PL212729B1 - Sposób badania mikroklimatu tworzonego z udziałem materiałów ubioru i obuwia, w warunkach nieizotermicznych - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób badania mikroklimatu tworzonego z udziałem materiałów ubioru i obuwia, z uwzględnieniem warunków nieizotermicznych.

Znany jest z polskiego opisu patentowego nr PL 202146 sposób pomiaru przepuszczalności i sorpcji pary wodnej materiałów kapilarno - porowatych, zwłaszcza tekstylnych. Sposób ten nie dotyczy istoty przedstawionego wynalazku, bowiem przedmiotem jego jest pomiar innego parametru, który ma wpływ na wytwarzanie mikroklimatu, nie stanowi jednakże jedynego i najlepszego parametru charakteryzującego to zjawisko. Odniesienie do wyżej wymienionego sposobu ma natomiast uzasadnienie w podobieństwie początkowej części metody pomiarowej.

W sposobie tym para wodna przenosi się z przestrzeni podawczej o wyższej prężności pary wodnej przez próbkę materiału kapilarno - porowatego, stanowiącą wymienny element ograniczający przestrzeń podawczą ścian, do przestrzeni odbiorczej o niższej prężności pary wodnej, przy założonej różnicy temperatury. Objętość przestrzeni podawczej jest na tyle mała, że właściwości materiału próbki, jak sorpcja i przepuszczalność pary wodnej, wpływają w istotny sposób na panującą w niej wilgotność względną. Do części podawczej dozuje się w sposób ciągły stałą w czasie ilość wody oraz dostarcza ciepło do jej odparowania i osiągnięcia stanu równowagi w warunkach gradientu temperatury i wilgotności. Mierzy się ilość podawanej z przestrzeni podawczej wody, a w ograniczonej objętościowo przestrzeni odbiorczej wymusza się, w płaszczyźnie zasadniczo prostopadłej do strumienia podawanej pary, strumieniowy o obiegu zamkniętym przepływ jednorodnego w swej masie w strefie przed wlotem pary wodnej, powietrza o założonej stałej temperaturze i stałej wilgotności względnej. Stałą wilgotność utrzymuje się przez bieżące usuwanie poza strefą wlotu pary wodnej, z równoczesnym pomiarem, odpowiedniej ilości pary wodnej z części strumienia powietrza. Ilość tej pary wodnej jest miarą wody, która przeniknęła w postaci pary wodnej przez próbkę. Z bilansu ilości wody podawanej z przestrzeni podawczej pod próbkę i ilości pary wodnej, która przeniknęła przez próbkę, ustala się ilość zaabsorbowanej przez próbkę pary wodnej.

Istota rozwiązania według wynalazku polega na tym, że przed badaniem ustala się temperaturę i wilgotność próbki, a następnie po osiągnięciu stanu równowagi termicznej i stężeniowej w układzie pomiarowym, wyrażającej się ustaleniem wartości różnicy temperatury, prężności pary wodnej i ciśnienia powietrza, rozpoczyna się badanie poprzez podawanie do przestrzeni podawczej stałej w czasie ilości wody na tyle dużej, że po pewnym czasie zostanie osiągnięty w strukturze materiału punkt rosy. Równocześnie rozpoczyna się odmierzanie czasu oraz mierzenie temperatury powierzchni próbki w przestrzeni odbiorczej i porównywanie na bieżąco z temperaturą punktu rosy obliczoną znanym sposobem dla wilgotności powietrza w przestrzeni podawczej bezpośrednio pod próbką. Pomiar czasu kończy się w momencie, gdy wyliczona temperatura punktu rosy zrówna się z temperaturą powierzchni próbki od strony przestrzeni odbiorczej.

Czas ten jest miarą oddziaływania przez materiał próbki na mikroklimat przestrzeni podawczej, przy czym im czas ten jest dłuższy, tym wpływ materiału na mikroklimat jest korzystniejszy.

Korzystnie dla grupy materiałów, których wpływ na mikroklimat przestrzeni podawczej podlega ocenie, doświadczalnie wyznacza się taką ilość podawania wody, żeby krzywa temperatury punktu rosy miała stromy przebieg, wymagany dla dokładnego wyznaczenia końca pomiaru.

Korzystnie materiały porównuje się ze sobą przy tej samej ilości podawanej wody w czasie.

Podstawową funkcją ubioru jest ochrona organizmu człowieka przed działaniem różnych czynników zewnętrznych. Materiały, z których wykonane są poszczególne części, elementy ubioru izolują organizm przed wpływem zbyt niskiej lub wysokiej temperatury, opadami, wiatrem, wilgotnością podłoża i powietrza. Producenci wprowadzają szereg nowych rozwiązań materiałowych, które mają służyć poprawie funkcji ochronnych obuwia i odzieży. Jednak wzrostowi barierowości materiałów nie może towarzyszyć pogorszenie ich właściwości higienicznych, wpływających na komfort użytkowania.

Człowiek czuje się dobrze, kiedy temperatura powierzchni skóry waha się pomiędzy 27°C (średnia stopy) a 32,5°C (średnia tułowia). Nawet nieduże odstępstwa od wskazanych wartości temperatury są odczuwalne jako marznięcie lub przegrzanie. Temperatura skóry zależy od miejsca na ciele, a także od temperatury otoczenia.

Zmiana temperatury otoczenia o 10°C powoduje, że temperatura kończyn zbliża się do temperatury ciała, a człowiek odczuwa dyskomfort. W temperaturze 35°C średnia temperatura ciała równa jest temperaturze otoczenia.

PL 212 729 B1

Jeśli obuwie i odzież wykonane są z materiałów o niekorzystnych właściwościach higienicznych, para wodna, która powstaje w procesie termoregulacji nie jest odprowadzana na zewnątrz w sposób wystarczający. Może wówczas wystąpić niepożądane zjawisko jej kondensacji i wskutek tego zawilgocenia materiałów. W Iecie prowadzi to do zahamowania odparowania potu i niepożądanego przegrzania organizmu, w zimie natomiast, do dyskomfortu związanego ze znacznym obniżeniem oporności cieplnej ubioru i nadmiernego ochłodzenia ciała („zimne stopy”).

Mikroklimat, jaki się wytwarza pomiędzy ciałem człowieka a noszoną przez niego odzieżą i obuwiem, jest zjawiskiem złożonym, uwarunkowanym z jednej strony parametrami klimatu, czynnikami fizjologicznymi ciała człowieka, a z drugiej strony różnymi właściwościami materiałów, z których wykonana jest odzież i obuwie. Wykonywane dotychczas badania poszczególnych właściwości materiałów wymagały odrębnych pomiarów, a ich wyniki obrazowały z natury rzeczy wpływ tylko pojedynczych właściwości materiału na mikroklimat.

Ocena właściwości fizycznych materiałów tekstylnych, skórzanych i skóropodobnych, które kształtują komfort użytkowania, powiązana jest z różnymi rodzajami (mechanizmami) przepływu wilgoci i ciepła.

Stąd też, zaproponowany sposób symulacji fizycznej transportu pary wodnej przez materiał i pomiar punktu rosy jest jednoznaczną metodą badania materiałów stosowanych w ubiorze i obuwiu człowieka, która kompleksowo ujmuje wszystkie ważne dla oceny materiału elementy procesu.

Ocena właściwości higienicznych materiałów stosowanych w odzieży i obuwiu jest zagadnieniem trudnym. Wynika to ze złożoności zjawisk towarzyszących wymianie w materiałach kapilarnoporowatych w warunkach nieizotermicznych. W takich warunkach, w czasie użytkowania może nastąpić przekroczenie punktu rosy i materiały stają się wilgotne, a tym samym niehigieniczne. Opisane zjawisko w dużym stopniu zależy od składu surowcowego materiałów oraz parametrów otoczenia.

Metoda w prosty sposób ujmuje skomplikowane zjawiska i pozwala za pomocą jednego parametru (punkt rosy), stanowiącego sumaryczny efekt występujących zjawisk, ocenić materiały.

Przedmiot rozwiązania według wynalazku przedstawiony jest w przykładzie wykonania, w którym próbka tkaniny i materiału skórzanego albo skóropodobnego przed pomiarem przechowywana jest w eksykatorze w temperaturze 20 ± 2°C oraz wilgotności względnej 54% (nasycony roztwór Mg(NO3)2).

₂

Próbkę tę o powierzchni roboczej 26,4 cm² umieszcza się w urządzeniu badawczym, oddzielając przestrzeń podawczą od przestrzeni odbiorczej.

₃

Przestrzeń podawcza o pojemności 400 cm³ jest izolowana cieplnie i ogrzewana do temperatury 37°C, a zawarte w niej powietrze porusza się ustalonym, wirowym ruchem.

Przestrzeń podawcza jest na tyle mała, że właściwości materiału próbki, jak sorpcja, przepuszczalność pary wodnej i powietrza oraz izolacyjność cieplna, wpływają w istotny sposób na panującą w niej wilgotność względną.

Po drugiej stronie próbki jest zamknięta przestrzeń odbiorcza ukształtowana w formie kanałowej pętli. W przestrzeni tej wymusza się ustalony strumieniowy, o kierunku równoległym do powierzchni próbki przepływ powietrza o szybkości liniowej w osi strumienia 1 m/s, ustalając temperaturę 25 ± 0,1°C i wilgotność względną 50 ± 0,2%. Wilgotność względną utrzymuje się na stałym poziomie poprzez usuwanie pary wodnej w procesie absorpcji z części strumienia powietrza. Strumień praktycznie całkowicie osuszonego powietrza wprowadza się ponownie do obiegu.

Po ustaleniu się równowagi termicznej i stężeniowej w obu przestrzeniach i badanej próbce, wyrażającej się ustaleniem wartości różnicy temperatury, wilgotności względnej i ciśnienia powietrza, rozpoczyna się dozowanie wody do przestrzeni podawczej w ilości 9,75 mg/min i dostarczanie ciepła do natychmiastowej zamiany jej na parę wodną. Równocześnie mierzy się i rejestruje temperaturę zewnętrznej powierzchni próbki, porównując ją na bieżąco z temperaturą punktu rosy obliczoną dla wilgotności względnej powietrza panującej w przestrzeni podawczej bezpośrednio pod próbką.

Badanie kończy się w momencie, gdy temperatura zewnętrznej powierzchni próbki zrówna się z wyliczoną temperaturą punktu rosy. Zarejestrowane dane przestawiono na wykresach fig. 1, fig. 2 i fig. 3.

Czas od chwili rozpoczęcia podawania wody do momentu osiągnięcia na powierzchni zewnętrznej próbki punktu rosy stanowi miarę porównawczą mikroklimatu. Czas ten w przypadku wełny wyniósł 800 sekund, dla elano-argony 700 sekund, co oznacza że ubiór wykonany z tkaniny wełnianej będzie miał korzystniejszy wpływ na ukształtowany pod nim mikroklimat niż ubiór wykonany z elano-argony.

PL 212 729 B1

Analogiczne badanie przeprowadzono również dla próbki wykonanej z boksu bydlęcego (stosowanego przeważnie na wierzchy obuwia) i stwierdzono, że czas osiągnięcia punktu rosy wynosi 720 sekund. Wskazuje to, że pod tym materiałem można uzyskać mikroklimat niewiele korzystniejszy niż pod elano-argoną, a równocześnie mniej korzystny niż pod wełną.

Claims (3)

1. Sposób badania mikroklimatu, tworzonego z udziałem materiałów ubioru i obuwia, w warunkach nieizotermicznych, w którym para wodna przenosi się z przestrzeni podawczej o wyższej prężności pary wodnej przez próbkę materiału, stanowiącą wymienny element odgradzający ograniczoną objętościowo przestrzeń podawczą od ograniczonej objętościowo przestrzeni odbiorczej, przy czym do przestrzeni podawczej, o objętości na tyle małej, że właściwości próbki jak sorpcja i przepuszczalność pary wodnej wpływają w istotny sposób na panującą w niej wilgotność względną podaje się w sposób ciągły stałą w czasie ilość wody oraz dostarcza ciepło konieczne do zamiany jej w parę wodną, a w przestrzeni odbiorczej wymusza się, w płaszczyźnie zasadniczo prostopadłej do strumienia przepływającej przez próbkę pary wodnej, strumieniowy, o obiegu zamkniętym, przepływ jednorodnego w swej masie w strefie przed wlotem strumienia pary wodnej powietrza, o założonej stałej wilgotności, której wartość utrzymuje się przez bieżące usuwanie poza strefą wlotu strumienia pary wodnej, znamienny tym, że przed badaniem ustala się temperaturę i wilgotność próbki, a następnie po osiągnięciu równowagi termicznej i stężeniowej w układzie pomiarowym, wyrażającej się ustaleniem wartości różnicy temperatury, prężności pary wodnej i ciśnienia powietrza, rozpoczyna się badanie poprzez podawanie do przestrzeni podawczej stałej w czasie ilości wody na tyle dużej, że po pewnym czasie zostanie osiągnięty w strukturze materiału punkt rosy, równocześnie rozpoczyna się odmierzanie czasu oraz mierzenie temperatury powierzchni próbki w przestrzeni odbiorczej i porównywanie na bieżąco z temperaturą punktu rosy obliczoną znanym sposobem dla wilgotności powietrza w przestrzeni podawczej bezpośrednio pod próbką po czym pomiar czasu kończy się w momencie, gdy wyliczona temperatura punktu rosy zrówna się z temperaturą powierzchni próbki od strony przestrzeni odbiorczej, który to czas jest miarą oddziaływania przez materiał próbki na mikroklimat przestrzeni podawczej, przy czym im czas ten jest dłuższy, tym wpływ materiału na mikroklimat jest korzystniejszy.

2.Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że dla grupy materiałów, których wpływ na mikroklimat przestrzeni podawczej ocenia się, doświadczalnie wyznacza się taką ilość podawania wody, żeby krzywa temperatury punktu rosy miała stromy przebieg, wymagany dla dokładnego wyznaczenia końca pomiaru.

3.Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że materiały porównuje się ze sobą przy tej samej ilości podawanej wody w czasie.