PŘEDNÁŠKA 2b
PŘEDNÁŠKA 2b
ODĚVNÍ KOMFORT
TERMOFYZIOLOGICKÝ KOMFORT
PŘEDNÁŠKA 2b
ČLOVĚK – ODĚV - PROSTŘEDÍ
PŘEDNÁŠKA 2b FYZIOLOGICKÉ REAKCE ČLOVĚKA NA OKOLNÍ PROSTŘEDÍ
Lidské tělo - nepřetržitý zdroj tepla Bazální metabolismus, teplo je produkováno na základě biologických procesů (m.j. "spalování pohonné látky„ - potravy) Svalový metabolismus, jenž vzniká při činnosti člověka (při konání práce).
PŘEDNÁŠKA 2b
Schéma vrstvení oděvu
PŘEDNÁŠKA 2b
Typické hodnoty metabolismu Činnost
W
W.m-2
Spaní
70
40
Odpočívání, ležení na posteli
80
46
Sezení, odpočívání
100
58
Stání, práce v sedě
120
70
Velmi lehká práce (učitel, nakupování, vaření)
160
93
Lehká práce (domácí práce,práce s přístroji)
200
116
Středně těžká práce (tanec)
300
175
Těžká práce (tenis)
600
350
Velmi těžká práce (squash, práce v hutích)
700
410
Teplo produkované organismem se musí odvést do okolí nebo dojde ke změně tělesné teploty. Teplota uvnitř lidského těla je okolo 37 °C, zatímco teplota kůže se může pohybovat v rozmezí 31 až 34 °C. ) V lidském těle dochází k procesu dopravy tepla z vnitřních tkání k povrchu kůže, odkud je teplo odváděno.
PŘEDNÁŠKA 2b
Tepelná rovnováha člověka
Qtt + Qtz = Qs + Qpr + Qved + Qod + Qodc + Qop + Qov ± ΔQ
PŘEDNÁŠKA 2b Qtt + Qtz = Qs + Qpr + Qved + Qod + Qodc + Qop + Qov ± ΔQ Kde Qtt tvorba tepla v organismu [J] Qtz vnější tepelné zatížení (sluneční záření) [J] Qs tepelné ztráty sáláním [J] Qpr tepelné ztráty prouděním [J] Qved tepelné ztráty vedením [J] Qod tepelné ztráty odpařováním difúzní vlhkosti s povrchu pokožky [J] Qodc tepelné ztráty odpařováním vlhkosti z horních cest dýchacích [J] Qop tepelné ztráty odpařováním potu [J] Qov tepelné ztráty potřebné na ohřev vydechovaného vzduchu [J]
ΔQ
změna tepelného stavu organismu proti stavu tepelné pohody – deficit tepla [J]
Složky rovnice tepelné rovnováhy jsou uvedeny za jednotkový čas [s] W J.s -1
PŘEDNÁŠKA 2b
TERMOREGULACE
PŘEDNÁŠKA 2b
VLIV VYSOKÝCH TEPLOT NA TERMOREGULACI
fyzikální termoregulace –vazodilatace (rozšíření kožních cév), tepelné pocení, odpařování potu
ŘEŠENÍ
•snižování počet vrstev oblečení •materiály s dobrou tepel. vodivostí •světlé odstíny oděvů atd. zvětšení vzduchové vrstvy pod oděvem nízkokalorická strava
PŘEDNÁŠKA 2b VLIV NÍZKÝCH TEPLOT NA TERMOREGULACI
zvýšení tvorby tepla uvnitř organizmu a snížení jeho výdeje pokožkou za pomoci vazokonstrikce(krev se stáhne do nitra organizmu)
ŘEŠENÍ •tepelně - izolační schopnosti podkožního tuku a použitého oděvu •zvyšování počtu vrstev oblečení, •zvýšení svalové aktivity •přívod energeticky bohatých potravin, atd.
PŘEDNÁŠKA 2b
Odvod tepla:
Vedením – kondukcí Prouděním - konvekcí Sáláním – radiací Vypařováním – odvod tepla pomocí par (dýchání)
Vždy platí, že k přenosu tepla dochází od vyšších teplot k nižším – ve smyslu teplotního gradientu Teplotní gradient je definován pro dvě isotermní plochy lišící se teplotou o t při kolmé vzdálenosti mezi nimi dx výrazem:
lim[ t
x
]x0 dt
dx
PŘEDNÁŠKA 2b
Teplotní gradient
t1 t 2 t dt grad t x1 x2 x dx t1 t 2
T [°C] t1 t2
x1
x2
x[m]
PŘEDNÁŠKA 2b
Sdílení tepla vedením (kondukcí) uplatňuje se přednostně v látkách pevného skupenství. Velikost tepelného toku vedením je definována Fourierovým zákonem tepelné vodivosti:
dt t1 t 2 dq dx x1 x2
t1 t 2
- součinitel tepelné vodivosti [( kJ. m-1. hod-1. oC-1 ] Znaménko ( – ) - směr od vyššího k menšímu
PŘEDNÁŠKA 2b
Staněk: Oděvní materiály
PŘEDNÁŠKA 2b Sdílení tepla prouděním (konvekcí)
Je zde mnoho proměnných Základem sdílení tepla prouděním je pohyb prostředí (např. proudění tekutin) a jejich kontakt s pevnou látkou. Jsou to děje odehrávající se v blízkosti povrchu tuhé látky – teplosměnného povrchu (např. stěn výměníků tepla, povrchů topidel). V tomto smyslu je možné hovořit o konvekci přirozené (vztlakové síly) a nucené (vnější vlivy – čerpadlo).
PŘEDNÁŠKA 2b
Hustota tepelného toku [J . m-2. s-1] je množství tepla vyměněné na jednotce plochy za časovou jednotku.
dQ dq dA d
dq - hustota tepelného toku dQ - množství tepla dA – část plochy, kterým prochází teplo d - čas, po který prochází teplo
PŘEDNÁŠKA 2b
Platí zde Newtonův zákon:
QPR PR . S . (TO TV ) Qpr αpr S To Tv
Množství tepla sdíleného prouděním [W] součninitel kovekce [W.m-2.K-1] povrch těla [m2] teplota povrchu těla (oděvu) [K] teplota vzduchu [K]
PŘEDNÁŠKA 2b
Staněk: Oděvní materiály
PŘEDNÁŠKA 2b Sdílení tepla sáláním Přenos tepla (energie) elektromagnetickými vlnami mezi zdrojem a příjemcem. Záření se šíří i ve vakuu.
QS S . S S . (TO Tt ) Qs s Ss To Tt
Množství tepla sdíleného sáláním[W] Součinitel sdílení tepla sáláním [Wm-2K-1] Plocha těla – zdroje sálání [m2] Teplota povrchu těla [K] Teplota povrchu okolních těles [K]
PŘEDNÁŠKA 2b Sdílení tepla odpařováním
Je to množství tepla, které odchází s povrchu pokožky mírným pocením. Je závislé na měrném výparném skupenském teple a na rozdílu parciálních tlaků vodních par. 3
Qodp 3,06 .10 S (256 tk 3360 pa ) (Rovnice na základě regresní analýzy) Qodp množství tepla sdíleného odpařováním [W] S plocha [m2] tk teplota pokožky [°C] pa parciální tlak par v okolním vzduchu [Pa]
PŘEDNÁŠKA 2b
Sdílení tepla dýcháním – respirací
Odvod tepla dýchacími cestami – dán rozdílem vodních par vzduchu vdechovaného a vydechovaného
Qov 0,0012 Qev (tstř tv ) (Regresní rovnice) Qov tepelné ztráty na ohřev vdechovaného vzduchu [W] Qev teplo vydechované se vzduchem (evaporace) [W] tstř průměrná teplota vydechovaného vzduchu [°C] tv teplota okolního vzduchu [°C]
PŘEDNÁŠKA 2b
Odvod vlhkosti z povrchu lidského organismu
Rozdíl parciálních tlaků určující rychlost odvodu vlhkosti musí být co největší. Při malém rozdílu se ztrácí ochlazovací účinek (bráno pro neoblečený organismus)
Pro oblečený organismus: Systém odvodu vlhkosti je
Kapilární odvod potu Migrační odvod potu Difúzní odvod vlhkosti Sorpční odvod vlhkosti
PŘEDNÁŠKA 2b Kapilární odvod potu Pot – kapalný stav – je odsáván první textilní vrstvou (prádlem) formou kapilárního odvodu. Pot se v oděvní vrstvě rozprostírá všemi směry tzv. knotovým efektem. Intenzita přestupu je dána gradientem přestupu kapaliny od vlhčího prostředí k suššímu (podobně jako u gradientu přestupu tepla) Transport potu se poté děje přes mikroklima mezi oděvními vrstvami do dalších vrstev
PŘEDNÁŠKA 2b Schéma přestupu potu (kapalné fáze) 1 – pokožka 2 – textilie 3 - pot 4 – mikroklima Na smáčení a transport potu má vliv afinita textilie ke kapalinám, 4 povrchové napětí textilie, pórovitost, atd.
PŘEDNÁŠKA 2b Migrační odvod vlhkosti od pokožky Odvod vlhkosti se děje po povrchu vláken v textilii za předpokladu, že voda (pot) kondenzuje na povrchu vláken. Čím větší je měrný povrch vláken, tím více kapaliny lze kondenzačně (migračně) odvést od pokožky
PŘEDNÁŠKA 2b
Odvod vlhkosti difúzí Děje se prostřednictvím pórů, jež se zúčastňují na kapilárním odvodu. Jednotlivé vrstvy oděvu nemají stejný difúzní odpor.Toto ovlivňuje vlákenná surovina svým bobtnáním, zmenšujícím póry.
PŘEDNÁŠKA 2b
Sorpční odvod vlhkosti Vlákna musí být schopna navázat kapalinu na svá sorpční centra a vtáhnout molekuly kapaliny do své struktury. Vlákna hydrofilní: CO, LI, WO, CV, Lyocel Vlákna hydrofóbní: PA, PES, PP
PŘEDNÁŠKA 2b
Otázky ke zkoušce:
Vrstvení oděvu Co je tepelná rovnováha člověka a z jakých složek se skládá? Jakými způsoby se odvádí teplo od pokožky do prostředí? Fourierův zákon sdílení tepla vedením Gradient teploty Součinitel tepelné vodivosti Hustota tepelného toku Newtonův zákon a kde se projevuje? Sdílení tepla sáláním Sdílení tepla odpařováním a dýcháním Způsoby odvodu vlhkosti od lidského těla do prostředí Kapilární odvod potu
PŘEDNÁŠKA 2b
Migrační odvod potu Co je specifický povrch vláken a na co má vliv? Difúzní a sorpční odvod vlhkosti od těla do prostředí.
PŘEDNÁŠKA 2b
Nerušit! Odvádím teplo a vlhkost z bříška do prostředí!