1 UVOD

Transkripcija

1 UNIVERZA V MARIBORU FAKULTETA ZA STROJNIŠTVO Tadeja PENKO VPLIV FAZNO SPREMENLJIVIH MATERIALOV V POSLOVNIH OBLAČILIH NA TOPLOTNO UDOBJE ČLOVEKA V HLADNEM OKOLJU Diplomsko delo univerzitetnega študijskega programa Tekstilstvo Maribor, maj 2009

2 VPLIV FAZNO SPREMENLJIVIH MATERIALOV V POSLOVNIH OBLAČILIH NA TOPLOTNO UDOBJE ČLOVEKA V HLADNEM OKOLJU Diplomsko delo Študent(ka): Študijski program: Smer: Tadeja PENKO Univerzitetni študijski program Tekstilstvo Oblačilno inženirstvo Mentor: red.prof.dr. Jelka GERŠAK Maribor, maj 2009 II

3 I Z J A V A Podpisana Tadeja PENKO izjavljam, da: je bilo predloženo diplomsko delo opravljeno samostojno pod mentorstvom red.prof.dr. Jelke GERŠAK; predloženo diplomsko delo v celoti ali v delih ni bilo predloženo za pridobitev kakršnekoli izobrazbe na drugi fakulteti ali univerzi; soglašam z javno dostopnostjo diplomskega dela v Knjižnici tehniških fakultet Univerze v Mariboru. Maribor, 15. maj 2009 Tadeja Penko III

4 ZAHVALA Zahvaljujem se mentorici red.prof.dr. Jelki GERŠAK za pomoč in vodenje pri opravljanju diplomskega dela. Posebna zahvala velja družini, ki mi je omogočila študij. IV

5 VPLIV FAZNO SPREMENLJIVIH MATERIALOV V POSLOVNIH OBLAČILIH NA TOPLOTNO UDOBJE ČLOVEKA V HLADNEM OKOLJU Ključne besede: oblačilno inženirstvo, fiziologija oblačil, moška poslovna oblačila, fazno spremenljivi materiali (PCMs), toplotne lastnosti, toplotno fiziološko udobje, subjektivna ocena udobja UDK: 687: (043.2) POVZETEK V okviru diplomskega dela so bile izvedene teoretične in eksperimentalne raziskave toplotno fiziološkega udobja pri nošenju poslovnih oblačil, izdelanih iz konevncionalnih ploskih tekstilij kot so volna in mešanice z volno ter konevncionalnih ploskih tekstilij v kombinaciji s fazno spremenjivimi materiali. Raziskava je bila izvedena pri različnih umetno ustvarjenih klimatskih pogojih v računalniško vodeni klima komori pri temperaturah zraka -5 C, 0 C, 5 C in 10 C. V okviru raziskavi so bila izvedena eksperimentalna merjenja sprememb treh fizioloških veličin človeka, kot so: srednja ponderirana temperatura kože, srčna frekvenca in količina evaporiranega znoja. Istočasno je bil s pomočjo vprašalnikov in ocenjevalnih lestvic ugotovljen vpliv oblačil na subjektivni občutek udobja. Na podlagi dobljenih rezultatov raziskave toplotnih lastnosti pri nošenju poslovnih oblačilnih sistemov je ugotovljeno, da oblačilni sistemi z vgrajenimi fazno spremenljivimi materiali ne vplivajo pomembno na toplotno udobje oblačilnih sistemov pri nošenju, saj ni zaznanih večjih razlik v primerjavi s toplotnim udobjem konvencionalnih oblačilnih sistemov. V

6 THE INFLUENCE OF PHASE CHANGE MATERIALS IN BUSINESS GARMENTS ON THERMO PHYSIOLOGICAL COMFORT OF MAN IN COLD CONDITION Key words: clothing engineering, physiology of clothing, business garment, phase change materials (PCMs), thermal properties, thermo physiological comfort, subjective evaluation of comfort UDK: 687: (043.2) ABSTRACT The graduate work is dealing with the infulence of phase change materials that had been built into bussiness garments, on the thermo physiological comfort of the wearer in various climatic conditions. In the frame of the graduate work, systematic theoretical and experimental research had been performed on the physiological comfort during wearing of business garments, made of conventional flat textiles, as wool and mixtures with wool and conventional flat textiles in combination with a phase change materials (PCMs). The research had been performed in a computer controlled chamber at artificially created climatic conditions, at different temperatures -5 C, 0 C, 5 C and 10 C. The impact of particular garment and various climatic conditions on thermal physiological comfort was established experimentally as a change of three physiological parameters of a human being: skin temperature, heart rate and the amount of evaporated and absorbed sweat in clothing, where as the impact of bussiness garments on a subjective perception were determined with the help of evaluating scales in the shape of questionnaires that test persons had filled out before, during and after the research cycle. VI

7 KAZALO VSEBINE 1 UVOD TEORETIČNE OSNOVE Fiziologija oblačil Toplotno okolje človeka Termoregulacija človeškega telesa Toplotna ravnotežna enačba človeškega telesa Proizvodnja toplote v telesu Oddajanje toplote v okolico Prenos toplote skozi oblačilni sistem Suhi pretok toplote Prenos toplote s kondukcijo Prenos toplote s konvekcijo Sevanje ali radiacija Vlažni prehod toplote Toplotne lastnosti oblačil Toplotni upor Upor oblačila proti prehodu vlage Indeks prehoda vlage Koncept udobja oblačil Uporabljeni materiali Fazno spremenljivi materiali - PCMs Fazno spremenljivi materiali v tekstilijah Outlast fazno spremenljivi materiali Toplotno regulacijsko delovanje fazno spremenljivih materialov v oblačilih METODE IN MATERIALI Postavitev hipoteze Uporabljeni materiali Predstavitev oblačilnih sistemov Oblačila uporabljena v oblačilnem sistemu poslovnega oblačila Naprave in pripomočki Klimatska komora Par Port merilni sistem Pomični ergotrak Jaeger Le Tehtnica za tehtanje testnih oseb in tehtnica za določanje količine evaporiranega in kondenziranega znoja Toplotna plošča Merilna naprava za določanje zračne prepustnosti ploskih tekstilij Klimatski pogoji Testne osebe Določitev telesne višine in telesne mase Določitev energije metabolizma testnih oseb Določitev bazalnega metabolizma testnih oseb Določitev delavnega metabolizma testnih oseb Model raziskave Določanje srednje temperature kože Merjenje srčne frekvence VII

8 3.6.3 Določanje toplotno fizioloških karakteristik ploskih tekstilij Določanje toplotnega upora s pomočjo toplotne plošče Določanje zračne prepustnosti Določanje količine evaporiranega znoja Subjektivno vrednotenje toplotnga udobja Ugotavljanje subjektivne ocene toplotnega udobja Statistična obdelava podatkov Aritmetična sredina Standardna deviacija Standardna napaka aritmetične sredine Analiza kvantitativnih spremenljivk Osnovna in ničelna hipoteza Določanje pomembnosti razlik med parametri fiziološkega udobja Analiza korelacije in regresija REZULTATI Rezultati meritev toplotnih lastnosti ploskih tekstilij Rezultati meritev zračne prepustnosti ploskih tekstilij Rezultati meritev fizioloških parametrov testnih oseb Rezultati meritev ponderirane temperature kože testnih oseb Rezultati meritev srčne frekvence Rezultati količine evaporiranega in absorbiranega znoja Subjektivna ocena toplotnega počutja Rezultati statistične analize pomembnosti razlik merjenih fizioloških parametrov DISKUSIJA Analiza pomembnih značilnosti uporabljenih ploskih tekstilij Zračna prepustnost uporabljenih ploskih tekstilij Toplotni upor in toplotna prevodnost uporabljenih ploskih tekstilij Analiza fizioloških parametrov testnih oseb Analiza ponderirane temperature kože Analiza evaporacije in absorbcije znoja Analiza količine evaporiranega znoja Analiza količine absorbiranega znoja Subjektivna ocena toplotnega udobja testnih oseb Analiza toplotnega počutja testnih oseb Analiza toplotnega udobja testnih oseb Ocena želenega toplotnega stanja testnih oseb Analiza ocene sprejemljivosti trenutnih toplotnih razmer testnih oseb Zaključek LITERATURA VIII

9 UPORABLJENI SIMBOLI A [m 2 ] - površina, skozi katero prehaja toplota a DU [m 2 ] - površina telesa po DU BOISu clo [ m 2 C/ W] - toplotna upornost oblačil f neudobja - faktor neudobja ET [ C] - efektivna temperatura E z [W] - oddajanje toplote z izhlapevanjem znoja E z [g] - količina evaporiranega znoja Fs [ud/ min] - aktualna (merjena) srčna frekvenca h [m] - debelina H [W] - proizvedena toplota H c [W] - suhi toplotni tok H cl [W] - količina toplote, ki jo telo odda s površine kože skozi oblačilo H e [W] - izparilni oz. vlažni toplotni tok H res [W] - oddajanje toplote z dihanjem Q [J ] ali [Ws] - toplota Q c [J] - suhi tok toplote Q cl [J] - količina toplote, ki jo telo odda skozi oblačilo Q cv [J] - količina toplote, ki se izmenja s konvekcijo Q e [J] - količina toplote, ki se izmenja z evaporacijo Q e,res [J] - izparilni tok toplote pri dihanju Q k [J] - količina toplote, ki se izmenja s kondukcijo Q odd [J] - oddana toplota Q proiz [J] - proizvedena toplota Q r [J] - količina toplote, ki se izmenja z radiacijo Q res [J] - količina toplote, ki se izmenja z dihanjem Q z [l/m 2 s] - zračna prepustnost ploskih tekstilij q max [Wc/m 2 ] - toplo - hladen občutek I z [kg] - količina izločenega znoja ITM [kg] - idealna telesna masa po DEMOLEju - indeks prehoda vodne pare (za celotni oblačilni sistem) i m i mt - indeks prehoda vodne pare (za tekstilijo) K [W] - sprejemanje (+) ali oddajanje (-) toplote s kondukcijo K 0 [W] - sprejemanje (+) ali oddajanje (-) toplote s konvekcijo k K [W/ C(m/s) 0.6 ] - sorazmernostni faktor konvekcije k R [W/ C] - sorazmernostni faktor sevanja LS [leta] - starost poskusne osebe M [W = J/s] - toplota, ki nastaja s procesom metabolizma m [kg ] - masa M baz [W] - bazalni metabolizem M del [W] - delovni metabolizem N - velikost vzorca oz. število meritev P ex [W] - mehanska moč (externa), potrebna za opravljanje dela p k [mbar] - pritisk vodne pare na površini kože p z [mbar] - pritisk vodne pare v zraku R [W] - sprejemanje (+) ali oddajanje (-) toplote s sevanjem R a [m 2 C/W] - toplotni upor IX

10 R c [m 2 C/W] - toplotni upor oblačilnega sistema R ct [m 2 C/W] - toplotni upor tekstilije oblačilnega sistema ' R cl [m 2 C/W] - toplotni upor zračnih plasti, ujetih med plastmi oblačilnega sistema '' R cl [m 2 C/ W] - toplotni upor zračnih plasti, zadržanih na zunanji plasti oblačilnega sistema R e [m 2 C/ W] - upor oblačilnega sistema proti prehodu vodne pare R et [m 2 C/ W] - upor tekstilije proti prehodu vodne pare ' R el [m 2 C/ W] - upor ujetih plasti proti prehodu vodne pare '' R el [m 2 C/ W] - upor zadržane zračne plasti proti prehodu vodne pare R s [m 2 C/ W] - toplotni upor plošče RV [%] - relativna vlažnost zraka r - koeficient korelacije S [W] - kopičenje (+) ali izgubljanje (-) toplote v telesu s - standardna deviacija oz. standardi odklon - standardna napaka aritmetične sredine vzorca s x s Xdif - standardna napaka aritmetične sredine razlik t [s] - čas T [ C ] - temperatura T 1 [ C ] - izmerjena temperatura pri senzorju T 1 brez preizkušanca T 2 [ C ] - izmerjena temperatura pri senzorju T 2 brez preizkušanca T 3 [ C ] - izmerjena temperatura pri senzorju T 3 brez preizkušanca T čelo [ C ] - temperatura čela T ef [ C ] - normalna efektivna temperatura T golen [ C ] - temperatura čela T k [ C ] - srednja kožna temperatura T R [ C ] - srednja temperatura sevanja T z [ C ] - temperatura zraka v okolici T z max [ C ] - maksimalna temperatura zraka v okolici T z min [ C ] - minimalna temperatura zraka v okolici TM [kg] - telesna masa TM 1 [kg] - telesna masa golega človeka pred raziskavo TM 2 [kg] - telesna masa golega človeka po raziskavi T nadl [ C ] - temperatura nadlahti T pon [ C ] - ponderirana temperatura kože T prsi [ C ] - temperatura prsi T rama [ C ] - temperatura ramen T roka [ C ] - temperatura roke T steg [ C ] - temperatura stegna h [cm] - telesna višina t - vrednost Studentovega t testa v [m/s] - hitrost gibanja zraka x - koeficient (za moške 4; za ženske 2,5) X - vrednost izmerjene meritve X - aritmetična sredina razlik dif dif S/t [W] η λ [W/m C] - vsota razlik - sprememba vsebnosti toplote v telesu - koeficient mehanskega učinka - koeficient toplotne prevodnosti X

11 UPORABLJENE KRATICE cs1 do cs10 clo CO CV EL HVAC ISO MO1- MO5 MP1 Ms1 NASA PA PAC PCM PCMs PEGs PES PET-PEG PMV PP PU PTMG SEM SP1 in SP2 SP TRF TK WO - oznaka za oblačilni sistem - starejša enota za toplotni upor oblačila (and. Clothing Unit) - bombaž - viskoza - elastan - avtomatizacija hlajenja, ogrevanja in ventilacije - International Standart organisation - oznaka za moško obleko - oznaka za moški plašč - oznaka za moško srajco - US National Aeronautics and Space Administration - poliamid - poliakril - fazno spremenljivi material (angl. Phase Change Material) - fazno spremenljivi materiali (angl. Phase Change Materials) - polietilen glikoli - poliester - polietilen tereftalat- plietilen glikol - napovedana srednja ocena klime po Ashraerjevi lastvici - polipropilen - poliuretan - politetrametilen glikol - elektronski mikroskop (angl. Scanning electron microscope) - oznaka za spodnje perilo - stopnja potenja - faktor temeperaturne regulacije - tekstilija - runska volna XI

12 WS WVT ZDA - kašmir volna - prepustnost vodne pare (angl. Water Vapour Transmission) - Združene države Amerike XII

13 1 UVOD Proizvajalci potrošnih dobrin, vključno z oblačilnimi izdelki, morajo izpolnjevati zahteve in želje potrošnika, da mu lahko ponudijo kakovosten izdelek, prilagojen njegovim potrebam. Vse več proizvajalcev tekstilij in oblačil se je začelo zavedati dejstva, da je kupec tis ti, ki odloča kaj bo kupil. Današnji kupec zahteva poleg zaščite, funkcionalnosti in varčnosti še ustrezno obliko, barvo, material in seveda garancijo. Za poslovna oblačila je najbolj pomembno, da se oseba v obleki dobro počuti. Garderoba, ki se človeku prilega, posreduje prepričljiv, živ imidž, ki lahko pomaga tudi pri pogajanjih s poslovnimi partnerji in pri poklicnem napredovanju. Kakovostna in lepa oblačila krepijo samozavest. Kombinacija kosov oblačil, barvnih tonov in oblik je izraz naše kreativnosti. Delovno mesto oziroma delovno okolje je prostor, kjer v današnjem času preživimo največji del svojega aktivnega dneva. Pomembno je, da nam je v oblačilu udobno, da smo sproščeni in tudi privlačni [1]. Udobje, ki ga nudi oblačilo pri nošenju, je odločilni kakovostni dejavnik določenega oblačila in prav to pripomore k odločitvi posameznika, ali mu oblačilo ustreza ali ne, ali se v njem počuti dobro ali slabo. Občutek udobja je kompleksna subjektivna zaznava oziroma psihično stanje človeka, na katerega vpliva veliko dejavnikov, tako da lahko udobnost oblačil preučujemo z različnih vidikov. V tehniki se za potrebe tekstilne oziroma oblačilne industrije v okviru vede, ki se imenuje fiziologija oblačil, ukvarjajo s toplotno fiziološkim vidikom udobja. Le-ta obravnava oblačilo kot»kvazifiziološki sistem«, ki naj vpliva na proces toplotne regulacije človeškega telesa tako, da se bo človek pri različnih klimatskih pogojih in različnih telesnih aktivnostih udobno počutil. Udobnost pri nošenju oblačila predstavlja rezultat uravnovešenega procesa izmenjave toplote med telesom, oblačilom in okolico, ter je odvisna od posebnih toplotnih lastnosti oblačila, ki predstavljajo njegove sposobnosti za prenos toplote in vlage s površine človeškega telesa v okolico. Merski veličini, ki sta odraz teh sposobnosti, sta toplotni upor ali toplotna izolacija oblačila R c in upor oblačila proti prehodu vodne pare R e. Ta dva parametra pa sta v procesu izmenjave toplote tudi edini veličini, na kateri lahko človek z izbiro pravilnega oblačila v veliki meri vpliva [2]. Oblačilo lahko negativno ali pozitivno vpliva na izmenjavo toplote med telesom in okolico. Vpliv oblačila na toplotno obremenjenost človeka eksperimentalno ovrednotimo z merjenjem fizioloških veličin človeka. Glede na to je namen diplomskega dela raziskati, kako moška poslovna oblačila z različnimi toplotnimi lastnostmi vplivajo na toplotno fiziološko udobje človeka v hladnem okolju. 1

14 Raziskovala sem moška poslovna oblačila iz različnih ploskih tekstilij. Dve oblačili sta bili izdelani iz fazno spremenljivih tekstilij. V enem primeru je bila vgrajena medvloga, v drugem primeru pa je bila osnovna tekstilija iz fazno spremenljivih materialov. Fazno spremenljivi materiali s spreminjanjem svojega agregatnega stanja in s tem shranjevanjem in oddajanjem za fazni prehod potrebne toplote, omogočajo vzdrževanje stalne telesne temperature. Za vse uporabljene ploske tekstilije so bile izvedene raziskave zračne prepustnosti, debeline in toplotne prevodnosti s pomočjo toplotne plošče v SmartWearLab Tampere na Finskem, kjer sem bila tri mesece na študentski izmenjavi. Raziskava vpliva oblačila na toplotno fiziološko udobje človeka temelji na vrednotenju prototipov moških poslovnih oblačil na testnih osebah pri umetno ustvarjenih klimatskih pogojih v računalniško vodeni klima komori. V raziskavo je bilo vključenih pet oseb moškega spola, starosti od 20 do 25 let, približno enake telesne višine in telesne mase. Testne osebe so bile tudi enake telesne pripravljenosti. Vse raziskave s pomočjo testnih oseb so bile izvedene v hladnem okolju, pri temperaturah -5 C, 0 C, 5 C in 10 C v umetno ustvarjenih klimatskih razmerah v klima komori pri konstantni hitrosti gibanja zraka, 0,2 m/s ter enaki relativni vlažnosti zraka, 50%. Vse raziskave so potekale na enak način. Pred raziskavo v klima komori je testna oseba najprej 20 minut počivala v predprostoru, pri temperaturi zraka med 20 C in 22 C. Pred pričetkom raziskave je testna oseba izpolnila vprašalnik o splošnem počutju. Vprašalnik o toplotnem počutju in subjektivni zaznavi udobja je testna oseba izpolnjevala tudi med posamezno raziskavo in zadnjo minuto testiranja. Vsak posamezen test v klima komori je trajal 110 minut brez prekinitev in sicer: 20 minut sedenje v predprostoru, 70 minut v klima komori: 20 minut sedenje in 30 minut hoja po tekočem traku s hitrostjo 3,5 do 4 km/h, nato 20 minut sedenje in kasneje še 20 minut sedenje v predprostoru. V raziskavi je uporabljenih pet različnih kompletov, pri čemer so testne osebe nosile enako spodnje perilo, enako srajco, enak plašč, enake čevlje in različne moške poslovne obleke. V okviru raziskave so bila izvedena eksperimentalna merjenja sprememb treh fizioloških veličin človeka, kot so: srednja ponderirana temperatura kože, srčna frekvenca in količina evaporiranega znoja. Istočasno je bil s pomočjo vprašalnikov in ocenjevalnih lestvic, ki so jih testne osebe izpolnjevale med posamezno raziskavo, ugotovljen vpliv oblačil na subjektivni občutek udobja. 2

15 2 TEORETIČNI DEL Glede na namen raziskave, ki se nanaša na proučevanje toplotnih lastnosti moških poslovnih oblačil iz različnih ploskih tekstilij, je v okviru teoretičnih osnov proučena fiziologija oblačil, toplotna termoregulacija človeškega telesa, toplotno okolje človeka, termofiziološke lastnosti oblačil, udobje oblačil in lastnosti fazno spremenljivih materialov (ang. Phase change materials, PCMs). 2.1 Fiziologija oblačil Fiziologija oblačil je ena izmed znanosti, ki temelji na znanjih s področja: kemije, medicine, psihologije, fiziologije in tekstilne tehnologije in oblačilnega inženirstva. Njena temeljna raziskovalna področja so [3]: študij interakcij med telesom, oblačilnim sistemom (sestavljenim iz tekstilnih in zračnih slojev) in okoljem, študij vpliva tekstilnih in oblačilnih parametrov na prenos toplote in vlage (vrsta uporabljenih vlaken, konstrukcija niti in ploskih tekstilij, površinske karakteristike ploskih tekstillij, oblika kroja, prileganje oblačila, itd.), študij predlogov za optimalno projektiranje oblačil za določen namen in študij doseganja boljšega udobja, zdravja in higiene uporabnika. Temeljna funkcija oblačila z vidika toplotno fiziološkega udobja je, da pri različnih klimatskih pogojih in različnih telesnih aktivnostih pri danem metaboličnem proizvajanju telesne toplote ohrani konstantno temperaturo telesnega jedra in podpira top lotno fiziološko ravnotežje človeka. Temperatura organizma se regulira z izmenjavo toplote med telesom in okoljem ter je pogojena s stanjem dinamičnega ravnotežja med proizvedeno toploto v telesu in oddano toploto v okolje [4]. Udobje pri nošenju je eno odločilnih meril za vrednotenje kakovosti posameznih oblačil med uporabo in prihaja vse bolj do izraza pri izbiri oblačil. Tako so danes zahteve po udobju, ki jih postavlja uporabnik pri izbiri oblačil, mnogo večje kot so bile nekoč. 3

16 Funkcije, ki jih mora imeti določeno oblačilo, je J. Mecheels [6] opredelil na podlagi treh meril. To so: a) Estetska funkcija: ustrezati mora modnim zahtevam (barva, oblika, material), ustrezati mora posebnim priložnostim, poudarja naj človekov osebni značaj. b) Ergonomska funkcija: imeti mora ustrezni kroj, oblačilo mora biti prožno, da se lahko prilagaja obliki telesa, človeka ne sme ovirati pri gibanju. c) Fiziološka funkcija: spodbujati mora uravnavanje telesne temperature tako, da ščiti telo pred mrazom oziroma omogoča pretok odvečne toplote v obliki izhlapelega znoja s površine kože v okolico, zagotoviti mora toplotno fiziološko udobje pri nošenju, zagotoviti mora kožno senzorično udobje. 2.2 Toplotno okolje človeka Ugodno toplotno okolje je tisto, pri katerem so vsi toplotni faktorji v takem odnosu, da je ustvarjeno prijetno toplotno počutje [7]. Osnova prijetnega toplotnega počutja je ohranitev normalne telesne temperature. Toplotno okolje v določenem prostoru sestavljajo vsi faktorji okolja, ki usmerjajo izmenjavo toplote med okolico in človeškim telesom, slika

17 ČLOVEŠKO TELO Telesna aktivnost Procesi metabolizmaproizvodnja toplote O KOLJE Temperatura zraka Relativna vlažnost zraka Hitrost gibanja zraka Srednja temperatura sevanja v okolju OBLAČILNI SISTEM - TO PLO TNE LASTNOSTI Toplotni upor oblačila Upor oblačila proti prehodu vodne pare Slika 2.1 Dejavniki toplotnega okolja, ki vplivajo na izmenjavo toplote med človeškim telesom in okolico Faktorje lahko sistematiziramo v klimatske [1]: temperatura zraka v okolici T z, relativna vlažnost zraka RV, hitrost gibanja zraka v z, srednja temperatura sevanja v okolici T r. in neklimatske: toplotne lastnosti oblačilnega sistema; kamor sodita toplotni upor ali t.i. toplotna izolacija R c in upor oblačilnega sistema proti prehodu vodne pare R e, proizvodnja toplote v telesu, ki se nanaša na bazalni metabolizem M baz in delovni metabolizem M del. Količina toplote, ki prehaja v okolico stalno variira in je v veliki meri odvisna od temperature, gibanja in vlažnosti zraka v okolici ter temperature površin in teles, ki obdajajo človeško telo, med katerimi poteka izmenjava toplotne energije v obliki infrardečega sevanja. Vsi procesi izmenjave toplote potekajo pri ne oblečenem in oblečenem človeku kakovostno enako, 5

18 količinsko pa so odvisni od termodinamičnih lastnosti oblačilnega sistema, ki predstavlja toplotno razmejitveno plast med telesom in klimo v okolici. 2.3 Termoregulacija človeškega telesa Človeško telo bi lahko primerjali s pečjo, če vanjo nalagamo kurivo. Toplota, ki v peči nastaja, odhaja v okolje. Celice človeškega telesa stalno proizvajajo toploto, hrana pa je kurivo, ki ga celicam prinaša kri. Ob popolnem mirovanju proizvaja telo okoli 1400 kg kal toplote, to je t.i. osnovno presnavljanje. Ob vsakem telesnem, pa tudi duševnem delu nastaja večja množina toplote. Temperatura človeškega telesa znaša v povprečju stalno okoli 37 C. Naše telo je sposobno uravnavati tako proizvajanje kot oddajanje toplote [8]. Za normalno odvijanje fizioloških funkcij mora človek kot toplokrvno živo bitje vzdrževati stalno telesno temperaturo telesnega jedra (glava in trup) [2]. Normalna telesna temperatura 37 ºC niha glede na čas dneva, zjutraj je najnižja in zvečer najvišja. Razlike v normalni telesni temperaturi se pojavljajo tudi na in v človeškem telesu, odvisno od tega na katerem delu telesa jo merimo. Temperatura notranjih organov in telesnih votlin je na primer višja kot temperatura na ostalih delih telesa. Pri telesni aktivnosti temperatura v mišicah narašča in znaša do 39 C do 40 ºC. Temperatura na površini telesa in temperatura okončin pa niha glede na spremembo temperature zraka v okolici [8]. Človek na različne načine vzdržuje potrebno telesno temperaturo. S pomočjo termoregulacijskega sistema se brez zavestnega delovanja človeka, sproži delovanje notranjih organov, ki do določene mere nadomestijo nezaželeno izgubo toplote ali povečajo nezadostno oddajanje toplote v okolico. Človek zavestno vzdržuje telesno temperaturo z aktivnostjo mišic (mencanje rok, skakanje, tek) [10]. V hladnem okolju se žile skrčijo, temu sledi zmanjšanje krvnega pretoka ter s tem zmanjšanje srčne frekvence. V toplem okolju se nasprotno žile v koži razširijo, poveča se krvni obtok in s tem srčna frekvenca. Gre za fiziološko adaptacijo, pri kateri se spreminja toplotni gradient med telesom in okolico. V prvem primeru se površina telesa ohlaja, da bi se zmanjšalo fizikalno oddajanje toplote v okolico, v drugem pa ogreva, da bi se fizikalno oddajanje toplote v okolico ohranilo [10]. Prehod toplote iz notranjosti telesa v okolico poteka v dveh korakih. Kri odvzema organom odvečno proizvedeno toploto in jo preko krvnega obtoka vodi do površine kože, ki je po pravilu hladnejša kot kri. Izmenjava toplote med površino telesa in okolico poteka na tri načine. Če je temperatura kože višja od temperature zraka v okolici, prehaja toplota s površine telesa s procesom kondukcije in konvekcije. Količina oddane toplote je v tem primeru odvisna od temperature in hitrosti gibanja zraka v okolici. Drugi del toplote prehaja s površine telesa v 6

19 obliki toplotnega sevanja, ki je odvisno od temperature sevanja v okolici. Telesno temperaturo uravnavamo tudi z izločanjem znoja, pri čemer se poveča parni tlak na površini kože in s tem evaporativno oddajanje toplote. V mirovanju se te izgube ne zavedamo. To je t.i. nezaznavno potenje, pri katerem voda izhlapeva neposredno s površine telesa v obsegu 0,8 l/dan in 0,4 l/dan z dihanjem [10]. Če se zaradi povečane stopnje fizične aktivnosti ali višje temperature ali vlage zraka v okolici poveča potreba po oddajanju toplote, se proces nezaznavnega potenja ustavi, pojavi se zaznavno potenje. Toplotne razmere, v katerih mora termoregulacijski sistem človeka vzdrževati konstantno temperaturo, ne povzročajo samo neprijetnega subjektivnega občutka mraza ali vročine, zmanjšajo lahko tudi človekovo fizično in psihično zmogljivost in vodijo do termično pogojenih obolenj, pregretja organizma ali v nasprotnem primeru do pohladitve organizma, ki se v ekstremnih primerih končajo celo s smrtjo. Na uravnavanje telesne temperature lahko vplivamo z izbiro ustreznega oblačilnega sistema, ki ustreza danim klimatskim pogojem in fizični aktivnosti, tako da dosežemo toplotno ravnotežje. Oblačilo z dobrimi toplotno fiziološkimi lastnostmi mora pri različnih klimatskih pogojih in različnih fizičnih aktivnostih uporabnika omogočiti toplotno fiziološko ravnotežje ob minimalni obremenitvi telesa, to pomeni, da človek v oblačilu ne čuti niti mraza niti vročine, temveč toplotno fiziološko udobje [1] Toplotna ravnoteţna enačba človeškega telesa Izmenjavo toplote med človeškim organizmom in okolico opišemo z ravnotežno energijsko enačbo [9]: M ± R ± K o ± K H res E z = ± S (2.1) M [W = J/s] - toplota, ki nastaja s procesom metabolizma, R [W] - sprejemanje ali oddajanje toplote s sevanjem, K [W] - sprejemanje ali oddajanje toplote s kondukcijo, K o [W] - sprejemanje ali oddajanje toplote s konvekcijo, H res [W] - oddajanje toplote z dihanjem, E z [W] - oddajanje toplote z izhlapevanjem znoja, S [W] - kopičenje ali izgubljanje toplote v telesu. Če je telo v toplotnem ravnotežju, je kopičenje ali izgubljanje toplote v telesu enako nič, torej velja S = 0. 7

20 2.3.2 Proizvodnja toplote v telesu Proizvodnja toplote v človeškem organizmu je posledica izotermnih biokemičnih procesov - metabolizma. Sestavljena je iz osnovne količine toplote, ki se proizvede neod visno od človekove dejavnosti - bazalna toplota ter količine toplote, ki je odvisna od fizične aktivnosti človeka - delovna toplota in je pri težkem mišičnem delu nekaj krat višja kot v stanju mirovanja [9]. Odvisnost proizvedene količine toplote v odvisnosti od fizične aktivnosti je podana v preglednici 2.1. Preglednica 2.1 Odvisnost proizvedene količine toplote od stanja oziroma aktivnosti [9] Aktivnost Metabolični obseg toplote (W/m 2 ) (met)* Spanje 46 0,8 Sedenje 58 1,0 Stanje 70 1,2 Sedeče delo 70 1,2 Stoječe delo 93 1,6 (npr. lahka industrija) Stoječe delo 116 2,0 (npr.delo v trgovini) Aktivnost med stoječo in sedečo držo (npr. delo s stroji) 165 2,8 * 1 met = 1 metabolična enota = 58 W/m 2 Vzdrževanje telesne temperature je pogojeno s stanjem dinamičnega ravnotežja med proizvajanjem toplote in izgubo toplote v okolico [8]. V notranjosti telesa se sprošča metabolična energija, ki se skoraj v celoti pretvarja v toploto, le manjši del se porabi kot mehanska moč za opravljanje dela [9]: M = H + P ex (2.2) M [W] - energija, ki se sprošča s procesom metabolizma, H [W] - proizvedena toplota, P ex [W] - mehanska moč, potrebna za opravljanje dela. Ko je energija metabolizma enaka proizvodnji toplote velja enačba, P ex = 0. 8

21 V stanju mirovanja se več kot polovica vse toplote proizvede v notranjih organih in le nekaj več kot 20 % v mišicah in koži. Pri fizičnih aktivnostih (gibanje, delo, drgetanje) pa večino toplote do 90 % proizvedejo mišice. Tako proizvede standardni moški (telesna masa 70 kg, telesna višina 1,75 m, površina telesa 1,8 m 2 ) v stanju mirovanja 85 W toplote. Toliko znaša osnovna količina toplote neodvisno od fizične aktivnosti človeka (bazalna toplota). S fizično aktivnostjo človeka proizvodnja toplote raste [7] Oddajanje toplote v okolico Proces izmenjave toplote oblečenega človeka z okolico poteka s: procesom dihanja in pretokom toplote s površine kože skozi oblačilo. H = H res + H cl ± ΔS/t (2.3) H [W] - proizvedena toplota, H res [W] - količina toplote, ki jo telo odda z dihanjem, H cl [W] - količina toplote, ki jo telo odda s površine kože skozi oblačilni sistem, ΔS/t [W] - sprememba vsebnosti toplote v telesu. Telo je v stanju toplotnega ravnotežja, ko velja enačba ΔS/t = 0. Če velja neenačba ΔS/t 0, uravnavanje toplotne bilance v telesu s procesom izmenjave toplote z okolico iz določenih razlogov ni bilo možno, zato telo reagira s porastom toplote ali padcem telesne temperature. V takšnem stanju je lahko telo samo kratek čas. 10 % proizvedene toplote odda človek s procesom dihanja, ostalih 90 % pa mora oddati v okolico s površine kože skozi oblačilo, ker je približno tolikšen del površine našega telesa v stiku z oblačilom. Največji del površine našega telesa je torej izpostavljen mikroklimi, ki se ustvari med kožo in sloji oblačilnega sistema. To dokazuje, da je oblačilo pomemben faktor pri procesu termoregulacije [9]. 2.4 Prenos toplote skozi oblačilni sistem Oblačilni sistem predstavlja toplotno razmejitveno plast med telesom in okoljem [9]. To pomeni, da oblačilni sistem pospešuje ali zavira procese izmenjave toplote. Pretok toplote s 9

22 površine kože skozi oblačilni sistem je sestavljen iz suhega pretoka toplote in vlažnega pretoka toplote [3]: H cl = H c + H e (2.4) H cl [W] - toplotni tok, ki prehaja skozi oblačilni sistem, H c [W] H e [W] - suhi toplotni tok, - vlažni toplotni tok Suhi pretok toplote Suhi pretok toplote H c sestavljajo procesi, kot so: kondukcija ali prevajanje toplote, konvekcija in sevanje ali radiacija. Za suhi pretok toplote velja naslednja Newton-ova enačba [9]: H c = (T k Tz ) R c A (2.5) H c [W] T k [ºC] T z [ºC] A [m 2 ] R c [m 2 ºC/W] - suhi pretok toplote, - srednja temperatura kože, - temperatura zraka v okolici, - površina, skozi katero prehaja toplota, - toplotni upor oblačilnega sistema. Suhi pretok toplote s površine kože v okolico povzroči razlika med srednjo temperaturo kože T k in temperaturo zraka T z. Suhi pretok toplote je odvisen še od velikosti površine oblačilnega sistema in toplotnega upora oblačilnega sistema, ki ga oseba ima na sebi Prenos toplote s kondukcijo Prenos toplote s kondukcijo je transport toplotne energije med sosednjimi molekulami na osnovi temperaturnih gradientov, kjer se toplota prenaša od delčka do delčka, pri čemer so ti v stanju mirovanja oziroma se širi od toplejšega mesta k hladnejšem [12]. Oblačila se lahko pri nošenju tesno prilegajo površini telesa ali pa se premikajo z ostalimi ovirami (na primer: pri 10

23 sedenju, ležanju). Prenos toplote s površine telesa neposredno na premikajoče se ostale površine poteka preko prevajanja oziroma kondukcije [13]. Količina toplote, ki se s procesom kondukcije vodi s površine telesa v okolico skozi sloje oblačila, je odvisna od toplotne prevodnosti vlaken, iz katerih je oblačilni sloj sestavljen, ter prevodnosti zraka, ki je ujet v porah preje, v porah med prejo ter zraka na površini oblačila [12]. Prevajanje toplote v oblačilih je odvisno od oblačilnega sloja, skozi katerega prehaja toplota, njego ve debeline ter temperaturnega gradienta oziroma razlike na obeh mejnih ploskvah. Tako je toplotni tok, ki se prenese s površine kože skozi oblačilo, podan s Fourier-ovim izrazom za prevod toplote [4]: K o = d A ( T k T ) z (2.6) K o [W] - toplota, ki se prenaša s kondukcijo, λ [W/m ºC] - koeficient toplotne prevodnosti, d [m] - debelina tekstilnega sloja, A [m 2 ] - površina, skozi katero prehaja toplota, T k [ºC] - srednja temperatura kože, T z [ºC] - temperatura zraka v okolici. Pri uravnavanju izgube toplote skozi oblačilo ima zrak pomembnejšo vlogo od vlaken, saj je znano, da ima mirujoč zrak višjo toplotno prevodnost kot katerokoli tekstilno vlakno. Zato je proces izmenjave toplote med telesom in okolico v veliki meri odvisen od zraka, ki je ujet v tekstilnih porah, med sloji oblačila in na površini oblačilnega sistema. Vrednosti toplotne prevodnosti pogosteje uporabljenih tekstilnih vlaken in zraka so podane v preglednici 2.2. Preglednica 2.2 Toplotna prevodnost nekaterih naravnih tekstilnih vlaken (svitek vlaken s specifično težo 0,5 g c/m 3 ), tekstilnih polimerov in zraka [14] Vrsta tekstilnih vlaken Toplotna prevodnost [W/m K] volna 0,054 svila 0,050 bombaž 0,071 poliamid 0,250 poliester 0,140 polietilen 0,340 polipropilen 0,120 celulozni acetat 0,230 zrak 0,025 11

24 Prenos toplote s konvekcijo Pri procesu konvekcije se toplota prenaša z gibanjem plina ali tekočine. Ločimo naravno in prisilno konvekcijo.v okviru oblačilnega sistema prihaja do konvekcije ob zunanji površini oblačilnega sistema, ki je v stiku z okoliškim zrakom. Zračni tok na zunanji strani je, ne glede na to, ali gre za naravno ali prisilno konvekcijo, v trenutku kontakta s površino praktično negiben, kot da se drži površine. Zaradi tega tankega sloja negibnega ali slabo gibljivega zraka je obseg izgube toplote zaradi kondukcije in konvekcije manjši. Izmenjava je odvisna od temperaturne razlike in hitrosti gibanja zraka [15]: K = k k v 0,6 (T z T k ) (2.7) K [W] k k [W/ºC (m/ s) 0,6 ] v [ms] T z [ºC] T k [ºC] - toplota, ki se prenaša s procesom konvekcije, - sorazmernostni faktor konvekcije, - hitrost gibanja zraka, - temperatura zraka, - srednja temperatura kože na površini oblačilnega sloja Sevanje ali radiacija Je odvod toplote z elektromagnetnimi tokovi. Pri procesu sevanja oziroma radiacije se toplota ne glede na medij prenaša z elektromagnetnimi tokovi, daljšimi od 760 nm. Naše telo oddaja nevidno sevanje, ki ga sprejema okolica oziroma bližnji predmeti. Ker v naši okolici običajno ni predmetov, ki bi bili toplejši kot naše telo, s procesom sevanja toploto izgubljamo, pri čemer je količina oddane toplote odvisna od toplotnega gradienta [16]: R = k R (T R T K ) (2.8) R [W] k R [W/ºC] T R [ºC] T k [ºC] - toplota, ki se prenaša s sevanjem, - sorazmernostni faktor sevanja, - srednja temperatura sevanja, - srednja temperatura kože. Shematski prikaz prenosa suhega toplotnega toka skozi sloj ploske tekstilije je podan na sliki 2.2 [22]. 12

25 Slika 2.2 Prenos suhega toplotnega toka skozi sloj ploske tekstilije [22] Vlaţni prehod toplote Pri večji fizični aktivnosti ali v vroči klimi se z dihanjem in suhim pretokom ne odda zadostna količina toplote. Delovati pričnejo žleze znojnice, ki na površini kože izločajo vodo. Izločena voda izpareva, za izparevanje potrebno toploto pa odvzema koži. Tako pride do izparilnega toplotnega toka H e s površine kože v okolico. Ohlajanje z izparevanjem je zelo učinkovito. Oblačilni sistem in klima v okolici lahko zavirata ali pospešujeta pretok vodne pare. Zaradi razlike parnega tlaka vodne pare na površini kože P k in tlaka vodne pare v okoliškem zraku P z vodna para potuje od kože skozi oblačilni sistem v okoliški zrak. Vlažni pretok toplote je odvisen tudi od velikosti površine oblačilnega sistema in upora oblačilnega sistema proti prehodu vodne pare [1]: 13

26 H e = (P P ) k R e z A (2.9) H e [W] P k [mbar] P z [mbar] - vlažni toplotni tok, - parcialni tlak vodne pare na površini kože, - parcialni tlak vodne pare v zraku, A [m 2 ] - površina, skozi katero prehaja vlažni toplotni tok, R e [mbar m 2 /W] - upor oblačilnega sistema proti prehodu vodne pare. Prehod vodne pare skozi tekstilne sloje v okolico lahko poteka v obliki [9]: difuzije vodne pare skozi zračne pore tekstilije (difuzija se veča z odprto konstrukcijo tekstilije in s krajšo difuzijsko potjo skozi tekstilijo), absorpcije vodne pare v notranjost vlaken, transporta vode skozi vlakno in desorpcije na zunanji površini tekstilije (odvisno od sposobnosti navzemanja vodne pare iz vlažnega zraka); ta mehanizem je tem bolj učinkovit, čim več vodne pare so tekstilna vlakna sposobna navzeti iz vlažnega zraka, adsorpcije vodne pare na površini vlaken, migracije vodne pare vzdolž vlaken na zunanjo površino in desorpcije na zunanji površini tekstilije, kapilarnega transporta vode ali kondenzirane oblike vodne pare skozi kapilare vlaken in niti. V preglednici 2.3 je prikazano navzemanje vodne pare tekstilnih vlaken pri različnih relatvnih vlažnostih zraka [9]. Preglednica 2.3 Navzemanje vodne pare tekstilnih vlaken v procentih suhe mase pri različnih relativnih vlažnostih zraka [9] Vrsta tekstilnih vlaken Navzemanje vode v % pri različnih RV zraka RV = 30 % RV = 65 % RV = 100 % Poliamid 2,0 4,2 7,5 Poliester 0,4 0,9 1,8 Bombaž 5,0 8,5 28,0 Volna 10,5 17,0 35,0 Svila 6,0 11,0 24,0 Viskoza 6,0 13,0 40,0 14

27 2.5 Toplotne lastnosti oblačil Udobnost pri nošenju določenega oblačila je odvisna od njegovih sposobnosti za prenos toplote in vlage s površine človeškega telesa v okolico. Merski veličini, ki sta odraz teh sposobnosti, sta toplotni upor oblačila R c in upor oblačila proti prehodu vlage R e. Ta dva parametra sta v procesu izmenjave toplote tudi edini veličini, na kateri lahko č lovek z izbiro pravilnega oblačila v veliki meri vpliva. V hladnem okolju je najpomembnejša lastnost oblačil ustrezni toplotni upor, ki nudi zaščito telesu pred prekomerno izgubo toplote. V toplem okolju oziroma pri pogojih, ko se znojenju ne moremo izogniti, postane pomemben dejavnik upor proti prehodu vodne pare R et, ki določa sposobnost oblačila, da izpareli znoj prenese s površine kože v okolico [16]. Obe veličini, s katerima lahko opišemo toplotno fiziološki vpliv oblačila na človeka, sta sestavljeni iz več komponent: iz toplotnega upora R ct in upora proti prehodu vodne pare R et posameznih slojev tekstilij, ki sestavljajo oblačilni sistem, iz toplotnega upora R c,m in upora proti prehodu vodne pare R e,m posameznih slojev zraka, ki so med sloji oblačil ter med oblačilom in telesom, iz toplotnega upora R a in upora proti prehodu vodne pare R e,a sloja zraka, ki je na površini zunanjega sloja oblačila. Komponenti oblačila R ct in R et sta vrednosti, ki sta neodvisni od kroja in načina nošenja oblačila ter klimatskih pogojev v okolici. Surovinski sestav vlaken, lastnosti preje, način vezave in postopki končne obdelave surove tekstilije določajo toplotni upor in upor proti prehodu vodne pare posameznega sloja oblačila. Toplotni upor in upor proti prehodu vodne pare vseh slojev zraka, ki so ujeti v celotnem sistemu oblačil, ki jih ima človek na sebi R c,m in R e,m, sta variabilni veličini. Odvisni sta od konstrukcijskih parametrov kroja, kot tudi od števila oblačilnih slojev in načina nošenja oblačila ter klimatskih pogojev v okolici. Na toplotni upor R a in upor proti prehodu vodne pare R e,a zračnega sloja, ki je na površini zunanjega sloja oblačila najbolj vpliva hitrost gibanja človeka ter hitrost gibanja zraka v okolici [17]. 15

28 2.5.1 Toplotni upor Suhemu toplotnemu toku, ki prehaja s površine v okolico, nudi tekstilija oziroma oblačilo, kot razmejitveni sloj, upor. Govorimo o uporu tekstilije ali oblačila proti suhemu prehodu toplote ali suhemu toplotnemu toku med dvema površinama z različno temperaturo. Tako lahko toplotni upor definiramo kot kvocient temperaturne razlike med dvema površinama s suhim toplotnim tokom na enoto površine telesa. Skupni toplotni upor oblačila R ct, ki je definiran kot toplotni upor oblačila s sloji zraka med oblačilom in kožo ter med slojem zraka na površini zunanjega sloja oblačila, je podan z naslednjim izrazom [19]: R ( T T ) ct k z A c (2.10) R ct [m 2 C/ W] - (skupni) toplotni upor oblačila oziroma oblačilnega sistema, c [W] - suhi toplotni tok, T k [ C] - srednja temperatura kože, T z [ C] - temperatura zraka v okolico, A [m 2 ] - površina oblačila skozi katero prehaja toplota. Toplotni upor oblačila ali notranji toplotni upor R cl je definiran kot toplotni upor oblačila s sloji zraka med oblačilom in kožo in se izračuna po izrazu [19]: R ( T T ) cl k cl A c (2.11) R cl [m 2 C/W] - notranji toplotni upor oblačila oziroma oblačilnega sistema, T k [ C] - srednja temperatura kože, A [m 2 ] - površina oblačila skozi katero prehaja toplota, T cl [ C] - srednja temperatura na zunanji površini oblačila, c [W] - suhi toplotni tok. 16

29 Toplotni upor zraka R a, ki je na površini zunanjega sloja oblačila (pri ne oblečenem človeku pa na površini kože), je podan z naslednjim izrazom [19]: R a ( T cl c T z ) A (2.12) R a [m 2 C/ W] - toplotni upor, T cl [ C] - srednja temperatura na zunanji površini oblačila, T z [ C] - temperatura zraka v okolico, c [W] - suhi toplotni tok. Zaradi razlike med površino oblačila in površino kože, skupnega toplotnega upora oblačila oziroma oblačilnega sistema ne moremo izračunati s seštevanjem notranjega toplotnega upora in toplotnega upora zraka, ki je na površini oblačila, ampak ga lahko ob upoštevanju faktorja pokritosti kože z oblačilom, podamo z naslednjim izrazom [19]: R ct R cl R f a cl (2.13) R cl [m 2 C/W] - notranji toplotni upor oblačila oziroma oblačilnega sistema, R ct [m 2 C/W] - (skupni) toplotni upor oblačila oziroma oblačilnega sistema, R cl [m 2 C/W] - notranji toplotni upor oblačila oziroma oblačilnega sistem. kjer je faktor pokritosti kože z oblačilom f cl definiran kot razmerje med površino oblečenega telesa (A cl ) in površino telesa po Du Bois in Du Bois (A D u) [19]: f cl A A cl DU (2.14) A cl [m 2 ] - površina oblečenega telesa, A D u [m 2 ] - površina telesa po Du Bois in Du Bois. Toplotni upor oblačila R ct se lahko izrazi tudi s starejšo enoto clo (Clothing Unit) po sledeči zvezi [20]: 1 clo = 0,155 m 2 K/W (2.15) Enačba nam pove, da oblačilo s toplotnim uporom 1 clo prevaja 0,155 W toplote na 1 17

30 m 2 površine pri temperaturni razliki 1 K med notranjo in zunanjo površino oblačila Upor oblačila proti prehodu vlage Vlažni upor tekstilnih materialov je sestavljen iz: Uporov proti prehodu vodne pare R et posameznih oblačilnih slojev, ki sestavljajo celoten oblačilni sistem, ki jih ima človek na sebi (od spodnjega perila, obleke, do plašča). Uporov proti prehodu vodne pare R el ' posameznih slojev zraka, ki so ujete med sloji oblačilnega sistema. Upora proti prehodu vodne pare R el " slojev zraka, ki je ujet na površini zunanjega sloja oblačilnega sistema. Slika 2.3 Toplotni upori in upori proti prehodu vodne pare tekstilnih in zračnih slojev. Tekstilni parametri, ki vplivajo na upor ploske tekstilije proti prehodu vlage so [7]: debelina tekstilnega sloja, gostota ploske tekstilije, poroznost ploske tekstilije, konstrukcija ploske tekstilije in poobdelava ploske tekstilije. 18

31 V zvezi s prehodom vlage skozi plosko tekstilijo obstajajo nasprotujoče se zahteve [8]: 1) Ploske tekstilije naj bodo izdelane iz absorbirajočih vlaken (volnenih, bombažnih, regeneriranih vlaken), s čimer obdržimo suho mikroklimo. V primeru, ko vlakno ni več sposobno absorbirati vlage, občutimo tekstilijo kot vlažno in neudobno. Zmanjša se toplotna izolacija, zaradi počasne desorpcije vlage, to znižanje občutimo kot hlad. 2) Vlakno naj ima manjšo absorpcijsko moč, toda dobre transportne lastnosti vlage, da se ta čim hitreje odvede v okolico. Dobre lastnosti transporta vlage pa posredujejo predvsem sintetična vlakna: poliesterna, poliamidna, polipropilenska in poliakrilna vlakna. Vpliv konstrukcijskih parametrov ploske tekstilije na transport vlage je prikazan na sliki 2.4. Konstrukcijski parametri ter ploske tekstilije Surovinska sestava vlaken Obdelava površine vlaken Konstrukcijski parametri preje Konstrukcijski parametri tekstilije Konstrukcija kroja oblačila Difuzija * * vodne pare Adsorpcija * * * * in migracija vodne pare Absorpcija * * * in desorpcija vodne pare Kapilarni transport vode * * * * Toplotna * * prevodnost in ventilacija * močan vpliv, * šibkejši vpliv Slika 2.4 Vpliv konstrukcijskih parametrov na transport vlage oziroma upor proti prehodu vodne pare [7] 19

32 Indeks prehoda vlage Debela obleka, ki nudi dobro toplotno izolacijo, ima večji toplotni upor proti prehodu vodne pare kot lahka obleka. Za ocenjevanje lastnosti tekstilije, oblačila ali celotnega oblačilnega sistema uporabljamo t.i. indeks prehoda vlage i m, ki upošteva vlažni upor v odvisnosti od toplotne izolacije [9]: i m = 0,6 R R c e (2.16) i m - indeks prehoda vlage, R c [m 2 ºC/W] - toplotna izolacija, R e [m 2 mbar/w] - upor proti prehodu vodne pare. Faktor 0,6 je izbran tako, da je največja možna vrednost indeksa prehoda vlage i m enak 1. Z vidika fiziologije oblačil velja, da je oblačilo udobnejše, če ima večji indeks prepustnosti vodne pare [9]. Pregled vrednosti indeksa prehoda vlage za tekstilije in oblačila je podan v preglednici 2.4. Preglednica 2.4 Indeks prehoda vlage i m za tekstilije in oblačilne sisteme Vrsta ploske tekstilije Ploske tekstilije: Ploske tekstilije za moška in ženska vrhnja oblačila Ploske tekstilije za srajce Spodnje perilo (pletenina) Ploske tekstilije za trenirke Netkane tekstilije Toplotno izolacijski materiali (npr. krzno) Prešite odeje, tekstilije za spalne vreče Kompletni oblačilni sistemi vključno s spodnjim perilom, srajco, nogavicami in čevlji: i m 0,15 0,35 0,20 0,40 0,25 0,50 0,25 0,40 0,35 0,55 0,45 0,70 Lahka moška obleka 0,60 0,67 Težka moška obleka z debelim spodnjim perilom 0,50 0,57 Moška obleka z zimskim plaščem 0,48 0,54 Obleka za zaščito pred mrazom 0,45 0,55 20

33 2.6 Koncept udobja oblačil Oblačilo je udobno, ko človek ob njegovem nošenju občuti psihofizično ugodje, kot posledico, uspešnega prenosa toplote in vlage preko oblačila od telesa v okolje. Občutek udobja, ki ga zaznavamo pri nošenju oblačil, je končna ugotovitev posameznika na pod lagi njegovih osebnih občutkov. Vsak od nas ima drugačno mnenje o tem, kaj je udobno. G. J. Pontrelli [1] je proučeval različne stimulanse, ki vplivajo na našo odločitev o udobju oz. neudobju nošenja oblačil. Stimulanse, ki privedejo človeka od odločitve o udobju oziroma neudobju nošenja oblačil, je avtor razdelil v tri kategorije: 1) Fizikalne spremenljivke: okolje, stopnja aktivnosti in lastnost oblačil; a) okolje, b) stopnja fizične aktivnosti, c) lastnosti tekstilij/oblačil: vrsta vlaken in konstrukcija tekstilij, sposobnost za prenos toplote in vlage, zračna prepustnost, prileganje, elastičnost, otip. 2) Psihofiziološke spremenljivke: a) okolje bivanja b) končna uporaba, c) posebne priložnosti, ob katerih nosimo določeno oblačilo, d) modne zapovedi, e) otip, vizualni estetski vtis, f) prileganje, kroj oblačila. Zadnja kategorija spremenljivk je filter ali t.i. spominski modifikator, ki temelji na: a) naših preteklih izkušnjah, b) predsodkih, c) pričakovani predstavi o udobju nošenja ter d) življenjskem stilu. 21

34 Udobje za potrebe tekstilne oziroma oblačilne industrije proučujemo z dveh vidikov: termofiziološkega in senzoričnega (čutilnega) vidika. Toplotne razmere, v katerih mora termoregulacijski sistem človeka vzdrževati konstantno telesno temperaturo, lahko povečajo neprijetne subjektivne občutke mraza ali vročine, lahko zmanjšajo človekovo fizično in psihično zmogljivost in lahko vodijo do toplotno pogojenih obolenj, ki se v ekstremnih primerih končajo tudi s smrtjo. Človeška koža vsebuje specifične»tople«in»mrzle«točke, s pomočjo katerih zaznamo toploto ali hlad. To so t.i. termoreceptorji za toploto (za temperature nad 36 ºC) intermoreceptorji za hlad (za temperature pod 36 ºC). Tako ima na primer 1 cm 2 površine roke 1 do 5 termoreceptorjev za hlad in samo 0,4 termoreceptorjev za toploto. Največja gostota termoreceptorjev za hlad je v temperaturo najbolj občutljivem delu kože, tj. na obrazu (16 do 19 na cm 2 ). Z njimi zavestno občutimo temperaturo, prav tako pa sodelujejo pri termoregulaciji človeškega telesa. V ta namen so povezani s temperaturnimi senzorji v centralnem živčnem sistemu, katerih živčnih aktivnosti se ne zavedamo [3]. Oblačilni sistem, ki ga sestavljajo spodnje perilo, nogavice, čevlji, srajca, moška obleka in plašč, lahko pozitivno ali negativno vpliva na izmenjavo toplote med telesom in okolico. Njegov vpliv na človeka pri različnih klimatskih pogojih in fizični aktivnosti človeka pa lahko eksperimentalno določimo z merjenjem fiziološki veličin človeka; kot so: rektalna temperatura, kožna temperatura, srčna frekvenca, proizvodnja znoja in potrošnja kisika Uporabljeni materiali Oblačila namenjena poslovnežem spadajo v skupino vsakdanjih oblačil, za katere je pomembno, da zadovoljujejo osnovne potrebe glede vsakdanjih aktivnosti, stanja okolja, torej klimatskih razmer, navad. V skupino vsakdanjih oblačil uvrščamo moška, ženska in otroška oblačila [33]. V nadaljevanju bodo obravnavana samo moška poslovna oblačila oziroma oblačilni sistem, ki ga sestavljajo: srajca, obleka (hlače in suknjič), plašč, spodnje perilo, nogavice in čevlji. 22

35 Spodnje perilo mora biti elastično in mehko, da se prilega telesu. Ne sme ovirati krvnega obtoka in ne dražiti površine kože, ter ovirati gibov, ki so običajni v vsakdanjem življenju. Kroj in oblika morata biti prilagojeni funkcionalnosti [33]. Omogočiti mora ugodno počutje ter zagotoviti toplotno fiziološko, kožno senzorično ter mehansko in ergonomsko udobje. Spodnje perilo mora dobro vpijati vlago, da ne pride do neprijetnega občutka potenja ter curljanja kapljic znoja po koži. Tekstilija v neposredni bližini kože mora torej vsebovati dovolj hidrofilnih vlaken, npr. bombaž, lan, svilo ali druga kemična vlakna, ki dobro navzemajo vlago, s čimer obdržimo suho» mikroklimo«pri koži [2]. Srajca ima vlogo bariere oziroma pregrade, na kateri je velik padec tlaka vodne pare, pod pogojem, da je v okolju tlak vodne pare nižji od nasičenega, če je preračunan na temperaturo na površini srajce. S tem se prepreči morebitna kondenzacija izhlapelega znoja v vrhnjih slojih oblačila [33]. Poleg tega spodnje perilo zadržuje izločene soli in maščobe, da ne prodrejo v vrhnje sloje oblačila. Srajca ima tudi delno funkcijo filtra, ki zmanjšuje prehod nečistoč iz okolja k površini kože. Izbor tekstilije za srajco je odvisen od klimatskih razmer, tako da se za srajce za zimsko obdobje uporabljajo gostejše in debelejše tkanine, npr. bombaž in mešanice bombaža s kemičnimi vlakni, v poletnih mesecih pa se za izdelavo srajc uporabljajo lažje in zračne tkanine ali pletenine, npr. bombaž, lan in mešanice s kemičnimi vlakni [33]. Obleka se praktično nosi skozi vse leto in je sestavljena iz hlač ter suknjiča. Njena osnovna funkcija je toplotna zaščita telesa, poleg tega pa ima tudi estetsko funkcijo, ki je pogosto posledica trenutne mode, ki pa le redkokdaj upošteva funkcionalnost obleke glede na dejanske okoliščine uporabe. Lahko rečemo, da je estetska funkcija največkrat funkcija mode, ki estetska merila spreminja iz sezone v sezono. Te spremembe posledično vplivajo na kroj in obliko obleke, design, prevladujoči barvni odtenek, konstrukcijo tekstilije, površinski videz tekstilije itd. v poletnih mesecih se za izdelavo oblek uporabljajo lažje in zračne tkanine kot sta npr. bombaž in lan, medtem ko se v zimskih mesecih uporabljajo gostejše tkanine iz volne in mešanic, kakor tudi lasasti bombažni žameti [33]. Plašč ima različne funkcije. Za vrhnja oblačila je poleg estetske funkcije pomembna še namembnost, ki je lahko toplotno-izolacijska, vodo odbojna ali za vodo neprepustna, zaščitna proti vetru. Če je vrhnje oblačilo namenjeno za toplotno zaščito, mora biti izdelano iz debelejše tkanine ali iz kombinacije goste srednje težke tkanine in polnila. Polnilo je lahko krzno (ponavadi umetno, redko pa naravno) ali vlaknovina. 23

36 Polnilo ima vlogo toplotnoizolacijskega sloja. Plašč ima lahko tudi vlogo zaščite proti vetru in vodo odbojnega sloja [33]. 2.7 Fazno spremenljivi materiali - PCMs Fazno spremenljivi materiali (Phase change materials, PCMs) so materiali, ki s spreminjanjem svojega agregatnega stanja in posledično temu s shranjevanjem ter oddajanjem za fazni prehod potrebne latentne toplote, omogočajo vzdrževanje stalne telesne temperature. Razvoj mikrokapsuliranih fazno spremenjivih materialov sega v 60. leta prejšnjega stoletja, ko so za potrebe NASA (National Aeronautics and Space Administration) v laboratorijih iskali rešitve za zaščito vesoljskih inštrumentov in astronavtov v območju velikih temperaturnih nihanj v vesolju. Kasneje se je njihova uporaba prenesla tudi na oblačila astronavtov, oblačila za šport in celo v vsakdanja oblačila ter na področje pohištvenih ploskih tekstilij itd. [18]. Za shranjevanje in sproščanje toplote se uporabljajo fazno spremenljivi materiali, ki znotraj določenega temperaturnega območja spremenijo svoje agregatno stanje iz trdega v tekoče in obratno. Prehod iz trdega v tekoče stanje (proces taljenja) povzroči toplota iz okolja, presežek toplote fazno spremenljivi materiali absorbirajo (skladiščijo) in jo pri ohlajanju zunanjega okolja s prehodom tekoče faze v trdo spet sprostijo (proces strjevanja ali kristalizacije) [19]. Mehanizem prehoda iz enega v drugo agregatno stanje fazno spremenljivih materialov je shematsko prikazan na sliki 2.5. Slika 2.5 Shematski prikaz mehanizma delovanja fazno spremenljivih materialov [19] 24

37 Po eni izmed definicij so to materiali, ki absorbirajo, shranjujejo in sproščajo velike količine energije, v obliki latentne toplote, medtem ko so znotraj določenega temperaturnega območja oziroma področja fazne spremembe izpostavljeni faznemu prehodu (iz trdega v tekoče ali iz tekočega v trdo agregatno stanje). Ko materiali prehajajo iz enega v drugo agregatno stanje, imenujemo ta proces sprememba faze (angl. Phase change), po čemer so ti materiali tudi dobili ime [18]. Poznamo tri osnovne mehanizme prehoda iz ene faze v drugo, in sicer prehod iz trde v tekočo, iz tekoče v plinasto fazo ter iz trde v plinasto. Med procesom prehoda iz ene faze v drugo se toplota ali absorbira ali sprošča. To absorbirano ali sproščeno toploto imenujemo latentna toplota [18]. Do fazne spremembe iz trdega v tekoče stanje pride, ko je v procesu segrevanja (npr. prehod iz hladnega v toplo okolje) ali t.i. procesu taljenja (temperatura je nižja od točke strjevanja) dosežena točka taljenja. Med procesom taljenja fazno spremenljivi materiali absorbirajo in shranjujejo določeno količino latentne toplote, ki jo v procesu ohlajanja (npr. prehod iz toplega v hladno okolje) ali t.i. procesu strjevanja (temperatura je višja od točke strjevanja) sproščajo v okolje v določenem temperaturnem območju, kjer pride do spremembe faze iz tekočega v trdo, ko je dosežena točka strjevanja. V obeh primerih prehoda iz ene v drugo fazo, temperatura materiala ostaja skoraj konstantna [22]. Temperatura taljenja teh materialov se giblje v območju od 20 do 40 ºC ali celo več, medtem ko se temperatura strjevanja giblje med 30 in 10 ºC [18]. Na sliki 2.6 je prikazano toplotno regulacijsko delovanje fazno spremenljivih materialov. Slika 2.6 Shematski prikaz toplotno regulacijskega delovanja PCMs [25] 25

38 2.7.1 Fazno spremenljivi materiali v tekstilijah V 80. letih prejšnjega stoletja so bile izvedene številne raziskave na področju vključevanja fazno spremenljivih materialov v tekstilije, med njimi lahko omenimo ameriško družbo Triangle Research and Developmend Corporation (TRDC), ki je od leta 1983 naprej raziskovala področje vgrajevanja ogljikovodikov (parafinov) v/na vlakna. TRDC je v 90. letih prejšnjega stoletja družbi Outlast Technologies, Inc. Iz Colorada dovolila pravico do licence PCM tehnologije, ki je v sredini 90-ih let razvila procese vključevanja mikro PCMs v tekstilije. Predstavili so številna uporabna področja tekstilnih izdelkov z vgrajenimi mikro PCMs od športnih in zaščitnih oblačil do tehničnih tekstilij in tekstilij za dom [22]. Za vgradnjo v tekstilije se najpogosteje uporabljajo parafini (heksadekan, heptadekan, oktadekan, nonadekan in eikozan), ki imajo v primerjavi z ostalimi materiali zelo velike kapacitete shranjevanja toplote in katerih fazna sprememba se odvija v temperaturnem območju, ki je blizu temperaturi človeške kože. Poleg tega se lahko mešajo z ostalimi snovmi tako, da se lahko uravnava željeno temperaturno področje fazne spremembe [22]. V preglednici 2.5 so zbrane karakteristike fazno spremenljivih parafinskih voskov, primernih za uporabo v tekstilijah, iz katere je vidno, da se z večanjem števila ogljikovih atomov oziroma z večanjem verige, vrednosti temperature taljenja in strjevanja povečujejo [22]. Tabela 2.5. Karakteristike fazno spremenljivih parafinskih voskov [22] Fazno Število Temperatura Temperatura Latentna spremenljivi ogljikovih taljenja strjevanja toplota parafini atomov [ºC] [ºC] [J/ g] n-heksadekan 16 18,2 16,2 237,05 n-heptadekan 17 22,5 21,5 213,81 n-oktadekan 18 28,2 25,4 244,02 n-nonadekan 19 32,1 29,0 222,0 n-eikozan 20 36,1 30,6 246,34 n-heneikozan 21 40,5 / 199,86 Fazno spremenljive materiale je potrebno pred vgradnjo v/na tekstilije zapreti v drobne kroglice imenovane mikrokapsule. Mikrokapsule so velike le nekaj mikrometrov, odporne so na toploto, tlak, večino kemikalij, vodo in druge vplive, katerim je tekstilija ali oblačilo izpostavljeno med uporabo ali vzdrževanjem. 26

39 Postopek obdajanja jedrnega materiala z ovojnico se imenuje mikrokapsuliranje in poteka na več različnih načinov z mehanskimi (razpršilno sušenje, centrifugiranje, koekstruzija) in kemijskimi postopki (koacervacija, medpovršinska polimerizacija/polikondenzacija, in-situ polimerizacija/polikondenzacija) [23]. Mikrokapsule so majhni mikronski delci, sestavljeni iz jedra in ovojnice, slika 2.19, tako da so mikrokapsule obstojne na mehanske vplive, kot so drgnjenje, tlak in strig, na toploto in večino kemičnih sredstev [23, 24]. Jedro, ki predstavlja 70 do 90 % velikosti celotne mikrokapsule, je lahko sestavljeno iz ene ali več aktivnih substanc, tekoče, trdne ali plinaste snovi, zaščitna ovojnica pa je sestavljena iz naravnih ali polsintetičnih materialov in je lahko prepustna ali neprepustna. Za jedrne PCMs se uporabljajo mikrokapsule z ovojnico, ki je nepropustna, hkrati pa tudi obstojna na mehanske poškodbe, višje temperature in biorazgradnjo [23]. Odvisno od področja uporabe se mikrokapsule razlikujejo v premeru kapsule, debelini in kemični sestavi ovojnice, toplotni prevodnosti, trdnosti, prilagodljivosti in ceni ovojnice ter v tehnološkem postopku priprave [23]. Debelina ovojnice kapsule je lahko manj kot 1 μm, velikost oziroma premer pa lahko variira od 1μm do več kot 1000 μm, odvisno od metode mikrokapsuliranja [23]. Kapsule, ki so večje od 1000 μm, se imenujejo makrokapsule, manjše od 1 μm pa nanokapsule [23]. Zelo majhne mikrokapsule s premerom od 1 do 10 μm se uporabljajo za vgradnjo v tekstilna vlakna med procesom predenja, medtem ko se večje mikro PC kapsule s premerom od 10 do 100 μm uporabljajo za vgradnjo v poliuretanske pene ali kot nanosi, premazi in impregnacije ploskih tekstilij [22] Outlast fazno spremenljivi materiali Danes že več kot 200 podjetij uporablja Outlast materiale na področju izdelave oblačil, obuval in nogavic, športnih oblačil, posteljnih izdelkov, čelad, medicinskih in drugih izdelkov. Uporablja se povsod tam, kjer se pojavlja potreba po temperaturni regulaciji, saj se Outlast materiali odzivajo na spremembe temperature in tako s svojim absorbiranjem ali sproščanjem odvečne toplote zagotavljajo toplotno udobje oziroma uravnavajo ko nstantno temperaturo telesa [26, 27]. Tehnologija Outlast materialov temelji na milijonih faznospremenljivih parafinskih mikrokapsulah, imenovanih Outlast Thermolecules. Le-te so velikosti od 10 do 20 μm s kapaciteto shranjevanja od 150 do 200 J/g toplote in področjem taljenja od 18 do 35 ºC. Vgrajene so v vlakna (poliakril, poliester in poliamid, viskoza) ali pa 27

40 so nanesene na različne tekstilije [26, 28]. Na sliki 2.7 je shematsko prikazano delovanje Outlast materiala, kjer so fazno spremenljive mikrokapsule vgrajene v vlakno [25]. Slika 2.7 Osnovni princip delovanja Outlasta Toplotno regulacijsko delovanje fazno spremenljivih materialov v oblačilih Osnovna funkcija oblačila je, da podpira proces termoregulacije človeškega organizma v različnih klimatskih razmerah in pri različnih telesnih obremenitvah. Z uporabo fazno spremenljivih materialov v oblačilih lahko poskrbimo za aktivno toplotno izolacijsko delovanje celotnega oblačilnega sistema. Toplotno izolacijsko delovanje fazno spremenljivih materialov je sposobno upravljati s tokom toplote skozi sloje oblačila in ga neposredno prilagajati toplotnim okoliščinam, npr. telesni aktivnosti in obstoječi temperaturi okolice [28]. Z vgradnjo PCMs mikrokapsul v ploske tekstilije lahko dosežemo naslednje toplotne učinke [28]: učinek ohlajevanja, ko PCMs mikrokapsule absorbirajo odvečno toploto, učinek ogrevanja, ko PCMs mikrokapsule sproščajo toploto in aktivno toplotno regulacijski učinek, ki je dosežen z nenehnim absorbiranjem in sproščanjem toplote, kar omogoča konstantno vzdrževanje temperature teles Delovanje Outlast materiala je prikazano na sliki

41 Slika 2.8 Shematski prikaz delovanja fazno spremenljivih materialov Če telo proizvaja več toplote, kot je sloji oblačila lahko odvajajo v okolico, to odvečno toploto mikrokapsule PCMs sprejmejo oziroma absorbirajo in jo hranijo oziroma skladiščijo kar daje človeku občutek hladu. Nasprotno pa pri majhni aktivnost oziroma v mirovanju, kjer temperatura telesa zaradi temperaturne razlike pada, se odvajanje toplote zmanjšuje. Mikrokapsule PCMs sprostijo uskladiščeno toploto kar nam daje toplejši občutek [29]. Zaradi številnih sprememb aktivnosti, ki se neprestano dogajajo in spreminjajo med nošenjem oblačila, mikrokapsule PCMs toploto neprestano absorbirajo ali sproščajo. Poleg tega spremembe okolice, na primer ko se ljudje gibljejo iz hladnega v toplo okolje, prav tako povzročijo absorbiranje ali sproščanje toplote PCMs mikrokapsul [29]. Intenziteta in trajanje PCM aktivnega toplotno regulacijskega učinka sta odvisna od kapacitete shranjevanja toplote mikrokapsul PCMs in uporabljene količine mikrokapsul v/na ploskih tekstilijah. Pri izbiri fazno spremenljivih materialov za oblačila je izrednega pomena tudi poznavanje temperaturnega področja fazne spremembe in da se le-to ujema s temperaturnim področjem uporabe oblačila [22]. Za doseganje želenega toplotno regulacijskega učinka oblačil z vgrajenimi mikro PCMs je potrebno [22]: izbrati primeren fazno spremenljiv material v odvisnosti od kapacitete shranjevanja toplote ter temperature faznega prehoda, ki je odvisna od temperaturnega področja uporabnosti oblačila, določiti primerno količino vgrajenih fazno spremenljivih materialov, od katere je odvisna celotna kapaciteta shranjevanja toplote; izbrati primerno plosko tekstilijo in design oblačila. 29

42 Za doseganje primernega aktivnega toplotno regulacijskega učinka oblačil z vgrajenimi mikropcms je v prvi vrsti potrebno izbrati primeren fazno spremenljiv material. Za določeno»uporabno področje«oblačil, saj se na primer pri tekstilijah za spodnje perilo temperature faznega prehoda gibljejo v temperaturnem območju kožne temperature, medtem ko so pri tekstilijah za podloge vrhnjega oblačila ali za vrhnja oblačila temperature faznega prehoda nižje. Pri določanju primerne količine vgrajenih mikropcms, od katere je odvisna celota kapaciteta shranjevanja toplote, moramo upoštevati toplotne okoliščine na primer telesna aktivnost in temperatura okolice katerim bodo oblačila z vgrajenimi mikro PCMs namenjena. Tekstilije z vgrajenimi mikro PCMs morajo hkrati s svojim toplotno regulacijskim učinkom ohraniti tudi osnovne značilnosti konvencionalinih tekstilij, kot so trajnost, trpežnost, uporabne in negovalne lastnosti, itd. [22]. 3 METODE IN MATERIALI V raziskavi sem proučevala toplotne lastnosti moških poslovnih oblačil, izdelanih iz konvencionalnih tekstilij v kombinaciji s fazno spremenljivimi materiali (PCMs). Proučevanje toplotnih lastnosti moških poslovnih oblačil in v njih vgrajenih fazno spremenljivih materialov je temeljilo na vrednotenju toplotnih lastnosti tekstilij in iz njih izdelanih oblačil ter na proučevanju vpliva klimatskih pogojev in stopnje potenja na toplotno fiziološko udobje nošenja oblačil. Za ta namen je v simuliranih klimatskih pogojih opredeljen vpliv udobja oblačilnih sistemov, kakor tudi vpliv različnih klimatskih pogojev na spremembe fizioloških parametrov toplotnega udobja testnih oseb ter subjektivni občutek toplotnega udobja. 3.1 Postavitev hipoteze Glede na namen raziskave so postavljene naslednje osnovne hipoteze: 1. Med srednjimi temperaturami kože v različnih oblačilnih sistemih, obstajajo pomembne razlike, pri različnih obremenitvah. 2. Med srčnimi frekvencami v različnih oblačilnih sistemih, pri različnih obremenitvah, obstajajo pomembne razlike. 3. Med subjektivnimi ocenami toplotnega udobja v različnih oblačilnih sistemih, pri različnih obremenitvah, obstajajo pomembne razlike. 4. Med srčno frekvenco in srednjo temperaturo kože obstaja pomembna korelacija. 30

43 3.2 Uporabljeni materiali V raziskavi je bilo uporabljenih 22 ploskih tekstilij. Med seboj so se razlikovale po surovinski sestavi, masi in debelini. Za vse tekstilije je bila določena debelina, masa, zračna prepustnost, prepustnost vodne pare in toplotni upor. Med izbranimi tekstilijami sta dve vsebovali Outlast fazno spremenljive materiale (PCMs) s področjem taljenja od 27 º C do 30 º C. Tkanina z oznako TK21 ima na hrbtni strani nanos Outlast PCMs in se uporablja za podlogo vrhnjih oblačil, tkanina z oznako TK22 pa ima vgrajene Outlast PCMs v akrilnih vlaknih in se uporablja za vrhnja oblačila. V preglednici 3.1 so razvrščeni uporabljeni materiali in njihovi podatki o surovinski sestavi, konstrukcijskih parametrih, zračni prepustnosti ter prepustnosti vodne pare. V nadaljevanju je bilo za raziskavo vpliva fazno spremenljivih materialov v poslovnih oblačilih na toplotno fiziološko udobje pri nošenju uporabljenih 11 različnih ploskih tekstilij, iz katerih je bilo oblikovanih 16 kombinacij, ki simulirajo oblačilni sistem. Izdelanih je bilo 11 kombinacij oblačilnih sistemov moških poslovnih oblačil. Preglednica 3.1 Uporabljeni materialov in njihove splošne lastnosti Oznaka tkanine Surovinska sestava Vezava Gostota niti (št.niti/cm) Masa Debelina 1 Zračna prepustnost osnova votek g/m 2 mm l/m 2 s 1 TK % WO platno ,51 323,5 TK 2 88 % WO, 12 % PA keper ,49 75,2 TK 3 98 % WO, 2 % EL keper ,49 223,0 TK 7 78 %CO, 22 % PES platno ,21 322,0 TK % WS keper ,71 196,5 TK % CV atlas ,11 596,0 TK % CV atlas ,14 125,2 TK % CO D-D kulirna ,59 618,0 TK % CO D-D kulirna , ,0 TK 21 1.sloj: 100 % CV, 2.sloj: keper ,21 151,0 Outlast : Akril + PCMs TK % Outlast : Akril + PCMs, 28 % WO, 4 % EL platno ,49 277,0 debelina 1 - debelina pri tlačni obremenitvi 0,069 gf/cm 2 (1 gf = 0,9807 cn 1 cn) Predstavitev oblačilnih sistemov V preglednici 3.2 so prikazane kombinacije izbranih ploskih tekstilij, ki sestavljajo oblačilni sistem in kombinacij oblačilnih sistemov. 31

44 Preglednica 3.2 Pregled kombinacij izbranih ploskih tekstilij, ki sestavljajo oblačilni sistem in kombinacij oblačilnih sistemov. Oblačilo Vrsta Tekstilija Kombinacije ploskih tekstilij v oblačilnih sistemih oblačilnega c1 c2 c3 c4 c5 c6 c7 c8 c9 c10 c11 c12 c13 c14 c15 c16 sistema cs1 cs2 cs3 cs4 cs5 / / / cs6 cs7 cs8 cs9 cs10 / / / SP1 Spodnje perilo TK15 SP2 Spodnje TK20 perilo MS1 Moška srajca TK07 MO1 Moška TK01 obleka Podloga za TK12 suknjič MO2 Moška TK02 obleka Podloga za TK12 suknjič M03 Moška TK03 obleka Podloga za TK12 suknjič MO4 Moška obleka TK22 Podloga za TK12 suknjič MO5 Moška TK01 obleka Podloga za TK21 suknjič MP1 Moški plašč TK09 Pologa za TK1 plašč * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * Vsak oblačilni sistem uporabljen v raziskavi je bil sestavljen iz spodnjega perila, srajce in moške obleke, v hladnih pogojih je bil uporabljen tudi plašč. Moške obleke so se razlikovale v vrhnjem sloju tkanine in sloju tkanine za podlogo suknjiča. Plašč, srajca in spodnje perilo so bili ves čas raziskave enaki. Obleka v oblačilnem sistemu z oznako cs1 je izdelana iz 100 % volnene tkanine in viskozne podloge. V oblačilnem sistemu z oznako cs2 iz tkanine mešanice 88 % volne in 12 % poliamida in viskozne podloge. V oblačilnem sistemu cs3 iz fazno spremenljive tkanine v sestavi 68 % Outlast : akril s PCMs, 28 % volne in 4 % elastana in viskozne podloge. V oblačilnem sistemu z oznako cs5 iz tkanine uporabljene v oblačilnem sistemu z oznako cs1, tj. iz 100 % volnene tkanine ter viskozne podloge z nanosom fazno spremenljivih materialov. 32

45 3.2.2 Oblačila uporabljena v oblačilnem sistemu poslovnega oblačila Oblačilni sistem poslovnega oblačila sestavljajo: Spodnje perilo: iz spodnje majice brez rokavov z okroglim vratnim izrezom in spodnjih hlač z elastiko v pasu. Moška srajca: z dolgimi rokavi s klasičnim razporkom je ravnega kroja z gubama na zadnjem delu naplečnika. Srajca se spredaj zapenja z gumbi, ima deljeni ovratnik in žep na levi strani prednjega dela. Moška obleka: sestavljena iz podloženega suknjiča in moških hlač. Suknjič je ravnega kroja z žepi in všitimi poklopci s paspulom na prednjem delu. Prednja letvica s srednje velikim ovratnikom se zapenja s tremi gumbi. Rokavi so klasični z rokavnim razporkom s štirimi gumbi. Ravno krojene moške hlače brez gubic v pasu in z razporkom na zadrgo imajo spredaj dva poševno všita žepa, na zadnjem delu pa dva žepa z dvema paspuloma z gumbom. Moški plašč: ima bubi ovratnik in reglan rokave. Spredaj se zapenja z gumbi, ki so skriti v letvico in ima všite žepe. Na zadnjem delu je razporek. Posamezna oblačila uporabljena v raziskavi so prikazana na slikah 3.1 (a), (b), (c) in (d). (a) (b) (c) (d) Slike 3.1 (a), (b), (c) in (d) Obleke in plašč uporabljeni v raziskavi 33

46 3.3 Naprave in pripomočki Za raziskavo so bile uporabljene različne naprave in pripomočki Klimatska komora Računalniško krmiljena klimatska komora, dimenzije 2,95 m x 1,84 m x 2,36 m proizvajalca Inštitut Zoran Rant v Škofji Loki omogoča doseganje in vzdrževanje različnih temperaturnih pogojev (od 30 ºC do + 50 ºC) in relativne vlažnosti (od 25 % oziroma 45 % do 95 % - odvisno od temperature) ter zvezno spreminjanje pretoka zraka (od 0,3 m/s do 1,2 m/s) in je prikazana na slikah 3.2. (a) (b) Slika 3.2 (a) in (b) Klimatska komora na Fakulteti za strojništvo v Mariboru Par - Port merilni sistem Računalniško podprt Par-Port merilni sistem proizvajalca Par elektronik GmbH iz Nemčije, slika 3.3, je bil uporabljen za merjenje temperature kože in srčne frekvence testnih oseb. Merilni sistem, ki deluje pod napetostjo 5.8 V, je namenjen mobilnemu zajemanju bio signalov. Osnovni del merilne naprave predstavlja mikroprocesor RCA Typ Merilec temperaturnih sprememb je vstavljen v sistem, beleži datum in čas tudi takrat, ko sistem ni pod napetostjo. Na merilno napravo so preko kablov priključeni termoelementi za merjenje 34

47 kože na določenih delih telesa ter tri elektrode za merjenje srčne frekvence. Merilna naprava te podatke avtomatsko zajema vsako minuto in shranjuje v pomnilnik. Slika 3.3 PAR-PORT merilna naprava. Kot tipala so bili uporabljeni termoelementi, sestavljeni iz dveh kovinskih prevodnikov. Pri tem se ena kovina segreva s konstantno energijo, medtem ko se druga segreva s toploto površine kože, ki jo naprava avtomatsko odčita in jo v obliki temperaturne razlike shrani v pomnilnik. Vsako tipalo je preko kabla povezano z oštevilčenim vhodom na PAR-PORT merilni napravi, ki je prenosljiva, tako da si jo opazovana oseba s pomočjo posebej prirejenega pasu, na katerem je pritrjena torbica priveže okoli pasu [32] Pomični ergotrak Jaeger Le 2000 Mikroprocesorsko vodeni pomični trak, slika 3.4, je namenjen za rehabilitacijo in kardiološke teste pri različnih telesnih obremenitvah človeka. Zaradi svoje kompaktne konstrukcije je primeren za uporabo oziroma vgradnjo v zelo malem prostoru (npr. klima komori). Za natančno spreminjanje naklona tekočega traku in regulacijo delovne hitrosti skrbi tahometrsko vodena pogonska naprava. S pomočjo elektronike in mikroprocesorske tehnike simulira različne obremenitve človeka (hojo, tek,...). 35

48 Slika 3.4 Pomični ergotrak Jaeger Le Delovanje pomičnega traku je krmiljeno s pomočjo krmilne naprave z LDC prikazovalnikom, pri čemer lahko izbiramo med ročnim in avtomatskim krmiljenjem. Pri avtomatskem poteku krmiljenja lahko shranimo 6 programov z 32 različnimi stopnjami delovnih obremenitev, pri čemer lahko neodvisno eno od druge spreminjamo hitrosti gibanja in naklon tekočega traku ter dolžino poti ali časovno trajanje preizkusa. Za spreminjane poteka delovanja pomičnega traku služi štiri-številčni LCD prikazovalnik, ki med testiranjem prikazuje trenutne podatke oziroma vrednosti nastavljenih parametrov [31] Tehtnica za tehtanje testnih oseb in tehtnica za določanje količine evaporiranega in kondenziranega znoja Za tehtanje testnih oseb je uporabljena elektronska tehtnica, prikazana na sliki 3.5 (a), ki omogoča merjenje na 0,005 kg natančno. Za tehtanje oblačil ter obutve pa elektromehanska tehtnica, prikazana na sliki 3.5 (b), katere natančnost merjenja je ± 0,002 kg. (a) Slika 3.5 (a) in (b) Tehtnici za tehtanje testnih oseb in tehtanje oblačil (b) 36

49 3.3.5 Toplotna plošča Določanje toplotnega upora tekstilij R ct se izvaja na toplotni plošči pri stacionarnih pogojih na podlagi standarda ISO : 1989 [40]. Merilna naprava za merjenje toplotnega upora ploskih tekstilij, ki je vstavljena v komoro, je prikazana na sliki 3.6 prikazuje merilno napravo [39]. Preizkušanec pod katerim je toplotna plošča Hladna plošča Slika 3.6 Toplotna plošča Glavni element merilne naprave je ogrevana toplotna plošča C, premera 330 mm, debeline med 5 in 15 mm, s toplotno upornostjo 0,072 m 2 K/W, slika 3.6. Pod to ploščo je nameščena jeklena plošča A, premera 330 mm in debeline 6 mm za zmanjšanje notranjih napetosti. Na spodnjo stran plošče A sta vzporedno pritrjeni dve grelni telesi B 1 in B 2 s 75 W in 125 W močjo, ki ogrevata ploščo. Hladna plošča D, premera 330 mm, ki se uporablja pri dvoploščni metodi, je postavljena na toplotno ploščo in pritiska s tlakom 6,9 Pa po celotni površini 855 cm 2. Temperaturna senzorja T 1, T 2 sta pritrjena na površino plošče C, medtem ko je temperaturni senzor T 3 pritrjen na hladno ploščo D kot prikazuje slika 3.6 (b). Temperaturo merilne naprave uravnava termo element M, vgrajen v kontrolni sistem. Nad preizkušancem kroži zračni tok, ki se lahko nastavi na vrednost med 0,25 m/s in 1 m/s pri določeni temperaturi in relativni vlažnosti [39]. Metoda temelji na merjenju temperatur s temperaturnimi senzorji T 1, T 2 in T 3 iz katerih določimo toplotni upor tekstilije R ct. Pri tem je preizkušanec vstavljen na toplotno ploščo (C). Temperaturo merilne naprave uravnava termo element M tako dolgo, da temperaturni senzor T 2 vzpostavi temperaturo v območju med 31 C in 35 º C. Po vzpostavitvi temperature T 2 med 31 C in 35 C, vsakih 30 minut odčitamo vrednosti temperatur T 1, T 2 in T 3, dokler se ne 37

50 vzpostavi konstantna temperatura z 0,1 C razlike med zadnjo periodo merjenja vseh treh temperatur Merilna naprava za določanje zračne prepustnosti ploskih tekstilij Meritve zračne prepustnosti ploskih tekstilij so bile izvedene s pomočjo merilne naprave proizvajalca Karla Schröderja, ki jo sestavljajo naslednji elementi [41]: štiri vpenjalne glave z različnimi površinami, sesalnik zraka z regulatorjem (vrtilni gumb sesalnika zraka), kjer se ustvarja podtlak nastavljiv od 0 do 25 mbar, tristopenjski merilec pretoka zraka s»plavači«in merilec podtlaka s kazalcem tlaka ter digitalnim kazalcem. Merilna naprava za določanje prepustnosti zraka ima štiri vpenjalne glave, ki omogočajo merjenje na vpenjalni površini 10, 20, 50 in 100 cm 2 ter tri stopenjsko merilno območje s plavači: 5 do 90 l /m 2 s, 50 do 550 l /m 2 s in 500 do 5600 l /m 2 s. Vsaka vpenjalna glava sestoji iz krožnega vstavka z različno površino in vpenjalnega zvona. 3.4 Klimatski pogoji Raziskava toplotno fiziološkega udobja pri nošenju poslovnih oblačilnih sistemov je bila izvedena v hladnem in mrzlem okolju, in sicer pri temperaturi zraka 10 ºC, 5 ºC, 0 ºC in -5 ºC, pri hitrosti gibanja zraka 0,1 ms -1 ter stopnji potenja 50 g/m 2 h. Vse raziskave so bile izvedene v umetno ustvarjenih klimatskih razmerah v klima komori Laboratorija za oblačilno inženirstvo ter fiziologijo in konstrukcijo oblačil na Fakulteti za strojništvo v Mariboru. 3.5 Testne osebe Za raziskavo je bilo izbranih pet oseb, moškega spola, približno enake starosti, telesne višine in telesne mase, tabela 3.3. Pred začetkom raziskave so bile testne osebe zdravstveno pregledane. Število testnih oseb smo določili s pomočjo testa za določanje testnih oseb, ugotovljeno število oseb N = 3,84. 38

51 Preglednica 3.3 Testne osebe in njihovi osnovni antropološki podatki. Oznaka testne osebe Starost Telesna višina Telesna masa Površina telesa [LS/ let] [h/ cm] [h/ cm] [A DU / m 2 ] OS ,0 83,5 2,07 OS ,0 81,0 2,06 OS ,0 79,0 1,96 OS ,5 77,0 1,93 OS ,5 79,4 1,98 Srednja vrednost 22,2 180,2 80,0 2,00 Standardna deviacija 0,84 4,56 2,43 0,06 Variacijski koeficient [%] 3,8 2,5 3,0 3, Določitev telesne višine in telesne mase Telesno višino merimo z višinometrom. Opazovana oseba pri merjenju stoji v spodnjem perilu, bosa, na ravni podlagi v standardnem položaju (pete so sestavljene, nogi sta spredaj rahlo razmaknjeni, ramena so sproščena, roki spuščeni ob telesu, pleča in zadnjica naslonjena ob antropometer). Telesno višino merimo na 0,1 cm natančno. Telesno maso merimo z elektronsko tehtnico. Opazovana oseba pri tehtanju stoji v standardnem položaju čim bolj sproščeno. Osebo tehtamo dvakrat: pred testiranjem in dvakrat po testiranju. Pred testiranjem je oseba oblečena samo v spodnje perilo, po testiranju pa tudi v obleko. Telesno maso merimo na 0,005 kg natančno. S pomočjo podatkov o telesni višini in telesni masi izračunamo površino telesa in idealno telesno maso opazovanih oseb. Iz razlik med izmerjenimi težami pred in po vsakem posameznem testu sklepamo o količini izločenega in evaporiranega znoja. Površina telesa je po DU BOIS-u podana z izrazom [10]: A DU = 0, m 0,425 h 0,725 (3.1) A DU [m 2 ] - površina telesa po DU BOISu, m [kg] - telesna masa, h [cm] - telesna višina. Idealna telesna masa je po DEMOLE-ju podana z izrazom [10]: m id = h 100 h 150 LS x 20 4 (3.2) 39

52 m id [kg] - idealna telesna masa po DEMOLE-ju, h [cm] - telesna višina, LS [leta] - starost testne osebe. Faktor x znaša za moške 4 in za ženske 2, Določitev energije metabolizma testnih oseb Metabolično sproščena toplota je sestavljena iz osnovne količine toplote, ki se proizvede neodvisno od človekove dejavnosti (bazalni metabolizem oziroma bazalna toplota) ter količine toplote, ki se proizvede pri fizični dejavnosti človeka (delovni metabolizem oziroma delovna toplota). S pomočjo podatka o količini sproščene metabolične energije ocenimo, kakšna količina toplote se pri tem proizvede v notranjosti telesa. Celotni metabolizem je podan z izrazom : M = M baz + M del (3.3) M M baz M del - celotni metabolizem, - bazalni metabolizem, - delovni metabolizem. Za metabolično sproščeno energijo oziroma toploto uporabljamo enoto vat (W) ali kilojoule na minuto (kj/min), pri čemer velja: 1 W = 1 J/ s = 0,06 kj/ min oziroma 1 kj/ min = 16,67 J/ s = 16,67 W (3.4) Obseg bazalnega metabolizma se lahko natančno izračuna s pomočjo tabel in matematičnih izrazov. 40

53 3.5.3 Določitev bazalnega metabolizma testnih oseb Bazalni metabolizem je definiran kot tisti nujni delež metabolične energije, ki je potreben za ohranjanje vitalnih funkcij človeškega organizma. Odvisen je od spola, starosti, telesne višine in telesne mase človeka. Prvo približno ocenitev bazalnega metabolizma za posamezno poskusno osebo naredimo na podlagi primerjave z vrednostmi za standardno osebo, ki je definirana z naslednjimi podatki za moškega in žensko. V preglednici 3.4 je prikazan izračun bazalnega metabolizma in površine telesa za moškega in žensko. Preglednica 3.4 Izračun bazalnega metabolizma in površine telesa za moškega in žensko Moški Ţenska Telesna višina TV [cm] Telesna masa TM [kg] Starost LS [leta] Bazalni metabolizem M baz [kj/min] 4,8 4,0 Površina telesa a DU [m 2 ] 1,8 1,6 Natančnejši je izračun bazalnega metabolizma po formuli Hettingerjev izraz: bazalni metabolizem za moške: M baz = 0, ,0400 m + 0,01454 h 0,0196 LS (3.5) bazalni metabolizem za ženske: M baz = 0, ,0287 m + 0,00538 h 0,0136 LS (3.6) Namesto metabolične energije se lahko poda volumen porabljenega kisika [10]: 1 l O 2 /min = 20,37 kj/min (3.7) Določitev delovnega metabolizma Za vrednotenje delovnega metabolizma M del testnih oseb je bila uporabljena metoda, ki temelji na določanju energije s pomočjo preglednic za ocenitev metabolizma po standardu ISO 8996: 2004 [30]. V preglednici 3.5 so izračunane vrednosti za bazalnega in delavnega metabolizma za posamezno testno osebo. 41

54 Preglednica 3.5 Vrednosti bazalnega in delavnega metabolizma za testne osebe. Testna Bazalni oseba metabolizem M del (sedenje) M M del M del (sedenje) (hoja 3,5km/h) (hoja 3,5km/h) [W] [W/m 2 ] [W/m 2 ] [W/m 2 ] [W/m 2 ] [W/m 2 ] Os 1 96,3 46,6 74,1 120,7 196,0 242,6 Os 2 94,8 46,1 74,5 120,6 197,1 243,2 Os 3 91,6 46,7 78,0 124,7 206,4 253,1 Os 4 90,2 46,8 79,3 126,1 210,0 256,7 Os 5 91,9 46,5 77,4 123,8 204,8 251,2 3.6 Model raziskave Vse raziskave so potekale na enak način. Telesna obremenitev za testne osebe je bila izbrana tako, da je ustrezala realnim pogojem nošenja poslovnih oblačil, kot sta sedenje in hoja. Celotna raziskava je trajala 110 minut brez prekinitev. Pred raziskavo v klima komori je testna oseba sedela 15 do 30 minut v predprostoru, temperatura zraka je znašala med 20 in 23 º C. Pred začetkom raziskave je testna oseba izpolnila vprašalnik o splošnem počutju. Vprašalnik o toplotnem počutju in subjektivni zaznavi udobja je testna oseba izpolnjevala tudi med posamezno aktivnostjo in zadnjo minuto testiranja. Raziskava je obsegala: 1. aktivnost: 20 minut sedenje v predprostoru pri temperaturi zraka med 20 in 23 º C. 2. aktivnost: 20 minut sedenje v klima komori pri izbranem klimatskem pogoju. 3. aktivnost: 30 minut hoje po tekočem traku s hitrostjo 3,5 km/h v klima komori pri izbranem klimatskem pogoju. 4. aktivnost: 20 minut sedenje v klima komori pri izbranem klimatskem pogoju. 5. aktivnost: 20 minut sedenje v predprostoru pri temperaturi zraka med 20 in 23 º C. Pri vseh kombinacijah oblačilnih sistemov je uporabljeno enako spodnje perilo ter enaka moška srajca. 42

55 3.6.1 Določanje srednje temperature koţe Temperatura kože je fiziološki parameter, ki zelo dobro izraža proces izmenjave toplote med površino kože in okolico. Znano je, da je odvisna od klimatskih pogojev, telesne aktivnosti človeka, toplotnega upora oblačila, evaporacije znoja ter aklimatiziranosti in debelosti opazovanih oseb [17]. Temperatura na površini kože je v hladnem okolju na različnih mestih različna in odvisna predvsem od temperature zraka in hitrosti gibanja zraka. Nasproti temu se te razlike v vročem okolju zmanjšujejo, saj temperatura kože postaja vse bolj odvisna od parcialnega tlaka vodne pare v zraku. Ker je temperatura kože na različnih mestih telesa različna, jo merimo na več mestih, iz izmerjenih podatkov se izračuna srednja ponderirana temperatura kože, ki predstavlja značilno temperaturo za celotno površino kože. Temperatura kože je bila glede na zahteve standarda ISO 9886: 2004 [30] merjena na osmih različnih položajih telesa. Področja merjena temperature kože so prikazana na sliki 3.7. Slika 3.7 Področja merjenja temperature kože. Rezultati meritev temperature kože se beležijo vsako minuto testiranja. Iz izmerjenih vrednosti se izračuna srednja ponderirana temperatura kože tako, da se veličine pomnožijo s 43

56 faktorji, ki odražajo velikost merjenih kožnih površin z enako temperaturo, ti produkti pa se seštejejo po izrazu [30]: T pon = 0,07T čelo + 0,175T hrb + 0,175T prsi + 0,07T rama + 0,07T nadl + 0,05T roka + 0,19T steg + 0,2T meče (3.8) T pon [ºC] - ponderirana temperatura kože, T čelo [ºC] - temperatura čela, T hrb [ºC] - temperatura hrbta, T prsi [ºC] - temperatura prsi, T rama [ºC] - temperatura ramena, T nadl [ºC] - temperatura nadlakti, T roka [ºC] - temperatura roke, T steg [ºC] - temperatura stegna, T meče [ºC] - temperatura meča. Temperaturne razlike na različnih mestih telesa je preučeval tudi B.W. Olensen [46], ki je dokazal, da v vročem okolju zadostuje merjenje temperature kože na 2 do 4-ih mestih, pri nevtralnih klimatskih pogojih na 4 do 8-ih mestih, medtem ko je v hladnem okolju potrebno izvesti merjenje na 8 do 12-ih mestih telesa. Za določanje temperature kože, ki se meri na različnih mestih telesa je bilo proučenih več shem, z 1 do 14-timi merilnimi mesti. Za primerjavo medsebojnih rezultatov standard ISO 9886: 2004 [38] predpisuje tri sheme s 4, 8 ali 14-timi merilnimi mesti, preglednica 3.6 za merjenje temperatur kože v vročem okolju zadostuje merjenje temperature kože na štirih mestih, pri nevtralnih klimatskih pogojih in v hladnem okolju pa merjenje na osmih ali štirinajstih merilnih mestih [38]. Na podlagi izmerjenih vrednosti temperature kože se izračuna srednja ponderirana temperatura kože po izrazu (3.8), kjer posamezni koeficienti izražajo veličino merjenih površin kože z enako temperaturo [38]: T pon k i T ki (3.9) T pon [ºC] - srednja ponderirana temperatura kože, k i - koeficient za i-to področje merjenja temperature na telesu, T ki [ºC] - temperatura kože na i-tem področju telesa (lokalna temperatura). V preglednici 3.6 so podana področja merjenja in koeficienti za izračun ponderirane temperature kože [39]. 44

57 Preglednica 3.6 Področja merjenja in koeficienti za izračun ponderirane temperature kože Zap. Št. Področje merjenja Koeficient - k i 4 merilna mesta 8 merilnih mest 14 merilnih mest 1 ČELO- na sredini 1/14 2 VRAT- sredina zadaj 1/14 3 HRBET-desna lopatica 1/14 4 PRSI-leva stran prsi (zgoraj) 1/14 5 RAMA-desna rama 1/14 6 NADLAHT-leva ned 1/14 komolcem 7 ROKA-leva zunanja stran 1/14 dlani 8 TREBUH-desno pod popkom 1/14 9 VRETENCA-levo spodaj 1/14 10 STEGNO-desna noga spredaj 1/14 11 STEGNO-leva noga spredaj 1/14 12 GOLEN-desna noga spredaj 1/14 13 MEČA-leva noga zadaj 1/14 14 NART-desna noga spredaj 1/ Merjenje srčne frekvence Srčna frekvenca podaja obremenjenost človeka. Pri povečani energetski porabi se v aktivnih mišicah poveča dotok energetskih snovi in odtok metabolitov. To pomeni, da se poveča minutni volumen krvnega pretoka. Le-ta se pri netreniranih ljudeh poveča predvsem na račun srčne frekvence. Srčna frekvence je lahko merljiv parameter. Poveča se pri dinamičnem in izometričnem (statičnem) mišičnem delu, pri termoregulaciji in pri psihični obremenjenosti. Srčna frekvenca je merjena s pomočjo signala s Part-Port merilne naprave tj. treh elektrod, ki delujejo na principu EKG. Elektrode se na prsi testne osebe pritrdijo kot prikazuje slika 3.8. Opazovanim osebam je pred raziskavo bila izmerjena srčna frekvenca v mirovanju (fs 0 ) in po polurni aklimatizaciji v prostoru s standardno klimo. Med raziskavo v klima komori je bilo merjenje srčne frekvence izvedeno kontinuirano vsako minuto kot povprečno število udarcev na minuto. 45

58 Slika 3.8 Prikaz merjenja srčne frekvence Določanje toplotno fizioloških karakteristik ploskih tekstilij Določanje toplotnega upora ploskih tekstilij s pomočjo toplotne plošče Toplotni upor tekstilij lahko na podlagi standarda ISO : 1989 [39] določamo po dveh metodah, z dvoploščno in enoploščno metodo.dvoploščna metoda se uporablja za testiranje ploskih tekstilij, ki se uporabljajo kot vmesni sloji v oblačilu, enoploščna metoda pa se uporablja za testiranje tekstilij, ki se uporabljajo kot zunanji sloji oblačila, ki so izpostavljeni zunanjim pogojem okolja. Preizkušanec se pri dvoploščni metodi vstavi na toplotno ploščo, ki jo pokrijemo s hladno ploščo. Pri enoploščni metodi preizkušanca ne pokrijemo s hladno ploščo, tekstilija je tako vzpostavljena standardni temperaturi, relativni vlažnosti in zračnemu toku določene hitrosti Določanje zračne prepustnosti ploskih tekstilij Določanje zračne prepustnosti ploskih tekstilij se izvaja po zahtevah standarda ISO 9237: 1995 [40] in temelji na sesanju zraka skozi tekstilijo. Za določanje zračne prepustnosti Q z se na preizkušancu, na površini 20 cm 2, izvede deset meritev na različnih mestih, in sicer 1 cm od roba preizkušanca pri podtlaku 1,0 mbar. Preizkušanec se vpne pod vpenjalno glavo s površino 20 cm 2, skozi katerega se sesa zračni tok, katerega vrednost se odčita na merilnem območju s plavačem. Glede na različno zračno prepustnost ploskih tekstilij, se izbere ustrezna 46

59 vpenjalna glava s površino 10, 50 ali 100 cm 2, pri čemer upoštevamo še ustrezni faktor za preračunavanje: 10 cm 2 = 2, 20 cm 2 = 1, 50 cm 2 = 0,4, 100 cm 2 = 0,2 [40] Določanje količine evaporiranega znoja Količino evaporiranega znoja merimo tako, da opazovano testno osebo stehtamo golo pred pričetkom raziskave na kar natančno stehtamo tudi oblačila, ki jih bo oseba imela na sebi v času raziskave. Po končani raziskavi testno osebo stehtamo najprej oblečeno, nato stehtamo vsak kos oblačila posebej ter ponovno stehtamo golo, kot zahteva standard ISO 9886: 2004 [44]. Testne osebe med testiranjem niso zaužile nobene hrane in tekočine. Iz razlike v masi med golim in oblečenim telesom in med oblačili pred in po izvedeni raziskavi se izračuna celotno količino izločenega znoja, količino znoja, ki jo je navzel posamezen kos oblačila in količino evaporiranega znoja v gramih. E z = m 2 m 1 I z = E z + (mo 2 - mo 1 ) (3.10) I z [g] - količina izločenega znoja, E z [g] - količina evaporiranega znoja, m 1 [g] - telesna masa golega človeka pred raziskavo, m 2 [g] - telesna masa človeka po raziskavi, mo 1 [g] - masa vseh oblačila pred raziskavo, mo 2 [g] - masa vseh oblačil po raziskavi Subjektivno vrednotenje toplotnega udobja Kot toplotno udobje definiramo toplotne oziroma klimatske pogoje, v katerih je z njimi zadovoljen največji odstotek izpostavljene skupine ljudi. Odvisno je od toplotnega fiziološkega ravnovesja, na eni strani od temperature zraka, relativne vlažnosti in hitrosti gibanja zraka, toplotnega sevanja, toplotnih lastnosti oblačila in energije metabolizma, na drugi strani pa tudi od subjektivnega počutja, ki ga fizikalno ni mogoče izmeriti [42]. Za ugotavljanje subjektivnega občutka toplotnega udobja, opazovane testne osebe pri dani fizični aktivnosti in različnih oblačilih v različnih klimatskih pogojih, ocenjujejo toplotno udobje na podlagi vnaprej pripravljenih vprašanj in stopnjevalnih lestvic oziroma skal po standardizirani metodi ISO 10551: 1995 [43]. 47

60 3.6.5 Ugotavljanje subjektivne ocene toplotnega udobja Za ugotavljanje subjektivnega občutka toplotnega udobja pri nošenju oblačil, so opazovane testne osebe pri dani fizični aktivnosti v različnih klimatskih pogojih, v računalniško krmiljeni klima komori, ocenjevale toplotno počutje na podlagi vprašanj in stopnjevalnih lestvic glede na standard ISO 10551: 1995 [43]. Primer vprašalnika uporabljenega za ugotavljanje subjektivnega občutka toplotnega udobja je prikazan na sliki 3.9 (a) in 3.9 (b). (a) (b) Slika 3.9 Vprašalnik uporabljenega za ugotavljanje subjekativnega občutka toplotega udobja 48

61 3.7 Statistična obdelava podatkov Za statistično obdelavo podatkov je pomembna aritmetična sredina vzorca, standardna deviacija, standardna napaka aritmetične sredine, analiza kvantitativnih spremenljivk ter analiza korelacije in regresije Aritmetična sredina Pri vzorcih variirajo vrednosti statističnih spremenljivk okoli neke srednje vrednosti, ki jo imenujemo aritmetična sredina. Le-ta nam predstavlja nekakšno težiščče podatkov. Aritmetična sredina je točka, okoli katere je vsota vseh pozitivnih in negativnih odstopanj enaka nič. Aritmetično sredino vzorca X izračunamo tako, da seštejemo vrednosti vseh izmerjenih vrednosti (X 1 + X 2 + X X n ) in dobljeno vsoto delimo s številom vseh izmerjenih vrednosti (N). X X 1 X 2 X N 3... X n (3.11) X X 1, X 2, X 3, X n N - aritmetična sredina vzorca, - izmerjene vrednosti, - skupno število dveh izmerjenih vrednosti Standardna deviacija Za ponderirane kožne temperature, kožne temperature na posameznih merilnih mestih in za srčne frekvence sem izračunala standardne deviacije po izrazu [45]: 2 ( X ) 2 X s N (3.12) N 1 s N X - standardna deviacija oziroma standardni odklon, - število meritev, - izmerjena vrednost. Standardna deviacija prikazuje odmik od aritmetične sredine na skali rezultatov oziroma normalno porazdelitev rezultatov. 49

62 3.7.3 Standardna napaka aritmetične sredine Aritmetična sredina vzorca ni prava aritmetična sredina populacije, temveč samo njena ocena. Ocena aritmetične sredine bo tem bolj natančna, čim večji vzorec smo izbrali in čim manj pojav, ki ga merimo variira. Če pojav ne bi variiral, bi namreč zadostoval en sam rezultat za točno aritmetično sredino. Standardna napaka aritmetične sredine vzorca je mera variiranja aritmetičnih sredin vzorcev ( X ) od prave aritmetične sredine populacije (σ). Računamo jo po enačbi [45] : s x s N (3.13) s x s N - standardna napaka aritmetične sredine, - standardna deviacija oz. standardni odklon, - število meritev. Izračunana vrednost za standardno napako aritmetične sredine vzorca določa meje, med katerimi se z določeno verjetnostjo po principu Gaussove ali normalne porazdelitve nahaja prava aritmetična sredina (σ). Tako obstaja: 68,26 % verjetnosti, da X ne odstopa od σ za več kot ± 1 s x, 95,44 % verjetnosti, da X ne odstopa od σ za več kot ± 2 s x, 99,73 % verjetnosti, da X ne odstopa od σ za več kot ± 3 s x Analiza kvantitativnih spremenljivk V okviru kvantitativnih spremenljivk so za nas pomembne osnovna in ničelna hipoteza in pomembnost razlik merjenih veličin v posameznem oblačilnem sistemu Osnovna in ničelna hipoteza Na začetku diplomskega dela sem postavila osnovne hipoteze, s katerimi predvidevam, da so korelacije med posameznimi fiziološkimi veličinami statistično pomembne, ter da obstajajo pomembne razlike med posameznimi fiziološkimi veličinami v različnih oblačilih. Tem osnovnim hipotezam sem priredila nasprotne ničelne hipoteze, s katerimi trdim, da korelac ije 50

63 med posameznimi fiziološkimi veličinami niso statistično pomembne in da ne obstajajo statistično pomembne razlike med posameznimi fiziološkimi veličinami v različnih kompletih oblačil. Da ne zavrnemo ničelne hipoteze, si izberemo določeno tveganje, ki predstavlja verjetnost, da bomo z zavrnitvijo ničelne hipoteze naredili napako. V biostatistiki izberemo najpogosteje vrednosti 0,05; 0,01; ali 0,001 za zgornje meje tveganja, pri katerih zavračamo ničelno hipotezo. Glede na te meje govorimo o 5%, 1% ali 0,1% stopnji statistične pomembnosti oziroma pomembnosti rezultatov [45] Določanje pomembnosti razlik med parametri fiziološkega udobja Za ugotavljanje pomembnosti razlik med fiziološkimi parametri testnih oseb, izmernih v različnih oblačilnih sistemih je bila izvedena enosmerna analiza variance (ANOVA, angl. Analysis of variance), za ugotavljanje pomembnosti razlik srednjih vrednosti dveh skupin za majhne vzorce pa je bil uporabljen Studentov t-test z Bonferronijevo prilagodljivo stopnjo značilnosti t-testa. Z analizo variance preverjamo značilnosti razlik med srednjimi vrednostmi na populaciji v več skupinah, kjer preverjamo ničelno hipotezo, da so srednje vrednosti skupin enake H 0 : x 1 x2... x k, kjer predstavlja k število obravnavanj oziroma skupin. Pri analizi variance, kjer primerjamo variance med skupinami SS B in variance znotraj skupin SS W, računamo skupno vsoto kvadratov odklonov SS tot po izrazu [45]: SS tot = SS B + SS W (3.14) SS tot SS B SS W - vsota kvadratov odklonov, - variance med skupinami, - variance znotraj skupin. k n i 1 j 1 i x ij x 2 k i 1 n i x i x 2 k ni i 1 j 1 x ij x i (3.15) s pripadajočimi stopinjami prostosti: df tot = df B + df w oziroma (n 1) = (k 1) + (n k). 51

64 Če vsoto kvadratov delimo s vrednostjo pripadajočih stopenj prostosti, dobimo srednji kvadrat (MS, angl. mean square), ki je podan z izrazoma [45]: MS B = SS df B B (3.16) MS w = SS df W W (3.17) MS B - srednji kvadrat med skupinami, MS W - srednji kvadrat znotraj skupin. Ničelno hipotezo H 0 testiramo z F-testom, kjer se vrednost F izračuna po izrazu [44]: F = MS MS B W (3.18) F MS B MS W - test, - srednji kvadrat med skupinami, - srednji kvadrat znotraj skupin. Pri stopinjah prostosti df 1 = k 1 in df 2 = n- k. Če je dobljena vrednost F večja od mejne vrednosti F tab pri določeni stopnji značilnosti α, se ničelna hipoteza zavrne, kar pomeni, da je signifikantnost razlik med srednjimi vrednostmi statistično pomembna, vendar še to ne pomeni, da obstajajo razlike med vsemi skupinami obravnavanj, zato pristopimo k t.i.»post hoc«ali»a posteriori«testiranju. Pregled statističnih rezultatov in uporabljenih izrazov analize variance je podan kot t.i. tabela ANOVA v preglednici 3.7 [45]. 52

65 Preglednica 3.7 ANOVA tabela s pripadajočimi izrazi Vir variabilnosti Med skupinami V skupinah Skupaj Vsota k vadratov odklonov ali varianca SS SS B = SS W = SS tot = k k n i 1 i n i 1 j 1 k i n x i x i 1 j 1 i ij x ij x x 2 i x 2 2 Stopinje prostosti df df B = k - 1 df W = n - 1 Srednji k vadrat MS B = MS W = MS F-vrednost F SS B MS F = k 1 MS SS W n k df tot = n - 1 / / B W Če je ničelna hipoteza H 0 z analizo variance zavrnjena (F-test je značilen), se statistična analiza iskanja parov skupin z značilnimi razlikami nadaljuje s preizkusi mnogoternih primerjav npr: Tukeyev HSD preizkus (angl. Honest significant difference, poštena značilna razlika), Duncanov test, Scheffejev test, Bonferroni metoda itd. ali z analizo načrtovanih primerjav oziroma kontrastov, kjer se uporabi posplošeni Studentov t-test [45]. Ker uporaba Studentovega t-testa na vseh parih skupin ni dovoljena, saj je verjetnost, da bomo dobili vsaj en značilen test, bistveno večja kot pri enem samem testu, lahko pri t-testu stopnjo značilnosti α ustrezno prilagodimo npr. po Bonferronijevi metodi, ali pa izberemo kateri drugi test mnogoternih primerjav. Pri Bonferronijevi metodi se uporabi navaden t-test, kjer stopnjo značilnosti α delimo s številom vseh parov skupin k po izrazu: * k( k ( 2 1) ) (3.19) α * k - predstavlja prilagojeno stopnjo značilnosti t-testa, - število vseh parov skupin. Za ugotavljanje pomembnoti razlik srednjih vrednosti dveh skupin za majhne vzorce (n < 30) sta bila uporabljena Studentov t-test in Fisherjev F-test. S Studentovim t-testom primerjamo srednje vrednosti dveh skupin za majhne vzorce, s Fisherjevim F-testom pa določamo sipanja med skupinama, kjer preverimo ničelno hipotezo, da sta si varianci obeh skupin enaki H 0 : σ 2 1 = σ

66 F - vednost se izračuna po izrazu [44]: 2 1 F = ; σ > σ (3.20) σ 1 2 σ varianca ene skupine, - varianca druge skupine. Dobljena vrednost F se primerja s teoretično vrednostjo F tab, odčitano iz preglednice. Za F porazdelitev pri stopinjah prostosti k 1 = (n 1 1) in k 2 = (n 2 1) in določeni stopnji značilnosti α. Če je F F tab, se hipoteza H 0 zavrne. V primeru, da je izračunana vrednost F manjša od teoretične vrednosti F < F tab, se hipoteza H 0 sprejme, kar pomeni, da se varianci obeh srednjih vrednosti bistveno ne razlikujeta in se pristopi k izračunu t-testa po izrazu [44]: t x1 s x x1, x2 2 n n 1 1 n2 n 2 (3.21) x 1, x 2 - srednja vrednost posamezne skupine, s - skupni standardni odklon. x 1,x 2 Skupni standardni odklon ali deviacija je podana z izrazom [45]: n1 1 2 n2 1 s (3.22) x 1, x2 n n σ 1 2 σ varianca ene skupine, - varianca druge skupine, s - skupni standardni odklon. x 1,x 2 Izračunano vrednost Studentovega t-testa primerjamo s teoretično t-vrednostjo t tab, odčitano iz preglednice za t-porazdelitev pri stopinji prostosti k = (n 1 + n 2 2) in določeni stopnji značilnosti α ter sklepamo o signifikantnosti razlike med dvema srednjima vrednostma. V primeru, da je F F tab pomeni, da se varianci obeh srednjih vrednosti bistveno razlikujeta, 54

67 zato ne moremo izračunati skupnega standardnega odklona. K izračunu t-testa pristopimo tako, da izračunamo standardno napako razlike srednjih vrednosti s pomočjo izraza [45]: x2 n1 n2 s (3.23) x t-test pa po izrazu [45]: x x t (3.24) 1 2 s x 1 x2 x 1 x 2 - razlika srednjih vrednosti, s - standardna napaka razlike srednjih vrednosti. x 1 x 2 Iz statistične tabele za t-test se odčita vrednost pri stopinji prostosti k 1 = (n 1 1) in k 2 = (n 2 1) in določeni stopnji značilnosti α. Če je t t tab, se ničelna hipoteza (H 0 : x 1 x2 ) na stopnji značilnosti zavrne, kar pomeni, da je signifikantnost razlik med dvema srednjima vrednostma statistično pomembna. V primeru, da je t < t tab, se hipoteza sprejme, kar pomeni, da signifikantnost razlik med dvema srednjima vrednostma ni statistično pomembna Analiza korelacije in regresije V naravi pogosto opazimo, da dva pojava kažeta neko medsebojno odvisnost ali povezanost. Stopnjo povezanosti pa izražamo s koeficientom korelacije. Stopnjo in smer povezanosti lahko podamo z izrazom: r ( z N x z 1 y ) (3.25) Pomembnost koeficienta korelacije pa izrazimo s pomočjo t-testa: ( N 2) t r (3.26) 2 1 r r N 2 - stopnja in smer povezanosti - število prostostnih stopenj 55

68 Mejne vrednosti t (pri določenem tveganju in določeni prostostni stopnji) odčitamo iz tabele. Če je naš dobljeni t znatno večji od očitanega pomeni, da je korelacija statistično pomembna. Če je korelacija obstaja, je možno iz podatka ene variable zaključiti, kateri rezultat najverjetneje odgovarja drugi variabli. Kadar je povezanost maksimalna (+1 ali -1), se lahko iz odvisne variable. Če je korelacija obstaja, je možno iz podatka ene variable zaključiti, kateri rezultat najverjetneje odgovarja drugi variabli. Kadar je povezanost maksimalna (+1 ali -1), se lahko iz odvisne variable Y izračuna neodvisno variablo X. Enačba smeri regresije: Y = a + b X (3.27) Nagib krivulje je: vertikalnaoddaljenost horizontalnaoddaljenost Y X 2 2 Y1 X 1 (3.28) V praksi stvari niso tako preproste, saj vse vrednosti nikoli ne ležijo točno na premici. Ker pa rezultati niso na premici je težko reči, kateri rezultat v variabli Y je najverjetnejši za vrednost X. Pravilna smer regresijske premice je tista, ki ima najmanjšo vsoto kvadratov odstopanja posameznih Y rezultatov od te premice. Računamo jo s pomočjo metode najmanjših kvadratov: Y = a + bx (3.29) Konstanti a in b pa izračunamo po izrazu [45]: N XY ( X )( Y) b (3.30) 2 2 N X ( X ) a = Y b X (3.31) 56

69 4 REZULTATI Rezultati raziskave vpliva fazno spremenjivih materialov v poslovnih oblačilih na toplotno udobje človeka v hladnem okolju so podani v obliki: 1) Rezultatov meritev toplotnih lastnosti ploskih tekstilij. 2) Rezultatov meritev fizioloških parametrov testnih oseb. 3) Rezultatov subjektivne ocene. 4) Rezultatov statistične analize pomembnosti razlik merjenih fizioloških parametrov. 4.1 Rezultati meritev toplotnih lastnosti ploskih tekstilij Srednje vrednosti rezultatov meritev toplotnih lastnosti v raziskavi uporabljenih ploskih tekstilij so podani v preglednici 4.1. Preglednica 4.1 Rezultati meritev toplotnih lastnosti uporabljnih ploskih tekstilij. Oznaka Debelina Debelina Toplotne lastnosti tekstilije tekstilije tekstilije h 1 [mm] h 2 [mm] Toplotni upor Toplotna prevodnost R ct [m 2 K/W] λ [W/m K] TK 01 0,51 0,430 0,016 0,032 TK 02 0,49 0,428 0,011 0,045 TK 03 0,49 0,433 0,011 0,045 TK 07 0,21 0,197 0,005 0,042 TK 09 1,71 1,210 0,053 0,032 TK 12 0,11 0,119 0,001 0,110 TK 14 0,14 0,147 0,002 0,070 TK 15 1,59 1,037 0,036 0,044 TK 20 1,29 0,850 0,028 0,046 TK 21 0,21 0,225 0,002 0,105 TK 22 0,49 0,413 0,014 0,035 h 1 - debelina pri obremenitvi 0,069 gf/cm 2 h 2 debelina pri obremenitvi 6,0 gf/cm Rezultati meritev zračne prepustnosti ploskih tekstilij Rezultati meritev zračne prepustnosti v raziskavi uporabljenih ploskih tekstilij so podani v preglednici

70 Preglednica 4.2 Rezultati meritev zračne prepustnosti ploskih tekstilij. Oznaka tekstilije Surovinska sestava Zračna prepustnost [l/m 2 s] TK % WO 323,5 TK 2 88 % WO, 12 % PA 75,2 TK 3 98 % WO, 2 % EL 223,0 TK 7 78 %CO, 22 % PES 322,0 TK % WS 196,5 TK % CV 596,0 TK % CV 125,2 TK % CO 618,0 TK % CO 1180,0 TK 21 1.sloj: 100 % CV, 2.sloj: Outlast : Akril s PCMs 151,0 TK % Outlast : Akril s PCMs, 28 % WO, 4 % EL 277,0 4.2 Rezultati meritev fizioloških parametrov testnih oseb Fiziološki parametri testnih oseb, dobljeni s pomočjo Par-Port merilnega sistema ter s tehtanjem testnih oseb in oblačil pri štirih različnih klimatskih pogojih, tj. pri temperaturi -5 ºC, 5 C, 0 C in10 ºC, so podani kot: 1) Rezultati meritev ponderirane temperature kože, 2) Rezultati meritev srčne frekvence, 3) Rezultati meritev količine absorbiranega in evaporiranega znoja ter 4) Rezultati vpliva klimatskih pogojev na fiziološke parametre testnih oseb Rezultati meritev ponderirane temperature koţe testnih oseb Rezultati meritev ponderirane temperature kože so podani kot: 1) Rezultati meritev srednje vrednosti ponderirane temperature kože testnih oseb. 2) Rezultati meritev spremembe srednje ponderirane temperature kože testnih oseb v odvisnosti od časa raziskave. V preglednicah 4.3 in 4.4 so zbrani rezultati meritev srednje vrednosti ponderirane temperature kože testnih oseb, ki so nosile različne oblačilne sisteme pri različnih klimatskih pogojih. Srednje vrednosti ponderirane temperature kože so izračunane iz izmerjenih vrednosti posameznih temperatur kože petih testnih oseb, zabeleženih v zadnjih 10-ih minutah posamezne aktivnosti. 58

71 Preglednica 4.3 Rezultati ponderirane temperature kože oseb pri temperaturi zraka 10 C Aktivnost Ponderirana temperatura k oţe testnih oseb pri temperaturi zraka 10 ºC [ºC] cs1 cs2 cs3 cs4 cs5 cs6 cs7 cs8 cs9 cs10 A1 33,1 33,6 33,5 33,3 33,2 33,7 33,7 33,5 33,8 33,1 A2 31,6 31,9 32,2 31,4 31,4 32,6 32,7 32,5 32,7 32,2 A3 30,3 30,4 30,8 30,0 30,4 31,8 31,7 31,5 31,5 31,6 A4 30,6 31,4 31,4 30,5 30,9 32,5 32,5 32,2 32,4 32,2 A5 32,2 32,9 32,8 32,1 32,5 33,6 33,5 33,5 33,7 33,0 Preglednica 4.4 Rezultati ponderirane temperature kože oseb pri termperaturah zraka 5 C, 0 C in -5 C Aktivnost Ponderirana temperatura k oţe testnih oseb pri temperaturi zraka 5 C [ C] cs6 cs7 cs8 cs9 cs10 A1 33,3 33,4 33,7 33,3 32,8 A2 31,8 32,1 32,5 31,7 31,5 A3 30,6 31,0 30,8 30,3 30,3 A4 31,2 31,7 31,8 31,6 31,4 A5 32,5 33,0 33,0 33,0 32,6 Aktivnost Ponderirana temperatura k oţe testnih oseb pri temperaturi zraka 0 C [ C] cs6 cs7 cs8 cs9 cs10 A1 33,3 33,6 33,4 33,3 33,3 A2 31,4 31,4 31,7 31,4 31,5 A3 29,6 29,6 29,2 28,9 29,5 A4 30,4 30,6 30,2 30,0 30,4 A5 32,5 32,6 32,4 32,0 32,5 Aktivnost Ponderirana temperatura k oţe testnih oseb pri temperaturi zraka -5 C [ C] cs6 cs7 cs8 cs9 cs10 A1 33,6 33,5 33,7 33,8 33,4 A2 30,7 31,0 31,2 30,8 31,1 A3 28,6 28,3 28,7 28,3 28,5 A4 29,3 29,4 29,6 28,9 29,5 A5 32,1 32,2 32,4 32,1 32,1 59

72 Oblačilni sistem z oznako cs1 je izdelan iz 100 % volnene tkanine. Oblačilni sistem z oznako cs6 je oblačilni sistem z oznako cs1 samo, da ima oseba oblečen še plašč. Oblačilni sistem z oznako cs10 je oblačilni sistem z oznako cs5 s plaščem. Oblačilna sistema z oznakama cs1 in cs5 se razlikujeta samo v sloju podloge suknjiča. V oblačilni sistem z oznako cs1 je vgrajena viskozna podloga, v oblačilni sistem z oznako cs5 pa viskozna podloga z nanosom fazno spremenljivih materialov. Oblačilni sistem z oznako cs2 je sestavljen iz tekstilije v sestavi 88 % volne in 12 % poliamida. Oblačilni sistem z oznako cs7 je oblačilni sistem z oznako cs2 s plaščem. Oblačilni sistem z oznako cs3 je iz tkanine v sestavi 98 % volne in 2 % elastana. Oblačilni sistem z oznako cs8 je oblačilni sistem z oznako cs3 in plašč. Oblačilni sistem z oznako cs4 je izdelan iz tkanine z vgrajenimi fazno spremenljivimi materiali v sestavi 68 % Outlasta; akril s PCMs, 28 % volne in 4 % elastana. Na slikah od 4.1 do 4.3 so spremembe srednje ponderirane temperature kože testnih oseb, izmerjene v hladnem in mrzlem okolju, prikazane kot primerjava med ponderiranimi temperaturami kože izmerjenih v različnih oblačilnih sistemih. Slika 4.1. Sprememba srednje ponderirane temperature kože v odvisnosti od časa pri temperaturi zraka 10 C, za: (a) oblačilna sistema z oznakama cs1 in cs5, (b) oblačilne sisteme z oznakami cs1, cs2, cs3 in cs4,(c) oblačilna sistema z oznakama cs6 in cs10, (d) oblačilne sisteme z oznakami cs6, cs7, cs8 in cs9 60

73 Slika 4.2 Sprememba srednje ponderirane temperature kože v odvisnosti od časa pri temperaturi zraka 5 C, za: (a) oblačilna sistema z oznakama cs6 in cs10, (b) oblačilne sisteme z oznakami cs6, cs7, cs8 in cs9 Slika 4.3 Sprememba srednje ponderirane temperature kože v odvisnosti od časa pri temperaturi zraka 0 C, za: (a) oblačilne sisteme z oznakami cs6, cs7, cs8 in cs9 (b) oblačilna sistema z oznakama cs6 in cs10 Slika 4.4 Sprememba srednje ponderirane temperature kože v odvisnosti od časa pri temperaturi zraka -5 C (a) za oblačilne sisteme z oznakami cs6, cs7, cs8 in cs9, (b) za oblačilna sistema z oznakama cs6 in cs10 61

74 4.2.2 Rezultati meritev srčne frekvence testnih oseb Rezultati meritev srednje vrednosti srčne frekvence testnih oseb, ki so v različnih pogojih nosile različne oblačilne sisteme so prikazani v preglednici 4.5. Vrednosti se nanašajo na zabeležene vrednosti meritev zadnjih 10-ih minut posamezne aktivnosti. Preglednica 4.5 Rezultati meritev srednje vrednosti srčne frekvence testnih oseb pri temperaturah od -5 C do 10 C Aktivnost Srčna frekvenca testnih oseb pri temperaturi zraka [ud/min] 10 ºC 5ºC 0 ºC -5 ºC os1 os2 os3 os4 os5 os1 os2 os3 os4 os5 os1 os2 os3 os4 os5 os1 os2 os3 os4 os5 A A A A A Na sliki 4.5 so prikazane srednje vrednosti srčne frekvence testnih oseb pri temperaturah od -5 C do 10 C. Slika 4.5 Srednja vrednost srčne frekvence testnih oseb pri temperaturah zraka 10 C, 5 C, 0 C in -5 C 62

75 4.2.3 Rezultati meritev količine evaporiranega in absorbiranega znoja Rezultati meritev srednje vrednosti količine evaporiranega znoja petih testnih oseb, določene na podlagi razlike v masi golega telesa testnih oseb in tehtanja posameznih oblačilnih delov pred in po posamezni raziskavi v klima komori so prikazani v pregledicah od 4.6 do 4.9. Preglednica 4.6 Kondenzacija evaporiranega znoja v notranjosti in na površini oblačil ter evaporacija znoja testnih oseb pri 10 C/50% O.S. Evaporacija Kondenzacija znoja v posameznih oblačilih [g] Skupaj znoja [g] Sp. majica Sp. hlače Srajca Hlače Suknjič Plašč Nogavice Čevlji [g] cs1-0,705-0,008-0,004-0,012-0,018-0,022 / 0,006 0,008-0,05 cs2-1, ,012-0,016-0,022 / 0,006 0,014-0,03 cs3-0,55 0,002 0,002-0,006-0,014-0,018 / 0,008 0,018-0,008 cs4-1,77-0,006 0,002-0,004-0,01-0,016 / 0,008 0,014-0,012 cs5-0,695 0,002 0,004-0,004-0,018-0,032 / 0,006 0,012-0,03 cs6-1,077-0,008-0,004-0,010-0,028-0,044-0,008 0,004 0,010-0,088 cs7-0,910-0,004-0,006-0,004-0,022-0,036-0,004 0,004 0,016-0,056 cs8-0,545-0,002 0,004-0,002-0,008-0,026 0,008 0,002 0,016-0,008 cs9-1,015-0,006-0,004-0,002-0,008-0,018-0,006 0,008 0,012-0,024 cs10-0,75-0,004-0,004-0,004-0,014-0,032-0,002 0,004 0,004-0,052 Preglednica 4.7 Kondenzacija evaporiranega znoja v notranjosti in na površini oblačil ter evaporacija znoja testnih oseb pri 5 C/50% O.S. Evaporacija Kondenzacija znoja v posameznih oblačilih [g] Skupaj znoja [g] Sp. majica Sp. hlače Srajca Hlače Suknjič Plašč Nogavice Čevlji [g] cs6-0,597-0,004-0,002-0,004-0,018-0,028 0,016-0,002 0,018-0,024 cs7-0,761-0, ,016-0,016-0,022 0,036 0,008 0,016 0,002 cs8-0, ,006-0,018-0,026 0,024 0,002 0,028 0,004 cs9-0,680-0,004-0, ,006-0,014 0,014 0,004 0,014 0,006 cs10-0,664-0,004-0,002-0,01-0,026-0,046 0,006 0,004 0,01-0,068 Preglednica 4.8 Kondenzacija evaporiranega znoja v notranjosti in na površini oblačil ter evaporacija znoja testnih oseb pri 0 C/50% O.S. Evaporacija Kondenzacija znoja v posameznih oblačilih [g] Skupaj znoja [kg] Sp. Sp. Srajca Hlače Suknjič Plašč Nogavice Rokavice Čevlji [g] majica hlače cs6-0,790-0,004-0,002-0,004-0,016-0,026 0, ,004 0,008 0,040 cs7-0,735-0,002 0,002-0,006-0,02-0,042-0,008 0, ,02-0,054 cs8-0,870-0, ,002-0,022-0,036-0,012 0, ,010-0,064 cs9-0,925-0,004-0,006-0,006-0,006-0,024-0,026 0,008 0,002 0,010-0,052 cs10-0,365-0,004 0,006 0,004-0,014-0,034 0,002 0,008-0,002 0,02-0,014 63

76 Preglednica 4.9 Kondenzacija evaporiranega znoja v notranjosti in na površini oblačil ter evaporacija znoja testnih oseb pri -5 C/50% O.S. Evaporacija Kondenzacija znoja v posameznih oblačilih [kg] Skupaj znoja [kg] [kg] Sp. Sp. hlače Srajca Hlače Suknjič Plašč Nogavice Rokavice Čevlji majica cs6-0,740-0,006-0,006-0,008-0,016-0,04 0,094-0,008-0,002-0,006 0,002 cs7-0, ,004-0,010-0,02 0 0, ,014-0,006 cs8-0, ,002-0,008-0,016-0,016 0, ,014-0,024 cs9-0,915-0, ,008-0,016 0,004 0, ,016-0,002 cs10-0,680-0,006-0, ,018-0,068 0,002 0,01 0 0,02-0,066 Na sliki 4.6 je prikazana količina evaporiranega znoja testnih oseb, ki so nosile različne oblačilne sisteme v odvisnosti od temperature zraka. Na sliki 4.7 so prikazane vrednosti količin absorbiranega znoja v posameznih oblačilih v odvisnosti od temperature zraka od -5 C do 10 C. Slika 4.6 Količina evaporiranega znoja testnih oseb, ki so nosile različne oblačilne sisteme (a) pri temperaturi zraka 10 C, (b) pri temperaturi zraka 5 C, (c) pri temperaturi zraka 0 C, (d) pri temperaturi zraka -5 C 64

77 Slika 4.7 Količina absorbiranega znoja v posameznih oblačilih (a) pri temperaturi zraka 10 C (a) pri temperaturi zraka 5 C (c) pri temperaturi zraka 0 C (d) pri temperaturi zraka -5 C 65

78 4.3 Subjektivna ocena toplotnega počutja Srednje vrednosti subjektivnih ocen toplotnega počutja testnih oseb pri temperaturah od -5 C do 10 C so prikazane v preglednici Preglednica 4.10 Srednje vrednosti subjektivnih ocen toplotnega počujta testnih oseb pri temperaturah od -5 C do 10 C Temperatura O.S Ocena toplotnega počutja v različnih časovnih intervalih zraka 20 min. 22 min. 40 min. 70 min. 72 min. 90 min. 92 min. 110 min. 10 ºC cs1 0,00-1,00-2,00-1,00-2,00-1,00 0,00 0,00 cs2 0,00-1,00-2,00 0,00-1,00-1,00 0,00 0,00 cs3 0,00-1,00-2,00-1,00-1,00-1,00 0,00 0,00 cs4 0,00-1,00-1,00 0,00-1,00-1,00 0,00 0,00 cs5 0,00-1,00-2,00 0,00-1,00-1,00 0,00 0,00 10 ºC cs6 1,00 0,00-1,00 0,00 0,00-1,00 0,00 0,00 cs7 0,00 0,00-1,00 1,00 0,00 0,00 0,00 0,00 cs8 0,00-1,00-1,00 0,00 0,00-1,00 0,00 0,00 cs9 0,00-1,00-1,00 1,00 1,00 0,00 0,00 0,00 cs10 0,00 0,00-1,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 5 ºC cs6 0,00-1,00-1,00 0,00-1,00-1,00 0,00 0,00 cs7 0,00 0,00-1,00 1,00 0,00-1,00 0,00 0,00 cs8 0,00-1,00-1,00 0,00 0,00-1,00 0,00 0,00 cs9 0,00 0,00-1,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 cs10 0,00-1,00-1,00-1,00-1,00-1,00 0,00 0,00 0 ºC cs6 0,00-1,00-2,00-2,00-2,00-2,00 0,00 0,00 cs7 0,00-1,00-2,00-1,00-1,00-2,00 0,00 0,00 cs8 0,00-1,00-1,00 0,00-1,00-1,00-1,00 0,00 cs9 0,00-1,00-3,00-2,00-2,00-2,00 0,00 0,00 cs10 0,00-1,00-2,00-1,00-1,00-2,00 0,00 0,00-5 C cs6 0,00-1,00-3,00-2,00-3,00-3,00-1,00 0,00 cs7 1,00-1,00-2,00-2,00-2,00-3,00 0,00 0,00 cs8 0,00-2,00-3,00-1,00-2,00-2,00 0,00 0,00 cs9 0,00-1,00-3,00-1,00-3,00-3,00-1,00 0,00 cs10 0,00-1,00-2,00-1,00-2,00-2,00-1,00 0,00 Ocena toplotnega udobja testnih oseb v različnih časovnih intervalih pri temeperaturah od -5 C do 10 C je podana v pregledici

79 Preglednica 4.11 Ocena toplotnega udobja v različnih časovnih intervalih pri temperaturah od -5 C do 10 C Temperatura O.S. Ocena toplotnega udobja v različnih časovnih intervalih zraka 20 min. 22 min. 40 min. 70 min. 72 min. 90 min. 92 min. 110 min. 10 C Cs1 0,00 1,00 2,00 1,00 1,00 1,00 0,00 0,00 Cs2 0,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 0,00 0,00 Cs3 0,00 1,00 1,00 0,00 1,00 1,00 0,00 0,00 Cs4 0,00 1,00 1,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 Cs5 0,00 1,00 1,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 10 C Cs6 0,00 0,00 1,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 Cs7 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 Cs8 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 Cs9 0,00 1,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 Cs10 0,00 0,00 1,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 5 C Cs6 0,00 0,00 1,00 0,00 0,00 1,00 0,00 0,00 Cs7 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 Cs8 0,00 0,00 1,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 Cs9 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 Cs10 0,00 0,00 0,00 1,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0 C Cs6 0,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 0,00 0,00 Cs7 0,00 0,00 1,00 1,00 1,00 1,00 0,00 0,00 Cs8 0,00 1,00 1,00 0,00 1,00 1,00 0,00 0,00 Cs9 0,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 0,00 0,00 Cs10 0,00 0,00 1,00 0,00 0,00 1,00 0,00 0,00-5 C Cs6 0,00 1,00 2,00 2,00 2,00 2,00 0,00 0,00 Cs7 0,00 1,00 2,00 2,00 2,00 2,00 0,00 0,00 Cs8 0,00 1,00 2,00 1,00 1,00 2,00 0,00 0,00 Cs9 0,00 1,00 1,00 1,00 1,00 2,00 0,00 0,00 Cs10 0,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 0,00 0,00 67

80 Na sliki 4.8 je podan vpliv temperature zraka na subjektivno oceno toplotnega počutja testnih oseb, ki so nosile različne oblačilne sisteme pri temperaturah zraka od -5 C do 10 C. 68