Odvod vlhkosti a tepla u lidské pokožky - Katedra oděvnictví

Technická univerzita v LiberciFakulta textilníKatedra oděvnictvíODVOD VLHKOSTI A TEPLA Z POVRCHULIDSKÉHO TĚLAVypracoval: Petr Horníček6/2002

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCIKatedra oděvnictvíOBSAH1. Úvod .................................................................................................................. 42. Kůže .................................................................................................................. 53. Základní parametry kůže ................................................................................... 53.1. Ochranné funkce kůže................................................................................. 73.2. Pokožka....................................................................................................... 73.3. Vazivová část kůže .................................................................................... 103.4. Krevní zásobení a nervstvo kůže............................................................... 113.5. Kožní adnexa............................................................................................. 113.5.1. Žlázy mazové....................................................................................... 123.5.2. Potní žlázy ........................................................................................... 123.6. Nervstvo kůže............................................................................................ 144. Fyziologie kůže................................................................................................ 144.1. Schopnost pokožky neutralizovat slabé zásady ........................................ 144.2. Udržování stálé lidské teploty .................................................................... 154.3. Kůže jako regulátor vody ........................................................................... 154.4. Ochrana před světelnými paprsky ............................................................. 154.5. Dýchání kůží.............................................................................................. 154.6. Kůže – skladiště výživných zásob.............................................................. 165. Fyzikální vlastnosti kůže .................................................................................. 165.1. Propustnost a permeabilita kůže................................................................ 165.2. Mechanické vlastnosti kůže ....................................................................... 166. Termoregulace ................................................................................................ 176.1. Tělesná teplota .......................................................................................... 176.2. Teplota kůže .............................................................................................. 186.3. Mechanismy termoregulace....................................................................... 197. Obecné poznatky o mechanizmech hydratace kožního povrchu..................... 208. Transport tepla, vlhkosti a vzduchu soustavou člověk – oděv – prostředí ....... 258.1. Oděvní mezivrstvy a mikroklima ................................................................ 268.2. Teplota vzduchu pod oděvem.................................................................... 268.3. Vlhkost vzduchu pod oděvem.................................................................... 268.4. Obsah oxidu uhličitého pod oděvem.......................................................... 269. Vlhkost – základní parametry .......................................................................... 2710. Přenos tepla a vlhkosti v textiliích.................................................................... 2910.1. Fyzikální procesy v oděvním komfortu....................................................... 2910.2. Teplo a vlhkost přenášené z oděvu ........................................................... 2910.3. Dynamické teplo a vlhkost transportovaná v textiliích................................ 3110.4. Výměna vlhkosti mezi vlákny a vzduchem................................................. 3310.4.1. Chování vláken při vysychání .............................................................. 3310.4.2. Odpařování a kondenzace................................................................... 3510.4.3. Vlhkostní sorpce a desorpce................................................................ 3510.5. Okrajové podmínky................................................................................... 3710.6. Fyzikální vlastnosti vláken a textilií ............................................................ 3910.7. Metody řešení............................................................................................ 4010.7.1. Difúze vlhkosti do vlákna ..................................................................... 4010.7.2. Numerické řešení k hlavním řešením .................................................. 4110.8. Vlhkostní sorpce vlněných textilií............................................................... 4110.9. Chování textilií vyrobených z různých vláken ............................................ 4311. Sdílení tepla mezi organismem a okolím ......................................................... 462

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCIKatedra oděvnictví11.1. Sdílení tepla sáláním ................................................................................. 4611.2. Sdílení tepla vedení (kondukcí) ................................................................. 4711.3. Sdílení tepla prouděním (konvekcí) ........................................................... 4811.4. Sdílení tepla odpařováním......................................................................... 5011.5. Sdílení tepla dýcháním (respirace) ............................................................ 5112. Odvody vlhkosti z povrchu lidského organismu ............................................... 5212.1. Kapilární odvod potu.................................................................................. 5212.2. Migrační způsob odvodu potu.................................................................... 5212.3. Difúzní odvod vlhkosti................................................................................ 5312.4. Sorpční odvod vlhkosti............................................................................... 5413. Hydromechanické vlastnosti textilních materiálů ............................................. 5413.1. Hydroskopičnost ........................................................................................ 5413.2. Vzlínavost .................................................................................................. 5513.3. Nasáklivost ................................................................................................ 5513.4. Vysýchavost .............................................................................................. 5513.5. Smáčivost .................................................................................................. 5613.6. Propustnost vodních par............................................................................ 5714. Seznam použité literatury ................................................................................ 623

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCIKatedra oděvnictví1. ÚvodO kůži často hovoříme jako o obalu těla, něčem izolovaném, přitom je toorgán, který je v těsném spojení s celým organismem, jeho funkcemi ahospodářstvím. Kůže je jedním z největších a velmi důležitým orgánem vůbec.Kůže izoluje tělo proti zevnějším vlivům a současně je orgánem, který upozornína všech zevní impulsy a tyto informace přenáší do nitra organismu. Též je ičasto místem odpovědi organismu na zevní impulsy. Některé reakce vznikajív kůži samotné. [5]Jedním z cílů této práce je nalezení poznatků o lidské kůži a o tom, co jepro ni příjemné a vhodné a co nikoli. Chceme-li se totiž zaměřit na možnostisimulace lidské pokožky, je pro nás důležité vědět, jak lidská kůže vypadá a jakse za jistých okolností chová.Dalším cílem této práce je problematika transportu vlhkosti oděvem.Mezi funkce oděvu patří ochrana lidského těla před nepříznivými vlivy okolí(jedná o působení větru, deště, mrazu, slunce, …atd.) a transport vlhkosti,tepla a vzduchu skrze oděvní systém. Je tedy důležité zaměřit se na kontroluvhodnosti oděvů při určitých podmínkách prostředí. To znamená sledovat tyvlastnosti oděvu, které nám určují oděvní komfort výrobku.Oděvní komfort je stav fyziologické, psychologické a fyzikální harmoniemezi člověkem a prostředím. Je v něm zahrnuta ochrana proti chladu a teplu,optimální transport vlhkosti skrze jednotlivé vrstvy oděvu a vjemy, které sezískávají mechanickým kontaktem mezi textilií a pokožkou. Mezi dalšíovlivňující faktory patří též styl, barva a velikost, které tvoří tzv. psychologickýkomfort. Tato komponenta komfortu závisí na kulturní a sociální úrovni, apředevším vyjadřuje individualitu zákazníka. V některých případech můžedokonce požadavek na psychologický komfort převážit nad funkčním.Dnešní doba si žádá stále vyšší kvalitu oděvních výrobků a pouze oděvyzajišťující vysoký oděvní komfort mohou obstát na trhu.4

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCIKatedra oděvnictví2. KůžeJe základním biologickým pravidlem, že organismus musí být chráněnpřed vlivy okolí, tato funkce je uskutečňována kůží. Kůže, resp. její pokožka, sevyvinula v orgán se stálou obnovou buněk a trvalou výrobou keratinu. [5]Kůže je anatomicky i fyziologicky specializovaná hraniční vrstva,kterátvoří ucelený zevní povrch lidského těla. Představuje značně velkou styčnouplochu mezi tělem a prostředím a zároveň ochranu proti jeho nejrůznějšímvlivům. Neporušená celá kůže je u všech savců základní podmínkou jejichživota. [5]Odstraníme-li u savce žijícího na zemi v suchém vzduchu při teplotě nižšínež 28°C více než 30% jeho kůže, ztrácí z těla více teploty než můžeregenerovat, tělesná teplota klesá a zvíře zahyne. To proto že ztrácí z tělajednak sůl a jednak se zvětšuje obsah jeho tělesné vody. [5]3. Základní parametry kůžePodkožní tuková tkáň se připočítává ke kůži, je tedy patrné, že s tukovoutkání váží kůže víc než kostra; váhově je na druhém místě žebříčku orgánů(obr. 3.1). Při nedostatečném přívodu kalorií slouží podkožní tuk jako jedenz hlavních rezervátorů. [5]U dospělého člověka váží kůže 3,5-6 kg, podkožní tuk ještě dalších 5-20 kg.Váha samotné pokožky (epidermis) je asi jen 0,5 kg. [5]Povrch těla měří u dospělého člověka 1,5 - 2 m 2 . Tento údaj je ovšempřibližný. Přesná výměra kůže kolísá přirozeně v určitých mezích u každéhojednotlivce. To má rozhodující význam při posuzování tepelných ztrátz lidského těla a pro výpočet dostačující látkové výměny a tím dostatečnévýživy lidí. [5]Povrch těla, tj. kožní plocha, se vypočítává podle vzorce [5]:P = 71,84 V 0,425 × D 0,725 3.1kde P - povrch těla (m 2 )V- váha těla (kg)D - tělesná výška (m)5

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCIKatedra oděvnictvísvaly ašlachy43%kostra16%ostatníorgány16%podkožnítuková tkáň18%kůže (bezpodkožníhotuku)7%Obr. 3.1 Hmotnostní podíl jednotlivých orgánůTloušťka kůže těla není na všech místech stejná. V místech, kde je kůževystavena velkému opotřebování a tlaku, jako na ploskách nohou nebo nadlaní, nalézáme nejen velmi silnou vrstvu rohovou, nýbrž i všechny ostatnívrstvy kůže. [5]epidermisdermis(mm)4,543,532,521,510,50hlava čelo záda břicho stehno dlaňObr. 3.2 Tloušťka kůže v různých částech těla6

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCIKatedra oděvnictví3.1. Ochranné funkce kůžeKůže odolává (v určitých hranicích) nebo aspoň minimalizuje škodlivéúčinky mechanických, osmotických, chemických, tepelných a světelných vlivůprostředí. Podkožní tukový polštář (kromě toho, že je vynikající izolací) sepodílí na mechanické ochraně tím, že zachycuje účinky tupých sil, rozděluje jea zmírňuje. [5]Morfologie kůžeNa kůži rozeznáváme povrchní vrstvu - pokožku, a pod ní část vazivovou -škáru.3.2. PokožkaPokožku (epidermis) tvoří vrstvy dlaždicovitých buněk, které jsouv hořejších vrstvách zrohovatělé. To je vrstva rohová, která se na svémpovrchu stále, většinou neviditelně olupuje a je trvale doplňována buňkaminejspodnější zóny vrstvy zárodečné. Tato vrstva se skládá z buněk, které sedělí a vytlačují starší buňky k povrchu, kde se oplošťují, prožívají přípravnástadia rohovění a odumírají. Vrstva zárodečná se skládá z vrstvy základní aostnité. Nejspodnější zónu, zónu základní, tvoří cylindrické buňky, které jsoupevně zapojené do zvláštní blanky nad škárou. [5]Vrstva buněk bazální zóny obstarává co nejpevnější spojení pokožky seškárou tak, aby při mechanických nárazech za všech okolností bylo zabráněnojejímu stržení. Proto se ponořují dolní části cylindrických buněk zvláštnímiprstovitými výběžky do blanky nad škárou. Tím ovšem se také zvětšujevyživovací styčná plocha se škárou. V buňkách hlubších vrstev je obsaženokožní barvivo (melanin), které chrání hlouběji uložené buňky tkání předškodlivým UV zářením. [5]7

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCIKatedra oděvnictví.Obr. 3.3 Znázornění regenerace pokožky [5]Nad základní zónou je stratum spinosum, vrstva ostnitá. Skládá se z vícevrstev polyedrických buněk, které se oplošťují směrem k povrchu. Nad toutovrstvou buňky pozbývají jader a oplošťují se. [5]Zcela povrchní vrstva pokožky je rohová vrstva. Buňky jsou redukoványna zrohovatělé, ploché, jakoby slisované skořápky. Místo jádra najdemevětšinou jen světloučkou štěrbinku. Na povrchu ztrácejí buňky mezi sebouspojení, odlupují se jednotlivě a tvoří tzv. rohový prach. Buňky mají tvaršestiúhelníka a překrývají se svými klínovitě se zvyšujícími okraji. Síla rohovévrstvy je na různých částech kožního povrchu různá: je tenká nad ohyby kloubůa na břichu a sotva znatelná na víčkách. Tam, kde je vystavena velkémuopotřebování a tlaku, jako na dlaních a chodidlech, je neobyčejně silná; taksilná, že kůži zbarvuje do žluta. [5]Proces rohovatění je závislý na přítomnosti škáry a je řízen místníhladinou vitamínu A. Rohová vrstva ztrácí z celého povrchu těla denně 10gzrohovatělých buněk. [5]8

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCIKatedra oděvnictvíObr. 3.4 Schématický řez kůží [5]1 - vlasová pochva, 2 - vlas, 3 - hladké svalstvo, 4 - mazová žláza, 5 - kožnícéva, 6 - potní žláza, 7 - hmatové tělísko, 8 - tepelný receptor (Ruffinihotělísko), 9 - receptor tlaku a tahu (Vater-Paciniho tělísko), 10 - chladovýreceptor(Krauseho tělísko), 11 - volná nervová zakončení9

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCIKatedra oděvnictví3.3. Vazivová část kůžeVazivová část kůže podle [5] se skládá ze škáry (korium) a z podkoží (telasubcutanea). Škára (dermis) je vazivová část kůže, která zajišťuje její pevnosta pružnost a obsahuje kožní adnexa (kožní přídavné orgány - nehty, vlasy,mazové a potní žlázy), cévy, nervy a hladké svaly. Škára se dělí na povrchnízónu papilární, která neznatelně přechází v hlubší síťovitou část.Papilární část, tvořená mladým bohatě vaskularizovaným vazivems množstvím buněk, je zvlněna papilami - kónickými útvary, ve kterých jsoukapilární sítě a nervová zakončení, mezi které zapadají analogické výběžkypokožky. [5]Hlubší část škáry má hrubější, tuhé a na buňky chudé vazivo. Silnésnopce kolagenních vláken, probíhající většinou rovnoběžně s povrchem a jenz menší části šikmo nebo kolmo, vytvářejí skoro plsťovitou spleť. Snopce sevětšinou kříží pod ostrým úhlem, kolmé pronikají do podkoží a směremk povrchu až do papilární zóny. Škára snáší hlavní část mechanického zatíženíkůže. [5]Terminální nervová tělíska se vyskytují ve škáře v několika druzích např.jako hmatová - Meissnerova tělíska, Krauseova tělíska, která jsou receptorychladu, Ruffiniho tělíska jako receptory tepla.Podkožní vazivo je nejhlubší část kůže, zprostředkuje spojení se svalynebo s okosticí. Řídké podkožní vazivo umožňuje značnou pohyblivost kůže naněkterých částech těla, např. na krku a na čele. Nacházejí se v něm tělískaVater-Paciniho, která jsou receptory čití tlaku a tahu. Podkožní vazivo je místyproloženo tukovými lalůčky. Ty ve větším množství vytvářejí na některýchmístech tukový polštář. V závislosti na množství tukové tkáně její tloušťkakolísá v rozmezí 0,5 - 10 cm. Tato část kůže se škárou představuje hlavníhmotu kůže. [5]Tukový polštář podle [5], skládají tukové lalůčky, které vyplňují prostor mezihrubými vazivovými snopci. Je nutné bohaté zásobení krví, neboť v tukovémpolštáři ukládá tělo případné přebytky kalorií přijímaných potravou. Naopak,když je výživa nedostatečná sahá ihned do tohoto rezervoáru a to vše cestoukrevního oběhu. Další významnou funkcí tukového polštáře je uchovávánítělesné teploty, zmírňování mechanických nárazů, chránit citlivá zařízení kůže,jako jsou cévy, nervy a jejich zakončení.Tukový polštář je nestejně silný na různých místech. Na některýchmístech chybí úplně, např. na dlaních, chodidlech, očních víčkách atd., tamkde musí odolávat značnému opotřebování a zatížení, je naopak dobře vyvinut.[5]10

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCIKatedra oděvnictví3.4. Krevní zásobení a nervstvo kůžeKapilární síť podle [5] není v celém těle stejně vyvinutá. Kůže patří meziprostředně bohaté orgány, jako např. svaly, žlázy, mozek s míchou. V kůži jeasi 40 kapilár na 1 mm 2 , kdežto např. v lidském srdci je jich na stejné ploše asi4000.Kůže je podle [5] na nervy velmi bohatá. Jednotlivé větší nervy ovládajíurčité části kůže. Nervstvo kůže patří jak k cerebrospinálnímu, tak ik vegetativnímu systému. Cerebrospinální nervy tvoří v pleteň senzitivníchnervů. Inervují okolní vrstvy a směrem vzhůru se rozplývají ve stále jemnějšívlákénka, která pronikají až do pokožky nebo vnikají do zvláštních konečnýchstruktur. Jsou to tělíska Vatera a Paciniho, receptory tlaku a tahu, dotykvnímající tělíska Wagnerova a Meissnerova a tělíska chladu Ruffiniho aKrauseho.Vlákna vegetativního nervového systému inervují hladké svaly, potnížlázy a cévy. Nakonec vytváří velmi hustou spleť, která obtéká orgány s velmirůznými funkcemi. [5]3.5. Kožní adnexaPodle [5] je to souhrnný název pro vlasy, nehty, žlázy mazové, žlázyapokrinní a potné.Vlasy trčí z kůže šikmo (s výjimkou řas) ve skupinkách potřech a jsou uspořádány v „proudech“ končících „víry“. Skládají se z vlastníhovolného vlasu a z kořene. Spodní část kořene se rozšiřuje ve vlasovou cibulkua do ní se vnořuje vlasová papila. Cibulka je uložena ve škáře nebov podkožním vazivu. V horní polovině škáry, v úhlu, který svírají snopcehladkého svalstva (vzpřimovače vlasů) s vlasovým folikulem, jsou umístěnymazové žlázy. Při smrštění uvedených svalíků se vlasy staví kolmo a zároveňje z mazových žláz vytlačován maz, který promazává nejen vlas, nýbrž i kůži.Vlasy najdeme skoro všude, s výjimkou dlaní, chodidel a několika málodalších míst a podle lokalizace mluvíme např. o vousech, chlupech, atd…Jejich počet se odhaduje asi na 100 000, a to vlasů asi 80 000 a zbytek naporost ostatních částí těla. Hustota kožního porostu mění se od místa k místu.Tab. 3.1 Hustota kožního porostu podle [5] na 1 cm 2 .temeno 170 - 320kštice nad čelem 120 - 250brada 23 - 45hřbet ruky 18stehno 811

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCIKatedra oděvnictví3.5.1. Žlázy mazovéŽlázy mazové podle [5] najdeme po celém těle s výjimkou dlaní a plosek.Jsou uloženy v horní polovině škáry. Promašťuje pokožku, dělá ji vláčnou apružnou a chrání ji od vysychání a průniku vody. Mazová sekrece vytváří napovrchu kůže vrstvu mastné hmoty, jejíž tloušťka u člověka se odhaduje podlekožní partie na 0,4 - 4 µm. Odstraníme-li tuto vrstvu, je nahrazena během 1- 6hodin. Mazových žláz je celkem asi 80 000 - 100 000. Na 1 cm 2 jich připadneasi 100. Mají rozměr asi 0,6 - 0,8 mm a jsou složeny obvykle z 5 - 6 žlázovýchlalůčků. Denně se vyloučí po celém těle 0,3 - 0,8 g mazu, čili za rok až 300 g.3.5.2. Potní žlázyJsou u člověka skoro všude. Nejvíce je jich na dlaních a chodidlech.Skládají se z části sekretorické, stočené v klubíčko, a z části vývodní, ústícív potním póru samostatným vývodem. Klubíčko je v kůži velmi hluboko, a to vespodních vrstvách škáry nebo až v podkoží. Pot se vyprazdňuje vývodemprobíhajícím škárou a končícím kanálkem, který provrtává pokožku. [6]Pot se tvoří z tkáňového moku. Zvýší-li se průtok krve vlásečnicemiopřádajícími žlázové buňky, prosakuje větší množství plazmy do tkáňovétekutiny a z této tekutiny tvoří buňky potních žláz pot. Má obvykle kyseloureakci, obsahuje 98,5% až 99% vody, 0,6% NaCl a rozpuštěné organické látky(močovinu, mastné kyseliny, aminokyseliny aj.). [6]Sekreci potu zvyšují některé látky, např.: nikotin. Potem se mohouvylučovat mnohé tělu cizí látky: z léků zejména jód. Činnost potních žlázusnadňuje práci ledvin. Při potních kůrách vystoupí pot nejdříve na dolníchkončetinách, pak na čele, břichu a konečně i na ostatních místech. Množstvípotu u neaklimatizovaného člověka může dosahovat až 700 ml/hod, čímždochází ke značným ztrátám solí (15-30 g). Adaptovaný organizmus regulujetyto ztráty na 1,5-2,0 l denně (3-5 g solí za den.). Potních žláz má člověk v kůžicelého těla asi dva milióny, tedy na 1 cm 2 jich připadá asi 100. Jednotlivé žlázymají průměr 0,17 - 0,35 mm, jen v podpaží jsou větší 0,3 - 0,5 mm. [6]12

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCIKatedra oděvnictvíObr. 3.5 Schéma potní žlázy pokožky ruky podle [6]1-2 Epidermální část vývodu2-3 Segment průchodové části3-4 Průchod části klubka potní žlázy4-5 Koncová sekreční část potní žlázy13

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCIKatedra oděvnictví3.6. Nervstvo kůžeNa nervy je podle [5] kůže bohatá. Kůže představuje největší receptivnípovrch. Je sídlem obrovského počtu receptorů somatosenzorického systému,které umožňují nepřetržitou komunikaci se zevním prostředím (dotykové atlakové receptory, termoreceptory, receptory pro bolest).4. Fyziologie kůžeÚloha kůže v rámci lidského těla je podle [5] velmi rozmanitá a jejívlastnosti nelze posuzovat izolovaně bez vztahu k celému organismu. Nervovýsystém reguluje fyziologické a patologické děje v kůži. Mozková kůra aautonomní nervový systém obstarává tak prostřednictvím kůže spojeníorganismu se zevním prostředím. Mezi funkce kůže patří: chránit tělo předchemickými škodlivinami, regulovat teplotu organismu, odolávat mechanickýmzatížením, zneškodňovat nebezpečná záření, pomáhat udržovat stálou teplotutěla. Také slouží jako skladiště výživných zásob, jako regulátor vody, jakotřídící a vyměšovací orgán.Bohaté zásobování krví a lymfou i dokonalý nervový systém umožňujevšechny pohody v té intenzitě, jaké je právě třeba. V kůži probíhají složitébiochemické pochody látkové výměny i různé způsoby imunizace. [5]4.1. Schopnost pokožky neutralizovat slabé zásadyRohová vrstva je podle [5] prosycena tukovými látkami a tukemvznikajícím při rohovění buněk a zneškodňuje tím do určité míry také chemickéa fyzikální škodliviny, které přichází z vnějšího světa.Povrch kůže potahuje film, který je podle [5] složen z obsahu mazovýchžláz a zbytku kyselin po odpařování potu a je schopen se bránit bakteriím.Každá kožní partie má svoji bakteriální mikroflóru, kterou podmínky jejíhoprostředí udržují v neškodném stavu. Tato souhra poskytuje organismu nejenživotně důležité látky, ale ji i chrání při normálně fungující kůži před nákazou.Kyselý kožní film vzniká podle [5] emulgací mazu potem, jeho hodnotapH je slabě kyselá (4,5-5,5) do hloubky přibývá alkality. Tento biologický plášťmůže být porušen, např. častým mytím ostrými mýdly, takže infekce se paksnáze uchytí.14

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCIKatedra oděvnictví4.2. Udržování stálé lidské teplotyKůže reguluje teplotu lidského těla, protože vyrovnává výdajem běžnoutvorbu tepla v organismu. Vnímá teplotu okolí i vnitřní teplotu a zprostředkujepotřebné reakce. Izoluje tělo vůči tepelným vlivům okolí a podílí se na fyzikálnía chemické termoregulaci. Na celkovou termoregulaci má bezpochyby vliv takékeratin ve vrstvě rohové. Z jeho povrchu se vypařuje čtyřikrát až pětkrát vícevody než z povrchu vody o stejné výměře. Toto rychlé odpařování způsobujerychlé ochlazení povrchu těla a tím celkovou regulaci tělesné teploty. [5]4.3. Kůže jako regulátor vodyKůže je v hospodářství s vodou po ledvinách na druhém místě. Vylučujev průměru 400 - 600 ml vody denně. Tento výdaj značně stoupá v horku. Přitěžké práci v horku vypotí člověk za den 10 - 15 l. [5]Kůže podle [5] nevydává vodu jen potními žlázami, nýbrž také povrchempokožky. Voda prosakuje vrstvou rohovou, na jejímž povrchu se vypařuje, to jetzv. perspiratio insensibilis (neznatelné pocení). Tímto způsobem ztrácínormální člověk asi 500 g vody denně. Patří zde i vodní páry z plic (asi 8%z celkových tepelných ztrát) a minimální množství potu zcela neznatelně serozlévající z ústí potních žláz.4.4. Ochrana před světelnými paprskyMezi hlavní složky patří podle [5]:a) silně reflektující vlastnosti rohové vrstvy a případné její zesíleníb) bohatě vyvinuté sítě povrchního cévního systému, který je jako červenýkrevní závoj mírní hlubší pronikání paprskůc) pigment (pravý melanin), chrání spodní citlivé vrstvy před světelnýmpoškozením, zejména ultrafialovými paprsky.4.5. Dýchání kůžíRozumíme tím prostup kyslíku kůží, jeho vázání na krev a naopak výstupoxidu uhličitého z kůže. Průměrně přijímá kůže za hodinu 0,5 ml O 2 na 1 dm 2 avydává zároveň 0,94 - 1,18 ml CO 2 / dm 2 h. [5]15

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCIKatedra oděvnictví4.6. Kůže – skladiště výživných zásobTuto funkci zajišťuje tukový polštář, u dospělých jedinců může být až 10-15 kg vedle obsahu tekutin a soli. Tukový polštář obsahuje 2/3 všechneutrálních tuků, je to rezerva, do které organismus sáhne nejdřív v doběnouze. Tukový polštář také chrání citlivá místa kůže před poraněním azhmožděním. [5]5. Fyzikální vlastnosti kůže5.1. Propustnost a permeabilita kůžePropustnost a permeabilita byla studována víc než 50 let a získánomnoho údajů, které nejsou však srovnatelné, poněvadž nemají stejnou technikua nejsou vyjádřeny termíny běžnými ve fyzice. Teprve pokusy na excidovanékůži a zejména také užití jako penetrantů (pronikajících látek) chemikálií,značkovaných radioaktivními izotopy, položily spolehlivější základy našimpoznatkům. [5]Stupeň propustnosti (penetrace) je většinou úměrný stupni koncentracelátky na kůži. Úměrnost přestává, jestliže látka na kůži je tak silná, že poškodípokožku. Pokud se týče iontů ve vodných roztocích, mnohé prostupují kůžístejně rychle jako voda, některé však kůží dobře nepronikají. [5]Propustnost kůže podle [5] závisí na:a) tělesné partií (nejméně propustná je kůže dlaní a chodidel)b) teplotě povrchu kůže, která je závislá na teplotě okolí (v chladném ovzduší jestupeň propustností nízký)c) druhu penetranta (substance, které reagují s některou složkou kůže, zadržíkůže mnohem déle, pro plyny je kůže velmi prostupná)d) na přítomnosti kožního mazu (odmaštěná kůže je snadno průchodná)5.2. Mechanické vlastnosti kůžeNa některých místech lidského těla je kůže trvale v mírném napětí, na jiných jeúplně volná. Někde lehce klouže nad tkáněmi, které jsou pod ní, jinde je pevněpřipoutána ke spodině. Pokožka je poměrně pevné struktury, přestože je naněkterých místech silná pouze 0,1 mm. I při silném natahování celé kůže pokožka16

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCIKatedra oděvnictvísama se nevytahuje, neboť v klidu má účelně rozčleněný systém záhybů, který sezde uplatní.Kůže může být natahována s návratnou schopností o 10 - 50%za předpokladu, že tah netrvá déle než několik málo vteřin. Je-li užito příliš velké síly,kůže se trhá; trvá-li natahování nebo roztahování příliš dlouho, vzniká trvalénenávratné natažení. Tato schopnost klesá věkem. [5]6. TermoregulaceTermoregulací nazýváme schopnost organizmu udržovat stálou tělesnouteplotu, přestože produkce tepla, jeho příjem i ztráty nepřetržitě kolísají.Organismus člověka přestavuje samoregulační systém, jehož fyziologickýmechanismus je zaměřen na zajišťování rovnováhy mezi množstvímvytvořeného tepla a množstvím tepla odevzdávaného do okolního prostředí, atím i zachování stálé tělesné teploty. Jestliže dojde k narušení tepelnérovnováhy, teplo se buď hromadí v organismu člověka, nebo rychle uniká, a tímse mění průměrná tělesná teplota. [3]6.1. Tělesná teplotaPodle změn teploty prostředí se vždy vytváří určitý teplotní spád mezivnitřkem organizmu a jeho povrchem. Rozeznáváme tedy teplotu tělesnéhojádra a teplotu povrchu těla. Teplotou jádra se rozumí teplota vnitřních orgánůa tkání. [5]Za normálních podmínek okolního prostředí a při ustálené dynamickérovnováze pochodů sdílení a vytváření tepla kolísá tělesná teplota podle [5]v rozmezí ± 0,1 °C. Při teplotě okolí 20 °C je vnitřní teplota 36,8 °C, v podkoží35,6 °C a v kůži 35,2 °C.Teplota kůže také kolísá v určitých mezích podle konstituce jednotlivce.Otylí mají vnitřní teplotu vyšší asi o 0,2 - 0,3 °C než hubení. Spád teplotysměřuje z vnitra k povrchu a teplo je zadržováno u otylých tukovou vrstvou.Teplota není v průběhu dne stejná. Nejnižší teplotu naměříme ve spánku, omálo vyšší ve stavu bdělosti při celkovém klidu a stoupá adekvátně s činnostíorganizmu. U bdělého člověka v klidu naměříme nejnižší teplotu mezi 5 - 6hodinou ranní a nejvyšší mezi 16 - 18 hodinou. Ženy navíc mají měsíční cyklusteplotních změn, charakterizovaný zvýšením bazální teploty při ovulaci o 0,5°C. [5]Změny tepelného stavu umožňují rozeznávat smysly tepelný a chladový.Citlivost těchto smyslů není dokonalá, neboť reflexy termoregulační vycházejíz pocitů vnímaných na povrchu. V údajích jako „teplo“ a „zima“ mohou být17

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCIKatedra oděvnictvívelké individuální odchylky. Jsou lidé „otužilí“ a „zimomřiví“. Orgánemtepelného čití jsou chladové a tepelné body. Chladových bodů je celkem asi143 000. [5]Obr. 6.1 Denní změny tělesné teploty podle [5]6.2. Teplota kůžeTeplota kůže a její topografie může sloužit jako ukazatel tepelného stavuorganismu. Hodnoty teploty kůže odpovídající různým subjektivním tepelnýmpocitům člověka ve stavu fyzického klidu uvádí tabulka.Tab. 6.1 Teplota kůže a tepelné pocity ve stavu relativního fyzického klidu [2]teplotakůže(°C)velmihorkonad36,0horko teplo pohoda chladno zima36,0±0,634,9±0,733,2±1,031,1±1,029,1±1,0velkázimapod28,1Teplota kůže, zejména je-li člověk ve stavu tepelné pohody, se značněliší podle různých částí povrchu těla. Tyto rozdíly jsou dány zvláštnostmisystému krevního oběhu. Topografii teploty kůže ovlivňují: oděv, stupeňcelkového ochlazení a přehřátí, druh fyzické práce, pohlaví atd.18

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCIKatedra oděvnictví6.3. Mechanismy termoregulacePři zvýšeném uvolňování tepla v organismu nebo při přehřátí těla vlivemvnějšího tepla mechanismus termoregulace napomáhá zvětšení přestupu tepla.Tepelná regulace, která zajišťuje zvýšení produkce tepla v organismu, senazývá chemická. Naopak fyzikální tepelná regulace je ta, která je zaměřenana zmenšení nebo zvětšení přestupu tepla do okolního prostředí. [5]Chemická tepelná regulace se při ochlazení uskutečňuje převážnězvýšením svalového napětí a chvění, které vedou k další, přídavné tvorbě teplav organismu.Fyzikální tepelná regulace se uskutečňuje rozšiřováním azužováním cév v pokožce. V prvním případě se sdílení tepla do okolí zvětšuje,protože stoupá tepelná vodivost tkání organismu, teplota pokožky i tepelnýspád a zvětšuje se odpařování vody. V druhém případě se sdílení tepla snižuje,protože tepelná vodivost tkání i tepelný spád klesají. [5]K udržování stálé tělesné teploty podle [5] je nutné, aby byl celý systémv tepelně ustáleném stavu. Tepelné rovnováhy se dosahuje koordinacípochodů zaměřených na tvorbu tepla v organismu (produkci tepla) a na jehoodvod (přestup tepla).Obecně je možno tepelnou rovnováhu člověka vyjádřit podle [3] rovnicí:Q tt + Q tz = Q s + Q pr + Q ved + Q od + Q odc + Q op + Q ov ± ∆Q 6.1kde Q tt je tvorba tepla v organismu (J)Q tz vnější tepelné zatížení, např. slunečním zářením (J)Q s tepelné ztráty sáláním (J)Q pr tepelné ztráty prouděním (J)Q ved tepelné ztráty vedením (J)Q od tepelné ztráty v důsledku odpařování difúzní vlhkosti s povrchupokožky (J)Q odc tepelné ztráty v důsledku odpařování vlhkosti z horních cestdýchacích (J)Q op tepelné ztráty odpařování potu (J)Q ov tepelné ztráty na ohřev vydechovaného vzduchu (J)∆Q změna tepelného stavu organismu proti stavu tepelné pohody -deficit tepla (J)Všechny složky rovnice tepelné rovnováhy jsou uvedeny za jednotkový čas τ(s), tzn. Js -1 ≡ W19

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCIKatedra oděvnictví7. Obecné poznatky o mechanizmech hydratace kožníhopovrchuVoda podle [12] se do rohové vrstvy dostává dvojím způsobem.1. Fyziologicky z vývodních částí potní žlázy a prostupem vody z hlubšíchepidermálních vrstev (endogenní hydratace)a) transduktální difůzí z termálního úseku vývodu potní žlázyb) vsakováním vody z vypuzeného potu do rohoviny v okolí póru potní žlázyc) transepidermálním prostupem insensibilní vody2. Vodou ze zevního prostředí (exogenní hydratace)a) vodou ve fázi plynné (vlhkost vzduchu)b) vodou ve fázi tekuté (máčení, macerace pod oklusí – kombinace obou)ad 1) Fyziologické zavodnění tenké membranosní rohoviny je předevšímvýslednicí rovnováhy mezi obsahem vody v atmosféře a přísunem prostoudifůzí – méně aktivním pocením. Je tedy ovlivňováno hlavně mikroklimatickýmipodmínkami na epidermálním povrchu.Při nízké relativní vlhkosti vzduchu(podzimní a zimní měsíce) je voda z rohoviny ve větší míře vydávána,v obdobích s vysokou relativní vlhkostí naopak přijímána. V závislosti naročním období kolísá i propustnost rohoviny pro vodu. [12]ad 2) Voda ze zevního prostředí může působit na povrch epidermální třemizpůsoby:- Působením vodních par zevního ovzduší (mikroklima epidermální)- Přímým stykem pokožky s tekutou vodou a roztokem. Hraničníkoncentrace NaCl pro sorbci do rohoviny je 5,5%.- Potlačením odpařování vody s povrchu oklusí pro vodu nepropustnou(polyetylenová, polypropylenová fólie)Následkem výše uvedených způsobů působení vody ze zevního prostředídochází po určité době ke zbobtnání rohoviny s následným mechanickýmuzávěrem vývodu potních žláz a tím k přechodnému omezení až k úplnémuzastavení pocení. Hydratace povrchní rohoviny vede až k 4 násobku její váhy.[12]20

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCIKatedra oděvnictvía) vodou ve fázi plynné (vlhkost vzduchu)Trvale se měnící faktory klimatu (teplota a pohyb vzduchu, jeho vlhkost)mění aktuální stav kožního mikroklimatu, dochází k vytváření novýchrovnovážných stavů ať zvýšeným výdajem nebo zvýšeným příjmem vodyz povrchních epidermálních vrstev. Dochází tak k vysychání nebo ke zvýšenéhydrataci až zbobtnání rohoviny pokrývající kožní povrch. Absolutní množstvípar ve vzduchu je závislé na jeho teplotě – čím teplejší, tím větší % vodníchpar může obsahovat. V experimentech bylo dokázáno, že působení vzduchunasyceného vodními parami na 90% vede k sorbci vody do rohoviny, pod 90%vede k vysychání – desorbci vody z kožního povrchu. [12]Transfer vody do kůže – je podle [12] závislý na vodním gradientuv rohovině a na odporu proti difúzi kapalin – jako by procházelisubmikroskopickými dutinkami. Při RV 90% proniká voda do kůže rychlostí 10-50 gr/m 2 .Výdej vody z kožního povrchu – je podle [12] uskutečňovánodpařováním vody z vypuzeného potu vsakující se do periporální rohoviny(vyústění potních žláz), dále difúzí povrchní rohovinou, vysycháním vodyz naplněných vývodů potních žláz (hlavně na dlaních a ploskách). U nepotícíse kůže mluvíme o perspiratio insensibilis (neznatelné pocení). Ztráty vodyz kožního povrchu se snižují tou měrou, jak se zvyšuje vlhkost okolníhovzduchu.b) vodou ve fázi tekuté (máčení, macerace pod oklusí – kombinace obou)Rychlost průniku vody podle [12] závisí hlavně na teplotě působící vody, dálena její osmotické koncentraci (nad nobo pod 5,5% NaCl). Excesivní (vysoká)hydratace vede k fyziologickému potlačení pocení, až k úplnému zastavení pocení(hydromeiosis).21

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCIKatedra oděvnictvíObr. 7.1 Schéma mikrocirkulace vody v hlubších i povrchních vrstvách kůže zanormálních podmínek podle /12/.V celém průběhu volně průchodný potní vývod. Znázorněná závislost sorbce adesorbce vodních par na relativní vlhkosti vzduchu. V dolních partiích vývoduznázorněny základní cesty difúze, reabsorbce a výměny vody a solut.22

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCIKatedra oděvnictvíObr. 7.2 Schéma cirkulace vody v rohovině podle [12] při zúženém průsvitu ažuzávěru terminálního úseku vývodu potní žlázy (abnormální rohovatění, změnyv povrchní rohovině, chemické, zbobtnání rohoviny).23

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCIKatedra oděvnictvíObr. 7.3 Změny cirkulace vody podle [12] v podmínkách okluse pro vodu (krytínepropustnou fólií).24

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCIKatedra oděvnictví8. Transport tepla, vlhkosti a vzduchu soustavou člověk –oděv – prostředíOděvní systém podle [8] zahrnuje nitro organismu jako zdroj tepla avlhkosti, povrch pokožky, jednu až tři oděvní mezivrstvy, oděvní mikroklimavytvořené oděvem kolem těla. Každá oděvní mezivrstva je jako elementárníjednotka oděvního systému složena z vrstvy vzduchu, vrstvy textilie a z vrstvyvzduchu uzavřeného v textilii. Tyto tři vrstvy nelze uvažovat nezávisle na sobě,jelikož se všechny účastní transportu tepla, vlhkosti a vzduchu. Stav a fyzikálnívlastnosti jedné vrstvy ovlivňují stav a fyzikální vlastnosti vrstvy druhé, resp.třetí a opačně.Schéma oděvního systému podle [8] je zakresleno na obr. 8.1.povrchpokožkyspodnítextilievrchnítextilie Ivrchnítextilie IItransport:teplanitroorganismuvlhkostivzduchuIIIIIIokolníprostředívrstvyvzduchuObr. 8.1 Schéma oděvního systému25

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCIKatedra oděvnictví8.1. Oděvní mezivrstvy a mikroklimaZ obecného hlediska můžeme definovat mikroklima, jako uzavřenou oblastmezi pokožkou a oděvem. Mikroklima přímo ovlivňuje subjektivní pocityčlověka. Je závislé na tepelném stavu organismu, klimatických poměrechvnějšího prostředí a na vlastnostech oděvu. Mikroklima můžeme hodnotitz hlediska hygienického a to na základě zkoumání tepelného stavu organismua dalších ukazatelích : teplotě, vlhkosti, pohybu, rychlosti vzduchu a obsahuoxidu uhličitého.[2]8.2. Teplota vzduchu pod oděvemPro uživatele je nejsměrodatnější teplota mezi povrchem těla a prvníoděvní vrstvou. Pro osobu ve stavu klidu je optimální teplota udávánav rozmezí 30 až 32°C (v oblasti trupu), avšak pro osobu vykonávající těžkoufyzickou práci je tato teplota 15°C. Proto je potřeba z hlediska hodnocenípřistupovat ke každé situaci diferenciovaně. Z hlediska tepelného komfortu jenejpodstatnější udržení optimální teploty mikroklimatu, tedy docílit vhodnouvolbou materiálu udržení teploty jednak v podmínkách chladu (dostatečnýtepelný odpor), větrných podmínek (prodyšnost) a v neposlední řadě schopnostodvodu případného zvýšeného množství tepla v důsledku fyzické aktivity. [2]8.3. Vlhkost vzduchu pod oděvemHodnota relativní vlhkosti pod oděvem v mikroklimatu udávaná pro stavfyziologického komfortu se pohybuje v rozmezí 35 až 60%. Může být o něconižší než vlhkost okolního vzduchu v důsledku vyšší teploty ve vrstvěmikroklimatu. Nejdůležitější pro množství vlhkosti vzduchu pod oděvem jeschopnost odvádět vodu z povrchu těla do okolního prostředí. [2]8.4. Obsah oxidu uhličitého pod oděvemOxid uhličitý, vznikající při kožním dýchání, se neustále dostává doprostoru mezi pokožkou a oděvem. Z tohoto prostoru se oxid uhličitý odstraňujedíky větrání. Jeho obsah je ukazatelem stupně zamoření produkty kožníhodýchání. Intenzita větrání je závislá na prodyšnosti oděvu a jeho konstrukčnímřešení. Přičemž pod oděvem jednovrstvým je koncentrace nižší než pod oděvyvícevrstvými, jelikož jejich prodyšnost je nižší. Podle údajů Širbeka obsahoxidu uhličitého pod oděvem překračující 0,8% vyvolává nepříjemné subjektivnípocity a také vede k narušení výměny tepla s okolním prostředím. [2]26

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCIKatedra oděvnictví9. Vlhkost – základní parametryVlhkost je významným parametrem v řadě průmyslových i zemědělskýchodvětví. Její nedostatek nebo naopak přebytek má často větší vliv na ztrátymateriálu, poruchy zařízení a kvalitu finálních výrobků než kterýkoliv jinýparametr. Pro vyjadřování vlhkosti plynů, kapalin a tuhých látek slouží řadajednotek. U plynu se vlhkost nejčastěji určuje pomocí absolutní nebo relativnívlhkosti. Vlhký plyn obsahuje suchý plyn a vodní páru. [7]Absolutní vlhkost Φ je podle [7] definována jako hmotnost vodní páry m´v kg, obsažené v plynu, dělená objemem vlhkého plynu V v m 3 .Φ =m´V−3[ m ]kg 9.1Takto vyjádřená absolutní vlhkost má rozměr hustoty vodní páry v plynu,častěji se však vyjadřuje v jednotkách g m- 3 .Φ max - maximální množství vodní páry, které vlhký plyn můžeobsahovat; plyn se v tomto stavu nazývá sytý a teplota,při níž je plyn vodníparou nasycen, je tzv. rosný bodRelativní vlhkost ϕ´ plynu je podle [7] dána poměrem absolutní vlhkostiplynu k vlhkosti s nasycenými párami za téže teploty a tlaku. Relativní vlhkosttedy lze vyjádřit v procentech vztahem:Φϕ´ = ⋅100Φnas[%] 9.2Z termodynamiky je známo, že relativní vlhkost lze též vyjádřit poměremparciálního tlaku vodní páry p´ [Pa] a parciálního tlaku syté vodní páry p´nas[Pa], a že platí podle [7]:p´ϕ =p´nas⋅100[%] 9.3Je známo [7], že vodní pára se nechová zcela jako ideální plyn a protoplatí vztah ϕ ≠ ϕ´. Relativní vlhkost suchého plynu tedy je ϕ´ = 0 (0%,) plyn vestavu nasycení vodní párou má vlhkost ϕ´ = 1 (100%). Rosný bod ϑ rb je teplota,kterou získá vlhký plyn, je-li izobaricky ochlazen do úplného nasycení.Měrná vlhkost w [7] je poměr hmotnosti vodní páry m´ k hmotnostivlhkého plynu m vp ve stejném objemu. Někdy se vyjadřuje i poměrem hmotnostivodní páry k hmotnosti suchého plynu m sp ve stejném objemu.wm´ =m´=mvp msp9.427

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCIKatedra oděvnictvíStupeň nasycení ψ je definován podle [7] vzorcem:ψ =Φ´´Φ nasMezi ϕ a ψ platí vztah podle [7]:p − p´ϕ = ⋅ψp − p´nas9.59.6p - celkový tlak směsi daný součtem parciálních tlaků jednotlivých složekp´ - parciální tlak vodní páryp´nas – parciální tlak nasycené vodní páryPro vzájemné přepočty mezi jednotlivými vlhkostními veličinami lze přinormálním tlaku plynu s chybou kolem 1% používat stavovou rovnici ideálníhoplynu. Pro odlišné tlaky vznikají přídavné chyby a je nutné používat vztahyobsahující kompresibilní faktory reálného plynu. [7]Ze stavové rovnice ideálního plynu můžeme vypočítat tlak vodní páry [7]:m´R ⋅Te ,M V⎜⎛⎟⎞= ⋅ ⋅ ZvTvnv⎝ ⎠v9.7M v – molární hmotnost vodní páry (Mv = 0,0180152 kg.mol- 1 )R – molární plynová konstanta (R = 8,314510 J.mol- 1 .K- 1 )T [K] – termodynamická teplotaZ v – kompresibilní faktorn v – látkové množství vodní páryRelativní vlhkost (stupeň nasycení v procentech) se používá i u kapalin ato podle vztahu [7]:cϕ = ⋅100cs[%] 9.8c – koncentrace vody v dané kapaliněc s – maximální dosažitelná koncentrace vody v dané kapalině za stejné teplotyVlhkost tuhých materiálů se podle [7] vyjadřuje v kg vody na kgmateriálu, přičemž se musí uvést, zda jde o obsah vody připadající na 1 kgvlhkého materiálu (absolutní vlhkost w) nebo na 1 kg suchého materiálu(relativní vlhkost w r ):w =mvmv+ ms9.928

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCIKatedra oděvnictvíw r =mmvs9.10m v – hmotnost vody obsažené v materiálum s – hmotnost suchého materiálu10. Přenos tepla a vlhkosti v textiliích10.1. Fyzikální procesy v oděvním komfortuPsychologická vnímání jsou formulována na základě neuropsychologickýchsignálů, které jsou odvozeny z různých zakončení nervových senzorů podle[13]. Termopsychologické regulátory reagují na tělo a jsou spouštěny signályz termálních receptorů umístěných v celém těle. Signály z nervovýchzakončení jsou vytvářeny v podstatě různými fyzikálním podněty z vnějšíhookolí, zejména z oděvů, které pokrývají většinu našeho těla.Fyzikální procesy /13/ vytvářejí tyto podněty včetně tepelného přenosuvedením (kondukcí), prouděním (konvekcí) a sáláním (radiací), přenosem vlhkostidifúzí, sorpcí, sáním a odpařováním a mechanickými interakcemi (vzájemnýmpůsobením), a to tlakem, třením a nepravidelným dynamickým kontaktem.V posledních desetiletích byly provedeny rozsáhlé výzkumy studia mechanizmůprocesů přenosů tepla a tlaku v oděvech, avšak mechanismy mechanických interakcímezi oděvem a tělem nebyly ještě prozkoumány důkladně. Tato kapitola se zaměřína procesy přenosu tepla a vlhkosti.10.2. Teplo a vlhkost přenášené z oděvuChování oděvů při přenosu tepla a vlhkosti je již dlouho známo jako velmi důležitépro lidské přežití. V tomto odvětví byla vykonána velká práce. V roce 1970 Fourt aHollies [14] provedli podrobnou rešerši literatury zahrnující oděvní komfort a jehofunkci se speciálním zaměřením na tepelný komfort. O sedm let později předložilSlater [15] rozsáhlý přehled vlastností komfortu u textilií, zahrnující měření jejichtepelné rezistence (odporu), odvod vodních par, odvod kapalné vlhkosti apropustnost vzduchu.Hollies a Goldman (1977) [16] udělali přehled kritérií v hodnocení vlastnostítepelného komfortu oděvů. Použili tyto rovnice k popisu přenosu tepla a vlhkostiv oděvech:29

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCIKatedra oděvnictvíTepelná ztráta prouděním Hckc⋅ A⋅( Tsk− Tab)Tepelná ztráta odpařováním Heke⋅ A⋅( Psk− Pab)= 10.1= 10.2Střední teplota záření MRT = + 2, 22 ( V ⋅ ( Tg− Tab)+ Tab)1 10.3Nastavená teplota suchého objemuATdb( Tab+ MRT )= 10.42kde k c je koeficient přenosu tepla prouděním, který zahrnuje nejenom stálou oděvnímezivrstvu, ale také tepelné charakteristiky oděvů, A je povrch plochy těla, T sk jeprůměrně měřená teplota na povrchu těla, T ab je teplota suchého objemu, ke jeodpařovací koeficient, podle Lewise se rovná (k e =2,2k c ), P sk je tlak nasycenýchvodních par při teplotě kůže, P ab je tlak okolních par, V je rychlost proudění vzduchu,T g je okolní teplota, AT db je kombinovaný koeficient pro tepelnou izolaci oděvůzačleňující proudící a tepelně vyzařující přenosy.Nejpoužívanější jednotkou pro komplexní hodnocení komfortu nošení oděvův USA je clo, navrženou Gaggeem a jeho kolegy na Pierceho ústavu v roce 1941[17]. Bylo definováno jako skutečná izolace typického obleku té doby a rovná se 0,15Km 2 W -1 .Mecheels a Umbach (1977) [18] udělali přehled psychrometrického rozsahuoděvního systému. Poukázali na to, že tepelné vlastnosti oděvních systémů jsouurčeny jejich vlastním odporem prostupu tepla R c a jejich odporem prostupu vlhkostiR e kde:( s − Ta) 2 -1A TR c =v155°C ⋅ m ⋅ W10.5HcRe=A( Ps− Pa) 2 -1xHev155mm Hg ⋅ m⋅ W10.6i m =0,45 (R c oděvu / R e odevu )kde im je index propustnosti vlhkosti podle Woodcocka v roce 1962 [19]. Jestližeoděv je dokonale nepropustný pak im=0, jestliže je 100% zpocený člověk tak jedosaženo plného odpařovacího potenciálu mokré kuličky teploměru.Poukázali , že skrze tyto dvě hodnoty odporu mohou určit minimální amaximální teplotu okolí. Minimální teplota okolí byla definována jako teplota, při kterétermoregulační systém lidského těla je ve studené oblasti (rozmezí), tzn. koncentrace30

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCIKatedra oděvnictvívlhkosti blízko kůže se blíží okolí, takže vlhkostní tok může být zanedbán. Maximálníteplota okolí je teplota, při které termoregulační systém lidského těla dosahujevrchních hodnot, kde oděvní systém musí chránit teplotu těla (jádra) pod určitýmipodmínkami komfortu zvyšováním pomocí odpařování. Rozdíl mezi minimální amaximální teplotou okolí se nazývá psychrometrickým rozsahem oděvního systému.Odpor teplotního a vlhkostního přenosu a psychrometrický rozsah může býtměřen pomocí manekýnů (model lidského těla) a modelem kůže, které byly vyvinutyv Hohensteinově institutu. Parametry jsou závislé na konstrukci (designu), způsobunošení, textilních materiálech a proudění větru.Breckenridge (1977) [20] zmapoval literaturu o vlivech pohybu lidského těla naproudící a odpařovací tepelné změny v oděvech. Tepelná izolace oděvu je závislá natěchto činitelích: tloušťce a počtu vrstev oděvu, střihu, záhybech, hustotě vláken aflexibilitě vrstev a přiměřenosti uzavření oděvu (propustnosti). Hodnoty tepelnéizolace a index vlhkostní propustnosti (i m ) oděvu byly mnohokrát měřeny pomocístojatých měděných manekýnů v životní velikosti v MED v USARIEM. K hodnocenítepelných ztrát při vypařování se používají citlivé váhy s monitorem měřícíhmotnostní ztrátu subjektu. K měření tzv. čerpacích („pumping“) koeficientůspojených s pohybem těla. Mecheels (1971) [21] vytvořil chodícího manekýnav Hohensteinově institutu a Madsen a Fanger (1975) vyvinuli manekýna, který mohlšlapat na kole stejně dobře jako stát [20].Všechny tyto výzkumy považovali tepelný a vlhkostní proces přenosu jako dvanezávislé procesy, které lze široce aplikovat pro stav oděvů ve všech státech.V průběhu vlhkostních přechodů procesy přenosu tepla a vlhkosti probíhají společně.Tepelná izolace oděvů je ovlivněna vlhkostní sorpcí textilních vláken. A proto metodya kritéria měření nemusí být vhodné pro hodnocení tepelného komfortu oděvu zadynamických podmínek. V posledním desetiletí chování dynamického tepelného avlhkostního transportu oděvů a jejich vliv na tepelné a vlhkostní vnímání se stalohlavním cílem výzkumu. Další články ukazují hlavní pokroky v tomto výzkumu.10.3. Dynamické teplo a vlhkost transportovaná v textiliíchSpolečný přenos tepla a vlhkosti v textiliích byly uznány jako velmi důležité propochopení dynamického tepelného komfortu při nošení. V roce 1939 Henry navrhlmechanismus přechodů difúze vlhkosti a tepla do textilních vláken [22] a dále popsalmodel tohoto přechodu v roce 1948 [23]. V tomto modelu Henry vyvinul systémdiferenciálních rovnic k popisu těchto procesů. Dvě z rovnic zahrnují zákonyzachování hmoty a energie. Třetí rovnice popisuje obsah vlhkosti ve vláknech dopřiléhající vrstvy vzduchu.Jak je vidět na obr. 10.1 [13] v malé části (elementu) textilie jednotkové plochya tloušťky, vytvořené z vláken a vystavené vlhkostnímu a tepelnému gradientu, vodní31

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCIKatedra oděvnictvípáře pronikající mezi vlákennými prostory a tím vzniká absorpce a desorpce vlhkostive vláknech. Pro zjednodušení matematických procesů byly navrženy tytopředpoklady:1. Objemové změny vláken závisející na obsahu vlhkosti – mohou býtzanedbány.2. Vlhkostní přenos vlákny může být zanedbán stejně jako koeficient difúzevody vlákny, v porovnání se vzduchem procházejícím vlákny.3. Orientace vláken v textiliích hraje minimální roli v procesu přenosu vodníchpar, protože průměry vláken jsou malé a vodní páry mohou pronikat snadnějivzduchem než vlákny.4. Okamžitá tepelná rovnováha mezi vlákny a vzduchem v mezivlákenémprostoru je dosažena během procesu, protože většina textilních vláken mámalý průměr a velký povrch.Obr. 5.1 Přenos tepla a vlhkosti v textilii [13]Na základě těchto předpokladů, rovnice zachování hmoty, která bere v úvahuhromadění vlhkosti ve vzduchu i vláken a přenos vlhkosti vzduchovými mezeramimůže být napsán podle [13] takto:2∂C∂Caf Daε∂ Caε + ( 1−ε ) = ⋅10.72∂t∂tτ ∂xV této rovnici první člen popisuje hromadění vodních par mezivlákenných prostorácha druhý člen popisuje hromadění absorbované vody ve vláknech. Přenos vlhkostiskrz mezivláknový prostor je popsán členem na pravé straně rovnice.Druhá rovnice pro zachování tepelné energie může být odvozena pokudvezmeme v úvahu změny tepelného objemu v elementu, který se vyskytuje v těchtoprocesech: vedení do a nebo z elementu, změna ve fázi vodních par (sorpce,32

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCIKatedra oděvnictvídesorpce), a tepelné změny vláken a dále vedení (kondukce) vzduchu domezivlákenného prostoru. Rovnice pro zachování energie může být napsána podle[13] takto:C v∂T∂t2∂Cf ∂ T− λ ( 1−ε ) = K10.82∂t∂xV této rovnici C v a λ jsou závislé na koncentraci vody ve vláknech. Tyto dvě rovnicenejsou lineární a obsahují tři neznámé (C f a T a C a ). Třetí rovnice, která popisujevztah mezi C a a C f , tzn. výměna vody mezi vlákny a vzduchem čeká na vyřešení.10.4. Výměna vlhkosti mezi vlákny a vzduchem10.4.1. Chování vláken při vysycháníVýměna vlhkosti mezi vlákny a vzduchem je komplexní (uzavřený proces) závisejícína tomí, jestli vlhkost je v kapalném stavu a nebo jako pára. To je nejlépe ilustrovánona chování vláken při vysychání.Lyons a Vollers [24] analyzovali tyto procesy schnutí textilií. Přišli na to, že tomá tři rozdílné úrovně, v první úrovni mokré textilie přizpůsobí své tepelné a vlhkostnítoky obklopujícímu prostředí. Druhá úroveň je „konstantní vysychající stupeň“, vekterém stupeň schnutí zůstává konstantní jako stupeň tepelného přenosu aodpařování dosáhne rovnováhy. Kapalná vlhkost se pohybuje v textilii k udrženínasycených podmínek na povrchu. Třetí úroveň je „klesající schnoucí stupeň“v průběhu kterého vlhkostní tok na povrchu je nedostatečný k udržení nasycení aplocha se přesouvá do textilie. Vlákna začnou desorbovat vlhkost dokud senedosáhne rovnováhy mezi textilií a prostředím.Obrázek 10.2 popisuje vysychání vlny a PES při 25°C a 25% jako funkci času.Vertikální osu vyjadřuje nadbytek vlhkosti v %, tzn. obsah vody nad nasycenímvlhkosti vlákny [25]. Rychlost sušení vláknové vrstvy je přibližně konstantní , neboťproces sušení je určen vypařováním z povrchu. Když obsah vody v textilii je nadnasyceným obsahem vlhkosti ve vláknech, stupeň vysychání obou tkaných textilií jekonstantní a přibližně stejný, protože proces vysychání je vyjádřen plochouvypařovaného procesu. Když obsah vody v textilií klesne pod čáru nasycení stupeňvysychání klesne v závislosti na vypařování kapaliny na povrchu vláken a vodyabsorbované do vláken. Tento proces vysychání pokračuje dokud se nedosáhnerovnováhy s okolními podmínkami. Rozdíl mezi vlnou a PES je ten, že konstantnístupeň periody odpařování je prodloužen pro PES, jako jeho stupeň nasycenívlhkosti je pod 1%. Zatím co klesající perioda je prodloužena u vlny, vlna mámnohem vyšší stupeň vodou až do 36%.33

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCIKatedra oděvnictvíObr. 10.2 Změna v objemu vody mokrých textilií během schnutí [25]Odpovídající teploty textilií během procesu schnutí jsou ukázány na obr. 10.3[25] jestliže obměna vody v textilií je nad jejich nasycením stavem, teploty oboutextilií jsou přibližně stejné pod okolní teplotou, protože převládající proces jeodpařování volné vody. Jak se obsah vody v textiliích přibližuje rovnovážnému stavu,jejich teploty se začínají zvyšovat až do úplného vypaření nadbytečné vlhkosti adosažení rovnováhy s okolním prostředím. Teplotní změny vlny jsou velmi rozdílnéod teplotních změn PES během schnutí. Vlna vykazuje delší změnu v teplotě připřechodu z mokra do sucha než PES. To vykazuje větší sorpční kapacitu vlny a jejívliv na tepelné a vlhkostní změny mezi textilií a okolím.Obr. 10.3 Vztah mezi teplotou textilií a nadbytečnou vlhkostí [25]34

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCIKatedra oděvnictvíZ těchto pozorování vyplývá, že je potřeba získat dvě rozdílné rovnicepopisující změny vlhkosti mezi vláknem a okolním vzduchem, které jsou diskutoványv následujících dvou sekcích. Přenos kapalin v textiliích ovlivňuje přenos hmoty (tzn.rovnice zachování hmoty), ale neovlivňuje změnu energie. Nicméně to určujedynamickou dodávku do textilií, která zase určuje plochu odpařování vody.Experimentální výzkum ukázal, že přenos vody má význačný dopad na procesypřenosu tepla v oděvech, a jeho tepelný komfort a provedení komfortu [26]. Gibson(1994) [27] Získal řadu matematických rovnic k popisu více fázových přenosů tepla ahmoty v hygroskopicky porézním médiu s aplikací na oděvní materiály. Nicméněřešení rovnic nebylo dosud předloženo.10.4.2. Odpařování a kondenzaceCrank (1975) [28] popsal odpařovací a kondenzační proces (viz rovnice 10.9). Tatorovnice se požívá, jestliže objem vody v textilii je nad stavem nasycení ve vláknech,tj. tekutina je současně přítomna v kapilárách ve vlákenné struktuře a nebo napovrchu vláken. Výměna vody v textiliích je proces odpařování a kondenzace.∂Cf∂t= hcfSv( Cfs− Ca) 10.9kde C fs je objemová hustota (koncentrace) vody na povrchu vláken v (kgm -3 ), C a jekoncentrace vody v přiléhajícím vzduchu (kgm -3 ), h ef je koeficient přenosu hmoty napovrch vláken (ms -1 ), S v je specifický objem vlákna (m -1 ).10.4.3. Vlhkostní sorpce a desorpceJestliže je objem vody v textiliích pod stavem nasycení vlákna, změny vody mohoubýt brány jako sorpčně - desorpční proces. David a Nordon (1969) [29] odvodiliexperimentální vztah mezi stupněm změny vody ve vláknech a absolutním rozdílemmezi relativní vlhkostí vzduchu a vlákny. Tyto rovnice znějí takto:kde1 ∂C⋅ε ∂tf= ( H − H ) χa( 1−[ k − ])f10.10χ = k1 exp2H aH f10.1135

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCIKatedra oděvnictvía k 1 a k 2 jsou parametry shodné s experimentálními výsledky. David a Nordonzačlenili některé rysy opomenuté Henrym a vyřešili rovnice metodou konečnýchprvků, která zajišťuje vztahy prostoru a času pro koncentraci vlhkosti a teplotyv hmotě vzduch – vlákno. Autoři upozornili, že model nebral v úvahu sorbčně –desorbční procesy vláken a vlastní hraniční (mezní) podmínky je nutno specifikovatv zahrnutém zdvojeném procesu přenesu tepla a vlhkosti v oděvech.V roce 1986 Farnworth [30] předložil numerický model kombinovanéhopřenosu tepla a vodních par v oděvech, ve kterém hmota absorbované vody bylapředpokládána přímo úměrná ke vztahu relativní vlhkosti a také tři formy vody (pára,kapalina, absorbovaná vody), byli v rovnováze s každou další fází. Proto uvedenýmodel nebral v úvahu složitost sorpční izotermu vlhkosti a sorpční kinetiku textilníchvláken.Wehner (1987) [31] zkoumal vliv sorpční vlhkosti ve vláknech na tok vlhkostivzduchovými mezerami v textiliích. Navrhl dva matematické modely pro řešení těchtoprocesů. V prvním modelu difúze do vláken je uvažována jako rychlá a objemvlákenné vlhkosti je vždy v rovnováze se vzduchem na povrchu vláken. Odtuddominantní odpor přenosu hmoty pro sorpční procesy je předpokládán jako difúzemolekul vody vzduchem do povrchu vláken. V druhém modelu sorpční kinetikyvláken předpokládá nestálou difúzi a dominantní odpor přenosu hmoty je molekulárnídifúze molekul vody do prostoru vláken. A proto objem vlhkosti ve vláknech sezpožďuje za změny objemu vlhkosti ve vzduchu na povrchu vláken. V těchtomodelech vzájemné působení mezi absorpci a tepelnou sorpcí je zanedbáno.Downes a Mackay (1958) [32] a Watt (1960) [33,34] studovali kinetiku pohybuvodních par ve vlně a zjistili, že jde o dvoustupňový proces. První stupeň se řídípodle Fickova zákona o difúzi, s koeficientem závisejícím na koncentraci difúze,dokud absorpce nedosáhne přibližně rovnovážného stavu. Druhý stupeň je mnohempomalejší než první a je doprovázen strukturními změnami vláken. Relativnípříspěvky těchto dvou stupňů k výslednému pohybu záleží na počáteční vlhkostivláken a stupni absorpce.Na základě těchto poznatků Li a Holcombe (1992) [35] určili předpoklad, žestupeň pohybu vodních par ve vláknech se skládá ze dvou částí sdružených sedvěma stupni sorpce. První stupeň je představen Fickovou difúzí a druhý stupeňsorpce se řídí exponenciálním vztahem. Rovnice změny skupenství vody může býtnapsána takto:∂C f∂t=( 1 − p) R1− pR210.12kde R 1 a R 2 jsou stupně rychlosti sorpce první části a druhé části p je poměr pohybuvody během druhé části.36

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCIKatedra oděvnictvíStupeň rychlosti sorpce první části R 1 může být brán v úvahu pouze zapředpokladu sorpčně-desorpčního procesu podle Fickova zákona difúze. Crank [28]ukázal, že radiální difúze vlhkosti v cylindrickém médiu se řídí podle následujícíhovztahu:( rD ∂C)∂Cf 1 ∂ f fR1 = = ⋅ ⋅10.13∂tr ∂r∂rV tomto modelu se předpokládá, že objem vlhkosti na povrchu vlákna jev okamžité rovnováze s objemy vlhkosti v přiléhajícím vzduchu. Odtud:Cf( x,R , t) = f { C ( x,t)} = ρW( H )facfkde Rfje poloměr vláken, W c je zlomek objemu vody na povrchu vlákna, H f jezlomek relativní vlhkost přilehlého vzduchu a ρ hustota vláken. Vztah mezi W c a H fmůže být určen ze sorpčních izoterm textilních vláken.Podle experimentálních dat představených Wattem [33,34], Li a Holcombem[35] určili podíl úbytku během druhé části jako:p = 0 .0 when W < 0.185,t

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCIKatedra oděvnictvíT(x,0)=T o 10.18C a (x,0)=C a0 10.19C f (x,0)=f(H a0 ,T 0 ) 10.20David a Nordon (1969) [29,36] studovali situaci kde na konce textilií působí vzdušnýproud o jiném objemu vlhkosti C ab a teplotou T b . Za předpokladu, že stupeň difúzevlhkosti a vytápění jsou dostatečně rychlé, aby objem vlhkosti a teplota prouduvzduchu se rovnala teplotě, vlhkosti a proudu vzduchu na povrchu vláken, meznípodmínky jsou takovéto:( , t) = T ( L,t) Tba( x 0) = Ca( L,t) CabT 0 =10.21C , =10.22Nordon a David vyřešili početně rovnice 10.7, 10.8, 10.10, 10.11 s okrajovýmipodmínkami 10.21, 10.22 metodou konečných prvků. Tyto mezní podmínky nemohoubýt použity v praxi, protože existuje okrajová vrstva vzduchu, která omezuje přenostepla a vlhkosti mezi vlákny a proudem vzduchu. Li a Holcombe [35] použili množinurovnic popisu této vrstvy vzduchu, která bere v úvahu mezní podmínky skutečnépřírody:DDaa∂C∂x∂C∂x∂TK∂x∂TK∂xaaxxxxc( Ca− Cab=0= h )10.23c( Ca− Cab=0= − h )10.24t( Ta− Tb)=0= h10.25t( Ta− Tb)=0= − h10.26Pro simulace tepelných a vlhkostních procesů během kontaktu kůže s textilií, Lipoužil různé rovnice k určení mezních podmínek mezi textilií a kůží ve zkoumanýchchladivých textiliích [37], vnímání vlhkosti [38], vyrovnávání vlhkosti hygroskopickýchoděvů a interakci mezi termoregulačními reakcemi [46] a hygroskopickými oděvyběhem vlhkostních přechodů [39].38

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCIKatedra oděvnictví10.6. Fyzikální vlastnosti vláken a textiliíK řešení rovnic 10.7, 10.8, 10.9, 10.12, 10.15, 10.18, 10.19, 10.20, 10.23, 10.24,10.25, 10.26 je nutno určit tyto číselné hodnoty odpovídající vlastnosti vláken atextilií. V tabulce 10.1 numerické hodnoty pro charakteristiky termální a vlhkostnísorpce vláken a textilií jsou shrnuty na základě výzkumných prací. David a Nordon[29] (1969) vyjádříli vztah mezi objemem vlhkosti vlákna a relativní vlhkosti napovrchu vlákna pro vlnu. Tyto vztahy pro bavlnu a PES byly určeny z datpublikovaných Raeem a Rollem [47] a Urguhartem [40]. Rae a Rollo také předložilivztah mezi sorpčním teplem a objemem vlhkosti vlákna [47]. Schneider [41] studovalvztah mezi tepelnou vodivostí textilií a objemem vlhkosti, které použil k získánírovnic v tabulce 10.1. Vztah mezi měrnou tepelnou kapacitou a objemem vlhkostivlákna byl dosažen poměrem založeným na měrné tepelné kapacitě suchých vlákena měrné tepelné kapacitě vody (4,184kJ/kgK [42]). Pro vlnu/PES, byl impregnovánjako neabsorbující textilie, každý z těchto proměnných a vztahů byl určen pro textilieobsahující vlnu přítomnou v poměru uváděného ve směsi. Použitá hodnota difúzníhokoeficientu vodních par ve vzduchu byla 2,49 x 10 -5 (m/s) [42].Tab. 10.1 Numerické hodnoty v teoretických výpočtechVlákno Vlna Bavlna PolyesterObsah vlhkosti ve vláknuW c-0.0006176{ln[0,02293-ln(H f +0,0083)]-1,5713}-0,03729 {ln[0,0939-ln(H f +0,0946)]-0,9783}0,006244 H fPoloměr vlákna R f (µm) 9,7 6,0 10,1Teplo ze sorpce (kJ.kg -1 )Tepelná vodivost textilie k(mW.mK -1 )1602,5 exp(-11,727W c ) + 2522,01030,9 exp(-22,39 W c )+ 2522,02522,029,4 + 27 W c 44,1 + 63 W c 40,4 + 23 W cDifúzní koeficient vody vevlákně Df (m 2 s -1 )Specifické teplo zesuchého vlákna (J.kg -1 .K -1 )5,8 x 10 -13 2,5 x 10 -13 3,9 x 10 -131338 1380 1255Měrná hustota vláken(kg.m-3)1310 1350 1220Měrná tepelná kapacitatextilie C v (kJ.m -3 K -1 )((1752 + 4184 W c ) /(100 + W c )((1863 + 4184 W c ) /(100 + W c )((1531 + 4184 W c ) /(100 + W c )39

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCIKatedra oděvnictví10.7. Metody řešení10.7.1. Difúze vlhkosti do vláknaK řešení rovnic 10.7-10.26, je nutné vyřešit proces difúze vlhkosti do vláken. Detailymetod použité k určení R 1 jsou za rámcem této publikace a plný popis byl publikovánLi a Holcombem (1991) [43]. Stručně řečeno, je uvažováno, že vlhkost difundujeradiálně do cylindrického média (vlákna) s konstantním difúzním koeficientem (D f ) ana povrchu vlákna je objem vlhkosti v rovnováze s objemem vlhkosti přilehléhovzduchu.Z počátku je objem vlhkosti homogenní a mezní podmínky ve středu vlákenjsou symetrické:( x, r,0) C0C f= 10.27∂Cf∂rr =0= 010.28Vlhkostní objem na povrchu vláken (r = R f ) je v rovnováze s vlhkostním objemempřilehlého vzduchu, proto:C( x,R ,0) f C ( x,t)( ) = Φ( x t)= 10.29f fa,kde f je izoterma sorpční vlhkosti vlákna. Analytické řešení rovnice 5.13 byloodvozeno použitím Crankova zákona [28]. Tento způsob se ukázal jako schopnýpopsat přenos tepla a vlhkosti vlněných tkanin s dobrou přesností vzhledemk experimentálním výsledkům. Nicméně Crankovo řešení se řídí odpovídajícímialgoritmy, které potřebují přesná omezení časového kroku. A proto k dosaženípřijatelné přesnosti je potřeba časově náročných výpočtů.Li a Luo (1998) [44] zlepšili tento model pomocí aplikace příméhonumerického řešení do rovnice 10.12 bez použití Crankova postupu. Co jedůležitější, dvoustupňová vlhkostní sorpce vlny je jednotně popsána rovnicí 10.12.První stupeň je uvažován jako proces Fickův difúzní proces s difúzním koeficientemzávislým na vlhkosti. Druhý stupeň je také vyjádřen jako Fickovská difúze s difúznímkoeficientem, který je závislý na čase a odpovídá vlastnostem strukturních změnběhem vlhkostí sorpce ve vláknech. Tento model jasně znázorňuje vlhkostní atepelné transportní procesy pomocí 2D prostorovými a časovými diagramy.40

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCIKatedra oděvnictví10.7.2. Numerické řešení k hlavním řešenímV roce 1967 oznámili Nordon a David numerické řešení rovnic 10.7, 10.8, 10.10 a10.11 jejich modelu použitím Crank – Nicholsnovi implicitní techniky konečných prvků[36]. Li a Holcombe [43] také použili metody konečných prvků k získání řešení rovnic10.7-10.9, 10.12, 10.13 a 10.17 dvoustupňového modelu. S těmito řešeními mohoubýt získány profily a vlny teplotního a vlhkostního přenosu. Tento model může býtaplikován na sorpčně – desorpční proces a také na odpařovací – kondenzačníproces, závisející na počátečních a nových mezních podmínkách. Výpočty jsouprovedeny krokově v malých časových intervalech následující výzkum T, C a a C f .10.8. Vlhkostní sorpce vlněných textiliíLi a Holcombe [35] studovali dynamické procesy přenosu tepla a vlhkosti běhemvlhkostní sorpce za použití experimentální aparatury na obr. 10.4. V experimentu bylytextilie v komoře při konstantní teplotě 20°C a nulové vlhkosti 0% r.h.. Potom vlhkostv komoře byla změněna na 99%. Změny vodního objemu v textiliích během sorpcebyly získány kontinuálním vážením textilií. Teplotní změny textilií byly takézaznamenávány termočlánky vloženými do povrchu vzorku textilie.Obr. 10.4 Schématický diagram experimentální aparatury41

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCIKatedra oděvnictvíVýsledky experimentu změn vodního a teplotního obsahu byly porovnánys teoretickými výpočty třech modelů. Nordon – Davidovým modelem, Fickovýmmodelem a dvoustupňovým sorpčním modelem jak je ukázáno na obr. 10.5 [35],Nordon – Davidův model může obecně předpovědět tendenci průběhu vodních par,ale neodpovídá příliš experimentálním pozorováním. Výpočty Fickovy difúzeodpovídají aktuální sorpci prvních 540s přesně, ale další průběh vodních par je přílišvysoký s porovnáním s experimentálním pozorováním. Tyto výsledky souhlasís Wattovými výsledky, že pro jednotlivá vlákna vlny první stupeň absorpce jepřibližně v rovnováze podle Fickova zákona difúze a čas k dosažení přibližnérovnováhy je okolo 540s. Obr. 10.5 znázorňuje, že dvoustupňový sorpční model senejvíce blíží experimentálním pozorováním.Autoři také porovnávali pozorované simulované teplotní změny s teoretickýmipředpoklady modelu jak ukazuje obr. 10.6. Uvolňování tepla během sorpce vodníchpar vláken v textilii mělo za následek změny teploty na povrchu textilií. Teoretickékřivky těchto třech modelů měly podobný průběh jako experimentální křivky. Rychlýpočáteční nárůst teploty na povrchu textilií jako důsledek malého nárůstu tokuvodních par následovaných postupným klesáním. Nejvíce se k experimentálnímpozorováním blíží dvoustupňový model.Obr. 10.5 Vlhkostní průchod vlnou42

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCIKatedra oděvnictvíObr. 10.6 Změna teploty na povrchu vlny10.9. Chování textilií vyrobených z různých vlákenPodrobnější práce byla provedena Li a Luem [45] ke zjištění dynamické difúzevlhkosti do hygroskopických textilií vyrobených z různých vláken. Čtyři textilievyrobené z vlny, bavlny, porézního akrylu a polypropylénu byly testovány podobnouexperimentální sestavou jako na obr. 10.4. Rozdíly mezi textiliemi s rozdílnýmstupněm hygroskopie v mechanismu dynamického přenosu vlhkosti byly zjišťoványrůznými matematickými modely určenými k popisu zdvojeného přenosu tepla avlhkosti v textiliích. Poté byly srovnány experimentální výsledky a teoreticképředpoklady. Charakteristiky zkoumaných textilií jsou uvedeny v tabulce 10.2.43

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCIKatedra oděvnictvíTab. 10.2 Základní charakteristiky textilních vzorků [45]Typ vláknaPrůměrvlákna (mm)Jemnostpříze (tex)StrukturatextilieHmotnost(gm -2 )Tloušťka(mm)Vlna 20,6 20,4 dvojitá vrstva 272 2,96Bavlna 13,3 19,7 dvojitá vrstva 275 2,19Porézní akryl 18,4 21,3 dvojitá vrstva 287 2,14Polypropylén 20,0 18,3 dvojitá vrstva 279 2,42Diagram 10.7 ukazuje průchod vodních par v textiliích během sorpce z 0-99% r.h.v jednotlivých krocích. Vlněná textilie má výrazně větší sorpci vodních par než ostatnítextilie. Také má největší počáteční stupeň sorpce následuje bavlna, porézní akryl apolypropylén. Rozdíly v průchodu vodních par mezi textiliemi se zvýšili se sorpčnímčasem a byly v řadě odpovídající jejich stupni hygroskopie. [45]Obr. 10.7 Vlhkostní průchod textiliemi vyrobených z různých vlákenObr. 10.8 ukazuje teplotní změny na povrchu testovaných textilií běhemsorpce vodních par. Vlna vykazuje nejvyšší počáteční nárust teploty, následujebavlna, porézní akryl a polypropylén. [45]44

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCIKatedra oděvnictvíObr. 10.8 Teplotní změny na povrchu textilií vyrobených z různých vláken běhemvlhkostního přechoduTeoretické předpoklady průchodu vodních par a změn teploty na povrchutextilií během procesu dynamického přenosu vlhkosti v textilií použitýchv experimentu jsou také prezentovány v těchto dvou obrazcích. Charakteristikyexperimentálních výsledků jsou dobře popsány těmito modely. Modeldvoustupňové sorpce nám dává dobrý popis přenosu vodních par ve vysocehygroskopických textilií jako jsou vlna a bavlna, a Fickův difúzní modelpopisuje přenos vodních par v nízko hygroskopických textiliích jako jsou akryl apolypropylén. To je jasné určení rozdílů v sorpčních mechanizmech mezivysoko a nízko hygroskopickými textiliemi. [45]Tyto výsledky ukazují, že silně a slabě hygroskopické textilie jsou výrazněrozdílné v chování při dynamickém přenosu vlhkosti během přechodů okolní vlhkosti.Vysoko hygroskopické textilie jako vlna a bavlna vykazují větší změny hmoty aenergie s okolím než slabě hygroskopické textilie porézní akryl a polypropylén. [45]45

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCIKatedra oděvnictví11. Sdílení tepla mezi organismem a okolímZbytková energie (nespotřebovaná k udržení stálé tělesné teploty a nabazální metabolismus) se prakticky úplně přemění na energii tepelnou, která jeodváděna z organismu. Výdej tepla do prostředí je u člověka uskutečňovánpředevším povrchem těla, a to radiací (sáláním), kondukcí (vedením), konvekcí(prouděním), evaporací (odpařováním) vody z povrchu kůže a sliznic a respirací(dýchání). Přenos tepla (sdílení tepla) je proces, během něhož docházík předávání tepla z místa s vyšší teplotou do místa s teplotou nižší. Podmínkousdílení tepla je teplotní spád ∆T. [1]11.1. Sdílení tepla sálánímJe to podle [2] přenos tepla, který vzniká při přenosu energieelektromagnetickými vlnami mezi zdrojem a příjemcem. Mezi dvěma systémy –tělesy, kde dochází k přenosu energie zářením, nemusí být přítomna látka. Může sešířit i ve vakuu.Q& = α S ( T −T)s s s o t10.1[−2 −1Wm K ]kde: α s - součinitel sdílení tepla sáláním - radiací teplaS s - plocha těla, z něhož teplo sálá [ ] m2T o - teplota povrchu těla - oděvu [ K ]T t - teplota povrchu okolních těles [ K ]&Q s - množství tepelného toku sdíleného sáláním [ W ]Tepelné ztráty sáláním z povrchu těla oblečené osoby lze také stanovitpodle rovnice [2]:4 4[( T0) ( Tstř) ]Q& , S S −8obS= 3 95⋅10 ⋅ ⋅ ⋅ + 273 − + 273S010.2kde: S - povrch těla neoblečené osoby [m 2 ]S ob - plocha těla pokrytá oděvem [m 2 ]S 0 - plocha těla nekrytých částí [m 2 ]46

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCIKatedra oděvnictvíSobS0 - poměr plochy těla kryté oděvem k ploše nekrytých částítělaT 0 - teplota povrchu oděvu [K]T stř - střední teplota sálání [K]&Q s - množství tepelného toku sdíleného sáláním [W]11.2. Sdílení tepla vedení (kondukcí)Transport tepelné energie je vyvolán pohybem elementárních částic, které přizvýšení teploty začínají kmitat. Molekuly s vyšší teplotou odevzdávají při srážkáchpřebytek své kinetické energie molekulám, které mají nižší teplotu.Přenos tepla vedením probíhá u spodního prádla či oděvu, který má přímýkontakt s povrchem lidského těla.Obr. 10.1 Sdílení tepla vedení: 1 – pokožka, 2 – textilní vrstva [2]47

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCIKatedra oděvnictvíTeplo se přenáší podle Fourierova zákona [2]:T1 − T2Qved = λ ⋅ ⋅ S ⋅τδ10.3kde: Q ved - množství tepla [J], které projde stěnou o ploše S [m2] zaλT 1T 2δdobu τ [s], [ Js −1≡ W]- součinitel tepelné vodivosti soustavy vrstev oděvu−2 −1[ Wm K ]- teplota vnitřní strany první oděvní vrstvy [K]- teplota vnější (studené) strany poslední vrstvy oděvu [K]- tloušťka soustavy vrstev oděvu [m]Z uvedené rovnice vyplývá, že sdílení tepla vedením je tím větší, čím je nižšíteplota předmětu, s nímž je osoba v oděvu ve styku, a čím je větší styčná plocha amenší tloušťka kompletu vrstev oděvu. [2]11.3. Sdílení tepla prouděním (konvekcí)Prouděním je teplo sdíleno mezi proudící tekutinou a povrchem obtékanéhotělesa. Z hlediska fyzikální podstaty rozeznáváme konvekci přirozenou a nucenou.Přirozená konvekce je vyvolána vztlakovými silami. Nucená konvekce zpravidlavzniká působením vnějších vlivů, např. čerpadlem (kapalina) nebo kompresorem(plyny). Dále se toto proudění dělí na laminární a turbulentní, které bude dálepopsáno. [2]Sdílení tepla prouděním lze určit na základě Newtonova zákona ochlazovánítěles podle rovnice [2]:( )&Q = α ⋅S⋅ T0 −Tpr pr v10.4kde:&Q prα pr- množství tepelného toku sdíleného prouděním [W]- součinitel sdílení tepla prouděním, tj. součinitel konvekce[W m -2 K -1 ]S - povrch těla [m 2 ]T 0T v- teplota povrchu těla - oděvu [K]- teplota vzduchu [K]48

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCIKatedra oděvnictvíSoučinitel α pr závisí na tvaru lidského těla a rychlosti proudění vzduchu.Tepelné ztráty vzniklé prouděním z povrchu lidského těla krytého oděven lzevyjádřit rovnicí [2]:&Qpr( T T )S S ob= ⋅ ⋅αpr 0−S0v10.5kde:&Q pr-množství tepelného toku sdíleného prouděním [W]S - povrch těla neoblečené osoby [m 2 ]SobS0 - poměr plochy těla kryté oděvem k ploše některých částítělaα prT 0T v- součinitel sdílení tepla prouděním [W m -2 K-1]- teplota povrchu oděvu [K]- teplota vzduchu [K]1 – pokožka2 – mikroklima3 – textilní vrstvaObr. 10.2 Sdílení tepla prouděním: 1 – pokožka, 2 – textilní vrstva, 3 – textilní vrstva[2]49

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCIKatedra oděvnictví11.4. Sdílení tepla odpařovánímMnožství tepla, které odchází z povrchu kůže neznatelným pocením a jezávislé především na měrném výparném skupenském teple a na rozdíluparciálních tlaků vodních par. [2]Obr. 10.3 Sdílení tepla odpařováním: 1 – pokožka, 2 – textilní vrstva, 3 – textilnívrstvaP k parciální tlak vodních par na povrchu kůže (Pa)P t parciální tlak vodních par na povrchu textilie (Pa)Tepelné ztráty odpařováním difúzní vlhkosti z povrchu pokožky Qod [W]lze stanovit podle následující rovnice [2]:& −3Q = 3, 06⋅10 S(256t−3360− p )od kůze a10.6kde:&Q od- množství tepelného toku sdíleného odpařováním [W]p a - parciální tlak par v okolním vzduchu [Pa]t kůže - teplota kůže [°C]S - plocha [m 2 ]Tepelné ztráty odpařováním vlhkosti z horních cest dýchacích lzestanovit následovně [2]:Q & −6= 14, 9 ⋅10 Q & ( 5880 − podc tt a)10.750

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCIKatedra oděvnictvíkde:&Q odc - množství tepla sdíleného odpařováním z horníchcest dýchacích [W]p a - parciální tlak par v okolním vzduchu [Pa]Q tt - tvorba tepla organismem [W]11.5. Sdílení tepla dýcháním (respirace)Odvod tepla je realizován dýchacími cestami a jeho množství je dánorozdílem vodních par vdechovaných a vydechovaných. [2]Q = 0, 0012 ⋅ Q ( t − t )ov ev stř v10.8kde: Q ov - tepelné ztráty na ohřev vdechovaného vzduchu [W]t v - teplota okolního vzduchu [°C]t stř - průměrná teplota vydechovaného vzduchu [34°C]sáláním45%ohřívánívzduchu přidýchání2%odpařovánípři dýchání8%odpařováním20%vedením aprouděním25%Obr. 10.4 Ztráty tepla lidského organismu v běžných podmínkách51

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCIKatedra oděvnictví12. Odvody vlhkosti z povrchu lidského organismuPředpokladem je, aby okolní prostředí bylo schopno toto množství vodnípáry přijmout, tj. aby rozdíl parciálních tlaků určujících rychlost odvodu vlhkostibyl co nejvyšší (Obr. 12.1). Pokud se tento rozdíl snižuje, odvod vlhkosti klesáa ochlazovací účinek mizí. To vše se ale děje za předpokladu neoblečenéhoorganismu. [3]∆P = P k - P oObr. 12.1 Rozdíl parciálních tlaků: 1 – pokožka, 2 – vnější vzduchová vrstvaU oblečeného organismu je situace složitější, tento systém pracuje najiném principu a vlhkost je odváděna několika způsoby [3]:12.1. Kapilární odvod potuTento způsob spočívá v tom, že pot v kapalném stavu je odsáván prvnítextilní vrstvou a jejími kapilárními cestami vzlíná do její plochy všemi směrynebo je přenášen do dalších vrstev (pak se jedná o tzv. knotový efekt).Kapilární odvod je dále závislý zejména na smáčecí schopnosti této textilie avláken, na povrchovém napětí vláken a potu. [3]12.2. Migrační způsob odvodu potuOděv se nachází ve většině případů v teplotním spádu mezi teplotoupovrchu těla, resp. mikroklima a okolím. Za těchto podmínek pak může dojít kekondenzaci vlhkosti na povrchu vláken. Tato voda je buďto odvedena dokapilárních prostor nebo migruje na povrchu vláken. K migraci však docházízároveň u vody, která byla do textilie dopravena kapilaritou, tedy vodoukapalnou. [3]52

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCIKatedra oděvnictvíObr. 12.2 Migrační odvod potu z povrchu pokožky lidského těla: 1 – pokožka, 2 –textilní vrstva, 3 – kapalný pot12.3. Difúzní odvod vlhkostiDifúzní prostup vlhkosti z povrchu kůže přes textilii je realizovánprostřednictvím pórů, jež se svou velikostí a křivolakostí zúčastňují nakapilárním odvodu (Obr. 12.3). [3]P k > P oObr. 12.3 Difúzní odvod potu z povrchu pokožky lidského těla: 1 – pokožka, 2 –textilní vrstva, 3 – kapalný pot53

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCIKatedra oděvnictví12.4. Sorpční odvod vlhkostiTento proces předpokládá vnik vlhkosti nebo potu doneuspořádaných mezi-molekulárních oblastí a následné navázání na hydrofilnískupiny v molekulové struktuře. Způsob sorpčního odvodu vlhkostipředpokládá, aby textilie byla alespoň částečně vyrobena ze sorpčních vláken.[3]Nejrychlejší z těchto čtyřech výše uvedených způsobů je kapilární odvod,dále pak je migrační a difúzní a nejpomalejší je způsob sorpční. Pro zajištěníoděvního komfortu je nejvýhodnější kombinace difúzního a sorpčního způsobu.[3]13. Hydromechanické vlastnosti textilních materiálůPři sdílení tepla mezi člověkem a vnějším prostředím má mimořádnědůležitou úlohu přestup tepla odpařováním potu s povrchu těla. Při tomto dějistoupá vlhkost vzduchu pod oděvem, oděv vlhne a narušuje stav pohody.Úroveň přestupu tepla vypařováním značně závisí na hydromechanickýchvlastnostech materiálů: na navlhavosti, vzlínavosti, nasákavosti, propustnostipro páry a vodu. Soubor těchto vlastností umožňuje regulovat oděvnímikroklima a v souvislosti s ním i podmiňuje subjektivní pocity uživatele,protože úroveň přestupu tepla odpařováním značně závisí na těchtohydroskopických vlastnostech materiálů.[2]13.1. HydroskopičnostHydroskopičnost je schopnost materiálů pohlcovat vlhkost ze vzduchu.Hydroskopičnost se zjišťuje z poměru hmotnosti vody pohlcené materiálem přiurčité teplotě a tlaku a relativní vlhkosti vzduchu k hmotnosti materiálu suchéhoa vyjadřuje se v procentech. Schopnost textilií pohlcovat vodu z ovzdušísouvisí se sorpčními vlastnostmi textilních vláken i s jejich speciálnímiúpravami. Hydroskopičnost textilních materiálů závisí na dostavě, tloušťce a navlastnostech jejich vláken a značně ovlivňuje rychlost nasakování a vysychánítextilie. Můžeme říct, že čím mají textilie větší tloušťku a hustotu, tím pomalejinasávají i propouští vodu a tím lépe zajišťují stálost vlhkosti a tepla vzduchovévrstvy mezi oděvem a tělem. Rychlé pohlcování vody materiálem totiž vedek rychlé změně mikroklimatu pod oděvem. [2]54

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCIKatedra oděvnictvíHydroskopičnost je vlastností textilních materiálů, které se využívá navnitřní vrstvy oděvu. Zde totiž rychlým pohlcováním pomáhá zachovávatpříznivé klima pod oděvem. Ovšem z druhého hlediska se zvlhčením oděvuzvyšuje tepelná vodivost textilií, což v důsledku znamená snížení teploty pododěvem a ochlazení těla. [2]13.2. VzlínavostJe to schopnost plošné textilie přijímat vodu, která vniká do plošnýchtextilií působením kapilárních sil. Udává se za určitý časový úsek [9]. U textiliíto znamená schopnost odvádět vodu z prostoru pod oděvem (tzv. mikroklimatu)a je závislá na jejich pórovitosti, tj. na velikosti a tvaru pórů. Tato vlastnostmůže u některých textilních materiálů doplňovat hydroskopičnost. Je tomu tak,např. u syntetických materiálů z tvarovaných přízí, které nemají dobré sorpčnívlastnosti, ale mají dobrou vzlínavost, proto více vyhovují hygienickýmpožadavkům. Savost se vyjadřuje sací výškou h (cm/30 min).13.3. NasáklivostNasáklivost je schopnost plošné textilie přijímat a fyzikálně vázat vodupři ponoření za stanovené teploty a doby. Vyjadřuje se v procentech.[10]Nasáklivost vzorku lze podle [10] stanovit:N m −=mm1 00⋅ 10013.1kde: N - nasáklivost vzorku [%]m 0 - hmotnost klimatizovaného vzorku [g]m 1 - hmotnost mokrého vzorku po okapání [g]13.4. VysýchavostVysýchavost je schopnost materiálů odevzdávat vodu do okolníhoprostředí, čímž dochází ke zlepšení tepelně izolačních vlastností a také ke55

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCIKatedra oděvnictvízměně pevnosti. Rychlost vysychání materiálu je závislá na vlastnostechvláken, na struktuře (vazbě) textilie a na charakteru jejího povrchu. [2]Každý materiál pohlcuje nebo odevzdává vodu v různé míře. Lněné abavlněné materiály rychle pohlcují a rychle odevzdávají vodu do okolníhoprostředí naopak vlněné pohlcují a propouští pomalu. Materiály z viskózovéstřiže vodu rychle pohlcují a pomalu odevzdávají, tím se snižuje tepelněizolačníschopnost materiálu. [2]13.5. SmáčivostZákladním předpokladem proto, aby textilie sála vodu, je smáčivostmateriálu vodou. Smáčivost je dána povrchovým napětím, které vzniká narozhraní textilie, vody a vzduchu. Ukazatelem průběhu smáčení je dotykovýúhel. Kapalina, která má vysoké povrchové napětí, tzn. nepatrnou smáčivostutvoří na těžko smáčivém tělese kulatou kapku. Pokud klesá povrchové napětí,tak se kapka více rozšiřuje a dotykový uhel kapky se zmenšuje. [2]σ 21VAφσ 23Kσ 31PNapětí σ 31 v bodě A tj. pro prostředí textilie – vzduch, je dána vztahem:σ 31 = σ 23 + σ 21 cos φ 13.2kdeσ 31 – povrchové napětí textilie – vzduchσ 23 – povrchové napětí voda – textilieσ 21 – povrchové napětí voda – vzduchφ - dotykový úhelJe-li dotykový úhel φ < 90°, pak nastává smáčení, je-li φ > 90°, projevuje sevoduodpudivost.56

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCIKatedra oděvnictví13.6. Propustnost vodních parPropustnost vodních par textilií je schopnost plošné textilie propouštětvlhkost ve formě vodní páry z prostoru uzavřeného textilií. Propustnost vodníchpar se udává v % a je to poměr přírůstku hmotnosti vysoušedla ve zkušebnímisce s textilií a přírůstku hmotnosti vysoušedla ve zkušební misce bez textilie.Propustnost nám stanovuje míru schopnosti textilie neklást odpor unikánívlhkosti vznikající na povrchu lidského těla v podobě páry do okolníhoprostředí. [11]Výpočet propustnosti vodních par podle [11]PxΣ∆mv= ⋅100 %ΣΛms[ ]13.3kde: m v - přírůstek hmotnosti vysoušedla s textilií (m vz -m vo ) [g]m s - přírůstek hmotnosti vysoušedla bez textilie (m sz -m so ) [g]14. ZávěrOděvní komfort je veličinou komplikovanou a její hodnocení není snadné.Některé metody pro měření propustnosti vodních par textiliemi nejsou zcelavhodné. Při zpracování textilie na oděv vznikají nové vlastnosti typické proprostorový útvar jako:- proudění vzduchu pod oděvní vrstvou tzv. komínový efekt- proudění vzduchu zapříčiněné pohybem objektu- porušení struktury textilie vytvořením šitých spojůTaty skutečnosti můžou nepříznivě ovlivnit výsledky měření.V této práci byl nastíněn problém kůže jako lidského orgánu a problémtransportu vlhkosti a tepla z povrchu lidské kůže skrze oděvní vrstvy. Ukázalose, že vlhkost je velmi důležitý parametr ovlivňující vlastnosti oděvníchmateriálů. Změna parametrů textilních materiálů závisí na schopnosti textiliípohlcovat vodu ze vzduchu. Z práce vyplynulo, že pro sledované prostředí jenavlhavost nežádoucí vlastností. Zvlhčením oděvu se zvyšuje tepelná vodivosttextilií, to vede ke snížení teploty pod oděvem a k následnému ochlazeníorganismu.Dále byly stručně popsány vlastnosti textilních materiálů, které mohouovlivňovat pocit pohodlí a komfortu při nošení. Vlastnosti materiálů se mění57

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCIKatedra oděvnictvívlivem působení různých faktorů, kterým jsou v daném prostředí vystaveny atím může dojít i ke změně oděvního komfortu. Při studii prostředí o teplotách –40 až +5 0 C se zjistilo, že největším ovlivňujícím faktorem není tak nízkáteplota, ale jevy doprovodné, které se v takovém prostředí mohou vyskytnout(tj. sníh, déšť, vítr apod.). Je tedy důležité, aby se při výběru oděvníchmateriálů zjistily klimatické podmínky daného prostředí.58

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCIKatedra oděvnictvíSeznam použitých zkratekA povrch plochy těla [m 2 ]AT db kombinovaný koeficient pro tepelnou izolaci oděvů [°C]c koncentrace vody v dané kapaliněC a koncentrace vodní páry v mezivlákenném prostoru [kg m -3 ]C a b koncentrace vodní páry v okolním vzduchu [kg m -3 ]-3C f koncentrace vodní páry ve vlákně [kg m ]C fs objemová hustota (koncentrace) vody na povrchu vláken v [k g m-3 ]c s maximální dosažitelná koncentrace vody v dané kapalině za stejnéteplotyC v-3 -1objemová tepelná kapacita textilie [kJ m K ]D tělesná výška [m]D a2difúzní koeficient vodní páry ve vzduchu [m s-1 ]D f-difúzní koeficient vodní páry ve vlákně [m 2 s 1 ]H a zlomek relativní vlhkost vzduchuh c koeficient tepelné ztráty prouděním v mezních podmínkách vzduchové-1vrstvy [m s ]h ef-1koeficient přenosu hmoty na povrch vláken [m s ]H f zlomek relativní vlhkost na povrchu vláknah t kombinované (konvence a radiace) transfer koeficient tepla v mezních-2 -1podmínkách vzduchové vrstvy [W m K ]i m index propustnosti vlhkosti podle WoodcockaK teplotní vodivost textilie [W m -1 K -1 ]k c koeficient přenosu tepla prouděnímk e odpařovací koeficient (k e =2,2k c )L tloušťka textilie [m]m´ hmotnost vodní páry [kg]m 1 hmotnost mokrého vzorku po okapání [g]m 0 hmotnost klimatizovaného vzorku [g]MRT střední teplota záření [°C]m s hmotnost suchého materiálu [kg]M v molární hmotnost vodní páry (Mv = 0,0180152 kg.mol- 1 )m v hmotnost vody obsažené v materiálu [kg]m vp hmotnosti vlhkého plynu [kg]N nasáklivost vzorku [%]n v látkové množství vodní páry [mol]P2povrch těla [m ]p celkový tlak směsi [Pa]p poměr pohybu vody během druhé částip´ parciálního tlaku vodní páry [Pa]P ab tlak okolních par [Pa]P k parciální tlak vodních par na povrchu kůže [Pa]p´ n as parciálního tlaku syté vodní páry [ Pa]P sk tlak nasycených vodních par při teplotě kůže [mm Hg]P t parciální tlak vodních par na povrchu textilie [Pa]Qo d tepelné ztráty v důsledku odpařování difúzní vlhkosti s povrchupokožky [J]Qodctepelné ztráty v důsledku odpařování vlhkosti z horních cestdýchacích [J]59

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCIKatedra oděvnictvíQ op tepelné ztráty odpařování potu [J]Q ov tepelné ztráty na ohřev vydechovaného vzduchu [J]Q pr tepelné ztráty prouděním [J]Q s tepelné ztráty sáláním [J]Q s množství tepelného toku sdíleného sáláním [W]Q tt je tvorba tepla v organismu [J]Q tz vnější tepelné zatížení, např. slunečním zářením [J]Q ved tepelné ztráty vedením [J]∆Q změna tepelného stavu organismu proti stavu tepelné pohody -deficit tepla [J]R molární plynová konstanta (R = 8,314510 J.mol- 1 .K- 1 )R do vlákna [kg m -3 s -1 1 první stupně rychlosti sorpce]R2 druhý stupně rychlosti sorpce do vlákna [kg m -3 s -1 ]2R W -1 c odpor prostupu tepla [Km ]R e odpor prostupu vlhkosti [mm Hg m 2 W -1 ]R f průměr vlákna [m]S povrch těla neoblečené osoby [m 2 ]S s plocha těla [m 2 ]S 0 plocha těla nekrytých částí [m 2 ]S á oděvem [m 2 ob plocha těla pokryt]S v specifický objem vlákna [m-1]t reálný čas [s]T termodynamická teplota [K]T teplota textilie [°C]T 1 teplota vnitřní strany první oděvní vrstvy [K]T 2 teplota vnější ( studené) strany poslední vrstvy oděvu [K]T ab teplota suchého objemu [°C]t q čas k dosažení okamžité rovnováhy (t q =540s podle Watta)T o teplota povrchu těla – oděvu [K]T g okolní teplota [°C]T v teplota vzduchu [K]t v teplota okolního vzduchu [°C]T sk průměrně měřená teplota na povrchu těla [°C]t stř průměrná teplota vydechovaného vzduchu [34°C]T stř střední teplota sálání [K]T t teplota povrchu okolních těles [K]V váha těla [kg]V objemem vlhkého plynu [m 3 ]V rychlost proudění vzduchu [m s -2 ]w měrná vlhkost [1]Wc zlomek objem vody na povrchu vláknax vzdálenost ze středu plochy textilie [m]kompresibilní faktorZ vα r učinitel konvekce [W m -2 K -1 p součinitel sdílení tepla prouděním, tj. so]α a sáláním - radiací tepla [W m -2 K -1 s součinitel sdílení tepl]δ tloušťka soustavy vrstev oděvu [m]χ skutečný poměr kůže k celé hmotnosti těla60

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCIKatedra oděvnictvíε poréznost textilieΦ absolutní vlhkost [kg m -3 ]φ dotykový úhelΦ max maximální množství vodní páry [kg m -3 ]ϕ´ relativní vlhkost [%]λ součinitel tepelné vodivosti soustavy vrstev oděvuλ sorpční teplo vodní páry vlákna [kJ kg -1 ]ρ hustota vláken [kg m -3 ]σ 21 povrchové napětí voda – vzduchσ 23 povrchové napětí voda – textilieσ 3 1 povrchové napětí textilie – vzduchτ efektivní zákrut textilie (stupeň)ψ stupeň nasycení [1]61

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCIKatedra oděvnictví15. Seznam použité literatury[1] Chytský J., Hemzal, K., a kol.: Větrání a klimatizace, Praha 1993[2] Delljová R.A., Afanasjevová R.F., Čubarovová Z.S.: Hygiena odívání, SNTL,Praha 1984[3] Staněk J., Kubíčková M.: Oděvní materiály, skriptum VŠST Liberec, 1986[4] Axamit P., Kaprasová M.: Základní zákonitosti systému člověk-oděv-pathologishe Physiologie der Haut, VEB. G.prostředí, SVÚT Liberec, 1983[5] Hübschmann K.: Kůže-orgán lidského těla, Academia, Praha 1972[6] Stüttgen G.: Die normale undFisher Verl.Jena 1965[7] Vlhkoměry[8] Axamit P.: Transportní jevy v systému člověk-oděv-prostředí, (FYZ 9/82),SVÚT Liberec, 1982[9] ČSN 80 0828[10] ČSN 80 0831[11] ČSN 80 0855[12] Záhejský J., Rovenský J.: Mechanismy hydratace palmoplantárních roviny,Dermatologické oddělení Fakultní nemocnice, Brno 1971[13] Li Y.: The Science of Clothing Comfort, The Textile Institute, Manchester,2001[14] Fourt L., Hollies N.R.S.: Clothing: Comfort And Function, Marcel DekkerInc., New York, USA, 1970[15] Slater K.: Comfort properties of Textiles, Text. Progress, 9, 1-91, 1977[16] Hollies N.R.S., Goldman R.F.: Clothing Comfort: Interaction of Thermal,Ventilation, Construction, and Assessment Factors, Michigan, Ann ArborScience Publishers Inc., USA, 1977[17] Gagge A.P., Burton A.C., Bazett H.C.: A Practical System of Units forDescription of the Heat Exchange of Man with his Environment, Science, 94,428-430, 1941[18] Mecheels J.H., Umbach K.H.: The Psychrometric Range of ClothingSystems, in Clothing Comfort: Interaction of Thermal, Construction, andAssessment Factors (eds Hollies N.R.S., Goldman R.F.), Ann Arbor SciencePublishers Inc., Michigan, USA, 1977[19] Woodcock A.H.: Moisture Transfer in Textile Systems, Part I, Text. Res. J.,32, 628-633, 1962[20] Breckenridge J.R.: Effects of Body Motion on Convective and EvaporativeHeat Exchange through Various Design of Clothing, in Clothing Comfort:Interaction of Thermal, Construction, and Assessment Factors (eds Hollies62

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCIKatedra oděvnictvíN.R.S., Goldman R.F.), Ann Arbor Science Publishers Inc., Michigan, USA,1977[21] Mecheels J.H.: Die Messung der Functionellen Wirkung auf denMenschen, Milliand Textilber, 52, 1971[22] Henry P.S.H.: Diffusion in Absorbing Media, Proc. Roy. Soc., 171 A, 215-241, 1939[23] Henry P.S.H.: The Diffusion of Moisture and Heat through Textiles,Discussions of the Faraday Soc., 3, 243-257, 1948[24] Lyons D.W., Vollers C.T.: Text. Res. J., 41, 661-668, 1971[25] Li Y., Plante A.M., Holcombe B.V.: Fiber Hygroscopicity and Perceptions ofDampness, Part II, Physical Mechanisms, Text. Res. J., 65, 316-324, 1995[26] Li Y.: Liquid Transport and Active Sportswear, CSIRO, Division of WoolTechnology, Geelong, Australia, WTC97.01, 1996[27] Gibson P.: Governing Equations for Multiphase Heat and Mass Transfer inHygroscopic Porous Media with Applications to Clothing Materials, Army NatickResearch, Development and Engineering Center, Natick, Massachusetts01760-5000, USA November, 1994[28] Crank J.: The Mathematics of Diffusion, Clarendon Press, Oxford, UK,1975[29] David H.G., Nordon P.: Case Studies of Coupled Heat and MoistureDiffusion in Wool Beds, Tex. Res. J., 39, 166-172, 1969[30] Farnworth B.: A Numerical Model of the Combined Diffusion of Heat andWater Vapor through Clothing, Tex. Res. J., 56, 653-665, 1986[31] Wehner J.A.: Moisture Transport trough Fiber Networks, in TextileResearch Institute and Department of Chemical Engineering, Ph.D Thesis,Princeton University, USA, 1987[32] Downes J.G, Mackay B.H.: Sorption Kinetics of Water Vapor in WoolFibers, J. Poly. Sci, 28, 45-67, 1958[33] Watt I.C.: Kinetics Studies of the Wool-Water System, Part I: The Influenceof Water Concentration, Text. Res. I., 30, 443-450, 1960[34] Watt I.C.: Kinetics Studies of the Wool-Water System, Part II: TheMechanisms of Two-stage Absorption, Text. Res. I., 30, 644-651, 1960[35] / Li Y., Holcombe B.V.: A Two-stage Sorption Model of the CoupledDiffusion Of Moisture and Heat in Wool Fabrics, Text. Res. I., 62, 21-217, 1992[36] David H.G., Nordon P.: Coupled Diffusion of Moisture and Heat inHygroscopic Textile Materials, Int. J. Heat Mass Transfer, 10,853-866, 1967[37] Li Y., Holcombe B.V., Schneider A.M., Apcar F.: Mathematical Modelling ofthe Coolness to Touch of Hygroscopic Fabrics, J. Tex. Inst., 84, 267-274, 199363

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCIKatedra oděvnictví[38] Li Y., Holcombe B.V., de Dear R.: Enhancement of Coolness to the Touchby Hygroscopic Fibres, Part II: Physical Mechanisms, Tex. Res. J., 66, 587-595, 1996[39] Li Y.: The Buffering of Hygroscopic Clothing Against Rain, presented atThe 4 th Asian Textile Conf.,Taipei, Taiwan, 1997[40] Urguhart A.R., Williams A.M.: The Moisture Relations of Cotton: the Effectof Temperature on the Absorption of Water by Soda-boiled Cotton, J. Text.Inst., 15, T559-T572, 1924[41] Schneider A.M.: Heat Transfer through Moist Fabrics, University of NewSouth Wales, Sydney, Australia, 1987[42] Wagman P.: at al. American Institute of Physics Handbook, 2 nd ed:American Institute of Physic, USA, 1975[43] Li Y., Holcombe B.V.: A Kinetic Approach Modelling the Coupled Diffusionof Moisture and Heat in Wool Fabrics, CSIRO Division of Wool Technology,Sydney, Australia, 1991[44] Li Y., Luo Z.X.: An Improved Two-stage Sorption of the Coupled Diffusionof Moisture and Heat in Wool Fabrics, Text. Res. J., 760-768, 1999[45] Li Y., Luo Z.X.: Physical Mechanisms of Moisture Transfer in HygroscopicFabrics under Humidity Transients, J. Text. Inst., 1998[46] Li Y., Holcombe B.V., Apcar F.: Moisture Buffering Behaviour ofHygroscopic Fabric During Wear, Text. Res. J., 62, 619-627, 1992[47] Rea A., Rollo B.: The WIRA Textile Data Book, WIRA, Leeds, UK, 197364