktivitě, fyziologickém a fyzickém stavu organismu. [2]
1.1.4. Přenos tepla evaporací (vypařováním)
Jedná se o proces přeměny vody ve vodní páru, kde kapky vody absorbují energii z prostředí, čímž dochází ke ztrátám tepla a ochlazuje se povrch těla. Pro odpaření jednoho litru vody je zapotřebí 2400 kJ (587 kCal). Odpařování potu z pokožky člověka probíhá buď pasivně, nebo aktivně. Pasivní způsob odpařování probíhá nepozorovaně pokožkou a dále dýchacími cestami, kterým během dne organismus ztrácí cca půl litru vody. Aktivním způsobem odpařování je pocení a zrychlené dýchání, přičemž se produkce potu zvyšuje s rostoucí teplotou okolí, zvýšenou aktivitou organismu, nebo je množství vyloučeného potu závislé na míře relativní vlhkosti vzduchu. [2; 3]
Pot je produktem potních žláz, které jsou nerovnoměrně rozmístěny v pokožce.
Potní žlázy se dělí na ekrinní a apokrinní. Apokrinní žlázy se nacházejí v dutině ústní a ve stydké krajině a na termoregulaci organismu se nepodílí. Poblíž těchto žláz se často vyskytují žlázy mazové a hladké svalstvo, které zajišťuje vzpřímení chlupů. Těmito žlázami se vyprodukuje přibližně 1g tekutiny na cm2 za hodinu. Ekrinní žlázy se nejvíce vyskytují na dlaních, stehnech, čele a ploskách nohou. U člověka je jich přibližně kolem 3 – 4 milionů a jejich celková hmotnost odpovídá asi 0,1 kg. Pot je tvořen vodou, v níž jsou obsaženy bílkoviny, glukóza, sůl, kyselina mléčná, amoniak a organické kyseliny.
Hodnota PH potu je přibližně 6. [3]
Respirací dochází ke ztrátám tepla dýcháním. Se stoupající dechovou frekvencí (polypnoí) dochází ke zvýšení ztrát tepla vypařováním, ke kterým dochází při zvýšené fyzické námaze, nebo při chladové termogenezi. Celkové evaporativní ztráty tepla představuje součet všech tepelných ztrát kůže a dýchacích cest odpařováním. [2]
15
1.2. Přenos tepla z těla do prostředí
Tepelné přestupy jsou u organismu děleny na dva oddíly, a to tělesné jádro – pokožka a pokožka – prostředí. Uvnitř organismu se teplo přenáší kondukcí, která je uplatňována v tkáních, a konvekcí, která je uskutečňována prouděním krve. V praxi je velmi těžké tyto dva procesy od sebe oddělovat, a tak jsou shrnuty do jedné hodnoty označované jako „efektivní teplotní kondukce“. Čistý projev kondukce je uskutečňován pouze v epidermis. [2]
Velmi důležitým faktorem pro přestup tepla je hraniční vrstva mezi tělem a okolím, která je tvořena vrstvou neproudícího vzduchu. Čím je vrstva tenčí, tím více dochází ke ztrátám tepla a naopak. Tloušťka vrstvy je závislá na rychlosti proudění a tlaku vzduchu, na tvaru částí těla a izolační vrstvě. Z povrchu této vrstvy se pak nejčastěji uplatňuje přenos tepla konvekcí, radiací a evaporací. [2]
Tepelné ztráty může u člověka značně ovlivňovat oděv. Slouží jako izolační vrstva a do značné míry snižuje tepelné ztráty. Jednotkou pro vyjádření izolace oblečení je clo. 1 clo odpovídá tepelné izolaci pánského oděvu složeného z obleku, košile s dlouhým rukávem, obuvi a z bavlněného spodního prádla u osoby, která je v klidu a produkuje teplo přibližně 210 kJ/m2 za jednu hodinu a udržuje tak stav komfortu po neomezeně dlouhou dobu při teplotě okolí 21 °C, relativní vlhkosti vzduchu 50 % a proudění vzduchu cca 0,1 m/s. 1 clo je vyjádřeno jako tepelný odpor I = 0,155 m² * K/W. V současné době je bráno, že neoblečený člověk nemá žádnou tepelnou izolaci a clo je tedy chápáno jako 0. Jde tedy o tepelný odpor jednotlivých částí oděvů. Celková hodnota izolace oděvu je součtem hodnot clo pro jednotlivé části oděvu. Obecně má letní lehké oblečení hodnoty clo přibližně od 0,1 do 0,5 a zimní oblečení má hodnoty clo vyšší než 1. V případě, že se zjišťuje hodnota clo u člověka, který sedí, je započítána i izolační schopnost sedadla. Pokud jde o polstrované sedadlo, tak se přičítá k hodnotě clo přibližně 0,15 clo. Naopak u kovových, perforovaných židlí se clo odečítá. [2; 9]
16
2 Tepelný komfort
Pocity tepla nebo chladu jsou vnímány periferními teplotními receptory, kdežto teplotní receptory nacházející se v tělním jádře a v centrální nervové soustavě pocity teplotní změny nevyvolávají. Teplo nebo chlad je pociťován tehdy, když se k termoreceptorům v jádře přenese dostatečné množství vzruchů z periferních receptorů uložených v pokožce, přičemž pocit chladu je vnímán mnohem dříve než pocity tepla. Oba tyto pocity mohou po nějaké době jejich působení odeznít a jsou pouze dočasným projevem, tedy dojde k takzvané habituaci. Tento proces, který je projevem subjektivního vnímání, nastává v rozmezí několika minut s ohledem na velikost rozdílu teplot. Tedy pokud je rozdíl malý, dochází k habituaci během minuty, pokud je však rozdíl teplot velký, tak může trvat až několik desítek minut. U velkého teplotního rozdílu od teploty kůže nemusí k habituaci dojít vůbec. [2]
Rozmezí teplot pokožky, které nemá projev pocitu tepla ani chladu je nazýváno zónou komfortu. Tepelný komfort pro lidský neoblečený organismus, kdy jsou termoregulační procesy nejméně namáhány, nastává tehdy, když je teplota okolí přibližně 28 – 30 °C a teplota pokožky je přibližně 33 – 35 °C. Při lehce oblečeném organismu je tepelný komfort prostředí cca 22 °C. Projev komfortní zóny může přetrvávat i tehdy, pokud je ochlazována nebo ohřívána pouze malá část pokožky. Čím menší je oblast, v níž dochází k teplotní změně, tím větší je možný teplotní rozdíl při zachování komfortní zóny. [2; 3]
2.1. Tepelný komfort automobilových sedadel
Jak uvádí [10], tak osoba, jež sedí nebo leží, musí být v teplotní rovnováze, aby se cítila pohodlně. Ztráty tepla tedy musí být takové, jaké je teplo generované metabolismem.
Je sice možné pro dané klima navrhnout sedadlo, které bude zajišťovat tepelné pohodlí řidiči automobilu, ale pokud dojde ke změně činnosti nebo klimatu, dojde k narušení tepelné rovnováhy. Přirozeným projevem organismu, na toto narušení rovnováhy, je změna míry pocení. Tento fakt lze však vhodně řešit tím, že se zajistí u autopotahu možnost odvodu vlhkosti.
Švédský institut pro výzkum vláken a polymerů vyvinul několik nových metod pro měření komfortu. Metody se zaměřují na komplexní měření komfortu s mechanickými, zejména tlakovými, vlhkostními a tepelnými vlivy. Institut použil tyto
17 metody i pro měření vyhřívaných autosedaček, které poskytly významná data ohledně rozmístění výhřevných ploch a vrstvení. Současně s tepelným tokem je umožněno i měření odvodu vlhkosti v různých vrstvách potahu sedadla při různých tlakových zatíženích. Bylo prokázáno, že při určitém tlaku a dané teplotě odvádí vlhkost pouze vrchní vrstva potahu. [10]
Měření je prováděno pomocí duté hlavice s eliptickým tvarem přibližným půlválci, přičemž poloměr je 0,16 m a výška 0,12 m, což charakterizuje kontaktní profil sedícího subjektu. Tato hlavice je naplněna vodou a udržována o konstantní teplotě 32°C. Na jejím povrchu jsou umístěné snímače teploty a vlhkosti. Je vtlačována do vzorku na dobu dvou hodin, kdy probíhá měření průměrného tepelného toku, což je zaznamenáváno a ukládáno pomocí počítače. Tlaková síla je stanovena na 100, 150 nebo 300 N. Celé měření probíhá v klimatizované místnosti o teplotě 20 °C a relativní vlhkosti vzduchu 50 %. Vzorek je před měřením klimatizován minimálně na dobu dvaceti hodin. Povolená odchylka v teplotě okolí je ± 2 °C, což může ovlivnit výsledek tepelného toku o 16 %. Snahou je získat rozdíl mezi teplotou okolí a hlavicí 12 °C.
Vyhodnocení je pro každý měřící bod prováděno podle rovnice ((naměřený tepelný tok) / ∆T) * 12 [W/m2],
kde ∆T vyjadřuje naměřený teplotní rozdíl mezi teplotou měřící hlavice a teplotou v klimatizované místnosti. [10]
Tato metoda byla použita k testování různého umístění výhřevných zařízení ve vytápěných sedadlech. To umožnilo optimalizaci v rozmístění topných prvků pro rychlejší počáteční vytápění při využití různých pěn se zachováním optimálního rozložení tlaku při sezení. Hlavním přínosem bylo zjištění, že tepelný komfort není příliš ovlivněn konstrukcí sedadla, ale je ovlivněn jeho povrchem. [10]
Další metoda pro měření tepelného komfortu, jak je popsáno v [11], byla prováděna na Turecké univerzitě Uludag v Burse. Měření bylo prováděno v jarních slunných dnech mezi 11 a 14 hodinou. Pro výzkum byly použity tři druhy potahů tkané z polyesterových vláken v podobě sametu, žakáru a mikrovlákna. Bylo vybráno deset respondentů, z toho sedm mužů a tři ženy o průměrném věku 31,8, výšce 174,77 cm, hmotnosti 70,13 kg a body mass indexu 22,95 kg/m2. Podmínkou byly řidičské zkušenosti po dobu alespoň pěti let.
Experiment byl prováděn v automobilu značky Fiat Marea 2004 o teplotě 25 °C
± 1 °C udržované klimatizační jednotkou s rychlostí proudění vzduchu 0,15 a 0,20 m/s s nastavením proudění na okna. Kromě spodního prádla, ponožek a bot byl oděv pro
18 měření tvořen z bílé košile a bílých kalhot s uváděnou celkovou izolační hodnotou 1,5 clo. Měření bylo za reálných podmínek na trase dlouhé 66 km. [11]
Objektivní měření probíhalo pomocí senzorů upevněných na pokožce pomocí osmi snímačů pro měření teploty a dvou snímačů pro měření vlhkosti. Senzory byly připevněny tak, aby neovlivňovaly pohodlí a cirkulace na pokožce. Subjektivní měření spočívalo ve vyplnění dotazníku před začátkem měření a každých pět minut v průběhu měření. Během testování byly přímo zaznamenávány odpovědi do dotazníku a celkem bylo během jízdy vyplněno třináct dotazníků. Dotazník obsahoval čtyři části, které se zabývaly tepelným pocitem na deseti místech těla, pocitem vlhkosti na dvou místech těla, celkovou tepelnou pohodou při sezení na sedadle a celkovou mírou pocení.
Z experimentu vyplývá, že mezi těmito třemi potahy nebyl velký rozdíl v tepelném komfortu. Experiment poukazuje na to, že tepelný komfort je více závislý na odvodu vodních par a vlhkosti pokožky než na kožní teplotě. [11]
Na tento experiment navazuje další, jak zmiňuje [12], v němž je porovnáván komfort při sezení na potazích z polyesteru z předchozí studie s potahy, v nichž je využito příměsi vláken ramie. Podmínky zkoušky zůstávají stejné. Respondenti jsou stejní jako v předchozím experimentu. Jsou opět oblečeni v bílé košili a bílých kalhotách. Potahy sedaček byly použity dva, přičemž první byl ze 100 % polyesteru a druhý byl směsí z 60 % vlny, 20 % polyesteru a 20 % ramie. Vlna zajišťuje dobrou elasticitu, absorpci vlhkosti a tepelnou izolaci a ramie dobrý odvod vlhkosti, savost a chladivý efekt. Opět bylo měření za slunných dnů, ve stejnou denní dobu, objektivním i subjektivním způsobem jako v předchozí studii. Dotazník se lišil tím, že obsahoval dvě části, tepelný pocit na čtyřech částech těla a pocit vlhka na zádech. K objektivnímu měření byly použity senzory, které byly umístěny mezi pokožku a potah.
V testu se prokázalo, že potah tvořený ze směsového materiálu se jevil tepelně pohodlnější. Neočekávaně bylo zjištěno, že výsledky při měření vlhkosti jsou o něco vyšší u směsového potahu než u výsledků polyesterového potahu. U polyesterového potahu bylo již v prvních minutách vnímáno nepohodlí, které se zvyšovalo. Výsledky ukazují, že oblast pasu je důležitým místem pro určení a vnímání tepelné pohody. Tato oblast měla vyšší teplotu než ostatní místa měření. U obou potahů byly teploty přibližně podobné. [12]
Na Japonské Univerzitě Kyushu provedli experiment zabývající se účinky vyhřívaných automobilových sedadel na tepelnou pohodu během počátečního zahřívání.
Experimentu se zúčastnilo osm vysokoškolských studentů mužského pohlaví, v dobrém
19 zdravotním stavu, o průměrném věku 22,5 let, výšce 175 cm, váze 57,2 kg a tělesném tuku 14,3 %. Respondenti byli upozorněni, aby v předvečer nepili alkoholické nápoje a dvě hodiny před započetím experimentu nejedli, nekouřili a nevykonávali náročné fyzické aktivity. Oblečení měli stanovené na tílko, tričko s dlouhým rukávem, bundu, spodky, kalhoty, ponožky a boty. [13]
Experiment byl prováděn ve dvou klimatizačních komorách na půdě Univerzity.
První komora sloužila jako stabilizační místnost s podmínkami: teplota vzduchu 22 °C, relativní vlhkost vzduchu 50 % a rychlost proudění vzduchu < 0,1 m/s. Druhá komora byla samotnou zkušební místností s podmínkami: teplota vzduchu 5, 10, 15 nebo 20 °C, relativní vlhkost vzduchu 50 % a rychlost proudění vzduchu < 0,1 m/s. [13]
Pro experiment byl použit kožený potah, pod nějž byla zabudována výhřevná tělesa napájená konstantním napětím 60 W. Respondenti se účastnili experimentu v období od října do listopadu a prošli celkem osmi zkušebními podmínkami.
Respondentovi byly na kůži aplikovány tepelné senzory ve stabilizační místnosti, kde strávil v sedavé poloze bez bundy a obuvi čtyřicet minut. Poté se přesunul do zkušební místnosti obutý a oblečený v bundě, kde stál po dobu tří minut a poté si sedl na sedadlo za současného zapnutí vyhřívání. Snahou bylo simulovat práci s přechodem z budovy do automobilu. Samotné měření trvalo dvacet minut. Teplota byla měřena na šestnácti místech, přičemž osm oblastí se nacházelo v kontaktu se sedadlem. Ostatní oblasti byly umístěny mimo kontaktní plochu sedadla. Výsledky se zaznamenávali pomocí počítače každých deset sekund. Respondenti poskytovali odpovědi během sezení na vytápěné sedačce v minutových intervalech. Tepelné pocity byly hodnoceny sedmistupňovou škálou a požadovaná teplota sedadla byla hodnocena třemi hodnotami: -1 vyšší teplota by byla vhodnější, 0 aktuální teplota je v pořádku a 1 nižší teplota by byla vhodnější.
Výsledky byly statisticky vyhodnoceny pomocí počítače. [13]
Průměrná teplota pokožky, při nevyužití vyhřívání, byla 31, 31.5, 32.5 a 33 °C v teplotách vzduchu 5, 10, 15 a 20 °C. Bylo zjištěno, že teplota pokožky na palci u nohy, ačkoliv nebyla v přímém kontaktu se sedačkou, se zvyšovala při použití vyhřívání sedadla. Když nebylo použito vyhřívání v sedačce, byl celkový tepelný pocit hodnocen jako chladný při nízkých teplotách ovzduší a při vyšších byl pocit neutrální.
Při využití vytápěné sedačky byl pocit při nízkých teplotách okolí neutrální a při vyšších teplotách teplý. [13]
20
3 Automobilová sedadla
Je vhodné mít povědomí o technickém provedení automobilových sedadel, abychom mohli navrhnout optimální přizpůsobení sedadla pro měření. Základy technického provedení současně prodávaných sedadel se budeme zabývat v následující kapitole této práce.
Automobilová sedadla jsou tvořena třemi základními částmi. První částí je kovový nosný rám sedadla s pomocnými mechanismy opatřený nejčastěji pěnovou výplní, která je chráněna a kryta potahem. Jako doplňkovou část můžeme považovat hlavovou opěrku, neboť je důležitou součástí sedadla v oblasti bezpečnosti. Požadavky kladené na automobilová sedadla jsou bezpečnost, která je dána zejména rámem sedadla, vhodné vedení, držení a podpírání těla, komfort a design, který je určován jak tvarem sedačky, tak barevným provedením a strukturou povrchu potahu. [14]
3.1. Rám sedadla
Základní tvar a pevnost zajišťuje sedadlům kovový rám, který je vyráběn nejčastěji z ocelové konstrukce, ale může být doplněn kompozitními materiály. Bývá vybaven vodícími lištami a jinými mechanickými elementy pro posuv nebo sklápění sedadla.
Dále je opatřen držáky pro hlavové opěrky, drážkami pro lepší upevnění pěnové výplně a upevňovacími prvky pro kabeláž a další. Jednotlivé díly rámu sedadla jsou stříhány z plechu, lisovány a spoje jsou v současnosti svařovány laserem, což umožňuje snížení váhy oproti běžnému svařování dílů. Svařené dílce jsou k sobě montovány, kompletovány a doplňovány dalšími prvky, do výchozího celku. Celý rám sedačky je tvořen rámem pro sedák s vodícími lištami a rámem opěradla s držákem pro hlavovou opěrku. Ocelový rám sedačky je znázorněn na následujícím obrázku č. 1. [15; 16]
21 Obr. č. 1 Ocelový rám automobilové sedačky [15]
3.2. Výplň sedadla
Výplň sedaček může být tvořena gumožíněmi, polyuretanovou pěnou, která je v současné době nejčastěji využívaným materiálem pro výplň autosedaček, nebo kombinací pružin a pěn. Zajišťuje tvar, komfort sedadla a může být úložištěm pro airbagy, ventilační systémy, otopné systémy, reproduktory a další.
3.2.1. Gumožíně
Gumožíňové sedačky jsou nejčastěji vyráběny pro luxusní vozy, neboť mají lepší uživatelské vlastnosti, než zajišťuje polyuretanová pěna, jako je vyšší prodyšnost, životnost a další. Vyrábí se z kokosových vláken, ale využívají se i jiná rostlinná a živočišná vlákna. Z dodávaných vlákenných balíků se získávají vlákenná rouna rozvolněním pomocí mykacích strojů, nebo aerodynamických rounotvořičů. Rouno je následně postřikováno nejčastěji akrylátovými nebo kaučukovými pojivy, která pojí vlákna mezi sebou a tvoří souvislou vrstvu na vláknech. Rouno s pojivem je dále termicky fixováno při teplotě přibližně 105 – 120 °C. Ze zafixovaného rouna jsou posléze raznicí vyseknuty požadované tvary sedačky. Ty jsou opět naneseny pojivem a formovány lisováním, přičemž je pojivo vulkanizováno v autoklávech. Takto vyrobené části sedaček jsou dodatečně upravovány ořezáváním, vysekáváním otvorů a
22 vkládáním doplňků. Nevýhodou tohoto materiálu je zatěžování ovzduší znečišťujícími látkami, a proto dochází ke snížení množství výroby gumožíňových částí. [14; 17]
3.2.2. PUR pěna
Polyuretanová pěna je základní surovinou pro výrobu výplní automobilových sedadel.
Pěna je tvořena mísením vícesytných alkoholů s izokyanáty. Při chemické reakci se uvolňuje oxid uhličitý, který zajišťuje strukturu pěny tvořenou částečně nebo plně uzavřenými vnitřními buňkami. Vzájemným poměrem těchto složek se dociluje různých mechanických vlastností pěny a různé výsledné tvrdosti pěny. Rychlost vzájemné reakce složek probíhá již během několika vteřin. Důležité je skladování surovin, údržba forem a současně práce se složkami, neboť izokyanát reaguje na vlhkost vzduchu a vodu. Vlhkost mění požadované vlastnosti výsledné pěny, čímž může znehodnotit výrobky a může poškodit pracovní ústrojí. [14; 17]
Obr. č. 2 Polyuretanová pěnová výplň sedadel [18]
Vytvořené výlisky se po vyndání z forem upravují. Provádí se drobné opravy, jako jsou odřezy zbytkového materiálu, vyplňování malých trhlin a různé vyřezávání otvorů. Následně se zavěšují na rámy a nechávají se relaxovat na dobu jednoho dne. Po uplynulé relaxační době se navlékají na kovové rámy a jsou opatřovány doplňkovými přídavnými zařízeními. Na hotové výplně se navléká a připevňuje potah sedadla.
Výlisky pěnové výplně sedadla jsou znázorněny na obrázku č. 2. [14; 17]
3.2.3. Tenká komfortní sedadla
V současné době se na trhu Johnson Controls. Tento druh výpln množství malých pružin s
Průřez touto matrací je vyobrazen na o namísto polyuretanové pě
a redukce tloušťky o tém
a zároveň tak dochází ke snížení emisí. Dále se získá mnohem prostorn automobilu, aniž by došlo ke snížení komfortu sedadla. V
[19], je tento druh sedadla možné snáze vyráběny z ocelového drátu
Obr. č.
3.3. Potah sedadla
Autopotahy jsou poslední svrchní pokožkou. Tento kontakt m kladeny vysoké požadavk mají ochranou funkci vnit
zabudované v sedadle, ventilátory, airbagy a zárove vozu. Potahy sedadel jsou tvo
tkaninou, pleteninou, nebo polyuretanovou pěnou v
pleteninou nebo netkanou textilií Všechny tyto tři části jsou k
Tenká komfortní sedadla
ě se na trhu objevil nový druh výplně sedadel, který vyrábí firma Johnson Controls. Tento druh výplně je využíván pouze u opěradel a jedná se o velké množství malých pružin s výškou kolem deseti milimetrů zapracovaných do matrace.
ací je vyobrazen na obrázku č. 3. Výsledkem použití této matrace namísto polyuretanové pěny je snížení váhy automobilové sedačky o p
ťky o téměř 40 %. To vede ke snížení spotřeby pohonných hmot, tak dochází ke snížení emisí. Dále se získá mnohem prostorn
automobilu, aniž by došlo ke snížení komfortu sedadla. V neposlední je tento druh sedadla možné snáze demontovat a recyklovat,
ocelového drátu a je možné surovinu přepracovat a opětovně
č. 3 Tenká pružinová výplň opěradla sedadel [15]
sedadla
Autopotahy jsou poslední svrchní částí sedadla, která přichází do styku s
pokožkou. Tento kontakt může být dlouhodobý a z tohoto hlediska jsou na potahy požadavky. Zajišťují odvod vlhkosti od organismu, tepelnou izolaci, mají ochranou funkci vnitřní výplně sedadla, popřípadě zakrývají topné elementy
sedadle, ventilátory, airbagy a zároveň tvoří designovou
Potahy sedadel jsou tvořeny třemi vrstvami. Svrchní vrstva bývá tvo teninou, nebo přírodní, či umělou usní. Střední vrstva je nej
ěnou v růžných tloušťkách, ale může být i vhodně
nebo netkanou textilií. Spodní vrstva je tvořená ochrannou podšívkou.
části jsou k sobě pojeny laminováním.
23 sedadel, který vyrábí firma ěradel a jedná se o velké zapracovaných do matrace.
. Výsledkem použití této matrace čky o přibližně 20 % řeby pohonných hmot, tak dochází ke snížení emisí. Dále se získá mnohem prostornější interiér neposlední řadě, jak uvádí neboť pružiny jsou ětovně využít.[15; 19]
[15]
ichází do styku s oděvem nebo tohoto hlediska jsou na potahy ují odvod vlhkosti od organismu, tepelnou izolaci, ě zakrývají topné elementy ří designovou část interiéru emi vrstvami. Svrchní vrstva bývá tvořena ední vrstva je nejčastěji tvořená že být i vhodně nahrazena 3D řená ochrannou podšívkou.
24 3.3.1. Přírodní usně
Kůže je všeobecně považována za nejvyšší luxus v sezení, ale její získávání a zpracování je nákladné a předpokládá se, že jí bude v budoucnu nedostatek. Důvodem je celkové zvýšení spotřeby kůží v automobilovém průmyslu, ale také nižší produkce kůže z dobytka využívaného pro potravinářský účel. Současně si však více lidí může dovolit kožené výrobky přes jejich vysokou cenu, takže zájem o kožené výrobky roste.
Využívá se kožených částí potahů v kombinaci s textiliemi. Pro výrobu autopotahů se využívají vepřovice, hověziny, ale i teletiny a další druhy kůží. Kůže mohou být barevně a povrchově upravovány broušením, lakováním a kalandrováním pro získávání různého vzhledu a typu struktur. Obvykle bývá lakována polyuretanovou pryskyřicí na lícové straně s cílem zlepšit odolnost proti otěru, ale to způsobuje snížení prodyšnosti.
Středové díly sedacích a opěrných částí mohou být perforovány pro zajištění lepšího prostupu tepla od výhřevných elementů, zajištění zvýšení paropropustnosti a celkového komfortu sedadla. Stejně jako textilní autopotahy je i většina kožených potahů opatřena pěnou a podšívkovou textilií na rubu. Zvýšený zájem o kožené výrobky a zároveň nedostatek kůže napomohly k příležitosti pro zvýšení výroby v oblasti umělých kožených výrobků. Další výhodou umělých kůží je odstranění zápachu přírodní kůže, který je obecně považovaný za součást celkové luxusní image, ale může být považován u některých zákazníků za nelibý. [20]
3.3.2. Umělé usně
Umělá useň bývá často nazývána koženkou, nebo je označována jako imitace kůže.
Umělé usně jsou levnějším provedením vzhledu přírodních usní. Většinou jde o polyuretanovou vrstvu, která je nanesena na netkané textilii, tkanině nebo pletenině (tvořící 68% hmotnosti). Jedním z klíčových faktorů při dosahování vysoké kvality umělých kůží je využití mikro-vláken v nosné textilii, tedy využití velmi jemných vláken o jemnosti 0,0001 až 0.0003 tex. Výhodou umělých usní je možnost výroby v rozsáhlé škále barev, povrchových struktur, možnost měnit mechanické vlastnosti materiálu, nízká cena a snadná údržba. Je velmi často využívána ve vozech taxi služby, policejních vozech a tak dále. Využívá se také v kombinaci s textilními částmi potahů nebo nahrazují některé díly u kožených autopotahů. [20]
25 Nejznámější je Alcantara vyráběná v Itálii od sedmdesátých let ve firmě Toray.
Zpočátku byla používána hlavně u italských vozů. Jde o nosnou textilii z polyesterových vláken potaženou polyuretanovou pryskyřicí. Má semišový charakter docílený jemným povrchovým broušením. Lze ji snadno barvit, je prodyšná, nemačkavá, odolná vůči oděru, nenáročná na údržbu, ale jedná se o dražší a luxusnější typ umělé kůže. [20; 21]
Kuraray je firma, která je jednou z průkopníků na evropském automobilovém trhu s umělými usněmi. Jejich produktem je materiál označovaný Amaretta, pro americký trh je nazván Clarino. Jde podobně jako u Alkantary o netkanou textilní vrstvu z mikrovláken opatřenou polyuretanovým nánosem. [22]
Produkty z umělé usně vynikají některými vlastnostmi nad přírodními usněmi, a to dostupností v rolích, lehké hmotnosti, jednotnosti kvality, jednotnosti tloušťky a dalších fyzikálních vlastnostech, které umožňují efektivnější plánování výroby, a minimalizaci odpadů. Vzhledem k tomu, že umělé kůže jsou vyrobeny pomocí rozpouštědla koagulačního procesu, je potřeba nákladných zařízení pro kontrolu životní prostředí. Byly vyvíjeny pokusy o šetrnější metody k životnímu prostředí, které byly na vodní bázi. [20]
Firma Enichem v roce 1994 spustila novou výrobu umělé kůže s názvem Lorica, která má několik výhod oproti přírodní kůži. Tyto výhody zahrnují vyšší tažnost, pevnost, protiplísňovou schopnost, vysokofrekvenční svařitelnost a snadnou barvitelnost. Lorica je vyráběna z polyamidových mikro-vláken a polyuretanu. [20]
3.3.3. Pleteniny
Autopotahy mohou být tvořené jak zátažnou pleteninou, tak osnovní. Nejčastěji je však pletenina využívána jako nosný materiál nebo podšívkový materiál chránící polyuretanovou pěnu autopotahu z rubové strany. Pletením se často vytvářejí autopotahy s vlasovým povrchem, buď se smyčkovým vlasem, nebo s vlasem o různých délkách, kterým se dociluje vzorování. Značnou výhodou technologie pletení je snížení technologického odpadu. Tvarování jednotlivých střihových dílů lze vytvářet přímo při výrobě plošné textilie, aniž by bylo nudné další stříhání materiálu. V současné době se vyrábějí 3D pletené potahy bez použití pěnové výplně a podšívkové pleteniny.
Pleteniny jsou nejčastěji vyráběné z polyesterových vláken pro lícní stranu autopotahu,
ale i pro podšívku, kde je užíváno i polyamidových vláken s vláken. [20]
3.3.4. Tkaniny
Tkaniny jsou nejčastějším užívaným textilním materiálem pro výrobu autopotah Uplatňují se u vozů střední a
nákladná a splňuje základní uživatelské požadavky. Využívají se vlákna polyesterová, protože splňují vlastnosti jako
UV záření a další. Výjimeč
získání lepších fyziologických vlastností.
vazbách plátnových, keprových, atlasových a žakár obrázku č. 4. [20]
Obr.
ale i pro podšívku, kde je užíváno i polyamidových vláken s ohledem na vlastnosti
č ějším užívaným textilním materiálem pro výrobu autopotah střední a nižší cenové kategorie. Výroba tkaných potah
ňuje základní uživatelské požadavky. Využívají se vlákna polyesterová, vlastnosti jako odolnost vůči otěru, stálobarevnost, vyšší odolnost v ení a další. Výjimečně je použito vlněných vláken ve směsi s
získání lepších fyziologických vlastností. Autopotahy jsou nejčastě
vazbách plátnových, keprových, atlasových a žakárových. Ukázka žakárové vazby je na
Obr. č. 4 Žakárová vazba autopotahu [23]
26 ohledem na vlastnosti
jším užívaným textilním materiálem pro výrobu autopotahů.
nižší cenové kategorie. Výroba tkaných potahů je méně uje základní uživatelské požadavky. Využívají se vlákna polyesterová, vyšší odolnost vůči polyesterovými pro Autopotahy jsou nejčastěji vyráběné ve a žakárové vazby je na
27
3.4. Zkoušky prováděné na potahových textiliích
Zkoušky jsou prováděny podle zkušebních a předmětových koncernových norem PV, VW, ISO. Na potahových textiliích pro automobilové výrobky se provádějí základní zkoušky zabývající se stálobarevností na světle, oděrem, celkovým a trvalým protažením, pevností a tažností, hořlavostí, pachovou zkouškou, stanovením emisí formaldehydu, plošnou hmotností, tloušťkou, pevností v lpění vrstev, prodyšností a dalšími. [24]
3.5. Šicí nitě a spojovací proces
Šicím materiálem bývají nitě vyráběné z polyesteru, nebo polyamidu 6.6 a bývají povrchově upravovány. Polyester zajišťuje vysokou pevnost, trvanlivost spoje a snadnější proces při spojování jednotlivých dílů. Nitě jsou nanášeny teflonovou vrstvou, aby při rychlém procesu šití byla zvýšena tepelná odolnost šicí nitě a zároveň bylo sníženo povrchové tření nitě o šitý materiál, vodící elementy a jehlu. Jehly bývají povrchově upravovány pro snížení její teploty, snížení tření o šicí a šity materiál a zvýšení její životnosti. Nejčastěji se používá chromová povrchová úprava, která je i nejběžnější povrchovou úpravou pro jehly, ale je i pro průmyslovou výrobu využívána povrchová úprava jehel nitridem titanu. Pro spojování jednotlivých střihových dílů je nejčastěji využíváno konvenčního spojování dvounitným vázaným stehem. Je možné tvořit barevně odlišné prošívání švů, nebo krycí ozdobné stehy. Vzájemnou návaznost šitých dílů zajišťují prvky označované „cviky“, tedy zástřihy. V místech bočních airbagů je počet stehů a odolnost nitě snížena tak, aby mohlo dojít k destrukci švu, a tím ke spolehlivé funkci vymrštění airbagu. [14; 20; 25],
4 Vyhřívání a chlazení
Zájem o vytápěná sedadla se za
Vytápěná sedadla byla využívána zpo
bylo vytápění s dalšími prvky zabudováváno době je poptávka po vyhř
automobilů. Vyhřívání je možné zabudovat vytápěný potah, který je snímatelný.
4.1. Elektrické odpo
Vyhřívání sedadel je pomocí výh tělesy jsou odporové dráty p Připevnění odporových drát
například našívání, přímé vplétání, nebo umisťována na sedadlo. Odporový drát na obrázku č. 6. Vytvoř
sedačky. [26; 27]
Obr. č.
a chlazení sedadel
ěná sedadla se začal projevovat nejvíce během posledních dvou desetiletí.
ná sedadla byla využívána zpočátku u dražších a luxusnějších voz dalšími prvky zabudováváno do sedadel během výroby. V je poptávka po vyhřívání a chlazení sedadel vyšší a je dostupná i u st
řívání je možné zabudovat do sedadla dodatečně, pop ný potah, který je snímatelný.
Elektrické odporové vytápění sedadel
pomocí výhřevných elementů. Nejdéle používanými topnými odporové dráty připevněné v nosné textilii, jak ukazuje obrázek
ní odporových drátů může být v současné době různými zp
našívání, přímé vplétání, nebo lepení do nosné textilie, která je pak ována na sedadlo. Odporový drát připevněný šitím na nosnou
ytvořená topná podložka je připevňována mezi výpl
Obr. č. 5 Vyhřívací podložka s odporovými dráty [26]
28 hem posledních dvou desetiletí.
ějších vozů, u kterých ěhem výroby. V současné ívání a chlazení sedadel vyšší a je dostupná i u středních tříd čně, popřípadě pořídit
Nejdéle používanými topnými lii, jak ukazuje obrázek č. 5.
ůznými způsoby, jako je lepení do nosné textilie, která je pak šitím na nosnou textilii je zobrazen ována mezi výplň a potah
[26]
Obr. č
4.2. Karbonové vytáp
V současné době je využívané
systém elektrického odporového vytáp tvarem uložení a rozprostř
jemnějších svazků, jsou poddajn
rovnoměrnější uložení do nosné textilie. To umož vyhřívané podložky, snížení možnosti zlomu drát
rovnoměrnějšího vyhřívání sedadla. Ukázka karbonových vyh se vkládají mezi původní potah a p
Obr. č. 7
Obr. č. 6 Odporový drát připevněný šitím [27]
Karbonové vytápění sedadel
využívané vytápění pomocí karbonových vláken. Jde o stejný systém elektrického odporového vytápění, které se od předchozího liší p
tvarem uložení a rozprostřením topných drátů. Karbonová vlákna jsou uspo ů, jsou poddajnější a lépe formovatelné, čímž
jší uložení do nosné textilie. To umožňuje značné zvýšení životnosti ívané podložky, snížení možnosti zlomu drátů, a tím přerušení obvodu. Dosahuje se řívání sedadla. Ukázka karbonových vyhřívacích podložek, které ůvodní potah a pěnovou výplň sedadla, je na obrázku
7 Vyhřívací podložka s karbonovými vlákny [28]
29 ní pomocí karbonových vláken. Jde o stejný ředchozího liší především . Karbonová vlákna jsou uspořádána do čímž je možné jejich čné zvýšení životnosti řerušení obvodu. Dosahuje se řívacích podložek, které , je na obrázku č. 7. [28]
[28]
Vyhřívané podložky do osobních automobil stejnosměrný proud o napě
a často bývají vybaveny termostatem pro zamezení vzniku požáru nebo p který přeruší obvod při dosažení nejvy
v palubní desce s LED diodovou signalizací
a může být též vybaveno LED diodovou signalizací Vytápění pomocí elektrických
využíváno i u snímatelných potah jakýkoliv typ sedadla. Nevýhodou t sedadle, neboť upevňování je provád pomocí zásuvky zapalovač
obrázku č. 8. [30]
Obr.
4.3. Ventilační a klimatiza
Stejně jako je vyhřívání využíváno v během zahájení jízdy nepř
pomocí ventilačních zař chlazení sedadla je odvod p
podložky do osobních automobilů jsou konstruovány pro rný proud o napětí 12 V. Podložky lze vyhřívat na několik tepelných stup asto bývají vybaveny termostatem pro zamezení vzniku požáru nebo p
ři dosažení nejvyšší teploty. Spínání bývá nejč
LED diodovou signalizací, nebo je spínání na napájecím vodi že být též vybaveno LED diodovou signalizací. [29; 30]
ní pomocí elektrických odporových drátů nebo karbonovými vlákny využíváno i u snímatelných potahů, které jsou cenově dostupnější a vhodné pro tém jakýkoliv typ sedadla. Nevýhodou těchto potahů je nižší životnost a
ňování je prováděno pomocí širokých elastických pás
pomocí zásuvky zapalovače. Tento typ vyhřívaného snímatelného potahu je zobrazen na
Obr. č. 8 Vyhřívaný snímatelný potah [31]
ční a klimatizační systémy sedadel
řívání využíváno v zimě z důvodu nízkých teplot, které jsou p
hem zahájení jízdy nepříjemné, je v létě využíváno chlazení a klimatizování sedadla zařízení zabudovaných v sedadle. Základním př
chlazení sedadla je odvod přebytečného tepla a vlhka z povrchu těla,
30 ů jsou konstruovány pro ěkolik tepelných stupňů asto bývají vybaveny termostatem pro zamezení vzniku požáru nebo přehřívání, nejčastěji zabudováno je spínání na napájecím vodiči volně
nebo karbonovými vlákny je ější a vhodné pro téměř možnost posuvu na ocí širokých elastických pásů. Napájení je lného potahu je zobrazen na
vodu nízkých teplot, které jsou při sezení využíváno chlazení a klimatizování sedadla sedadle. Základním předpokladem při povrchu těla, čehož může být
31 dosaženo odsáváním vzduchu z povrchu těla, nebo ofukování těla proudem vzduchu.
Důležité je zajistit dostatečnou prodyšnost styčné plochy s tělem, aby mohlo být zajištěno proudění.
Dánská Technická univerzita v Lyngby [32] provedla měření tepelných ztrát a změny teploty povrchu těla při použití ventilačního systému. Bylo využito tepelné figuríny s imitací termoregulačních procesů lidského organismu. Měření probíhalo na automobilovém sedadle opatřeném v sedáku a opěradle vrstvou 0,03 m vepřových štětin. Na zadní straně opěradla a spodní části sedadla byla umístěna vzduchotěsná podšívka s potrubím pro distribuci vzduchu. Potrubí je vedeno k ventilátoru. Byly použity dva potahy. Jeden potah byl z polyesterových vláken a druhý z vlněných vláken. Sedadlo bylo vybaveno ventilátorem s proměnlivým nastavením otáček.
To umožnilo prozkoumat vztah mezi otáčkami ventilátoru a tepelnými ztrátami, přičemž bylo zjištěno, že nárůst tepelných ztrát je nad rychlostí vzduchu 7m3/hod. (2 l/s) malý. Proto byla použita tato rychlost proudění vzduchu pro experiment.
Figurína byla opatřena dvěma snímači tepelného toku v oblasti lopatek a po jednom pod každým stehnem, což byly oblasti figuríny, které byly v přímém styku se sedadlem. Figurína byla oblečena do oděvu s hodnotou izolace 0,6 clo a byla posazena na sedadlo v klimatizované místnosti o teplotě 20 °C, s konstantní relativní vlhkostí vzduchu 55 % a prouděním vzduchu menším než 0,1 m/s. Ztráty tepla a povrchová teplota byla ze snímačů zaznamenávána každých 30 sekund. Dále byla figurína vybavena dvěma „potními žlázami“. První byla umístěna na jedné lopatce blízko měřících senzorů pro měření teploty a tepelných ztrát. Druhá se nacházela na spodní části stehna, též v blízkosti senzorů. To umožnilo porovnat teploty a ztráty tepla senzorů v suché oblasti se senzory ve vlhké oblasti. Všechna měření jsou zaznamenávána v minutových intervalech. „Potní žlázy“ byly tvořeny kapilárami napojenými na čerpadlo, které zajišťovalo dodávku 60, 120 a 180 ml/ m2 za hodinu, pokud čerpadlo běželo 10, 20 a 30 % času z jedné hodiny, přičemž se čerpadlo spínalo ve 2 minutových intervalech. [32]
Ze získaných výsledků bylo vyhodnoceno a zjištěno, že tepelné ztráty nejsou závislé na množství dodávané vlhkosti, neboť už při 60 ml/m2 * hod. byla měřená oblast dostatečně navlhčena. Při zapojení ventilace stoupla ztráta tepla zvlhčované oblasti téměř na dvojnásobek. Při porovnání obou potahů bylo zjištěno, že polyesterový se jeví jako chladnější, což může způsobovat vyšší prodyšnost materiálu. Rozdíl mezi polyesterovým a vlněným potahem jsou malé a lze je pominout zvolením vhodných
otáček ventilátoru vzhledem k
teploty a zvýšení tepelných ztrát u všech m u zvlhčovaných oblastí. Pokles teploty dochází i u zvlh bez použití ventilace. Teplota zvlh
pouze 33 °C. Při spuště
měřené mezi stehnem a sedadlem. M využívat pro odstraňování p
používaného automobilového sedadla.
Německá firma
a klimatizovaných automobilových sedadel. Od roku 1994 se aktivn metod a výzkumů pro výrobu
mezi sedadlem a cestujícím.
nastavit teploty a zároveň
a současně kvalitní produkty, což vedlo k
nazvané ComfortsCools a ActiveCools. Jejich nákreso obrázku č. 9. Tyto systémy mají zaji
zahrnují chlazení, vytápě
Obr. č.
Všechny tři varianty systém označené firmou jako T
vybaveno topným tělesem pro vyh
distribuci vzduchu. U systému ComfortCools Push je vzduch p vozidla a je vháněn mezi sedadlo a cestujícího s
ComfortCools Pull je vzduch naopak odvád
ek ventilátoru vzhledem k potahu sedadla. Při zapojení ventilátoru došlo ke snížení teploty a zvýšení tepelných ztrát u všech měřících senzorů
ovaných oblastí. Pokles teploty dochází i u zvlhčovaných částí oproti suchým Teplota zvlhčovaného stehna bez ventilace činila 40
ři spuštění ventilace však došlo k mnohem většímu poklesu teploty ené mezi stehnem a sedadlem. Měření dokazuje, že je možné ventilovaná sedadla
ňování přebytečného tepla, které nelze vhodně odstra používaného automobilového sedadla. [32]
mecká firma W.E.T automotive systems AG je výrobcem vyh klimatizovaných automobilových sedadel. Od roku 1994 se aktivně
ů pro výrobu komfortního, zdravého a ergonomického mikroklimatu mezi sedadlem a cestujícím. V současné době nabízí modely, u nichž lze specificky nastavit teploty a zároveň odvádět vlhkost. Snahou byla výroba finan
kvalitní produkty, což vedlo k vytvoření nejnovější technologii sezení nazvané ComfortsCools a ActiveCools. Jejich nákresové znázorně
Tyto systémy mají zajistit celoroční komfort pro řidič zahrnují chlazení, vytápění a odvod vlhkosti. [27]
Obr. č. 9 Systémy ComfortsCools a ActiveCools [27]
ři varianty systémů, jak popisuje [27], obsahují d ené firmou jako TCI-/Trim-Bag a zobrazený na obrázku č. 10
ělesem pro vyhřívání, ventilátorem (případně dvě U systému ComfortCools Push je vzduch př
ěn mezi sedadlo a cestujícího s možností kontroly teploty. U systému ools Pull je vzduch naopak odváděn od cestujícího do interiéru vozidla.
32 i zapojení ventilátoru došlo ke snížení ících senzorů, a to zejména ovaných částí oproti suchým činila 40 °C, ale u zad ětšímu poklesu teploty ení dokazuje, že je možné ventilovaná sedadla ě odstraňovat z běžně
automotive systems AG je výrobcem vyhřívaných klimatizovaných automobilových sedadel. Od roku 1994 se aktivně zabývá vývojem komfortního, zdravého a ergonomického mikroklimatu modely, u nichž lze specificky t vlhkost. Snahou byla výroba finančně efektivní ější technologii sezení nění je uvedeno na řidiče a cestující, které
[27]
obsahují důležité zařízení 10. Toto zařízení je ě dvěma) a vrstvou pro U systému ComfortCools Push je vzduch přiváděn z interiéru možností kontroly teploty. U systému n od cestujícího do interiéru vozidla.
