DIPLOMOVÁ PRÁCA

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI FAKULTA TEXTILNÁ

DIPLOMOVÁ PRÁCA

2001 MONIKA MIHÁLIKOVÁ

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI

FAKULTA TEXTILNÁ KATEDRA ODEVNÍCTVA

obor: 3113-8 Odevná technológia

zameranie: projektovanie konfekčných výrobkov

Téma: Fyziologické vlastnosti odevov za extrémnych klimatických podmienok

Theme: Physiological characteristics of clothes in extreme climatic conditions

Meno: MONIKA MIHÁLIKOVÁ KOD - 487

Vedúci práce: Doc. Dr. Ing. Zdeněk Kůs

Počet strán textu:

Počet obrázkov:

Počet tabuliek:

Počet príloh:

Téma: FYZIOLOGICKÉ VLASTNOSTI ODEVOV ZA

EXTRÉMNYCH KLIMATICKÝCH PODMIENOK

ANOTÁCIA

Táto práca sa zaoberá problematikou vplyvu prúdenia vzduchu na fyziologické vlastnosti odevov. Sú tu popísané jednotlivé fyziologické vlastnosti odevných materiálov a odevov a ich princípy merania. Ďalej táto práca podáva návrh experimentálneho pracoviska pre zisťovanie vplyvu prúdenia vzduchu na fyziologické vlastnosti odevných materiálov a čiastočnú realizáciu tohoto návrhu.

Theme: PHYSIOLOGICAL CHARACTERISTICS OF CLOTHES IN EXTREME CLIMATIC CONDITIONS

ABSTRACT

The study researches the way in which the air flow affects the physiological characteristics of clothes.

Particular physiological characteristics of clothing materials and clothes are described as well as principles of measuring. Further the study suggests an establishing of an experimental workplace which would try to find out the influence of the air flow on the physiological characteristics of clothing materials and it also suggests the partial realisation of this project.

Miestoprísažne prehlasujem, že diplomovú prácu som vypracovala samostatne s použitím uvedenej literatúry.

V Liberci 19.5.2001 Podpis:

Touto cestou by som chcela poďakovať vedúcemu diplomovej práce Doc. Dr. Ing. Zdeňku Kůsovi za odborné vedenie a cenné rady, Ing. Vargovej a Ing. Petříkovej za poskytnuté konzultácie a Pavlovi Řezníčkovi za pomoc pri realizácii môjho návrhu.

Prehlásenie

Bola som zoznámená s tým, že na moju diplomovú prácu sa plne vzťahuje zákon č.121/2000 o práve autorskom, hlavne § 60 (školské dielo).

Beriem na vedomie, že TUL má právo na uzavretie licenčnej zmluvy o užití mojej DP a prehlasujem, že súhlasím s prípadným užitím mojej diplomovej práce (predaj, požičanie, apod.)

Som si vedomá toho že užiť svoju diplomovú prácu či poskytnúť licenciu ku jej využitiu môžem len zo súhlasom TUL, ktorá má právo odo mňa požadovať primeraný príspevok na úhradu nákladov, vynaložených univerzitou na vytvorenie diela (až do ich skutočnej výšky).

Dátum: 19.5.2001

Podpis:

1. Obsah

1. OBSAH ... 7

2. ÚVOD ... 8

3. FYZIOLÓGIA ODIEVANIA... 10

3.1 ODEVNÝ KOMFORT... 10

3.1.1 Fyziologický komfort ... 10

3.1.1.1 Teplota pokožky ... 11

3.1.1.2 Vlhkosť pokožky ... 12

3.1.1.3 Dýchanie pokožky ... 12

3.1.1.4 Objektívne hodnotenie fyziologického komfortu... 14

3.1.1.5 Subjektívne hodnotenie fyziologického komfortu ... 14

3.1.2 Senzorický komfort ... 16

3.1.3 Patofyziologický komfort ... 16

4. TERMOREGULÁCIA... 16

4.1 TEPELNÁ BILANCIA ORGANIZMU... 18

4.2 VPLYV VYSOKÝCH A NÍZKYCH TEPLÔT... 18

4.2 NA TERMOREGULÁCIU... 19

5. FYZIOLOGICKÉ VLASTNOSTI A ICH MERANIE... 19

5.1 PRIEPUSTNOSŤ VODNÝCH PÁR... 20

5.1.1 Princípy merania priepustnosti vodných pár ... 20

5.2 PRIEPUSTNOSŤ TEPLA... 22

5.2.1 Prestup tepla vedením ... 23

5.2.2 Prestup tepla prúdením ... 24

5.2.3 Prestup tepla sálaním ... 24

5.2.4 Prestup tepla odparovaním ... 26

5.2.5 Prestup tepla dýchaním ... 27

5.2.5.1 Princípy merania priepustnosti tepla ... 27

5.3 PRIEPUSTNOSŤ VODY... 35

5.3.1 Princípy merania priepustnosti vody... 36

5.4 PRIEPUSTNOSŤ VZDUCHU... 38

5.4.1 Princípy merania priepustnosti vzduchu ... 38

6. EXPERIMENTÁLNE SPÔSOBY MERANIA FYZIOLOGICKÝCH VLASTNOSTÍ ... 39

6.1 ZÁVISLOSŤ TEPELNÝCH STRÁT NA RÝCHLOSTI VZDUCHU SKÚMANÁ VO VETERNOM TUNELY... 39

6.2 MERANIE PRIEPUSTNOSTI VZDUCHU TEXTÍLIOU... 41

7. VLASTNÝ EXPERIMENT ... 42

7.1 NÁVRH EXPERIMENTÁLNEHO PRACOVISKA... 42

7.2 REALIZÁCIA NÁVRHU EXPERIMENTÁLNEHO PRACOVISKA... 43

7.2.1 Meranie teploty povrchu valca dotykovou metódou... 44

7.2.2 Meranie teploty povrchu valca bezdotykovou metódou ... 47

7.2.3 Výpočet tepelných strát z povrchu valca a hadíc ... 49

8. ZÁVER ... 57

2. ÚVOD

Odev chráni organizmus pred okolitým prostredím a človek v ňom trávi väčšinu času svojho života. Preto je nutné, aby bol zaistený fyziologický komfort daného nositeľa. Odev musí spĺňať jak estetickú, tak úžitnú hodnotu a musí zachovávať zdravie človeka v rôznych klimatických podmienkach. Takýto odev vytvára vhodné podmienky pre životné funkcie človeka a zaisťuje tak pocit pohody.

Pri návrhu odevov a vývoji nových druhov textilných materiálov sa berú do úvahy vnútorné prejavy organizmu, ale tiež prejavy prostredia do ktorého budú nové výrobky určené.

Cieľom práce je previesť štúdiu o meraní fyziologických vlastností odevných materiálov a odevov. Ďalej na základe získaných poznatkov navrhnúť experimentálne pracovisko na zisťovanie vplyvu prúdenia vzduchu na izolačné schopnosti odevných materiálov.

3. FYZIOLÓGIA ODIEVANIA

Fyziológia je náuka o životných prejavoch a úkonoch organizmov za rozličných podmienok okolitého prostredia.

Fyziológia odievania sa zaoberá fyzikálnymi a biologickými príčinami vplyvu odevu na ľudský organizmus, jeho zdravie a výkonnosť. Je to obor, ktorý sleduje vzájomné vzťahy medzi okolitým prostredím, odevom a organizmom. Na odevnú textíliu pôsobia rôzne fyzikálne a chemické vplyvy. Výskum fyziológie odievania má prevažne experimentálny a analytický charakter.

Tieto vzťahy sa sledujú v závislosti na odevnom komforte.

[1]

3.1 ODEVNÝ KOMFORT

Odevný komfort každý jedinec vníma individuálne. Podľa rôznych hľadísk ho delíme na dve časti:

1. Odevný komfort funkčný- tento komfort hodnotíme objektívne a subjektívne. Zahrnuje fyziologický, senzorický a patofyziologický komfort.

2. Odevný komfort psychologický- v tejto časti je zahrnutá veľkosť, farba a štýl.

Závisia na sociálnej a kultúrnej úrovni, ale predovšetkým na vkuse jednotlivca. [1]

3.1.1 Fyziologický komfort

Je to stav organizmu, v ktorom sú fyziologické funkcie v optime a z hľadiska subjektívneho je označovaný

ako pocit pohody. V tomto stave môže človek zotrvať a pracovať ľubovolne dlho.

Fyziologický komfort sa môže posudzovať podľa:

1. teploty pokožky 2. vlhkosti pokožky

3. obsahu CO2 vo vzdušnej vrstve nad pokožkou [1]

3.1.1.1 Teplota pokožky

Teplota pokožky závisí od časti ľudského tela na ktorej je meraná, preto sa v súvislosti s tepelným stavom človeka udáva priemerná teplota pokožky:

t_kože= S

t S_{i i}

∑

kde

Siti- súčet súčinov plochy každého úseku povrchu tela a jeho priemernej teploty

S- celková plocha tela [m²]

Tabuľka č.1 Teplota pokožky a tepelné pocity človeka v stave relatívneho fyzického pokoja:

Teplota pokožky[°C]

veľmi horúco

horúco teplo pohoda chladno zima veľká zima 36,0 36,0±

0,6

34,9± 0,7

33,2± 1,0

31,1± 1,0

29,1± 1,0

Pod 28,1

[2 ]

3.1.1.2 Vlhkos ť pokožky

Človek v stave relatívneho fyzického pokoja stráca vodu pokožkou. Vlhkostné straty prebiehajú dvoma mechanizmami. Vylučovanie vody, ktoré prebieha na celom povrchu tela a systémom potných žliaz. Množstvo vylúčenej vody závisí na fyzickom zaťažení, klimatických podmienkach a použitom oblečení.

Tabuľka č.2 Tepelné pocity a vlhkostné straty človeka v stave relatívneho pokoja:

Straty vlhkosti [g.h^-1] veľmi

horúco

Horúco teplo pohoda chladno zima Veľká zima 500 až

2000

250 až 500

60 až 250

50±10 pod 40 necharakterizova- né

[2]

3.1.1.3 Dýchanie pokožky

Dýchanie pokožky je jav, pri ktorom prestupuje kyslík pokožkou a viaže sa na krv. Z pokožky následne vystupuje CO2. Tento jav je dôležitý pre hodnotenie odevných materiálov, ktoré sa zhotovujú tak, aby bola zachovaná pod odevná vrstva, ktorá je tvorená mikroklímou odevu.

Pocit pohody je dosiahnutý pri optimálnych podmienkach:

• teplota 32-34°C

• relatívnej vlhkosti vzduchu 50%

• obsah CO2 0,07% [3]

Teoretický popis stavu fyziologického komfortu popisuje ľudský organizmus ako tepelný stroj, ktorý pracuje na princípe konštantnej teploty. Tento princíp je zaisťovaný termoregulačným systémom. Zmeny vnútornej telesnej teploty sú príčinou zmien fyziologických funkcií, ktoré v extrémnych prípadoch môžu spôsobovať trvalé poškodenie, alebo i zánik organizmu. Kapacita termoregulačného systému je do istej miery obmedzená a v našich klimatických podmienkach je teplota prevažne vždy nižšia, ako vnútorná telesná teplota. Preto je nutné k dosiahnutiu vyváženej tepelnej bilancie organizmu uvažovať tepelne izolačnú funkciu odevu. Základné kritérium stavu fyziologického komfortu je vyvážená tepelná bilancia. Je to stav organizmu, kedy príma a produkuje také množstvo tepla, ktoré súčasne bez zbytku transportuje do okolia, prakticky bez zapojenia termoregulačných mechanizmov. Tento stav je dosiahnuteľný v úrovni bazálneho metabolizmu, kedy len minimálne prebiehajú metabolické deje bez činnosti kostrového svalstva, pri teplote 20°C a vlhkosti okolia 65% r. v. pre človeka nahého a lačného. Tieto podmienky sa vo vnútri organizmu prejavujú ako neustále porušovaná a znovu sa ustaľujúca dynamická rovnováha medzi celkovým množstvom tepla metabolizmom produkovaným a množstvom tepla do odvádzaným okolia.

Vonkajšie prejavy dynamickej rovnováhy v procese neustáleho transportu tepla a vlhkosti sú hodnoty niektorých fyziologických veličín, ktoré sú experimentálne ľahko merateľné na povrchu pokožky, predovšetkým povrchová kožná teplota a povrchová kožná vlhkosť. [4]

3.1.1.4 Objektívne hodnotenie fyziologického komfortu

Experimentálne stanovenie oblasti ľudského komfortu, ktoré sú vymedzené intervalom klimatických a záťažových podmienok, možno prevádzať dvoma spôsobmi:

1. Stanovenie množstva tepla produkovaného organizmom v závislosti na fyzickej záťaži a klimatických podmienkach, ktoré je transportované pokožkou do odevnej medzivrstvy a textílie do okolia.

2. Stanovenie povrchových kožných teplôt a vlhkostí v závislosti na fyzickej záťaži a klimatických podmienkach pre danú textíliu. [4]

3.1.1.5 Subjektívne hodnotenie fyziologického komfortu

Toto hodnotenie je založené na meraní vybraných fyziologických veličín a je ovplyvnené individuálnym chovaním ľudského subjektu vo fyziologickom experimente a obmedzenými technickými možnosťami, ktoré dovoľujú malý počet skúšobných osôb. Subjektívne hodnotenie je založené na definícii pocitu chladu a tepla v niekoľkých stupňoch od seba rozlíšiteľných.

1.Fyziologický komfort: je vnímaný ako pocit pohodlia, neprevládajú ani pocity tepla ani pocity chladu, možno v ňom zotrvať neobmedzene dlho.

2.Pocity tepla: dostavujú sa pri väčšom pracovnom zaťažení, alebo pri pôsobení teplého (eventuálne vlhkého) prostredia

a v odeve, ktorý nemá vhodné transportné vlastnosti.

a) mierne teplo – Lokálne pocity zvýšeného tepla sprevádzané počiatočným potením periférnych oblastí(končatiny, čelo).Vo vhodnom odeve možno prakticky nepretržite pracovať

b) teplo – Prehlbujúce sa pocity tepla po celom tele, okrem periférnych oblastí sa potí aj chrbát a hrudník, v tomto prípade je pot odparovaný z pokožky a nesteká. Vo vhodnom odeve možno pracovať len obmedzenú dobu, je nutné striedanie práce a odpočinku, aby sa nedostavil stav diskomfortu.

c) horúco - Celkové prehriatie organizmu sprevádzané maximálnym potením. Stekajúci pot sa nestačí odparovať a sťažuje dýchanie. Sú to sprievodné javy diskomfortu.

3.Pocity chladu: dostavujú sa hlavne ako reakcie organizmu na nízke teploty pracovného prostredia, eventuálne nízke pracovné zaťaženie v odeve, ktorý má nedostatočné tepelne izolačné vlastnosti.

a) chladno - Pocity začínajúceho mrazenia na niektorých miestach tela(nezakrytých, alebo nedostatočne oblečených), sprevádzaných výskytom "husej" kože. Môžu byť vyvolané zvýšeným prúdením vzduchu. Vo vhodnom odeve možno nepretržite pracovať.

b) zima - Pocit mrazenia na celom tele, ktorý je sprevádzaný chvením tela(trasenie jednotlivých svalov, alebo celých svalových skupín). Ak sa jedná o pobyt v podnulových teplotách, mrznú konce prstov na rukách a niekedy aj tvár a ušné lalôčiky. Pracovať možno len krátkodobo a

v špeciálnom odeve.

3. tuhnutie - Pocit celkového hĺbkového podchladenia, ktoré ochromuje pohyb končatín. Strnutie rúk a nôh, ktoré je sprevádzané šokom z chladu. Dlhší pobyt v tomto prostredí a stave prináša patologické následky. [4]

3.1.2 Senzorický komfort

Tento druh komfortu je daný pocitom medzi odevnou vrstvou a pokožkou. Popisuje vplyv textílie na pokožku ľudského tela. Kontakt medzi pokožkou a textíliou závisí od strihu odevu a jeho veľkosti. Mechanický kontakt textílie a pokožky môže kožu dráždiť a vyvolávať nepríjemné pocity ako svrbenie, lepenie apod. [3]

3.1.3 Patofyziologický komfort

Tento komfort vyplýva z patofyziologických vplyvov, závislých na odolnosti človeka voči chemickým látkam, ktoré sú obsiahnuté v textílii. Tieto látky môžu vyvolať alergie.

A ďalej na podmienkach rastu kultúr mikroorganizmov obsiahnutých v mikroklíme, ktorý sa nachádza medzi ľudským telo a textíliou.

Aby sa týmto vplyvom zabránilo prevádzajú sa na vláknach, alebo plošných textíliách úpravy (napr. baktericídne, bakteriostatické, hygienické) [1]

4. TERMOREGULÁCIA

Tepelná termoregulácia je zameraná na udržiavanie stálej telesnej teploty a zahrnuje fyziologické pochody podmienené činnosťou centrálneho nervového systému. Organizmus človeka predstavuje samoregulačný systém a jeho fyziologický mechanizmus je zameraný na zaisťovanie rovnováhy medzi množstvom vytvoreného tepla a množstvom tepla odovzdaného do okolitého prostredia a tým aj zachovania stálej telesnej teploty. Ak príde k narušeniu tepelnej rovnováhy, teplo sa v organizme hromadí, alebo rýchlo uniká dôsledkom čoho dochádza k zmene priemernej telesnej teploty. [1]

Pri zvýšenom uvoľňovaní tepla v organizme, alebo pri prehriatí tela vplyvom vonkajšieho tepla termoregulačný mechanizmus napomáha ku zväčšeniu prestupu tepla.

Pri ochladzovaní organizmu termoregulačný mechanizmus vyvoláva zmenšenie prestupu tepla a zvýšenie tvorby tepla v organizme.

Tepelnú termoreguláciu možno rozdeliť na chemickú a fyzikálnu.

Chemická termoregulácia-

zaisťuje zvýšenie produkcie tepla v organizme zvýšením svalového napätia a chvenia.

Fyzikálna termoregulácia-

zaisťuje zmenšenie, alebo zväčšenie prestupu tepla do okolitého prostredia.

Uskutočňuje sa rozširovaním, alebo zužovaním ciev v pokožke. Pri rozširovaní ciev sa prestup tepla do okolia zväčšuje, pretože stúpa tepelná vodivosť tkanív organizmu, teplota pokožky i tepelný spád a zväčšuje sa odparovanie vody. Pri zužovaní ciev sa prestup tepla znižuje, pretože tepelná vodivosť tkanív i tepelný spád klesajú.

K udržaniu stálej telesnej teploty je nutné, aby bol celý systém v tepelne ustálenom stave- "tepelnej rovnováhe".

Tepelná rovnováha vyjadruje rovnosť medzi tvorbou tepla v organizme a prestupom tepla z organizmu do okolia.

Tepelná rovnováha docielená koordináciou pochodov zameraných na tvorbu tepla v organizme(produkcia tepla) a

jeho odvod(prestup tepla). Tepelnú rovnováhu udržuje aparát chemickej a fyzikálnej termoregulácie organizmu a tiež jeho adaptačné deje, zamerané na vytvorenie optimálnej mikroklímy využitím odevu a obydlia. [2]

4.1 Tepelná bilancia organizmu

Všeobecné vyjadrenie tepelnej rovnováhy organizmu je možné pomocou rovnice:

Q

_tt

+Q

_tz

=Q

_s

+Q

_pr

+Q

_ved

+Q

_od

+Q

_odc

+Q

_op

+Q

_ov

± ∆ Q

kde

Q

_tt -tvorba tepla v organizme[J]

Q

_tz -vonkajšie tepelné straty[J]

Q

_s –tepelné straty sálaním [J]

Q

_pr –tepelné straty prúdením [J]

Q

_ved –tepelné straty vedením[J]

Q

_od -tepelné straty v dôsledku odparovania difúznej vlhkosti z povrchu pokožky[J]

Q

_odc -tepelné straty v dôsledku odparovania vlhkosti z horných dýchacích ciest[J]

Q

op -tepelné straty odparovaním potu[J]

Q

_ov -tepelné straty na ohrev vydychovaného vzduchu[J]

∆

Q

–zmena tepelného stavu organizmu proti stavu tepelnej pohody – deficit tepla[J]

Obe strany rovnice vyjadrujúce tepelnú rovnováhu sú premenné, ktoré závisia na fyziologických a fyzikálnych činiteľoch. [2]

4.2 Vplyv vysokých a nízkych

teplôt na termoreguláciu

Pri pôsobení vysokých teplôt na ľudský organizmus je telesná termoregulácia zaistená automatickým priebehom kompenzačných reakcií, ktoré spočívajú ako pri zvýšenej telesnej námahe v rozšírení kožných ciev a v tepelnom potení.

Prehriatie organizmu vzniká za situácie, ak ani po zapojení všetkých mechanizmov termoregulácie nieje zabezpečený transport tepla do okolia.

Pôsobenie chladu patrí k najčastejším klimatickým patogénne pôsobiacim podnetom. Sú to také stavy, kedy teplota okolia je značne nižšia než vnútorná telesná teplota. Z povrchu pokožky je odvádzané väčšie množstvo tepla. Pre udržanie konštantnej telesnej teploty je potrebné zväčšiť tvorbu tepla vo vnútri organizmu a zmenšiť jeho výdaj pokožkou.

[4]

5. FYZIOLOGICKÉ VLASTNOSTI A ICH MERANIE

Dôležitými fyziologickými vlastnosťami sú priepustnosti teda prenikanie určitého média cez textilnú vrstvu.

Podľa jednotlivých médií priepustnosti delíme na:

• priepustnosť vodných pár

• priepustnosť tepla

• priepustnosť vody

priepustnosť vzduchu(priedušnosť)

Všetky uvedené spôsoby sa uskutočňujú súčasne. To vystavuje odevnú vrstvu námahe, dochádza v nej ku zmene. Proces

transportu ma spravidla nestacionárny charakter. Jednotlivé priepustnosti môžeme študovať oddelene. Zatiaľ sa nedá predpovedať laboratórnymi metódami chovanie reálnej textílie, pretože sa môžu všetky štyri uvedené transporty ovplyvňovať a kombinovať. [3]

5.1 Priepustnos ť vodných pár

Priepustnosť vodných pár je schopnosť prepúšťať vodu v podobe vodných pár z priestoru obmedzeného daným materiálom. Tento zložitý prechod sa uskutočňuje difúziou vodných pár cez póry, priedušné kanáliky materiálu a sorpciou cez vlákna. Pri prechode pár materiálom prebieha kondenzácia pár. Voda potom migruje jak v plynnom tak v kvapalnom skupenstve za pôsobenia kapilárnych síl.

Pri výmene tepla medzi človekom a vonkajším prostredím má dôležitú úlohu prestup tepla odparovaním potu z povrchu tela. Odparené teplo závisí hlavne na výparnom skupenskom teple a na rozdiely parciálnych tlakov vodných pár. Ak je človek oblečený toto odparené teplo závisí na sorpčných a transportných schopnostiach všetkých odevných vrstiev. [3]

5.1.1 Princípy merania priepustnosti vodných pár

Najpoužívanejšia metóda pre stanovenie difúzie vodných pár je založená na princípe prestupu vodných pár, získaných nad hladinou vody tenziou.

obr. 1

Prístroj pozostáva z exikátora 1 v ktorom je nádobka 2 s vodou. Nad hladinou vody je natiahnutá skúšaná textília 3, ktorá tvorí viečko nádoby. Prestup pár zaisťuje parciálny spád, ktorý je podporený hygroskopickou látkou.

Odparujúce sa vodné pary z nádoby prestupujú textíliou a sú pohlcované v silikagele.

Množstvo vlhkosti Mv, ktoré prejde za jednotku času sa určí zo vzťahu:

2 1

2 1

v 10

m m M = m −

kde

Mv- množstvo vlhkosti [%]

m1- pôvodná hmotnosť vody [kg]

m2- hmotnosť vody po čase [kg] [5]

Meranie priepustnosti vodných pár na prístroji PERMETEST

obr. 2

Nádoba 1 na evaporované médium je tvorená obvodovou stenou 2 a oddeliteľným dnom 3, ktoré je po celej svojej ploche pokryté plošným čidlom 4 tepelného toku. To je v priamom kontakte s evaporovaným médiom. Obvodová kovová stena nádoby 2 je z vnútornej strany opatrená tepelnou izoláciou 5, ktorú tvorí pryž. Cez obvodovú stenu 2 je ľahko napnutá skúšaná textília 6. Ku dnu nádoby 3 alternatívne prilieha kovový blok 7,ktorý možno pomocou topného prostriedku 8 a teplomeru 9, 10 vyhriať a stabilizovať na potrebnú teplotu. Do nádoby vyúsťuje dávkovač 11 evaporovaného média, ktorí môže s výhodou prechádzať vytápaným blokom 7 a transportovať médium do pórovitej vrstvy 12. [6]

5.2 Priepustnos ť tepla

Priepustnosť tepla sa vyjadruje ako množstvo jednosmerného prenosu tepla na jednotku plochy v ustálenom

stave medzi dvoma paralelnými rovinami pri jednotkovom rozdiele teplôt jednotlivých rovín. Prestupy tepla delíme podľa rozdielneho mechanizmu na päť spôsobov:

• prestup tepla vedením

• prestup tepla prúdením

• prestup tepla sálaním

• prestup tepla odparovaním

• prestup tepla dýchaním [3]

5.2.1 Prestup tepla vedením

Odev môže priliehať k telu človeka, alebo môže byť v styku s iným predmetom (napr. pri sedení, ležaní…atď.) Odovzdávanie tepla v smere z povrchu tela na predmety ktorých sa dotýka, sa uskutočňuje vedením. Vedenie tepla je proces ktorého nositeľom sú molekuly študovaného systému s nerovnakou kinetickou energiou, úmernou absolútnej teplote. Znamená to, že v systéme existujú miesta s rozdielnou absolútnou teplotou a dochádza k výmene kinetickej energie medzi molekulami v zmysle tepelného gradientu až do vytvorenia rozdielov kinetickej energie a teploty. Pri tomto prestupe sa teplo prenáša podľa Furierovho zákona:

δ τ

λ −

= T T S Q_ved ^{1 2}

kde:

Qved -je množstvo tepla [J], ktoré prejde stenou o ploche S[m²] za dobu τ [s]

λ -súčiniteľ tepelnej vodivosti sústavy vrstiev odevu [W.m^-1.K^-1]

T1 -teplota vnútornej strany odevnej vrstvy [K]

T2 -teplota vonkajšej strany poslednej vrstvy odevu [K]

δ -šírka sústavy vrstiev odevu [m]

Z uvedenej rovnice vyplýva, že prestup tepla vedením je tím väčšia, čím je nižšia teplota predmetu s ktorým prichádza osoba do styku, a čím je väčšia styčná plocha a menšia šírka odevnej vrstvy. [2]

5.2.2 Prestup tepla prúdením

Vo vzdušnom prostredí (mikroklíme) sa teplo prenáša predovšetkým pohybom (prúdením) častíc. Preto sa prestup tepla medzi telesom a vzduchom označuje ako prúdenie.

Rozlišuje sa volné zdieľanie tepla prúdením (v dôsledku rozdielu teplôt telesa a vzduchu) a nútené zdieľanie tepla (spôsobené pohybom vzduchu).

Toto teplo môžeme určiť na základe Newtonovho zákona:

(

0 v

)

pr

pr ST T

Q =α −

kde:

αpr -je súčiniteľ prestupu tepla prúdením [W.m^-2.K^-1] S -povrch tela [m²]

T0 -teplota povrchu tela- odevu [K]

Tv -teplota vzduchu [K]

Pri malých rýchlostiach pohybu vzduchu prebieha prestup tepla voľným prúdením a súčiniteľ je funkciou rozdielu teplôt. Pri vyšších rýchlostiach pohybu vzduchu je

αpr funkciou rýchlosti vetru. [2]

5.2.3 Prestup tepla sálaním

V zahriatom telese sa časť tepelnej energie premieňa

vždy na energiu žiarivú. Jedným z nositeľov tejto energie sú lúče infračerveného žiarenia. Tieto tepelné lúče sa šíria sálaním (radiáciou).

V priebehu životných pochodov prebieha medzi človekom a okolím zdieľanie tepla infračerveným žiarením. Výsledkom tepelnej výmeny môže byť kladná, alebo záporná tepelná bilancia organizmu. Kladná radiačná tepelná bilancia nastáva vtedy, ak je priemerná teplota odevu vyššia, ako povrchová telesná teplota človeka. Potom sa telo človeka pôsobením infračerveného žiarenia ohrieva.

K zápornej radiačnej tepelnej bilancii dochádza, ak je priemerná teplota odevu nižšia, ako povrchová telesná teplota človeka. V tomto prípade sa telo človeka pôsobením infračerveného žiarenia ochladzuje.

Toto zdieľané teplo závisí na rozdiele teplôt povrchu ľudského tela a okolitých predmetov.

Pri nosení odevu nastáva len malý rozdiel teplôt, preto sa pre stanovenie množstva tepelného toku zdieľaného sálaním používa vzťah:

(

0 t

)

s s

s S T T

Q =α − kde:

αs -je súčiniteľ zdieľania tepla sálaním [W.m^-2.K^-1]

Ss -plocha tela z ktorého teplo sála [m²] T0 -teplota povrchu tela- odevu [K]

Tt -teplota povrchu okolitých telies [K]

Qs -tepelný tok [W]

Radiačného zdieľania tepla sa účastní vždy len niektorá časť ľudského tela, pretože niektoré časti ľudského tela sa vzájomne ožarujú a neúčastnia sa na zdieľaní. [2]

5.2.4 Prestup tepla odparovaním

Zdieľanie tepla, hlavne v horúcom prostredí, môže dochádzať k odparovaniu difúznej vlhkosti a potu.

V podmienkach tepelnej pohody a ochladzovania človek v stave relatívneho fyzického kľudu stráca z povrchu pokožky a horných dýchacích ciest vlhkosť v dôsledku difúzie (nepociťovaná respirácia).

Nepociťovaná respirácia je pomerne stála veličina a kolísa len v dôsledku prúdenia krvi.

Rýchlosť odparovania vlhkosti z povrchu ľudského tela je závislá na rozdiely parciálnych tlakov pary v medznej vrstve pri pokožke a v okolitom vzduchu. Ďalej závisí na rýchlosti prúdenia vzduchu a priepustnosti odevu pre vzduch a paru a na veľkosti povrchu zvlhčeného potom.

Rýchlosť vyparovania sa určuje z Daltonovej rovnice pre stacionárny proces prenosu vlhkosti:

(

nas a

)

vyp A p p

w =β −

kde:

wvyp -je rýchlosť vyparovania (množstvo vody meniace sa na paru za jednotku času) [g.h^-1]

β -súčiniteľ odovzdávania vlhkosti, ktorý sa vzťahuje k rozdielu parciálnych tlakov pary [g.h^-1.m^-2.kPa^-1]

A -plocha voľného povrchu kvapaliny (zvlhčený povrch tela) [m²]

pnas -tlak nasýtenej pary pri teplote kože Tkože, ak Tv >

Tkože [kPa]

pa -tlak pary nad volným povrchom pri teplote okolitého vzduchu [kPa] [2]

5.2.5 Prestup tepla dýchaním

Tieto straty tvoria veľký podiel celkových tepelných strát. Ak sa zväčšujú energetické výdaje a znižuje sa teplota vzduchu, potom tepelné straty dýchaním vzrastajú.

Ak je odvod tepla realizovaný dýchacími cestami a potom je jeho množstvo dané rozdielom množstva vodných pár vdychovaných a vydychovaných.

Hodnota odvedeného tepla dýchaním je popísaná vzťahom:

(

^{W W}

)

^1t

i

Q_d =∆ _ex − _a kde:

∆i -merné výparné teplo [J]

Wex -množstvo vodných pár vdychovaných [kg]

Wa -množstvo vodných pár vydychovaných [kg]

t -čas [s] [3]

5.2.5.1 Princípy merania priepustnosti tepla

Všeobecné metódy stanovujúce prestup tepla látkou sa snažia zhrnúť vedenie, prúdenie, odparovanie a dýchanie do jedného pojmu –suchý tepelný transport.

Jednoduchý model odevu bez prúdenia vzduchu:

obr. 3

ICL Ia

IT

1 2 3

kde:

1- pokožka 2- odev

3- vzduchová vrstva ICL- prvá izolácia odevu Ia- hraničná vrstva vzduchu

IT- totálna izolácia ,zahrňuje všetky vrstvy od pokožky k prostrediu

Prúdenie vzduchu v odeve:

obr. 4

kde

1- pokožka 2- odev

3- vzduchová vrstva ICL- prvá izolácia odevu I_a- hraničná vrstva vzduchu

IT- totálna izolácia, zahrňuje všetky vrstvy od pokožky k prostrediu

V súvislosti s odevom sa používa jednotka CLO. 1CLO tepelnej izolácie je vyjadrené ako "normálne" bežné

Prúdenie cez manžety

1 2 3

IT

ICL Ia

Prestup

Prúdenie cez otvory

oblečenie a vyrovnáva teplotu vyprodukovanú človekom za normálnych klimatických podmienok. 1CLO = 0,155 [m².°C.W^-1] tepelnej izolácie na celé telo za predpokladu, že celé telo je pokryté látkou (napríklad manažérsky oblek má izoláciu 1,0 [CLO] a rukavica má izoláciu 0,05 [CLO]. Preto jednotka CLO nemeria izoláciu materiálu, ale izoláciu poskytovanú materiálom celej osobe. [7]

Prístroje na stanovenie prestupu tepla cez textilnú vrstvu Tieto prístroje sú pre podmienky stacionárne a nestacionárne.

Stacionárne podmienky sú simulované zariadením, v ktorom je odevná textília skúšaná v uzavretom bloku.

obr. 5

Tento prístroj sa skladá z ohrevnej časti 1, ktorú tvorí odporový topný článok (meranie príkonu) a korková vrstva 2. Ta slúži svojimi charakteristikami pre dosadenie do výpočtu. Ďalej sú tam dve medené dosky 3, ktoré zabezpečujú dokonalú homogenizáciu tepla. Textilná vrstva 4 a chladič 5, ktorý proti topnému článku vytvára v celom bloku teplotný spád. Teplomery pre meranie teplôt _υ1, _υ2 a

υ3 sú zabudované v celom bloku.

Vyjadrenie tepelného toku pre obe sekcie bloku:

T 3 2 t k

2 1

k h h

υ

− λ υ υ =

− λ υ

= Φ

kde

Φ- tepelný tok[J.s^-1.m^-2]

T k,λ

λ - merná tepelná vodivosť korku a textílie[W.m^-1.°C]

T k,h

h - hrúbka korku a textílie[m] [5]

Prístroj ALAMBETA

Prístroj sa používa na meranie hodnôt, ktoré sú vhodné na posúdenie tepelne izolačných a tepelne vodivostných vlastností a teplostudenej zložky omaku textílie.

obr. 6

Prístroj sa skladá z vyhrievacej meracej hlavice 1, meracej podložky 2, ovládacieho panelu s displejom 3, riadiacej a vyhodnocovacej počítačovej jednotky a mechanickej časti 4, ktorá umožňuje pohyb meracej hlavy a zaisťuje jej definitívny prítlak.

Hodnoty namerané na prístroji sú matematicky spracované:

1. Merná tepelná vodivosť (koeficient tepelnej vodivosti)

λ = -q / grad T

kde:

λ− súčiniteľ tepelnej vodivosti [W.m^-1.K^-1] q- hustota tepelného toku [W.m^-2]

grad T- gradient teploty [W.m^-1]

2. Merná teplotná vodivosť (koeficient teplotnej vodivosti)

a = λ / ( ρ.c )

kde:

a- merná teplotná vodivosť [m².s^-1] ρ− hustota [kg.m³]

c- merné teplo [J.kg^-1.K^-1]

λ− koeficient tepelnej vodivosti [W.m^-1.K^-1]

3. Koeficient tepelnej aktivity (tepelná jímavosť)

b = √ ( λ ρ c ) = λ / √ a

kde:

b- koeficient tepelnej aktivity [W.m^-2.s^1/2.K^–1] λ− koeficient tepelnej vodivosti [W.m^–1.K^–1] ρ− hustota [kg.m³]

c- merné teplo [J.kg^–1.K^–1]

a- merná teplotná vodivosť [m².s^–1]

4. Plošný odpor vedenia tepla

r = ( q / ∆t )^-1 = h / λ

kde:

h- hrúbka textílie [m] (0.5 - 0.8 mm) r- plošný odpor vedenia tepla [W^–1.K.m²]

∆t- rozdiel teplôt [K]

5. Pomer špičkového a ustáleného tepelného toku

p = qmax / q

kde:

q- ustálený tepelný tok [1]

6. Špičkový tepelný tok

q ≈ qmax

[8]

Skúšky pre nestacionárne podmienky sa prevádzajú vo valcovej nádobe.

obr. 7

Prístroj sa skladá z valcovej nádoby 1, na ktorej plášti je navlečená zošitá textília 2. V nádobe je voda 3 o teplote 80°C a valec je umiestnený na tepelne izolačnej podložke 4. V priebehu pokusu dochádza k poklesu teploty, ktorá sa meria teplomerom 5.

Z nameraných hodnôt sa vyjadrujú tri charakteristiky:

a) Časová diferencia ∆t stanovená meraním, ktorá je potrebná k ochladeniu valca z 50 na 40°C. Táto metóda je

zrovnávacia a používa sa pri porovnávaní úbytku tepla rôznych druhov plošných textílií.

b) Konštanta rýchlosti ochladzovania určená výpočtom zo vzťahu, ktorý definuje teplotu valca _υt v čase t.

0 0

ln 1

t K 1

υ

− υ

υ

−

= υ

kde

K- konštanta ochladzovania [s^-1]

t- čas [s]

υ- teplota valca [°C]

υ0- teplota okolia [°C]

υ1- počiatočná teplota valca [°C]

Konštanta K je absolútnou hodnotou, pomocou ktorej možno vyjadriť tepelne izolačné vlastnosti textílie.

d) Koeficient prestupu tepla vyjadrený vzťahom:

( 0)

q St

K Q

υ

−

= υ

kde

KQ- koeficient prestupu tepla

Q- množstvo tepla [J]

S- plocha vzorku textílie [m²]

t- čas [s]

υ- teplota valca [°C]

υ0- teplota okolia [°C]

Množstvo tepla Q sa vypočíta zo vzťahu:

( ^{+ +} )^∆υ

= c₁m₁ c₂m₂ c₃m₃ Q

kde

c1- merné teplo kovu [J.kg^-1.K^-1]

c2- merné teplo ohriatej vody [J.kg^-1.K^-1]

c3- merné teplo textílie [J.kg^-1.K^-1]

m1- hmotnosť valca [kg]

m2- hmotnosť ohriatej vody [kg]

m3- hmotnosť textílie [kg]

υ

∆ - teplotná diferencia medzi počiatkom a koncom merania

(∆υ=υ1 −υ2) [5]

Prístroje na meranie prestupu tepla vrstvami odevu

Celý odev sa skladá z niekoľkých vrstiev, ktoré vykazujú rôznu hodnotu odvodu tepla a preto sa meranie týchto hodnôt prevádza priamo na skúšobných osobách n bioklimatických komorách.

obr. 8

Bioklimatická komora, to sú vlastne oceľové komorové termostaty, ktoré majú prísne vyhrievanie plášťových stien a prívod vzduchu danej teploty a vlhkosti vrátane jeho výmeny. Komora 1 má objem 20m² a má dvojité steny, ktoré sú napojené na kvapalinový termostat 2, ktorí zaisťuje ich teplotu (nad i pod 0°C). Na vzduchovom výmenníku 3 je zvlhčovacie zariadenie, kde je nastavená jeho relatívna vlhkosť, eventuálne chemické zloženie. V komore môže byť testovaný simulátor (manekýn), alebo človek. Simulátor má

programovo riadené zvlhčovanie i vyhrievanie "pokožky" a človek je naviac vystavený fyzickej záťaži (wattmeter). Cez otvory v stene sú vedené káble tepelných a vlhkotepelných čidiel, snímačov tepu, dychu a jednotlivé hodnoty sú

zaznamenávané. [5]

Okrem bioklimatických komôr sa skúšanie odevov môže prevádzať aj priamo v podmienkach, v ktorých bude odev používaný. Robotník, minimálne oblečený, ktorému nič nebráni pri vyparovaní potu a prestupe tepla do okolia sa zrovnáva s robotníkom ťažko odetým v odeve, ktorý zabraňuje

vyparovaniu potu. [7]

5.3 Priepustnos ť vody

Vzájomné pôsobenie vody, alebo inej kvapaliny s plošnou textíliou môže prebiehať nasledovnými spôsobmi:

a) Voda je na povrchu textílie (textília odpudzuje vodu) Nepremokavosť – zmáčavosť

obr. 9

Zmáčavosť povrchu textílie je daná medzimolekulárnymi silami, ktoré pôsobia na rozhraní textílie, kvapky vody a vzduchu. Tieto sily možno ovplyvniť povrchovou úpravou.

b) Vniknutie vody do štruktúry textílie:

Nasiakavosť obr. 10

Vzlínavosť obr. 11

c) Prienik vody cez textíliu:

Pretlak vody Obr. 12

[3]

5.3.1 Princípy merania priepustnosti

vody

Metóda umelého dažďa simuluje dopad vody na textíliu.

obr. 13

Zo zásobníku 1 po otvorení kohútiku 2 vyteká voda tryskami 3 na sklopenú vzorku textílie 4. Vzorka je umiestnená na nízkej valcovej nádobe 5, aby sa pretečené množstvo vody nasledovne zmeralo.

Vyjadrenie sa prevádza na skúšobnú plochu v absolutných hodnotách v rozmere kg.m^-2.

Ak kvapalina prenikne do štruktúry textílie vyjadrenie je relatívne:

( ) 2

1 2

1 10

m m N m −

=

kde

N- gravimetrický prírastok [%]

m1- hmotnosť pôvodného vzorku [kg]

m2- hmotnosť vzorku nasiaknutého vodou[kg]

Metóda pre nepremokavé plošné textílie

obr. 14

Vzorka 1 je upevnená do kruhovej čeľusti 2, do ktorej sa čerpadlom 3 tlačí voda zo zásobníku 4. Rýchlosť privádzanej vody sa dá regulovať a tlak odčítame z manometra 5.

Výsledkom je množstvo vody Vv, ktoré prejde za čas t danou

plochou vzorku S pri tlaku p. [5]

5.4 Priepustnos ť vzduchu

Táto vlastnosť je charakterizovaná koeficientom, ktorý udáva, aké množstvo vzduchu prejde danou plochou materiálu za stanovený čas pri určitom tlakovom spáde medzi oboma stranami materiálu. Ďalej závisí na hrúbke materiálu, počte vrstiev, objemovej hmotnosti, vlhkosti a od povrchovej úpravy.

Ak vlhkosť rastie, priedušnosť sa znižuje. Je to spôsobené zaplnením pórov vodou a nabobtnaním vlákien, ktoré bránia priechodu vzduchu materiálom. [3]

5.4.1 Princípy merania priepustnosti

vzduchu

obr. 15

Ventilátor 1 nasáva vzduch z okolia cez vzorkovú textíliu 2,ktorá je upnutá v kruhovej čeľusti 3 o definovanej ploche. Množstvo nasávaného vzduchu, ktoré textília prepustí sa meria rotometrom 4. V sacom potrubí vzniká podtlak, ktorý zaznamenáva pripojený manometer 5.

Ventilom 6 sa môže regulovať rýchlosť prietoku vzduchu a to na hodnotu 50 a 100 Pa čo závisí od druhu textílie a veľkosti upínacej čeľusti.

Výsledná hodnota je vyjadrená ako množstvo vzduchu ktoré prejde danou plochou za jednotku času. Výpočet sa prevádza podľa vzorca:

S 36

V W =100

kde

W- priedušnosť [l.m^-2.s^-1]

V- priemer objemu vzduchu [l.hod^-1]

S- skúšaná plocha vzorku [cm²] [5]

6. EXPERIMENTÁLNE SPÔSOBY MERANIA FYZIOLOGICKÝCH VLASTNOSTÍ

6.1 Závislos ť tepelných strát na

rýchlosti vzduchu skúmaná vo

veternom tunely

Popísaná metóda bola prevádzaná vo veternom tunely.

Výška tohoto veterného tunela je 118 cm a jeho šírka je 168 cm. Na dno veterného tunela bol pripevnený valec z akrylátoveho plastu. Valec bol vyhrievaný vodou na teplotu približne 38°C. Rovnaké rozloženie teploty v celom valci bolo docielené jednoduchým miešaním.

Akrylátový valec:

146 mm

165 mm

560 mm

Na valec bola navlečená odevná vrstva tvorená plášťom s nízkou priepustnosťou a ľahkou izolačnou vatou (bypasová vrstva). Plášť tvoril vonkajšiu vrstvu a vata vnútornú vrstvu systému. Vo veternom tunely boli merané tieto veličiny: teplota, tepelný tok, statický tlak a rýchlosť prúdenia vzduchu. Tepelný tok sa meral čidlami nalepenými po obvode valca pod odevnou vrstvou.

Z nameraných hodnôt sa spočítali tepelné straty zo vzorca:

− ∞

= T T

U q

c

kde

U- tepelné straty [W.m^-2.°C^-1]

q- tepelný tok [W.m^-2]

Tc- lokálna teplota povrchu valca [°C]

T∞- teplota volne prúdiaceho vzduchu [°C]

Chyba merania teploty a tepelného toku sa pohybovala okolo

± 2 [W.m^-2.°C^-1]. Výsledok merania bol nasledovný: pri použití bypasovej vrstvy v odevnom systéme, rýchlosť prúdenia vzduchu mala vplyv na tepelné straty z prednej časti valca na ktorú vzduch fúkal. Tepelné straty zo zadnej časti valca boli zanedbateľné. [9]

6.2 Meranie priepustnosti vzduchu textíliou

obr. 16

Merania sa prevádzajú v prístroji, ktorý sa skladá z potrubia o priemere 7mm na konci ktorého je vakuová pumpička o výkone 7,5 kW. Ďalej je tam Pitotova trubica, ktorá meria rýchlosť prúdenia vzduchu v potrubí. Pripojený manometer ukazuje úbytok tlaku v Pitotovej trubici. Skúšaná textília bola podoprená polyesterovými úchytkami, ktoré nekladú odpor voči prúdeniu vzduchu. Tento testovaný systém bol umiestnený na začiatku potrubia. Vzorky textílie sú skúšané v suchom, alebo vlhkom stave. Vlhké vzorky sú pripravené tak, že sa vysušia pri teplote 110°C po dobu

vzduch

Pitotova trubica

podpora

Manometer

vývod k vákuovému systému

fixačný systém textília

podpora

90min a následne sa navlhčia. Priepustnosť vzduchu bola úmerná tlakovým stratám, nameraným v Pitotovej trubici a manometri.

[10]

7. VLASTNÝ EXPERIMENT

Vplyv vzduchu, ktorý prúdi v odevnej sústave spôsobuje tepelné straty. Tradičné metódy zaoberajúce sa vplyvom prúdenia vzduchu na fyziologické vlastnosti, boli veľmi zjednodušené a výsledky boli značne skreslené. Väčšina týchto štúdií uvažovala plochý povrch pokrytý odevnou sústavou, čo sa výrazne odlišuje od ľudského tela.

Neskoršie metódy zisťovania vplyvu prúdenia vzduchu na odevy, sú založené na tom, že ľudské telo znázorňujú ako valec, poprípade niekoľko valcov.

V dôsledku vývoja došlo ku značnému rozšíreniu a zlepšeniu sortimentu odevných výrobkov do extrémnych klimatických podmienok.

7.1 Návrh experimentálneho pracoviska

Model pracoviska pre zisťovanie vplyvu prúdenia vzduchu na fyziologické vlastnosti odevov bol pre túto diplomovú prácu navrhnutý nasledovne:

obr. 17

Prostredie simulujúce prúdenie vzduchu je tvorené veterným tunelom 1 na konci ktorého je ventilátor 2. Vo veternom tunely je umiestnený valec 3, predstavujúci hornú končatinu človeka. Valec je vyhrievaný cirkulujúcou vodou, ktorá jeho povrch zohrieva na teplotu približne odpovedajúcu teplote pokožky ľudského tela. Vyhrievanie valca je docielené pomocou TERMOSTATU C10 4. Skúšaný materiál sa navlieka na valec. Tepelné straty z povrchu obvodu valca cez skúšobnú vzorku vplyvom prúdenia vzduchu budú zaznamenávane snímačmi tepelného toku.

Návrh experimentu v zväčšenej forme je v prílohe č.1.

7.2 Realizácia návrhu

experimentálneho pracoviska

Po konzultácii s vedúcim DP bola pre túto prácu určená

úloha vypracovania valca a jeho vyhrievanie.

Podľa rozmerov odpovedajúcich ľudskej ruke bol zhotovený valec z nerezovej oceli.

obr. 18

V hornej časti valca 1 je prívod 2 a odvod 3 spojený pomocou dvoch hadíc s TERMOSTATOM C10(viz. príloha č.2)

Ďalej bol zostrojený provizórny veterný tunel (viz.

príloha č.3), ktorý sa skladá z ventilátoru a potrubia do ktorého sa vkladá valec . Tento provizórny veterný tunel, líšiaci sa od pôvodného návrhu bol zostrojený pre overenie tepelných strát vznikajúcich na povrchu valca vplyvom prúdenia vzduchu.

7.2.1 Meranie teploty povrchu valca dotykovou metódou

Na meranie teploty povrchu valca bolo použité dostupné ponorné čidlo. Chyba meracej metódy bola zistená nasledovne:

Čidlo bolo ponorené do vane termostatu naplnenej vodou.

Teplota nameraná čidlom bola zhodná s teplotou, ktorá bola

v termostate nastavená a meraná ortuťovým teplomerom. Potom bola teplota kúpeľa znovu zmeraná dotykovou metódou.

Teplota vody touto metódou bola o 3°C nižšia. Teplota povrchu valca bola meraná tiež dotykovou metódou, preto hodnoty ktoré sú v tabuľkách sú o 3°C menšie než je skutočná teplota povrchu valca.

Vlastnosti použitého čidla:

- ZA 9020- FSK

- termoelektrický článok typu K (NiCr-Ni) - rozsah (-200;1370)

- presnosť 0,1°C

Čidlo bolo pripojené na prístroj ALMEMO 2290-8, z ktorého boli odčítané namerané hodnoty.

Body v ktorých bola teplota povrchu valca meraná:

kde:

1- rozvinutý povrch valca 2- horná časť valca

3- stredná časť valca 4- dolná časť valca

Meranie teploty valca bolo prevádzané s prepážkou pri vyššej a nižšej prietokovej rýchlosti a bez prepážky pri vyššej a nižšej prietokovej rýchlosti. Namerané teploty sú zoradené v tabuľkách a vynesené do grafov.

Valec s prepážkou: Valec bez prepážky:

1

2 3

4 0° 45° 90° 135° 180° 225° 270° 315° 0°

46

0° 45° 90° 135° 180° 225° 270° 315° 0°

1 2 3

uhol fi (°)

Meranie povrchu teploty valca s prepážkou pri nižšej prietokovej rýchlosti

30-30,5 29,5-30 29-29,5 28,5-29 28-28,5 27,5-28 0° 45° 90° 135° 180° 225° 270° 315° 0°

1 2 3

uhol fi (°)

Meranie teploty povrchu valca s prepážkou pri vyššej prietokovej rýchlosti

30-30,5 29,5-30 29-29,5 28,5-29 28-28,5

0° 45° 90° 135° 180° 225° 270° 315° 0°

1 2 3

uhol fi (°)

Meranie teploty povrchu valca bez prepážky pri vyššej prietokovej rýchlosti

28,5-29 28-28,5 27,5-28

0° 45° 90° 135° 180° 225° 270° 315° 0°

1 2 3

Meranie teploty povrchu valca bez prepážky pri nižšej prietokovej rýchlosti

29-29,5 28,5-29 28-28,5 27,5-28

7.2.2 Meranie teploty povrchu valca bezdotykovou metódou

Na meranie teploty bezdotykovou metódou bol použitý pyrometer. Teplota sa odčítala na dyspleji pyrometra po nastavení emisivity príslušného materiálu. Pri snímaní teploty sa emisivita nedala nastaviť, preto bol valec nastriekaný čiernou farbou a bola uvažovaná emisivita absolútne čierneho telesa. Emisivitu nebolo možné určiť z toho dôvodu, že nebolo k dispozícii čidlo, ktorým by sa presne zmerala teplota povrchu valca. Preto sa uvedené hodnoty neberú do úvahy ako teplota povrchu valca, ale ako rozdiely teplôt na povrchu valca. Tie sú aj pri nesprávnej emisivite rovnaké.

Vlastnosti použitého pyrometru:

- OMEGA OS530 L

- infračervený teplomer - rozsah teplôt (-18;538)

- presnosť ±1% meranej hodnoty

Pyrometer bol zavesený na stojane a napojený na prístroj ALMEMO 2290-8 do ktorého pamäti boli ukladané namerané hodnoty. Stojan bol zostrojený tak, aby sa pyrometer dal otáčať okolo valca v rovnakej vzdialenosti a posúvať po výške valca.

Meracie pracovisko obr. 19

Body v ktorých bola teplota povrchu valca meraná:

kde:

1- rozvinutý povrch valca 2- horná časť valca

3- stredná časť valca 4- dolná časť valca

Teplota povrchu valca bola meraná bez prepážky pri vyššej (maximálnej) prietokovej rýchlosti.

Namerané hodnoty:

1

2 3

4 0° 40° 80° 120° 160° 200° 240° 280° 320° 0°

7.2.3 Výpo č et tepelných strát z povrchu valca a hadíc

Prechod tepla valcovou stenou: hadica1- prívod vody

R1 3 10. ³

-vnútorný polomer hadice [m]

R2 4.5 10. ³ -vonkajší polomer hadice [m]

d1 6 10. ³ -vnútorný priemer hadice [m]

d2 9 10. ³

-vonkajší priemer hadice [m]

L 2.5 -dĺžka hadice [m]

ν1 0.65810. ⁶ -kinetická viskozita vody [m². s^-1]

ν2 14.910. ⁶

-kinetická viskozita vzduchu [m². s^-1]

Pr1 4.3 -Prandtlovo číslo pre vodu [-]

0° 40° 80° 120° 160° 200° 240° 280° 320° 1

3

uhol fi (°)

Meranie teplotných rozdielov na povrchu valca pyrometrom

51-52 50-51 49-50 48-49

Pr2 0.713 -Prandtlovo číslo pre vzduch [-]

λ1 0.627 -koeficient tepelnej vodivosti pre vodu [W. m^-1. K^-1]

λh 0.151 -koeficient tepelnej vodivosti pre gumu [W. m^-1. K^-1]

λ2 0.02512 -koeficient tepelnej vodivosti pre vzduch [W. m^-1. K^-1]

t1 40 -teplota vody v hadici [°C]

th 32.4 -teplota na povrchu hadice [°C]

t2 22.5 -teplota vzduchu [°C]

w 7.368 -stredná rýchlosť prúdenia [m. s^-2]

g 9.81 -tiažové zrýchlenie [m. s^-2]

γ2 1

295.62

γ2= 3.38310. ³

-objemová rozťažnosť vzduchu [K^-1] Re -Reynoldsovo číslo [-]

Nu -Nusseltovo číslo [-]

Gr -Grashofovo číslo [-]

α1 -súčiniteľ prestupu tepla vody [W. m^-2. K^-1] α2 -súčiniteľ prestupu tepla vzduchu [W. m^-2. K^-1] q1 -plošná hustota tepelného toku [W. m^-2]

Q1 -teplo odvedené z povrchu hadice1 [W. m^-1] voda- hadica

Re w d1. ν1

Re= 6.71910. ⁴

Nu 0.23Re. ^0.8.Pr1^0.4

Nu = 2.99910. ³

α1 Nu

d1.λ1

α1= 3.13410. ⁵

hadica- vzduch

Gr g d2. ³.γ2.(th t2) ν2² Gr= 1.07910. ³

Nu 0.47 Pr2 Gr( . ) 1 . 4

Nu= 2.475

α2 Nu

d2.λ2 α2= 6.908

q1 2.π

1 α1 R1.

1 λhln R2

R1

. 1

α2 R2.

t1 t2

( )

.

q1= 3.155 -tepelný tok [W]

Q1 q1 L.

Q1= 7.887 -odvedené teplo [W. m]

Priechod tepla valcovou stenou: hadica2- odvod vody

R1 3 10. ³ -vnútorný polomer hadice [m]

R2 4.5 10. ³ -vonkajší polomer hadice [m]

d1 6 10. ³

-vnútorný priemer hadice [m]

d2 9 10. ³ -vonkajší priemer hadice [m]

L 2.5 -dĺžka hadice [m]

ν1 0.72510. ⁶ -kinetická viskozita vody [m². s^-1]

ν2 14.910. ⁶

-kinetická viskozita vzduchu [m². s^-1]

Pr1 4.8 -Prandtlovo číslo pre vodu [-]

Pr2 0.713 -Prandtlovo číslo pre vzduch [-]

λ1 0.624 -koeficient tepelnej vodivosti pre vodu [W. m^-1. K^-1]

λh 0.151 -koeficient tepelnej vodivosti pre gumu [W. m^-1. K^-1]

λ2 0.02512 -koeficient tepelnej vodivosti pre vzduch [W. m^-1. K^-1]

t1 35 -teplota vody v hadici [°C]

th 29 -teplota na povrchu hadice [°C]

t2 22.5 -teplota vzduchu [°C]

w 7.368 -stredná rýchlosť prúdenia [m. s^-2]

g 9.81 -tiažové zrýchlenie [m. s^-2]

γ2 1

295.62

γ2= 3.38310. ³

-objemová rozťažnosť vzduchu [K^-1] Re -Reynoldsovo číslo pre vodu [-]

Nu -Nusseltovo číslo [-]

Gr -Grashofovo číslo [-]

α1 -súčiniteľ prestupu tepla vody [W. m^-2. K^-1] α2 -súčiniteľ prestupu tepla vzduchu [W. m^-2. K^-1] q2 -plošná hustota tepelného toku [W. m^-2]

Q2 -teplo odvedené z povrchu hadice2 [W. m^-1]

voda- hadica

Re w d1. ν1

Re= 6.09810. ⁴

Nu 0.23Re. ^0.8.Pr1^0.4

Nu = 2.9 10. ³

α1 Nu

d1.λ1

α1= 3.01610. ⁵

hadica- vzduch

Gr g d2. ³.γ2.(th t2) ν2² Gr= 708.278

Nu 0.47 Pr2 Gr( . ) 1 . 4

Nu= 2.228