prof. dr. sc. Zenun Skenderi MODA prOlJeće/lJetO · MODA&DIZAJN 1-3/2012 22 MODA prOlJeće/lJetO 2013. euphOrIA U središtu ove dobro raspoložene teme su individualnost, društvena

MODA&DIZAJN

1-3/2012 22www.hdko.hr

MODA prOlJeće/lJetO 2013.

euphOrIA U središtu ove dobro raspoložene teme su individualnost, društvena umreženost i ljudska energija. Inspiracija za ovu temu kolektivno su dobro raspoloženje uličnog festivala i neprilagođeni izgled ulične mode. Fokusiramo se na narančastu. Pršteće boje se kombiniraju s mirnom neutralnošću. Zanimljiva struktura materijala ostvaruje novi šik. Bogato dizajni-

extrAOrDINAry Budućnost i nove tehnologije sučeljavaju se sa svakodnevicom. Biometrijska arhitektura i iznenađujući realizam susreću se u jednoj sanjarskoj temi. Boje su nježne i pomalo otuđujuće. Basics sa iznenađujućim detaljima

reAl StOrIeS Racionalna kupovina i neobična putovanja trendovi su budućnosti. Kulture se sve više međusob-no isprepliću i zahvaćaju sve šira područja našeg života. Iz logike vremena proizlazi i osvježavanje starih vrijednosti. Moderni pat-chwork, organski materijali i autentične strukture vraćaju realnosti. Materijali sami po sebi već trebaju imati neku priču, trebaju biti

VIrtuOSO Azija osvaja ostale kontinente. Ljepota i elegancija megametropola svjedoče o estetskoj ravnoteži. U žarištu je igra svjetla i sjene, lakoće i težine. Strogoći kontrastiraju tekuće siluete. Kompaktni tvid kombinira se s laganim tilom i

IlluSION Svijet tropa, egzotike i fantazije stvaraju osnovicu za digitalni raj. Boje određuju boje koktela. Motivi leptira, pored tropskog voća i cvijeća, ukrašavaju 3D uzorke sezone. Za iznenađenja su se pobrinule predimenzionirane veličine ili neo-čekivane boje. Inteligencija i ljepota prirode inspiriraju tekstilne površine i kombinacije boja. Pritom flora i fauna nisu ostavljene u svom prirodnom izgledu, nego su digitalno obrađene i djeluju kao da su iz nekog drugog svijeta. Egzotični fotootisci čine osnovu

3/2017www.hdko.hr 12

1. UvodUdobnost nošenja obuće, kao jedan od parametara kvalitete, u posljednje vrijeme zauzima sve značajnije mjesto kod proi-zvođača, potrošača te je predmet intenziv-nog istraživanja. Pod pojmom udobnosti, podrazumijeva se „udobnost nošenja“ odjeće i/ili obuće (eng. human wear com-fort). Nije moguće potpuno precizno dati definiciju udobnosti nošenja. Danas se često za udobnost nošenja koristi defini-cija koja glasi: „udobnost je stanje svijesti koje odražava zadovoljstvo sa toplinskim uvjetima okoline“ [1].Osnovna funkcija obuće je zaštita stopa-la od vanjskih uvjeta povišene ili snižene temperature i vlažnosti te zaštita od meha-ničkih ozljeda. Uz navedeno, obuća mora

biti udobna za stopalo, sigurna i prihvat-ljive cijene. Svaka obuća, posebno radno zaštitna, pored uobičajenih ispitivanih parametara materijala iz kojih je izrađena (primarno kože), kao što su otpornost na oštećenja, otpornost na savijanje, propu-snost vode, pH vrijednost, postojanost obojenja, sadržaj kroma VI), sve se više traže dobra propusnost vodene pare i do-bra toplinska izolacija kao važni parametri udobnosti nošenja. Općenito, temeljni cilj obuće, pored zaštite, je i promocija soci-jalnog statusa i kulture, kao i postizanje dovoljne dobre udobnosti nošenja (slika 1).

Objektivna obilježja koja imaju izražen utjecaj na udobnost nošenja mogu se podijeliti u 4 grupe parametara (slika 2) [2, 3]:

• fizikalni parametri materijala za izradu obuće

• uvjeti okoline (temperatura, relativna vlažnost i brzina zraka)

SažetakPrikazan je pregled metoda karakterizacije parametara udobnosti nošenja obuće uz detaljniji opis metode određivanja otpora prolazu topline i otpora prolazu vodene pare kože, obuće i pletiva za izradu čarapa na vrućoj ploči i termalnom stopalu. Prikazani su i neki rezultati mjerenja toplinskih parametara i parametara propusnosti vodene pare obuće i čarapa određenih na termalnom stopalu. Autori istražuju udobnost nošenja obuće različitim objektivnim i/ili subjektivnim metodama koristeći se različitim tehnikama. Kod direktnih metoda mjerenja temperature i relativne vlažnosti, senzori se postavljaju na više različitih mjesta, na modelu stopala, golom stopalu i samoj obući. Uzimaju se mjere veličine stopala 3D skenerima na mjestima gdje se obuća prodaje. Izrađuju se manje baze podataka veličina stopala za veće populacije.

Ključne riječi: udobnost nošenja, metode, parametri, obuća, čarape, pletivo

AbstractAn overview of the methods to characterize wear comfort of footwear with a more detailed description of the method to determine thermal and water vapour resistance of leather, footwear and knitted fabrics for socks on hot plate and thermal foot manikin is given. Some of the measurement results of thermal and water vapour resistance of footwear and socks on thermal manikin are given as well. The authors examined the wear comfort of by use of different objective and/or subjective methods using different techniques. When using direct measurement methods of temperature and RH, sensors are placed on different places,such as on thermal foot manikin, bare foot and sole. Foot-size measurements are taken with the 3D foot scanner at places where shoes are sold. Smaller databases of foot-sizes for larger populations are created.

Key words: wear comfort, methods, parameters, footwear, socks, knitted fabric

TERMOFIZIOLOŠKA UDOBNOST NOŠENJA OBUĆETHERMOPHYSIOLOGICAL WEAR COMFORT OF FOOTWEAR

prof. dr. sc. Zenun Skenderi1prof. dr. sc. Alka Mihelić-Bogdanić2

prof. dr. sc. Budimir Mijović2

1Zavod za projektiranje i menadžment tekstila, Sveučilište u Zagrebu Tekstilno-tehnološki fakultet, Zagreb, Hrvatska/Department of textile design and management, University of Zagreb Faculty of TextileTechnology

2Zavod za temeljne prirodne i tehničke znanosti, Sveučilište u Zagrebu Tekstilno-tehnološki fakultet/Department of basic, natural and technical sciences, University of Zagreb Faculty of Textile Technology

e-mail: [email protected]

Pregledni članak (Review)UDC: 685.34.017-046.52

2

2

wear comfort). Nije moguće potpuno precizno dati definiciju udobnosti nošenja. Danas se često za udobnost nošenja koristi definicija koja glasi: „udobnost je stanje svijesti koje odražava zadovoljstvo sa toplinskim uvjetima okoline“ [1]. Osnovna funkcija obuće je zaštita stopala od vanjskih uvjeta povišene ili snižene temperature i vlažnosti te zaštita od mehaničkihozljeda. Uz navedeno, obuća mora biti udobna za stopalo, sigurna i prihvatljive cijene. Svaka obuća, posebno radno zaštitna, pored uobičajenih ispitivanih parametara materijala iz kojih je izrađena (primarno kože), kao što su otpornost na oštećenja, otpornost na savijanje, propusnost vode, pH vrijednost, postojanost obojenja, sadržaj kroma VI), sve se više traže dobra propusnost vodene pare i dobra toplinska izolacija kao važni parametri udobnosti nošenja. Općenito, temeljni cilj obuće, pored zaštite, je i promocija socijalnog statusa i kulture,kao i postizanje dovoljne dobre udobnosti nošenja(sl. 1).

Slika 1 Funkcija obuće

Općenito, objektivnaobilježja koja imaju izražen utjecaj na udobnost nošenja mogu se podijeliti u 4 grupe parametara (sl. 2) [2,3]:

• fizikalni parametri materijala za izradu obuće • uvjeti okoline (temperatura, relativna vlažnost i brzina zraka) • razina aktivnosti (neaktivna, odmor, hodanje, trčanje) • opće i specifično medicinsko stanje, spol • konstrukcija obuće

Slika 2 Objektivnaobilježja koja određuju udobnost nošenja [2, 3]

Slika 1. Funkcija obuće.

Koža i obuća 66(2017)3:12-21Skenderi, Z. i sur.: TERMOFIZIOLOŠKA UDOBNOST NOŠENJA OBUĆE

3/2017 www.hdko.hr

MODA&DIZAJN








13

• razina aktivnosti (neaktivna, odmor, hodanje, trčanje)

• opće i specifično medicinsko stanje, spol

• konstrukcija obuće.

S obzirom na osjećaj udobnosti/nelagode, postoje dva aspekta udobnosti nošenja, termofiziološka i osjetilna (slika 3). Ter-mofiziološka udobnost nošenja uključuje svojstva prijenosa topline i vodene pare kroz materijale iz kojih se izrađuje obu-ća. Osjetilna udobnost nošenja uključuje mehanički kontakt materijala u dodiru sa kožom, karakteristike materijala kao što su mekoća, savitljivost i gipkost u kretanju te iritacija i sljepljivanje kod vlaženja. Svoj-stva prijenosa topline i vodene pare su dva parametra koja danas predstavljaju glavne objektivne parametre ocjene udobnosti nošenja, posebno onih predmeta koji se nose neposredno uz kožu, i jedini su pa-rametri procjene izmjene topline ljudskog tijela s okolinom i percepcije udobnosti nošenja.

Ljudsko tijelo održava unutarnju tempera-turu konstantnom na oko 37 °C. U većini podneblja na Zemlji temperatura tijela

je viša od vanjske temperature, a razliku temperature održava stvorena toplina pro-izvedena metabolizmom (izmjenom tvari) u čovjeka unosom i razgradnjom hrane, dajući snagu mišićima i ostalim funkcio-nalnim sustavima ljudskog tijela. Dakle, tijelo mora biti održavano u toplinskoj ravnoteži, tj. toplinska energija stvorena metabolizmom i energija dobivena izvana, mora biti jednaka gubitku toplinske ener-gije tijela. Posredni mediji između kože i okoline, općenito su tkanina, odjeća, obuća i čarape. Isti trebaju imati visoku propusnost vodene pare jer omogućuju tijelu hlađenje koje nastaje isparavanjem znoja. Kod viših razina aktivnosti čovjeka ili pak u toplijim uvjetima, sama toplinska otpornost materijala svakako nije dovoljna za karakterizaciju i usporedbu proizvoda. Isparavanje znoja iz kože je jedan od pu-teva gubitka topline koju proizvodi ljudski organizam. U hladnijim uvjetima okoline propusnost vodene pare je itekako važna jer se smanjuje akumulacije vlage u obući, čime je udobnost nošenja bolja.

Temeljem navedenog, ocjena udobnosti nošenja obuće za određene vanjske uvjete

i razine aktivnosti, je svakako interakcija čovjeka i materijala iz kojih se obuća izra-đuje s okolinom. Klasični pristup definira-nja i određivanja udobnosti, koji se temelji na pretpostavci da je udobnost rezultat fiziološke integracije fizičkog osjeta ma-terijala koju korisnik prima kada se koristi određeni model obuće, svakako je nedo-voljan. Aspekti uloge specifičnih funkci-onalnih svojstava na ukupnu percepciju udobnosti nošenja, razine i vrste utjecaja estetike i društvenog prihvaćanja, koji se temelje na percepciji udobnosti nošenja, i dalje predstavljaju, sa znanstvenog staja-lišta, veliki izazov [4].

2. Prijenos topline Da bi se detaljnije moglo govoriti o ter-mofiziološkim parametrima udobnosti obuće, nužno je poznavati načine prije-nosa topline. Ona izučava makroskop-ska stanja i zakonitosti pretvorbe energije popraćene toplinskim pojavama u razli-čitim fizikalnim i kemijskim procesima [5]. Svako tijelo karakterizira neprekidno gibanje čestica koje se naziva toplinskim gibanjem, a zbog ovog gibanja čestica, govori se da čestice imaju toplinsku ener-giju. Osjećaj toplijeg i hladnijeg ovisi o kinetičkoj energiji čestica tvari s kojom se dolazi u dodir [6].Opće je poznato da se energija ne može niti stvoriti niti uništiti, već ona samo mi-jenja oblik. Prvi zakon termodinamike kaže da se interakcijom jednog sistema s njegovom okolinom, iznos dobivene ener-gije sistema mora biti točno jednak iznosu energije utrošene od strane okoline. U za-tvorenom sistemu energija napušta sistem u dva oblika, kao toplina i rad. Energija može proći kroz granicu zatvorenog siste-ma u dva oblika, u obliku topline i rada (slika 4, a) [7]. Nadalje, toplina se definira i kao „oblik energije“ koji se prenosi između dva su-stava (ili sustava i njegove okoline) pomoću svojstva razlike temperature koja postoji, a ukoliko je nema, nema ni prijenosa ener-gije kao topline. Ovako treba biti rečeni-ca: Može se reći da je toplinska energija „energija u gibanju“. Proces tijekom kojega nema prijenosa topline naziva se adija-batskim procesom (slika 4, b.). Iako nema prijenosa topline u adijabatskom proce-su, još uvijek može u sistem doći količina energije, a time i temperatura se može promijeniti, npr. radom.

Količina topline koja se prenosi u procesu između dva stanja označava se Q12 ili samo Q. Količina topline koju je primilo neko

2

2

wear comfort). Nije moguće potpuno precizno dati definiciju udobnosti nošenja. Danas se često za udobnost nošenja koristi definicija koja glasi: „udobnost je stanje svijesti koje odražava zadovoljstvo sa toplinskim uvjetima okoline“ [1]. Osnovna funkcija obuće je zaštita stopala od vanjskih uvjeta povišene ili snižene temperature i vlažnosti te zaštita od mehaničkihozljeda. Uz navedeno, obuća mora biti udobna za stopalo, sigurna i prihvatljive cijene. Svaka obuća, posebno radno zaštitna, pored uobičajenih ispitivanih parametara materijala iz kojih je izrađena (primarno kože), kao što su otpornost na oštećenja, otpornost na savijanje, propusnost vode, pH vrijednost, postojanost obojenja, sadržaj kroma VI), sve se više traže dobra propusnost vodene pare i dobra toplinska izolacija kao važni parametri udobnosti nošenja. Općenito, temeljni cilj obuće, pored zaštite, je i promocija socijalnog statusa i kulture,kao i postizanje dovoljne dobre udobnosti nošenja(sl. 1).

Slika 1 Funkcija obuće

Općenito, objektivnaobilježja koja imaju izražen utjecaj na udobnost nošenja mogu se podijeliti u 4 grupe parametara (sl. 2) [2,3]:

• fizikalni parametri materijala za izradu obuće • uvjeti okoline (temperatura, relativna vlažnost i brzina zraka) • razina aktivnosti (neaktivna, odmor, hodanje, trčanje) • opće i specifično medicinsko stanje, spol • konstrukcija obuće

Slika 2 Objektivnaobilježja koja određuju udobnost nošenja [2, 3] Slika 2. Objektivna obilježja koja određuju udobnost nošenja [2, 3].

3

3

S obzirom na osjećaj udobnosti/nelagode, postoje dva aspekta udobnosti nošenja, termofiziološka i osjetilna (sl. 3). Termofiziološka udobnost nošenja uključuje svojstva prijenosa topline i vodene pare kroz materijale iz kojih se izrađuje obuća. Osjetilna udobnost nošenja uključuje mehanički kontakt materijala u dodiru sa kožom, karakteristike materijala kao što su mekoća, savitljivost i gipkost u kretanju te iritacija i sljepljivanje kod vlaženja. Svojstva prijenosa topline i vodene pare su dva parametra koja danas predstavljaju glavne objektivne parametre ocjene udobnosti nošenja, posebno onih predmeta koji se nose neposredno uz kožu, i jedini su parametri procjene izmjene topline ljudskog tijela s okolinom i percepcije udobnosti nošenja.

Slika 3 Dva gledišta udobnosti nošenja, termofiziološka i osjetilna [2, 3]

Ljudsko tijelo održava unutarnju temperaturu konstantnom na oko 37 °C. U većini podneblja na Zemlji temperatura tijela je viša od vanjske temperature, a razliku temperature održava stvorena toplina proizvedena metabolizmom (izmjenom tvari) u čovjeka unosom i razgradnjom hrane, dajući snagu mišićima i ostalim funkcionalnim sustavima ljudskog tijela. Dakle, tijelo mora biti održavano u toplinskoj ravnoteži, tj. toplinska energija stvorena metabolizmom i energija dobivena izvana, mora biti jednaka gubitku toplinske energije tijela. Posredni mediji između kože i okoline, općenito su tkanina, odjeća, obuća i čarape. Isti trebaju imati visoku propusnost vodene pare jeromogućuju tijelu hlađenje koje nastaje isparavanjem znoja. Kod viših razina aktivnosti čovjeka ili pak u toplijim uvjetima, sama toplinska otpornost materijala svakako nije dovoljna za karakterizaciju i usporedbu proizvoda. Isparavanje znoja iz kože je jedan od puteva gubitka topline koju proizvodi ljudski organizam. U hladnijim uvjetima okoline propusnost vodene pare je itekako važna jer se smanjuje akumulacije vlage u obući, čime je udobnost nošenja bolja. Temeljem navedenog, ocjena udobnosti nošenja obuće za određene vanjske uvjete i razine aktivnosti, je svakako interakcija čovjeka i materijala iz kojih se obuća izrađuje sokolinom. Klasični pristup definiranja i određivanja udobnosti, koji se temelji na pretpostavci da je udobnost rezultat fiziološke integracije fizičkog osjeta materijala koju korisnik prima kada se

Slika 3. Dva gledišta udobnosti nošenja, termofiziološka i osjetilna [2, 3].

Leather&Footwear 66(2017)3:12-21Skenderi, Z. i sur.: THERMOPHYSIOLOGICAL WEAR COMFORT OF FOOTWEAR

MODA&DIZAJN










tijelo mase m, u slučaju kada mu se tempe-ratura povisuje za ∆T, predstavlja toplinsku energiju koja prelazi s tijela više na tijelo niže temperature. Određuje se izrazom:

Ǫ = c m ∆ T gdje je Q količina topline u J, c specifič-ni toplinski kapacitet tvari (konstanta za određenu tvar) u J/(kg K), ∆ T porast tem-perature u K. Količina topline po jedinici mase (toplina sagorijevanja, u J/kg) ozna-čava se sa q i određuje se izrazom:

Često je potrebno odrediti i brzinu pri-jenosa topline tj. derivaciju topline po vremenu dQ/dt u J/s (ekvivalentno je W). U ovom slučaju prijenos topline varira u vremenu, te se tada ukupna količina pre-nesene toplinske energije procesa za vre-menski interval trajanja procesa t1 do t2 određuje izrazom [7]:

U slučaju da je dQ/dt = konst, za vremen-ski interval trajanja procesa ∆t, prethodni izraz dobiva oblik:

2.1. Načini prijenosa toplineSvi oblici prijenosa toplinske energije do-gađaju se jedino ako postoji razlika u tem-peraturi a prijenos se vrši od medija više prema mediju niže temperature. Postoje tri oblike prijenosa topline:

∘ kondukcija (vođenje),

∘ konvekcija (strujanje) i

∘ radijacija (zračenje).

Kondukcija se događa u čvrstim tijelima, tekućinama i plinovima, a nastaje kod ti-jela u neposrednom dodiru kada postoji

toj na pravac prijenosa topline te obrnuto proporcionalna debljini sloja ∆x:

gdje k konstanta proporcionalnosti (ozna-čava se i kao λ) je toplinska vodljivost materijala i predstavlja mjeru sposobnosti vođenja topline nekog materijala. U gra-ničnom slučaju kada ∆x teži k nuli, jed-nadžba 5 dobiva diferencijalni oblik:

Jednadžba (6) poznata je kao Fourierov zakon prijenosa topline kondukcijom.To-plina se prijenosi u smjeru niže tempera-ture i tada temperaturni gradijent (dT/dx) postaje negativan, tj. s povećavanjem x temperatura se smanjuje. Vrijednosti to-plinskog koeficijenta vodljivosti nekih tvari, te relativni iznos vodljivosti u odnosu na zrak, prikazane su u tablici 1 [3, 7, 8]. Konvekcija je prijenos toplinske energije između čvrste površine i priliježeće te-kućine ili plina te uključuje kombinirani efekt kondukcije i gibanja fluida. Brže gibanje fluida rezultira većem prijenosu topline konvekcijom. U slučaju odsustva

a. b.

Slika 4. Prolaz energije kroz zatvoreni sistem (a) i adijabatski sistem (b) [7].

q = Ǫm

Ǫ = dǪdt dt

t2

t1∫

Ǫ = dǪdt

∆t

Tablica 1. Toplinska vodljivost nekih materijala, vlakana i kože (l)kod tlaka zraka 105 Pa (1 bar) na 20 °C [3, 7, 8]

Materijal Toplinska vodljivost λ,W × m-1 × °C-1

Omjer toplinske vodljivosti (materijal/zrak)

Zrak 0,026 1Voda 0,613 23,6Koža, suha (na 25 °C) 0,14 5,4Pamuk 0,461 17,7Viskoza 0,289 11,1Vuna 0,193 7,4Polipropilen 0.117 4,5Poliuretan 0,126 4,8Poliuretan, kruta pjena 0,026 1Aramid 0,130 5Poliester 0,141 5,4Polivinilklorid 0,167 6,4Poliakril 0.200 7.7Poliamid 0.243 9.3Staklena vlakna 0,043 23,3Dijamant 2300 88.462Srebro 429 16.500Bakar 401 15.423Zlato 317 12.192Aluminij 237 9.115Željezo 80,2 3.085Živa 8,54 329Staklo 1,4 53,8Opeka 0,72 27,7Drvo 0,17 6,5Helij 0,152 5,8Meka guma 0,13 5

razlika u temperaturi, i predstavlja prijenos energije od čestica više energije određe-ne tvari na čestice tvari manje energije. U plinovima i tekućinama kondukcija nasta-je zbog sudara molekula tijekom njihovih gibanja. U čvrstim tijelima kondukcija na-staje kombinacijom vibracije molekula u rešetki i prijenosom slobodnih elektrona [7]. Brzina prijenosa topline kondukcijom dQ/dt kroz određeni materijal konstantne debljine ∆x proporcionalna je razlici tem-perature ∆T kroz sloj i površini A okomi-

= k AdǪdt

∆T∆x

dǪdt = ‒ k A dT

dxa. b.

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

3/2017 www.hdko.hr

MODA&DIZAJN








15


Jednadžba za određivanje toplinskog toka za realna tijela oblika ima oblik:

Količina prenesene topline radijacijom ti-jela (npr. osobe) prema okolini određuje se izrazom:

Ǫrad = ɛ σ A (T4 ‒ T4)

gdje je ɛ emisivnost, To temperatura oko-line u K te Tt temperatura tijela koje zrači također u K. Sljedeći važan pojam svoj-stva zračenja je apsorptivnost zračenja α (0 ≤α≤ 1), i predstavlja udio energije zračenja na površini nekog tijela koja je apsorbirana od te površine. Crno tijelo je savršen apsorber (α = 1) istovremeno i savršen emiter. Za većinu tijela na Zemlji toplinsko zračenje leži u infracrvenom po-dručju elektromagnetskog spektra. Često se toplinsko zračenje naziva i „toplinski valovi“. Emisivnost za čovjeka u području infracrvenog zračenja je neovisna o boji kože i približno je jednaka 1, indicirajući da je koža čovjeka perfektan apsorber i emiter zračenja na ovim valnim dužina-ma. Primjer prijenosa topline sa čovjeka prikazan je na slici 5 [7].

volumnog gibanja fluida prijenos topline je čista kondukcija.

Brzina prijenosa topline konvekcijom (u W) određuje se Newtonovim zakonom hlađenja:

gdje je h koeficijent prijenosa topline kon-vekcijom, A površina tijela sa koje se vrši prijenos topline, Tt temperatura tijela (po-vršine) u K, To temperatura okoline (fluida od površine) u K. Na površini čvrstog tijela temperatura je jednaka temperaturi fluida. Koeficient h određuje se eksperimentalno, a ovisi o više faktora, geometrije površine, prirode gibanja fluida te svojstva fluida. Ti-pične vrijednosti za h u W/(m2× K) su 2-25 za slobodnu konvekciju plinova, 50-1000 za slobodnu konvekciju tekućina, 25-250 za prisilno gibanje plinova i 50-20.000 za prisilno gibanje tekućina [7].Radijacija predstavlja energiju emitiranu od strane određene tvari u obliku elek-tromagnetskih valova (ili fotona) kao re-zultat promjene elektroničke konfiguracije atoma i/ili molekula. U ovom slučaju nije potrebno prisustvo medija. Radijacijom se najbrže prijenosi energije i odvija se brzi-nom svjetlosti (i kroz vakuum). Toplinsko zračenje, kao oblik šireg pojma, je oblik zračenja koji se događa zbog zagrijano-sti tijela, i razlikuje se od ostalih oblika zračenja kao što su X-zrake, γ-zrake, mi-krovalovi, radio valovi, tv valovi koji ne ovise o temperaturi. Sva tijela u prirodi koja imaju temperaturu iznad apsolutne nule tj. 0 K, emitiraju toplinsko zračenje. Toplinsko ili kako se često naziva i infracr-veno zračenje, obuhvaća područje između vidljivog dijela spektra i mikrovalova valnih dužina od 0,78μm to 1mm. Radijacija je volumetrijski fenomen i svako tijelo, bilo čvrsto, tekućina ili plin, emitira, adsorbira ili prenosi zračenje u različitom iznosu. Toplinski tok tj. brzina zračenja (dQ/dt) u W (=J/s) emitirana s površine nekog tijela na apsolutnoj temperaturi T dana je Ste-fan-Boltzmanovim zakonom:

gdje je A površina tijela, σ Stefan-Bolztmannova konstanta (=5,67 × 10-8 W/(m2 × K4)). Tijelo koje emitira maksimalni iznos zračenja naziva se crno tijelo. Realna tijela zrače manje od crnog tijela na jed-nakoj temperaturi, te se zbog toga uvodi pojam emisivnost ili faktor emisivnosti ɛ (0 ≤ɛ≤ 1), čija veličina određuje sposobnost nekog tijela da emitira toplinsko zračenje.

Količina prenesene topline radijacijom osobe prema okolini, prema jednadžbi 10 iznosi:

= h A (Tt ‒ To)dǪdt

= σ A T4dǪdt

= ɛ σ A T 4dǪdt

Slika 5. Primjer prijenosa svih oblika topline sa čovjeka [7].

Za poznate vrijednosti površine čovjeka 1,6 m2, temperature okoline to od 20 °C, temperature tijela tt od 29 °C, koeficijen-ta prijenosa topline konvekcijom od 6 W/(m2 × °C), te uz pretpostavke: emisivnost i koeficijent prijenosa topline su konstantni, prijenos topline kroz stopalo je zanemar-ljiv, gubitak topline evaporacijom je tako-đer zanemarljiv, količina prijenosa topline konvekcijom od osobe u okolni prostor iz jednadžbe 7 iznosi:

t o

.

Ǫ = h × A × (tt ‒ to) = [6 × 1,6 (29 ‒ 20)] = 86,4 W

.

Ǫrad = ɛ σ A (t4 ‒ t4) = 0,95 (5,67 × 10-8)[(29 + 273)4 ‒ (20 + 273)4 = 81,7 W

.t o

Ukupni količina prenošene energije sa ti-jela na okolinu iznosi:

Ǫuk = 86,4 W + 81,7 W = 168,1 W.

Prijenos topline bio bi veći ako osoba nije obučena, budući da bi temperatura izlo-žene površine bila veća. Otuda funkcija odjeće/obuće je i sprečavanje prijenosa topline.

U uobičajenim uvjetima, a što je vidljivo iz prethodnog izračuna, oko polovice ljudske energije koja se gubi otpada na zračenje, čak i u slučajevima kada je temperatura ne puno niža od temperature tijela [9].

3. Metode karakterizacije termofizioloških parametara udobnosti nošenja Metode određivanja udobnosti nošenja obuće dijele se na objektivne i subjek-tivne metode korištenjem ispitanika [10]. Objektivne metode se dijele na:

• statičke metode mjerenja otpornosti prolazu topline i vodene pare plošnih proizvoda (kože, tekstila, kompozita) pomoću vruće ploče, i

• statičke i/ili dinamičke objektivne metode mjerenja otpornosti prolazu topline i vodene pare pomoću ma-nekena.

Za potpuno definiranje udobnosti noše-nja, ukoliko je moguće, potrebno je koristiti kako objektivne tako i subjektivne metode ocjene udobnosti nošenja [11]. Subjektivne metode ocjene udobnosti odjeće prema „subjektivnoj mjernoj skali“ koja ima 4 ra-zine, 1 – udobno, 2 – malo neudobno, 3 – neudobno i 4 – vrlo neudobno [12], mogu se primijeniti i za udobnost nošenja obuće.

3.1. Izračunavanje otpora prolazu topline i vodene pare kože mjerenjem na vrućoj pločiUređaj na kojem se mjere objektivni pa-rametri termofiziološke udobnosti kože (tekstilnih materijala i sličnih proizvoda) naziva se vruća ploča (tzv. Skin model).

(7)

(8)

(9)

(10)

MODA&DIZAJN









Tvrtka Thermetrics [13], proizvodi vruće ploče (slika 6) koje su projektiranje prema normama [14, 15, 16]. Prethodno navedene norme opisuju način mjerenja i izračunavanja otpora prolazu topline i vodene pare na Vrućoj ploči za „tekstilne plošne proizvode, filmove, impregnirane proizvode, pjene, kožu, uključujući višeslojne proizvode i slične proizvode“. Primjena mjerne tehnike ogra-ničena je na maksimalni toplinski otpor i otpor prolazu vodene pare na 2 m2 × K × W-1 odn. 700 m2 × Pa × W-1.

Vruća ploča simulira ponašanje kože, tako da se, kod mjerenja otpora prolazu topline (tzv. suhi test), mjerna jedinica na kojoj se postavlja uzorak (npr. koža) grije na 35 °C, a uvjeti okoline (temperatura, relativ-na vlažnost i brzina strujanja zraka) mogu biti različiti, budući da je uređaj u komori. Obično su uvjeti okoline kod suhog testa-sljedeći: temperatura vanjskog zraka 20 °C, relativna vlažnost zraka 65 % i brzina strujanja zraka 1,0 m/s.Kod mjerenja otpo-ra prolazu vodene pare (tzv. mokri test), temperatura mjerne jedinice na koju se postavlja najprije folija (paropropusna, a vodonepropusna) pa na foliju uzorak, ta-kođer se grije na 35 °C. Uvjeti okoline su nešto različiti, temperatura vanjskog zraka je 35 °C, relativna vlažnost zraka je 40 %, a brzina strujanja zraka iznosi 1,0m/s.

Otpor prolazu topline na vrućoj ploči određuje se izrazom:

gdje su:

Rct – otpor prolazu topline materijala u m2 × °C × W-1,

ts – temperatura vruće ploče (mjerne je-dinice) u °C,

ta – temperatura ambijenta u °C,

H – toplinski tok u J/s (J/s = W),

A – površina mjernog elementa u m2,

H/A – gustoća toplinskog toka (energija po jedinici vremena kroz jediničnu površinu okomita na smjer toka) u W × m-2,

Rct0 – otpor uređaja (bez uzorka) u m2 × °C × W-1.

Otpornost prolaska vodene pare označava se s Ret, i predstavlja razliku tlaka vodene pare dviju strana materijala podijeljenu s rezultatnim toplinskim tokom isparavanja po jedinici površine u smjeru protoka. Određuje se izrazom:

gdje su:

Ret – otpor prolazu vodene pare samo uzorka u m2 × Pa × W-1,

Ps – tlak zasićene vodene pare na površini mjernog elementa (vruće ploče) u Pa,

Pa – parcijalni tlak pare u ambijentu u Pa

Ret0 – Otpor prolazu vodene pare samo uređaja (bez uzorka) u m2 × Pa × W-1.

Prijenos topline kroz plošne proizvode (koža, tekstil i sl.) vrši se kondukcijom i radijacijom, dok je konvekcija mala i može se zanemariti [17]. Huang [18, 19] u svo-jim radovima daje osvrt i na druge važne parametre termofiziološke udobnosti no-šenja, kao što su indeks propusnosti vlage (moisture permeability index), propusnost vodene pare (water vapour permeability) i faktor učin-ka propusnosti (permeation efficiency factor). Posebno raspravlja o zanimanju istra-živača za područje izvan di-namičke ravnoteže (steady state conditions), i navodi da „svojstva prijenosa topline i vodene pare ne mogu biti izražena samo parametrima dobivenim za dinamičku rav-notežu. Nadalje, navodi da je „ljudski organizam rijetko u dinamičkoj ravnoteži već je

podvrgnut promjenama okolnih parameta-ra, odjeće/obuće i aktivnosti; istraživanja izvan dinamičke ravnoteže sustava čovjek-odjeća/obuće postaje predmetom velikog broja istraživača“.

3.2. Izračunavanje otpora prolazu topline i vodene pare obuće i čarapa pomoću termalnog stopala Detaljnije će se opisati termalno stopalo razvijeno na Institutu Jožef Stefan, Slove-nia, čiji je naziv „Thermal Sweating Foot Manikin System“ [20], a koje je prikaza-no na slici 7. Tekstilno-tehnološki fakultet kupio je samo mjernu jedinica termalnog stopala, bez upravljačke jedinice i pum-pi posredstvom tt. UCS d.o.o., Slovenija. Termalno stopalo služi za mjerenje otpora prolazu topline i otpora prolazu vodene pare obuće i/ili čarapa. Razvijeno je za dinamička i statička mjerenja.

Veličina stopala je 42. Termalno stopalo može služiti zasebno ili zajedno sa simula-torom hodanja (Gait Simulator). Simulator hodanja ima mogućnost odabira od od 15 – 60 koraka/min. Maksimalna okomita sta-tička sila za ispitivanja sa hodanjem iznosi 40 kg. Samo stopalo tj. mjerna jedinica, podijeljeno je na 13 segmenata koje se zasebno griju na 35 °C i čija se temperatura regulira unutar ± 0,5 °C. Postupak mjere-nja i kontrole je neovisan za svaki segment i upravljan je od strane kontrolne jedinice. Na svakom segmentu postavljeni su grijači i senzori temperature. Određenim pro-gramskim algoritmom određuje se otpor prolazu topline za svaki segment posebno i/ili ukupni otpor za cijelu obuću. Načelo mjerenja otpora prolazu topline materi-jala (Rct)na termalnom stopalu jednako je načelu mjerenja otpora topline na Vrućoj ploči. Načelo mjerenja se ogleda u tome da se najprije odredi otpor uređaja (Rcto) za određene uvjete okoline (temperatura,

a. vruća ploča b. shematski prikaz principa rada

Slika 6. Uređaj za mjerenje otpora prolazu topline i vodene pare Vruća ploča tt. Thermetrics; a-uređaj, b-princip rada uređaja.

Rct = (ts ‒ ta) ‒ Rct0H

A

Ret = (Ps ‒ Pa) ‒ Ret0H

A

Slika 7. Model termalnog stopala (Mjerna jedinica) razvijen na Institutu Jožef Stefan, Slovenija.


(11)

(12)

3/2017 www.hdko.hr

MODA&DIZAJN








17

relativna vlažnosti i brzina strujanja zraka). Nakon toga se postavlja uzorak obuće i/ili čarape i mjeri ukupni otpor prolazu to-pline Rctu (uređaja i obuće i/ili čarape). Iz razlike Rctu i Rct0 dobiva se otpor prolazu topline ispitivanog uzorka Rct (obuće i/ili čarape):

Rct = Rctu – Rct0 Otpor prolazu topline pojedinog segmenta izračunava na slijedeći način:

gdje je Rcti otpor prolazu topline i-tog segmenta, Ai površina i-tog segmenta, Pi snaga utrošena za održavanje određene temperature i-tog segmenta. Ukupni otpor prolazu topline cijelog Termalnog stopala za svih 13 segmenata jednak je zbroju svih otpora prolazu topline:

gdje je n broj segmenata na termalnom stopalu (u ovom slučaju n=13).

Analogno načelu mjerenja otpora prolazu topline na vrućoj ploči, određuje se otpor prolazu vodene pare. Detaljnije su ovo načelo opisali Mekjavić i sur. [21] u svom radu „Static and dynamic evaluation of biophysical properties of footwear: The Jozef Stefan Institute sweating thermal foot manikin system“.

Svaki od 13 segmenata termalnog stopala (slika 7) ima kontrolirani dovod destilira-ne vode. Svaki segment ima različiti broj dovodnih mjesta, u ovisnosti o položaju i veličini površine segmenta. Ukupno je na termalnom stopalu 32 dovodna mjesta vode (32 cjevčice) na 13 segmenata. Desti-lirana voda se distribuira preko segmenta pomoću tankog pamučnog plošnog pro-izvoda postavljenog na segmente. Svaki segment je pokriven membranom koja ne propušta vodu a propušta vodenu paru sloja [21]. Postupak određivanja otpora prolazu vodene pare je slijedeći: najprije se mjeri otpor prolazu vodene pare samo uređaja tj. bez uzorka Ret0. Nakon određi-vanja Ret0 postavlja se uzorka i određuje se ukupni otpor prolazu vodene pare obuće i uređaja. Jednadžba za određivanje otpora prolazu vodene pare na Termalnom sto-palu za pojedini segment ima oblik [22]:

gdje je Ret,i – izotermni otpor prolazu to-pline isparavanja u m2 × Pa × W-1 i-tog segmenta, Pi – parcijani tlak vodene pare

(kod zasićenja) i-tog segmenta u Pa, AM,i – površina i-tog segmenta, u m2, HE,i – snaga grijanja grijača u W i-tog segmenta. Uku-pni otpor prolazu vodene pare po jedinici površine je jednak zbroju otpora prolazu topline svih segmenata (u ovom slučaju 13 segmenata), i određuje se prema izrazu:

gdje je AM ukupna površina termalnog sto-pala u m2.

Analizu empirijskih jednadžbi za određiva-nje parcijalnog tlaka isparavanja na nekoj temperaturu T dao je Buck A.L. u svom radu „New equations for computing vapor pressure and enhancement factor“ [23].U pogledu razlike temperature mjernog elementa i temperature okoline, u literaturi i normama spominju se različite vrijedno-sti. Tako norma EN 344 (1992) preporučuje da temperatura mjernog elementa (tem-peratura mjernih segmenata) treba biti između 30 i 35 °C a temperatura okolnog medija barem 20 °C niža od temperature mjernih segmenata [24]. Nešto drugači-ju razliku temperatura mjerne jedinice i okoline, ali za mjerenje toplinskih svojsta-va odjeće na manekenu predlaže Huang [25], koji navodi da bi „temperatura zraka okoline (komore) trebala biti barem 12 °C niža od prosječne temperature manekena (35 °C).

Pregled definicije udobnosti, povijesti ma-nekena i utjecajnih parametara na udob-nost dao je Goldman [26], dok je pregled normi za isto područje dao Holmér [27]. Treba spomenuti i novi vrlo opsežan pre-gled termalnih manekena u svom radu koji su dali Lu i sur. [28]. Također, postoji i veći broj normi koje opisuju profesionalnu za-štitu obuću [29, 30, 31, 32].

4. Pregled rezultata mjerenja otpora prolazu topline i vodene pare obuće/čarapa, kože te pletiva za izradu čarapaKod statičkog mjerenja, mjereni otpor prolazu topline je zbroj otpora prijenosa topline kondukcijom i radijacijom. Otpor prolazu topline konvekcijom u ovom slu-čaju je mali i zanemaruje se. Kod mjerenja otpora prolazu topline na Termalnom sto-palu pri statičkom mjerenju (bez hodanja), utjecaj konvekcije je značajan te je u tom slučaju potrebno brzinu strujanje zraka tj. prijenos topline konvekcijom održavati u

uskom zadanom području. Kod dinamič-kog mjerenja na Termalnom stopalu, kada se simulira hodanje, analiza dobivenih re-zultata treba biti sveobuhvatna, uzimajući u obzir realne uvjete nošenja obuće kod kojih se pojavljuje i evaporacija.

Početci detaljnijih istraživanja udobnosti obuće započinju devedestih godina proš-log stoljeća. Tako su Bergquist i Holmér [33] ispitivali 6 vrsta zaštitne obuće sa i bez zaštitne kapice pod statičkim i dina-mičkim (simulacija hodanja) uvjetima testi-ranja.Oni tvrde da se otpor prolazu topline tijekom „hodanja“ smanjuje prosječno za 13 %, s najvećim smanjenjem od 23 %. Ovo smanjenje otpora je signifikantno za sve tipove ispitane obuće. Oni dalje navode da „Toplinska zaštita koju pruža obuća mora uzeti u obzir gubitke topline uzrokovane provođenjem kroz potplat, konvekciju i zračenje s površine obuće, konvekciju uzrokovanom ventilacijom kroz otvore obuće te isparavanjem kroz materijal i kroz otvore“ [33] (slika 8). Nada-lje, autori navode da „izolacijska svojstva obuće ovise o obliku, strukturi, debljini materijala i broju slojeva te sposobnosti zadržavanja zraka u obući; izolacija obuće može se smanjiti ako se zračni sloj pomi-če, npr. zbog „pumpnog“ efekta tijekom hodanja“. Vlažni materijal također može smanjiti izolacijske osobine obuće.

Rcti = Ai × (Ti ‒ Ta)Pi

Rctu = Rcti∑ ni=1

Ret,i =(Pi ‒ PA) × AM, i

Het,i

Ret = AM ∑ iAM,i

Ret,i( )

Kuklane i Holmér [34] na svom su termal-nom stopalu (slika 9) mjerili otpor prola-zu topline kao parametra termofiziološke udobnosti obuće. Termalno stopalo je po-dijeljeno na 8 segmenata u kojima se za-sebno dovodila toplinska energija, mjerila i održavala temperatura. Uvjeti ispitivanja su bili sljedeći: termalno stopalo se polaže na ploču izrađenu od legura bakra i cinka, temperatura komore je bila +3 ± 0.5 °C, brzina strujanja zraka 0,15 ± 0,05 m/s a vrijeme trajanje eksperimenta je bilo 90 min za svaki uvjet ispitivanja. Dobivena

Slika 8. Prijenos topline u realnim uvjetima nošenja obuće [33].


(13)

(14)

(15)

(16)

(17)

MODA&DIZAJN









i kožne sa uloškom od plošnog proizvoda Thinsulate [35]. Provedeno je šest kom-binacija ispitivanja (tablica 2), a rezultati ispitivanja prikazani su u tablicama 3 i 4.

Otpor prolazu topline sloja zraka iznad termalnog stopala (Rct) i obje čarape iz-vršen je u suhim uvjetima bez korištenja sile za simulaciju hodanja, određen je za sobne uvjete. Vrijednosti koje su dobili za otpor prolazu topline (Rct) dane su u tablici 3.

Vrijednosti dobivene vlage u čizmama i čarapama tijekom mokrog testa bez sile za simuliranje hodanja i sa silom za simulira-nje hodanja za ukupnu količinu dovedene vlage od 15 g (10g/h) dane su u tablici 4.

Zaključci koje donose Kuklane i Holmér u ovom radu, istražujući utjecaj znojenja na toplinsku izolaciju obuće [34], su slijedeći:

• znojenje znatno smanjuje vrijednosti otpora prolazu topline iz dva razloga: gubitka topline isparavanjem čizama te pada efektivne izolacije zbog mo-krih slojeva,

• vlaženje smanjuje otpor prolazu to-pline za 19 do 25 %,

• samo mala količina znoja, približno 6 % isparava kroz čizme,

• debele čarape u usporedbi sa tankim povećavaju toplinsku izolaciju čizama za 5-11 %.

Slika 9. Model termalnog stopala sa segmentima [34]; 1 – prsti, 2 – taban, 3 – peta, 4 – rist, 5 – gležanj, 6 – donji dio potkoljenice, 7 – gornji dio potkoljenice, 8 – štitnik.

Tablica 2. Značajke eksperimenta [34]

Br. kombinacije

Oznaka testa

Vrsta testa

Korištenje sile (35 kg, simulacija hodanja) Čarapa

1 SNB Suhi Ne Bez čarape

2 SDD Suhi Da Debela čarapa

3 SNT Suhi Ne Tanka čarapa

4 SDT Suhi Da Tanka čarapa

5 MNT Mokri Ne Tanka čarapa

6 MDT Mokri Da Tanka čarapa

Tablica 3. Vrijednosti otpora prolazu topline sloja zraka za suhe uvjete (Rct) za Termalno stopalo prema slici 9 [34].

Čarapa Oznakatesta Materijal Masa, g Prsti Peta Taban Peta

Taban i segmenti stopala

Zome stopala i gležnja

Debela 1 PET 34 0,162 0,143 0,172 0,156 0,155 0,155

Tanka 2 70/30Pam/PA 20 0,127 0,111 0,136 0,121 0,127 0,133

Nema čarape

N (golo stopalo) - - 0,111 0,089 0,120 0,101 0,10400 0,101

Tablica 4. Prijenos vlage u čizmama i čarapama kod mokrog testa sa i bez sile za simulaciju hodanja [34].

Materijal čizama/Masa (g)-/Visina (cm)

Bez sile za simulaciju hodanja Sa silom za simulaciju hodanja

Čizma i čarapa,

g

Čizma, g

Čarapa, g

Isparaavanje, g

Čizma i čarapa,

g

Čizma, g

Čarapa, g

Isparavanje, g

1 Kožna /634/28 14,0 9,4 4,6 1,0 13,2 0,0 4,4 1,8

2 Kožna/754/28 13,7 8,6 5,1 1,3 12,9 8,3 4,6 2,1

1 Gumena/888/36 13,9 7,9 6,0 1,1 - - - -

2 Gumena/1011/36 14,0 8,1 5,9 1,0 14,1 9,4 4,7 0,91 Kožna sa PA krznom/706/28 14,1 9,2 4,9 0,9 - - - -

2 Kožna sa PA krznom/806/28 14,2 9,7 4,5 0,8 14,3 9,6 4,7 0,7

1 Kožna sa Thinsulate krznom/724/32 14,6 10,7 3,9 0,4 15,0 10,8 4,2 0,0

2 Kožna sa Thinsulate krznom/724/32 14,5 10,2 4,3 0,5 14,6 10,8 3,8 0,4


granična razlika između dva ispitivanja bila je 0,01 m2 × °C × W-1. Između ispitivanja obuća je bila ostavljena na sobnoj tempe-raturi i vlagi (temperatura okoline od 21 + 0.5 °C, relativna vlaga od 33 ± 5 %). U ve-ćini slučajeva, 2 mjerenja su bila dovoljna iz kojih je određivana je srednja vrijednost. U ovom radu su ispitivali 4 tipa uzoraka čizama bez čelične kapice za prste veličine 41: gumene, kožne, kožne sa PA krznom

3/2017 www.hdko.hr

MODA&DIZAJN








19

Tablica 5. Preporučene vrijednosti otpora prolazu topline (izolacije) obuće na nekim temperaturama tijekom niže aktivnosti (oko 100 W/m2) [36]

Nadalje, Kuklane [36] opisuje povezanost između osjeta hladnoće i boli i tempera-ture stopala kože ispitanika te povezanost istih s vrijednostima izolacije izmjerene na termalnom stopalu. On zaključuje da „sva-ka toplinska situacija mijenja se s nekoliko faktora: temperaturom, vlagom, brzinom strujanja zraka, zračenjem, vrstom mate-rijala za odjeću (obuća i čarape) te najviše razinom aktivnosti (proizvodnja topline, znojenje)“. U tablici 5 su preporučene vrijednosti otpora prolazu topline obuće na nekim temperaturama za nižu razinu aktivnosti subjekta.

Sumirana istraživanja zaštite stopala za hladne uvjete nošenja obuće daje Kuklane [37]. On navodi da „temperatura stopala je povezana s nizom različitih čimbenika kao što su aktivnost, izolacija i čistoća; sto-pala su udobna kada je temperatura kože stopala oko 33 °C, a relativna vlažnost do kože stopala oko 60%“. Nadalje navodi da „stopala počinju osjećati hladnoću pr-stiju pri toj temperaturi oko 25 °C, dok je nelagoda od hladnoće zabilježena na temperaturama ispod 20-21 °C; smanje-nje temperature stopala ispod 20 °C je

povezano s jakom percepcijom za hlad-no“. Vrijednosti otpora prolazu topline za različitu vrstu čizama i za različite uvjete simulacije znojenja koje je dobio u svom radu prikazane su na slici 10.

Zanimljivo je istraživanje koje su prove-li Kuklane i sur. [38] uspoređujući dvije metode određivanja toplinskih svojstava obuće određeno na ispitanicima i termal-nom stopalu. Gola stopala ispitana su na 3 temperature okoline na 6 ispitanika. Ispita-ne su tri vrste obuće. Kod određivanja ot-pora prolazu topline na stopalu ispitanika korišteno je jedanaest senzora topline (u W/m2) koji su bili pričvršćeni za nogu. De-bljina senzora je bila 3 mm a površina 1,8 cm2. Srednja vrijednost otpornosti prolazu topline (izolacija) za gola stopala dobivena na ispitanicima i termalnom stopalu bila je slična. Autori u svom radu zaključuju da „Kod tanje obuće otpor prolazu topline određen na ispitanicima veći je od otpora određenog na termalnom stopalu (mane-kenu); razlike bi mogle nastati zbog utje-caja nedefiniranih fizioloških parametara“.

Usporedbu postojeće europska norma za ispitivanje obuće (EN 344: 1992) s me-

todom ispitivanja na termalnom stopalu, opisuju Kuklane i sur. [39]. Oni zaključu-ju da „jedina standardna metoda analize toplinskih svojstva obuće – ispitivanje je uspješno ili neuspješno“.

S ciljem razvoja metoda određivanja to-plinskih svojstava obuće i standardizacije istih, izvršeno je međulaboratorijsko us-poređivanje rezultata mjerenja otpornosti prolazu topline i vodene pare na različi-tim modelima termalnih stopala [40]. Če-trnaest instituta bilo je zainteresirano za ovo uspoređivanje, od čega je 8 izvršilo ispitivanja i poslalo podatke. Iz dobivenih rezultata načinjena je baza podataka re-zultata dobivenih na različitim modelima termalnog stopala. Rezultati su pokazali relativno veliku razliku u vrijednostima. Manje razlike su dobivene u ukupnim vrijednostima otpora prolazu topline, ali za parcijalne segmente termalnih stopala razlike su veće i od 30 %.

Pregledom literature uočava se da je rela-tivno malo publiciranih radova iz područ-ja istraživanja toplinskih svojstava, kako prirodnih, tako i umjetnih koža za obuću.

Nedavno objavljeni radovi istražuju razli-čita svojstva prirodne i/ili umjetne kože za odjeću. Tako su Sudha i sur. [41] istraživali udobnost, kemijska, fizikalna i strukturna svojstva ovčje nape i umjetne kože na bazi PU. Rezultati koje su dobili pokazuju da prirodna ovčja napa koja se koristi za odje-ću ima veću propusnost vodene pare te usporediva svojstva mekoće i pada u od-nosu na umjetnu PU kožu. Nadalje, Krish-naraj i sur. [42] istraživali su otpor prolazu topline (toplinsku izolaciju) na različitim prirodnim kožama za izradu odjeće: ovčjoj napi debljine 0,8 mm debljine, kozjoj napi debljine 0,8 mm, goveđoj napi debljine 0,8 mm, napi antilopske koze debljine 0,6 mm i napi od ovčjeg krzna 1,4 mm (isklju-čujući krzno). Rezultati pokazuju različite vrijednosti otpora prolazu topline, a koji se kreću u rasponu od 0,402 do 0,689 m2

× °C × W-1. Napa od antilopske koze ima manju toplinsku izolaciju (niže vrijednosti otpora prolazu topline) od ostalih ispitanih uzoraka koža.

Termofiziološka svojstva udobnosti (otpor prolazu topline, toplinsku apsorptivnost i propusnost vodene pare) koža štavljenih s različitim sredstvima za štavljenje (krom, vegetabilna i sintetska štavila) namijenje-nih za izradu odjeće, istraživali su Çolak i sur. [43]. Njihovi rezultati, između ostalog, pokazali su da „kromno štavljene kože, zbog niže poroznosti ima najnižu toplinsku otpornost“.

Temperatura zraka, oC Otpor prolazu topline (toplinska izolacija) Rct, m2 × oC × W-1

+15 do +5 0,20 ≤ Rct ˂ 0,25

+5 do -5 0,25 ≤ Rct ˂ 0,30

-5 do -15 0,30 ≤ Rct ˂ 0,37

-15 do -25 0,37 ≤ Rct ˂ 0,45

˂ -25 0,45 ≤ Rct

Slika 10. Otpor prolazu topline u funkciji razine simulacije znojenja [37].


MODA&DIZAJN









Gotovo da nema objavljenih radova koji obrađuju samo udobnost čarapa na ter-malnom stopalu. Mjerenja termofiziološ-kih parametara čarapa obično se provode na termalnom stopalu zajedno s obućom. Publicirani radovi danas uglavnom istra-žuju termofiziološka svojstva pletiva iz kojih se izrađuju čarape. Tako su Čiukas i sur. [44, 45] istraživali toplinsku vod-ljivost (koeficijent toplinske vodljivosti) i otpor prolazu topline različitih pletiva za izradu čarapa. Korištene pređe za izradu pletiva bile su iz različitih sirovina: 100 % pamuk, 100 % bambusova vlakna, 100 % proeteinska sojina vlakna, mješavine 75 % pamuk 25 % alginatna vlakna, 80% bam-busova vlakna i 20% lan. Čiukas i sur. u prvom radu prikazali su rezultate toplinske vodljivosti 30 različitih varijanti pletiva, od različitih vrsta vlakana, sa ili bez dodatka teksturiranog PA te sa ili bez dodatka ela-stanske niti (Lycra). Vrijednosti koeficijenta toplinske vodljivosti za 30 tipova ispitanih pletiva kreću se u granicama od 0,028 do 0,0644 W/(m × °C). Čiukas i sur. u drugom radu prikazuju rezultate otpornosti prola-zu topline, propusnost zraka i toplinsku vodljivost za ista pletiva kao i u njihovom prvom radu. Vrijednosti otpora prolazu topline kreću se u granicama od 0,0119 do 0,0401 m2 × °C × W-1.

Istraživanja toplinskih svojstava čarapa izrađena od mješavine recikliranih pa-mučnih i primarnih poliesterskih vlakana i usporedba s toplinskim svojstvima sličnih čarapa izrađenih od primarnih pamučnog vlakna, zajedno s utjecajem upletene ela-stanske niti, izvršili su Gun i sur. [46]. Is-pitivali su toplinsku vodljivost, toplinsku otpornost (otpor prolazu topline) i toplin-sku apsorptivnost na Alambeta uređaju (Alambeta textile tester SENSORA instru-ments, Liberec, Czech Republic). Relativ-nu propusnost vodene pare mjerili su na Permetest uređaju (Permetest SENSORA, Liberec, Czech Republic). Autori zaklju-čuju da dodavanjem elastana dolazi do povećanja toplinske vodljivosti, toplinske otpornosti i toplinske energije te snižava vrijednosti propusnosti vodene pare.

Özdil [47] je istraživao termofiziološke pa-rametre udobnosti (otpor prolazu vodene pare, toplinsku vodljivost, propusnost vo-dene pare, propusnost zraka) na pletivima ispletenih iz različitih vrsta vlakana (vuna, akril, pamuk i PA). Mjerenja je provodio na uređajima Alambeta, Permetest i FX3300. Dobiveni rezultati, između ostalog, poka-zuju manju toplinsku vodljivost vunenih ča-rapa od akrilnih vlakana. Vrijednosti otpora prolazu topline (Rct) pletiva su u granicama od 0,021 do 0,058 m2 × °C × W-1.

Kusunoki [48] je koristio termalnu kameru za mjerenje temperature noge/stopala sa i bez čarapa na 15 °C i 10 °C. On zaključuje „Postoji signifikantna razlika između stanja bez čarapa, kao i između različitih tipova korištenih čarapa (P<0,05)“.

Nadalje, rad koji opisuje metodu mjere-nja mikroklimatskih uvjeta zaštitne obuće za vatrogasce (na dva modela) objavila je Irzmańska [49]. Kontinuirano su mjerena temperature stopala, te temperatura i re-lativna vlažnost unutar obuće u hodanju subjekta (5 km/h). Ona navodi da „testi-ranje dinamike mikroklime tijekom kori-štenja obuće pruža potpunu informaciju o promjenama temperature kože stopala te temperature i relativne vlažnost mikro-klime obuće“.

Rupérez i sur. [50] u svom radu opisuju nove napredne mogućnosti provedene na virtualni simulator obuće Simucal, koji je dizajniran za analizu studija udobnosti i funkcionalnosti u CAD dizajnu obuće.

Mjerenje stopala pomoću 3D skenera na-vode u svom radu Jurca i sur. [51]. Oni opisuju postupak mjerenja 5338 subje-kata, daju relevantne naglaske parame-tara stopala te izrade baze podataka. Oni zaključuju da je izrađena baza podataka „vjerojatno najveća europska baza poda-taka 3D stopala“. Mjerenje stopala izvr-šeno je u 11 europskih zemalja: Belgija, Engleska, Francuska, Njemačka, Grčka, Italija, Nizozemska, Portugal, Srbija i Slo-venija. Istraživanje je provedeno iz okvira DOROTHY programa (Development Of RegiOnal clusTers for researcH and imple-mentation environmental friendlY urban logistics) koji je dio 7. Okvirnog programa za istraživanje i tehnološki razvoj EU, fi-nanciranog od strane EU. Cilj programa je preobrazba obućarske industrije i njezinog poslovnog modela u smislu dobivanja do-dane vrijednosti za kupce.

5. ZaključakIstraživači u svijetu istražuju udobnost nošenja obuće različitim objektivnim i/ili subjektivnim metodama koristeći se ra-zličitim tehnikama. Senzori za mjerenje temperature i relativne vlažnosti postav-ljaju na više i različita mjesta: na modelu stopala, na golom stopalu, na samoj obući ili se čak koriste indirektne metode kao npr. termalna kamera. Nadalje, mjeri se mikroklima između noge i stopala.Težnja je da se promjene fizikalnih veličina prate tamo gdje nastaju, da se mjerenja prila-gode uvjetima sličnim realnim. Prisutna je težnja da se ukupna udobnost nošenja

snažnije nadopuni i udobnošću nošenja obuće.

Značaj CAD (Computer-Aided Design) i 3D skenera u procesima izrade animacija i virtualnih simulacija stopala za potrebe projektiranja obuće, koja bi se koristila u uvjetima koji su čim više sličniji realnim uvjetima nošenja obuće, uzimajući u obzir biomehaniku tijela, je velik. Kako bi obuća bila udobna ona bi trebala biti proizve-dena za svaku osobu zasebno, što danas nije slučaj. Zato se uvodi korištenje 3D skenera za uzimanje mjera stopala, po-sebno za ranjive skupine, kao što su djeca. 3D skenderi stopala se postavljaju bliže kupcima, u trgovačkim centrima. Rade se i manje baze podataka veličina stopala za veće populacije, npr. po državama, sve s ciljem da se proizvedena obuća za odre-đenu namjenu personalizira.

Literatura[1] BS EN ISO 7730:2005 – Ergonomics

of the thermal environment. Analyti-cal determination and interpretation of thermal comfort using calculation of the PMV and PPD indices and lo-cal thermal comfort criteria

[2] Saville B. P.: Physical testing of tex-tile, Woodhead publishing, 1999

[3] Skenderi Z.: Evaluation of Comfort Property Parameters of Lightweight Knitted Fabrics, 8th Textile Bioen-gineering and Informatics Sympo-sium Proceedings (2015)(Ed. Li Y., Budimir Mijovic B., Li J.Sh.), Zadar, 428 – 434

[4] Goonetilleke R.S.: The Science of Footwear, CRC Press, 2012

[5] Budin R., Mihelić-Bogdanić A.: Osnove tehničke termodinamike, 3 izdanje, Školska knjiga, Zagreb, 2012

[6] Kulišić P.: Mehanika i toplina, IV izdanje, Školska knjiga, Zagreb, 1989

[7] Ǫengel Y.A., Boles M. A: Thermody-namics, An Engineering Approach, third edition, WCB/McGraw-Hill, 1998, 103 – 111

[8] http://www.engineeringtoolbox.com, pristupljeno 2.8.2017

[9] https://physics.info/radiation, pristu-pljeno 4.6.2017

[10] Skenderi Z., Salopek I., Srdjak M.: Ispitivanje otpornosti prolasku topline i vodene pare pomoću vruće ploče, Zbornik radova 1. znanstveno-stručnog savjetovanja Tekstilna znanost i gospodarstvo, Sveučilište u Zagrebu Tekstilno-tehnološki fakultet, 2008, 225 – 228

[11] Skenderi Z., Salopek Čubrić I.: Ob-jective Vs. Subjective Evaluation of Comfort Parameters, Ergonomics 2013 (2013), (ur. Mijović B.), Zadar, 9 – 14


3/2017 www.hdko.hr

MODA&DIZAJN








21

[12] Skenderi Z., Salopek I., Mijović B.: The Comparison of Human Percep-tion to the Measured Sweat Transfer Rate, Coll. Antropol. 35 (2011) 2, 433 – 437

[13] www.thermetrics.com, Instruments for textile & biophysics testing, Ther-mal Foot Test System, pristupljeno 02.03.2017

[14] ISO 11092:2014: Textiles – Physi-ological effects – Measurement of thermal and water-vapour resist-ance under steady-state conditions (sweating guarded-hotplate test)

[15] ASTM F1868 – Standard Test Meth-od for Thermal and Evaporative Re-sistance of Clothing Materials Using a Sweating Hot Plate

[16] NFPA 1971 – Standard on Protective Ensembles for Structural Fire Fight-ing and Proximity Fire Fighting

[17] Farnworth B.: Mechanisms of heat flow through clothing insulation, Text. Res. J. 53(1983) 12, 717 – 725

[18] Huang J.: Sweating guarded hot plate test method, Polymer Testing 25 (2006) 5, 2006

[19] Huang J.: Thermal parameters for as-sessing thermal properties of cloth-ing, Journal of Thermal Biology 31 (2006) 6, 461 – 406

[20] Foot Manikin, Technical Specifica-tions, Model FM 005-08, Version 1.0, March 2010., UCS, Slovenia

[21] Mekjavic, I.B., Lenart, B., Vrhovec, M., Tomsic, M., Bartels, V., Um-bach, K.H., Kakitsuba, N., Taylor, N.A.S., and Oakley, H.: Static and dynamic evaluation of biophysical properties of footwear: The Jozef Stefan Institute sweating thermal foot manikin system, Proceedings of the Eleventh International Confer-ence on Environmental Ergonomics (2005) (Ed.Holmér I., Kuklane K., Gao C.), Ystad, 290 – 292

[22] Babič M., Lenarčič J., Žlajpah L., Taylor N.A.S., Mekjavić I.B.: A De-vice for Simulating the Thermoregu-latory Responses of the Foot: Esti-mation of Footwear Insulation and Evaporative Resistance, Strojniški vestnik – Journal of Mechanical En-gineering, 54 (2008) 9, 628 – 638

[23] Buck, A. L.: New equations for com-puting vapor pressure and enhance-ment factor, J. Appl. Meteorol., 20 (1981) 12, 1527 – 1532

[24] EN 344:1992 – Requirements and test methods for safety, protective and occupational footwear for pro-fessional use

[25] Huang J.: Calculation of thermal insulation of sclothing from manne-quin test, Measurement Techniques 51 (2008) 4, 428 – 435

[26] Goldman R.F.: Thermal Manikins, Their Origins and Role, Proceedings of sixth international thermal mani-kin and modelling meeting (2016)

(Ed. Fan J.), The Hong Kong Poly-technic University, 3 – 18

[27] Holmér I.: Use of Thermal Manikins in International Standards, Proceed-ings of sixth international thermal manikin and modelling meeting, (2016) (Ed. Fan J.), The Hong Kong Polytechnic University, 19 – 24

[28] Lu Y., Kuklane K., Gao Ch.: Types of thermal manikin, A volume in Woodhead Publishing Series in Tex-tiles (2017), 25 – 54

[29] EN-ISO-20344 (2004) Personal pro-tective equipment – Test methods for footwear

[30] EN-ISO-20345: 2011 – Personal pro-tective equipment – Safety footwear

[31] EN-ISO-20346: 2014 – Personal protective equipment – Protective footwear

[32] EN-ISO-20347: 2012 – Personal protective equipment – Occupa-tional footwear

[33] Bergquist K., Holmér I.: A method for dynamic measurement of the resistance to dry heat exchange by footwear, Applied Ergonomics 28 (1997) 5-6, 383 – 388

[34] Kuklane K., Holmer I.: Effect of Sweating on Insulation of Footwear, International Journal of Occupation-al Safety and Ergonomics 4(1998) 2, 123 – 136

[35] https://www.3m.com/3M/en_US/th insulate-us, pristupljeno, 20.03.2017.[36] Kuklane K.: The Use of Footwear

Insulation Values Measured on a Thermal Foot Model, International Journal of Occupational Safety and Ergonomics 10 (2004) 1, 79 – 86

[37] Kuklane k.: Protection of Feet in Cold Exposure, Industrial Health 47 (2009) 3, 242 – 253

[38] Kuklane K., Afanasieva R., Burmis-trova O., Bessonova N., Holmér I.: Determination of Heat Loss from the Feet and Insulation of the Footwear, International Journal of Occupation-al Safety and Ergonomics 5 (1999) 4, 465 – 476

[39] Kuklane K., Holmér I., Afanasieva R.: A Comparison of Two Methods of Determining Thermal Properties of Footwear, International Journal of Occupational Safety and Ergonom-ics 5 (1999) 4, 477 – 484

[40] Kuklane K., Holmér I., Anttonen H. Burke B., Doughty P., Endrusick T., Hellsten M., Shen Y., Uedelhoven W.: Interlaboratory tests on thermal foot models, Elsevier Ergonomics Book Series 3 (2005) (Ed.Lotens W., Havenith H.), 449 – 457

[41] Sudha T.B., Thanikaivelan P., Aaron K.P., Krishnaraj K., Chandrasekaran B.: Comfort, Chemical, Mechanical, and Structural Properties of Natural and Synthetic Leathers Used for Ap-parel, Journal of Applied Polymer Science 114 (2009) 3, 1761 – 1767

[42] Krishnaraj K., Thanikaivelan P., SureshKumar P.S., Jagadeeswaran R., Chandrasekaran B.: Thermal in-sulation studies on leather clothing: Relevance to structure – property relationship, Journal of AQEIC63 (2012) 3, 52 – 60

[43] Çolak S. M., Nilgün Özdil N., Ekinci M., Kaplan Ö.: Thermophysiologi-cal comfort properties of the leather processed with different tanning agents, Tekstil ve Konfeksiyon 26 (2016) 4, 436 – 443

[44] Čiukas R., Abramavičiūtė J., Ker-pauskas P.: Investigation of the Ther-mal Properties of Socks Knitted from Yarns with Peculiar Properties. Part I. Thermal Conductivity Coefficient of Socks Knitted from Natural and Synthetic Textured Yarns, Fibres & Textiles in Eastern Europe 18 (2011) 3, 89 – 93

[45] Čiukas R., Abramavičiūtė J., Ker-pauskas P.: Investigation of the Ther-mal Properties of Socks Knitted from Yarns with Peculiar Properties. Part II: Thermal Resistance of Socks Knit-ted from Natural and Stretch Yarns, Fibres & Textiles in Eastern Europe 19 (2011) 3, 64 – 68

[46] Gun A. D., Alan G., Macit A. A.: Thermal properties of socks made from reclaimed fibre, The Journal of The Textile Institute 107 (2016) 9, 1112 – 1121

[47] Özdil N.: A study on thermal com-fort properties of the socks, Tekstil ve Konfeksiyon 18 (2008) 2,154 – 158

[48] Kusunoki M.: The characteristics of thermal insulation of socks towards prevention of global warming, Pro-ceedings of the 12th International Conference on Environmental Ergo-nomics (2007) (Ed. Igor B. Mekjavic, Stelios N. Kounalakis & Nigel A.S. Taylor), Piran, 166 – 168

[49] Irzmańska E.: The Microclimate in Protective Fire Fighter Footwear: Foot Temperature and Air Tempera-ture and Relative Humidity, Autex Research Journal16 (2016) 2, 75 – 79

[50] Rupérez M.J., Monserrat C., S. Alemany S., M.C. Juan M.C., Al-cañíz M.: Contact model, fit process and, foot animation for the virtual simulator of the footwear comfort, Computer-Aided Design 42 (2010) 5, 425 – 431

[51] Jurca A., Kolšek T., Vidic T.: DORO-THY Mass Foot Measurement Cam-paign, International Conference on 3D Body Scanning Technologies (2010), Lugano, 338 – 344

Financiranje Ovaj rad je financirala Hrvatska zaklada za znanost projektom (IP-2016-06-5278).


Documents

prof. dr. sc. Zenun Skenderi MODA prOlJeće/lJetO · MODA&DIZAJN 1-3/2012 22 MODA prOlJeće/lJetO 2013. euphOrIA U središtu ove dobro raspoložene teme su individualnost, društvena