Předmluva Text vnitřní normy byl vypracován v rámci Výzkumného centra Textil LN00B090 a schválen oponentním řízením dne 7.12. 2004. Předmět normy: Tato norma stanoví metodu měření tepelných vlastností textilií na přístroji ALAMBETA. Je použitelná jak pro tkaniny, tak pro pleteniny. Pomocí přístroje ALAMBETA je možno měřit vlastnosti textilií, jako je tepelná vodivost λ, tepelná jímavost b tepelný odpor r, tloušťka materiálu h, teplotní vodivost a, dále pak max. tepelný tok q nebo poměr maximálního a ustáleného tepelného toku p. Normativní odkazy: Součástí této normy jsou další normy (dále uvedené), na něž jsou odkazy v textu této normy. ČSN EN 12 751 ČSN EN 20 139
Obsah 1. Definice... 3 1.1 Tepelný tok... 3 1.2 Měrná tepelná vodivost... 3 1.3 Plošný odpor vedení tepla... 3 1.4 Měrná teplotní vodivost... 3 1.5 Tepelná jímavost... 3 1.6 Poměr maximálního a ustáleného tepelného toku... 4 2. Podstata zkoušky:... 4 3. Zkušební zařízení:... 4 4. Normální ovzduší:... 4 5. Odběr vzorků:... 4 6. Popis přístroje a postup zkoušky:... 5 6.1 Popis přístroje:... 5 6.2 Postup zkoušky:... 6 6.3 Příklady chyb:... 6 7. Výpočet a vyjádření výsledků:... 6 8. Protokol o zkoušce:... 7 9. Přílohy... 7 10. Seznam symbolů... 8 Literatura... 8 Příloha č.1: Vzorový protokol... 9 2
1. Definice 1.1 Tepelný tok Tepelný tok q je množství tepla šířící se z ruky (hlavice přístroje) o teplotě t 2 do textilie o počáteční teplotě t 1 za jednotku času. Pro krátkou dobu kontaktu přibližně platí: t2 t1 q = b (1) π τ 1.2 Měrná tepelná vodivost Součinitel měrné tepelné vodivosti λ představuje množství tepla, které proteče jednotkou délky za jednotku času a vytvoří rozdíl teplot 1 K. S rostoucí teplotou teplotní vodivost klesá; výsledná hodnota se dělí 10 3. Materiály, které mají vysokou hodnotu λ se označují jako vodiče, materiály s nízkou hodnotou λ jako izolátory.nejmenší tepelnou vodivost mají materiály z velmi jemných vláken. Průměr vláken a tloušťka tepelnou vodivost zvyšují. 1.3 Plošný odpor vedení tepla Plošný odpor vedení tepla r je dán poměrem tloušťky materiálu a měrné tepelné vodivosti. Udává, jaký odpor klade materiál proti průchodu tepla textilií. Čím nižší je tepelná vodivost, tím vyšší je tepelný odpor, hodnotu udávaná přístrojem ALAMBETA je nutno dělit 10 3. Z výše uvedeného vyplývá, že nízká tepelná vodivost a vysoký tepelný odpor charakterizují kvalitní tepelnou izolaci. h r = (4) λ 1.4 Měrná teplotní vodivost Měrná teplotní vodivost a [m 2 s -1 ] vyjadřuje schopnost látky vyrovnávat teplotu. Čím je hodnota vyšší, tím se látka rychleji vyrovnává teplotu (při nestacionárním procesu), hodnota na displeji přístroje se dělí 10 6. λ a = (4) c ρ 1.5 Tepelná jímavost Tepelná jímavost b je jediný parametr, který charakterizuje tepelný omak a představuje množství tepla, které proteče při rozdílu teplot 1 K jednotkou plochy za jednotku času v důsledku akumulace tepla v jednotkovém objemu. b= λ ρ c (3) Jako chladnější pociťujeme hmatem ten materiál, který má větší absorpční schopnost (větší b). Tepelná jímavost je jediná vlastnost materiálů, která charakterizuje tepelný omak. 3
1.6 Poměr maximálního a ustáleného tepelného toku Poměr maximálního a ustáleného tepelného toku p. qmax p = (4) qs Pozn: Proč je nutné některé hodnoty na přístroji dělit 10 3 popř. 10 6? Důvodem je malý dispej, na který nelze zobrazit větší počet desetinných míst příslušné naměřené hodnoty. 2. Podstata zkoušky: na přístroji ALAMBETA spočívá v průchodu tepelných toků q 1 (t) a q 2 (t) povrchy vzorku od neustáleného stavu k ustálenému ( t 1 - teplota měřící hlavice, t 2 - teplota vzorku, základny přístroje). Přístroj ALAMBETA je počítačem řízený poloautomat, který vypočítá všechny statistické parametry měření a obsahuje autodiagnostický program, který zabraňuje chybným operacím přístroje. 3. Zkušební zařízení: Rozměry: 200 500 300 mm Hmotnost: 15 kg Příkon: 60 VA Provozní podmínky: - Teplota: 18 23 C - Relativní vlhkost: 10 80 % Přítlak hlavice: - měnitelný v rozsahu 100-1000 Pa, běžný je přítlak 200 Pa Tloušťka vzorku: 0,5 8,0 mm Rozměr vzorku: min. 10 10 mm Doba měření: 10 100 sec. 4. Normální ovzduší: Ovzduší pro klimatizování a zkoušení musí odpovídat normě ČSN EN 20139. 5. Odběr vzorků: Odběr vzorků pro měření se řídí buď ustanovením normy ČSN EN 12751 (kapitola 6) nebo dohodou mezi účastníky měření. Aby byl dosažen co nejlepší tepelný kontakt mezi vzorkem a měřící hlavicí, musí se vkládat vzorky zbavené jakýchkoli nečistot, nejméně 3 cm od pevného kraje měřeného materiálu, bez přehybů nebo zvlnění. Proměřovaná místa se musí na vzorku rozmístit tak, aby nedocházelo k opětovnému měření zahřátých míst nebo je třeba vždy vyčkat až do úplného vychladnutí vzorku na teplotu okolí. 4
6. Popis přístroje a postup zkoušky: 6.1 Popis přístroje: Na základnu přístroje 6 (spodní část), který je vyhříván na teplotu okolí, se položí měřený vzorek 5. Hlavice 1, která je vyhřívaná na teplotu o cca 10 C vyšší (obvykle 33 C, tj. teplota kůže lidského těla), než je teplota okolí, se spustí a snímače tepelného toku 4 a 7 měří tepelné toky mezi jednotlivými povrchy. Současně je změřena i tloušťka materiálu h, jako vzdálenost měřících hlav. 1 2 3 8 1 1. 6 4 7 5 9 10 Obr.č.1: Schéma měřícího přístroje ALAMBETA Součástí základny přístroje je termostat a teploměr, součástí měřící hlavice je teploměr 8, topné těleso 3, termostat 2 a tepelná izolace. Před měřením je třeba přečíst si návod na obsluhu přístroje ALAMBETA, který je k dispozici v laboratoři. Před vlastním měřením je důležité nechat nejprve klesnout měřící hlavici bez vložení vzorku, kdy si přístroj nastaví tloušťku h 0 = 0. 5
6.2 Postup zkoušky: 1. Zaznamenáme parametry okolí do protokolu. 2. Zapneme přístroj. 3. Před vlastním měřením asi 20 minut spouštíme měřící hlavici na zkušební vzorek (tímto postupem se přístroj lépe připraví na měření a výsledky jsou přesnější - vlastní zkušenost). 4. Přístroj vypneme a znovu zapneme a necháme samovolně spustit měřící hlavici. 5. Vložíme vzorek dle návodu (viz. výše), stiskneme tlačítko ST. 6. Naměřená data se uloží do statistiky tlačítkem EN. 7. Po proměření souboru vzorku se tlačítky EN a RL zobrazí vypočítané statistické hodnoty. 8. Tlačítkem RL listujeme ve statistice a zaznamenáme výsledky do protokolu. 9. Tlačítky EN a ST vymažeme statistické hodnoty. 10. Měříme další vzorky. 11. Naměřené výsledky porovnáme s tabulkou (viz. bod 10) a vyhodnotíme. V tomto bodu je popsána funkce pouze těch tlačítek na ovládacím panelu přístroje ALAMBETA, které uživatel využije při měření. Popis dalších tlačítek a postup měření je uveden v návodu k obsluze přístroje. 6.3 Příklady chyb: Přístroj také signalizuje chyby měření E a závady na přístroji F. V tomto bodu jsou uvedeny pouze chyby, které může běžný uživatel odstranit. Jsou to chyby, které přímo nesignalizují závadu přístroje. Seznam všech chyb a závad je uveden v návodu k obsluze přístroje. při měření vzorků o tloušťce menší než 0,3 mm přístroj indikuje chybu ( E 33); při měření vzorků o tloušťce menší než 0,5 mm přístroj indikuje chybu ( E 34); při nedostatečném vyhřátí měřící hlavice na požadovanou teplotu přístroj indikuje chybu E 21; pak je třeba přístroj restartovat a nechat znovu zahřát na patřičnou teplotu a nastavit h 0. 7. Výpočet a vyjádření výsledků: Měřená data jsou zpracována počítačem. Pro statistické zpracování je minimální počet měření 3 a maximální počet 20. Vypočítává se aritmetický průměr z jednotlivých měření, variační koeficient (na nejbližší 0,1%), dále je možné uvést směrodatnou odchylku a interval spolehlivosti při 95% hladině významnosti (tyto hodnoty už počítač přístroje nevypočítává). Hodnoty se zobrazí na displeji přístroje. Během různých výzkumných projektů byly experimentálně zkoumány tepelně-izolační a tepelně-kontaktní vlastnosti různých plošných textilií. Bylo zjištěno, že praktické hodnoty tepelné jímavosti suchých textilií se nacházejí v rozmezí 20 až 400, viz. následující tabulka. 6
VLIV STRUKTURY, SLOŽENÍ A ÚPRAVY PLOŠNÝCH TEXTILIÍ NA JEJICH TEPELNOU JÍMAVOST b [Ws 1/2 / m 2 K] PŘI PŘÍTLAKU 200 Pa 20 40 Mikrovlákenné nebo jemnovlákenné PES netkané izolační textilie 30 50 Lehké počesané úplety, lehké vpichované a tepelně pojené PES NT 40 90 Lehké syntetické úplety (PAN) zejména z tvarovaných vláken, počesané všívané koberce 70 120 Lehké nebo žebrové vlněné prstencové úplety, počesané lehké PES/vlna tkaniny, broušené jemnovlákenné PES úplety 100 150 Lehké bavlněné nebo viskózové úplety, žebrové bavlněné tkaniny 130 180 Lehké upravené bavlněné úplety, počesané lehké vlněné tkaniny 150 200 Hladké vlna/pes tkaniny nebo vlněné tkaniny s nerovným povrchem 180 250 Tkaniny bavlna/viskóza s permanent press úpravou, těžší hladké bavlnářské tkaniny, tkaniny z mikrovláken 250 300 Suché bavlněné košiloviny upravené pryskyřicí, těžké hladké vlnařské tkaniny 300 400 Suché tkaniny z viskózy, Lyocelu nebo hedvábí, hladké suché neupravené těžké bavlněné tkaniny (denimy) Tab. č.1: Hodnoty tepelné jímavosti různých materiálů, zjištěné experimentálně. Tabulka je orientační a slouží pouze k předběžnému zařazení. Hodnotu jímavosti textilií ovlivňují různé parametry, nemusí se tedy přesně shodovat s intervaly b uvedenými v tabulce. 8. Protokol o zkoušce: Protokol o zkoušce musí obsahovat tyto údaje: Datum provedení zkoušky; Teplotu a vlhkost v laboratoři; Údaje nutné k identifikaci vzorku; Orientace vzorku při měření (zda je měřen po rubu nebo po líci); Nastavené technické parametry přístroje; Počet měření; Případné odchylky od běžného postupu měření; Průměrné hodnoty jednotlivých měřených vlastností, (v příslušných jednotkách); Variační koeficient, (v procentech); 9. Přílohy Příloha č.1: Vzorový protokol 7
10. Seznam symbolů h tloušťka materiálu [mm] q tepelný tok [Wm 2 ] λ měrná tepelná vodivost [Wm -1 K -1 ] c měrná tepelná kapacita [J kg -1 K -1 ] b tepelná jímavost [Wm -2 s 1/2 K -1 ] r plošný odpor vedení tepla [W -1 Km 2 ] a měrná teplotní vodivost [m 2 s -1 ] p poměr maximálního a ustáleného tepelného toku [1] n počet měření [1] Literatura [1] Hes L.: Thermal properties of Nonwovens, in: Proc. INDEX 87 Congress, Genf 1987 [2] Hes L., Doležal I.: New Method and Equipment for Measurin Thermal Properties of Textiles, J. Text. Mach. Soc. Japan 42, T124-128, 1989 [3] Hes L., Prommerova M.: The Effect of Thermal Resistence and Absorptivity of Fabrics on Their Termal Contact Characteristics. In: 21 st Textile Res. Symp. At Mt. Fuji, 1992 [4] Hes L.,Bandyopadhyay B.N.: Effect of fibre polymer on warm-cool feeling. Indian J. of Fibre and Textile Research, 16, 1991, p. 195-199. [5] Kolektiv autorů: Textilní technika, Sborník vědeckých prací, Liberec 1988 [6] Hes L.,Dvořáková I.: Vliv spodního prádla na pocit tepla nebo chladu při oblékání suché vnější textilie, Výzkumné centrum Textil, TU Liberec, 2001 [7] Hes L.: Komfort textilií, výběr přednášek, Liberec, 2000 Vypracování normy: V Liberci 5.11.2002 vypracovala: Ing. Ivana Vrbová (Dvořáková) 8
Příloha č.1: Vzorový protokol Protokol o měření: Datum: 15.8. 2004; Teplota v laboratoři: 22-25 C; Vlhkost vzduchu v laboratoři: 50-65%; Popis měřených vzorků XXX a YYY; Měřeno po rubu, tzn. rubní stranou textilie směrem k měřící hlavici); Parametry přístroje: běžně nastavené; Počet měření: 10; Odchylky od běžného postupu: žádné; Název měřeného materiálu XXX naměřená hodnota λ měrná tepelná vodivost λ [W/m.K ] tepelná jímavost b [W.s 1/2. / m 2 K ] naměřená hodnota r plošný odpor vedení tepla r [m 2.K/ W] tloušťka materiálu h [mm ] 1 44,2 0,0442 95,9 92 0,092 4,06 2 44,4 0,0444 96,6 92,7 0,0927 4,11 3 42,5 0,0425 94,4 91,3 0,0913 3,88 4 42,5 0,0425 96 91,5 0,0915 3,89 5 42,7 0,0427 93,8 88,8 0,0888 3,79 6 40,7 0,0407 80,9 94,1 0,0941 3,83 7 44,5 0,0445 99,1 91,3 0,0913 4,06 8 43,7 0,0437 98,7 92,2 0,0922 4,06 9 42,3 0,0423 90,9 89,7 0,0897 3,8 10 41,6 0,0416 94,4 94,4 0,0944 3,93 průměr 0,0429 92,9667 0,0918 3,9117 směrodatná odchylka variační koeficient 95% interval spolehlivosti 0,0013 6,68 0,0023 0,1251 2,9467 7,1854 2,4785 3,1988 0,0 3,27 0,0 0,06 Pozn: Hodnota v kolonce 95% interval spolehlivosti znamená poloviční šířku oboustranného intervalu spolehlivosti. 9
Název měřeného materiálu YYY naměřená hodnota λ měrná tepelná vodivost λ [W/m.K ] tepelná jímavost b [W.s 1/2. / m 2 K ] naměřená hodnota r plošný odpor vedení tepla r [m 2.K/ W] tloušťka materiálu h [mm ] 1 44 0,044 187 9,5 0,0095 0,42 2 45,7 0,0457 174 9,1 0,0091 0,42 3 44,5 0,0445 176 9,1 0,0091 0,4 4 45,3 0,0453 180 9,2 0,0092 0,42 5 46,4 0,0464 178 9,7 0,0097 0,45 6 45,1 0,0451 185 9 0,009 0,4 7 48,5 0,0485 177 9 0,009 0,44 8 46,7 0,0467 181 9,1 0,0091 0,42 9 45,7 0,0457 180 9 0,009 0,41 10 43,5 0,0435 184 9,3 0,0093 0,4 průměr 0,04555 180,8333 0,00912 0,42 směrodatná odchylka variační koeficient 95% interval spolehlivosti 0,0014 3,1885 0,00028 0,021 3,1707 1,7632 3,03471 0 1,56 0 Slovní hodnocení výsledků: Z výše uvedených naměřených hodnot vyplývá, že materiál XXX zajistí lepší tepelnou izolaci (vysoké r) a při kontaktu s lidskou pokožkou bude působit hřejivěji (nižší hodnota b). Naopak materiál YYY se vykazuje menší tepelně izolační schopností a způsobuje chladnější omak při styku s pokožkou (dvakrát vyšší hodnota b). 10