Metodi per la valutazione delle proprietà termiche dei tessuti.

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Esperienze, strumenti e approccio metodologico di ricerca per innovazione di prodotto in campo tessile.

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Metodi per la valutazione delle proprietà termiche dei tessuti.

  1. 1. Metodi per la valutazione delleproprietà termiche dei tessuti.Esperienze, strumenti e approccio metodologico di ricerca per innovazione di prodotto in campo tessile.Autori:Alfonso Crisci - IBIMET CNRMarco Morabito - CIBIC UNIFI
  2. 2. Introduzione al comfort termico degli indumentiFibra-Filato-Tessuto
  3. 3. Comfort come grandezza sociologica• Comfort assenza, in una situazione neutrale (o diequilibrio), sia di fastidio che di disagio” (Hatch,1993)1• Comfort è uno stato apprezzato sensorialmentedi benessere fisiologico,psicologico e di armoniacon l’ambiente 21 Hatch, K.L. (1993). Textile science. Minneapolis, MN: West Publishing Co., p. 26.2 Slater, K. (1985). Human comfort. Springfield, IL: Charles C. Thomas Publisher, p. 4.
  4. 4. Comfort termico cioè gestione del caloreCiascun corpo ha un temperatura quindipossiede calore e lo scambia.Il calore è movimento, energia in transito esegue i gradienti di temperatura.La temperatura è la misura dello stato termico.La gestione degli scambi di calore in un corpodetermina la possibilità di raggiungere per ilmedesimo uno stato in cui un soggettoesprime, un giudizio di stato compatibile con ledefinizioni precedenti.
  5. 5. L’assunto è che il comfortglobale umano dal punto divista della preferenza termica èfunzione del suo bilanciotermico ed esprimibile in classidi preferenza ( Fanger)Predicted Mean VoteISO 7730Scala simmetrica a 7 intervallicon al centro lo stato termiconeutrale.(PMV=0 ; Bilancio termicoThermal balance equationMetabolic rateMechanicalworkConvectionRadiationEvaporationConductionConduction (K)Convective heat fluxfrom respirationEvaporative heat fluxdue to respirationThermalresistenceof clothing(Icl)CorePMV la grandezza di misura del comfort termico umano
  6. 6. Predicted Mean VoteISO 7730- +3 Molto Caldo- +2 Caldo- +1 Tiepido- +0 Neutrale- -1 Fresco- -2 Freddo- -3 Molto FreddoPMV come indice di risposta fisiologico
  7. 7. Clothing Thermal insulation(Tsk – Tcl)Icl =HTemperatura media pelle (°C)Tempreatura media superficialedella figura corpo+vestiti (°C)Calore sensibile persodall’interfaccia pelle (W)Le parti scoperte sono infatticonsiderate“clo” unit1 clo = 0.155 m2 °C/WIl “clo” è una grandezza utile , inversa allatrasmittanza termica U ed esprime bene ilgrado di isolamento termico della “struttura”Vestiario.La analisi termiche dell’insieme degli indumenti misurano essenzialmentela resistenza termica in genere che viene espressa come ClothingInsulation (Icl) and have units in clo .PMV come indice di risposta fisiologico
  8. 8. PMV gli ingredienti di calcolo
  9. 9. Icl = 0.82 ∑Icli whereIn accordo con ISO9920 I valori medi di resistenza termica dei“completi” italiani più frequenti.IcliResistenza termica dei singoliindumenti<0.3 0.3-0.6 0.6-0.9 0.9-1.2 1.2-1.5 1.5-1.8 1.8-2.1 >2.1Clo misura generale della resitenza termica
  10. 10. Temperatura percepita (°C) e completi di abbligliamento per FirenzeCompleti di indumenti e range termici di usabilità
  11. 11. FIRENZECompleti di indumenti e profilo stagionale
  12. 12. I fattori generanti il comfort termico
  13. 13. • Resistenza termica ( Icl) e totale• Resistenza traspirativa (breathability)• Drenabilità acqua (Wickability)• Impermeabilità aria• Capacità di ritenzione e assorbimento idrico• Igroscopicità , Idrorepellenza Impermeabilità• Tasso di asciugabilità nel tempo.Fattori di comfort termico per fibre tessili
  14. 14. Fattori di comfort termico per manufatti tessili• Massa & Densità & Capacità termica• Spessore tessuto• Fibra & Filato & Architettura tessuto• Porosita volumica (%) rapporto Vtessuto e Varia• Cover Factor porosità 2D del tessuto.• Colore/Albedo.
  15. 15. • Grandezze termiche di resistenza termica– U (Trasmisttanza termica ) : è l’intensità di flussotermico areale, U = W/m2K°.– Un tessuto ha un 1 clo qunado ha l’equivalente delladella resistenza termica totale capace di produrrecomfort per un persona (-> Con metabolismo che produce un flusso dicalore 58 W/m2) a 21°C e una velocità dell’aria di 0.1 m/s.– Un tessuto ha un tog quando un ∆ di 0.1°C produceun flusso di calore pari a 1 W/m2.Rapporti grandezze: 1 clo = 1.55 togs ; 1 clo = U/0.1548
  16. 16. HBht hFhFChFRhFKTaaIa, Ta, aIclTclclTsk, skhtC, htR,htK, htETermodinamicaindumentohFResistenza termica per manufatti indossati
  17. 17. Fonte: http://www.megaoverclock.it/TRASMCALDUE.htmlResistenza termica convezione trasportocalore e massa
  18. 18. Layering termico per sistemi di indumenti
  19. 19. Layering termico locale…. il cappello!
  20. 20. Struttura dei materiali tessili naturali
  21. 21. 3- (9+2) Natural patternsDimensione frattale Phi Φ =1.61…..LanaCapello umanoArchitettura dei materiali tessili naturali
  22. 22. Natural patternsReference: J. Gao et al. (2007) Structures and Properties of the Goose Down as a Material forThermal Insulation, Textile Research JournalArchitettura dei materiali tessili
  23. 23. Natural patternsPiuma d’OcaArchitettura dei materiali tessili
  24. 24. Il ruolo dello spessore resistenza termica
  25. 25. Reference: http://www.worldses.org/books/2007/heat-and-mass-a.pdfDistribuzione areale della porosità in un tessuto.Il ruolo della porosità resistenza termica
  26. 26. Il ruolo della porosità maglieria grandezza loop
  27. 27. Relazioni strutturale (SEM) per definire resistenza termicaPeso : pes; Porosità:prs; Spessore: spsIBIMET CNR CIBIC elaboration on weave cotton dataMeasurement of Thermal Resistance of Woven Fabricsin Natural and Forced Convections (2008)Bhattacharjee and Kothari
  28. 28. Relazioni strutturale (GLM) per definire resistenzatermicaPeso :pes –Porosità:prs Spessore: sps
  29. 29. Conducibilità termica La conducibilità termica dei materiali tessili
  30. 30. Comfort termico e igroscopicità
  31. 31. Igroscopicità dellefibree conducibilitàtermicaconvettiva.Moisture Content (Mc)Umidità relativa dell’ariaAcqua è800Xin densità e calorespecifico (Cp)rispetto Aria
  32. 32. Igroscopicità strutturale fibre tessili
  33. 33. Conducibilità e diffusione idricadelle fibre tessili e dei tessutiLegge di Darcy per acqua liquidaLegge di Fick per vaporeMEZZO POROSO
  34. 34. Nelle fibre artificiali iltrattenimento umidità èsempre maggiore.
  35. 35. Effects of Topographic Structure on Wettability of Woven Fabrics Alfredo Calvimontes et al, Leibniz Institute ofPolymer Research DresdenIgroscopicità e bagnabilità architetture tessili
  36. 36. Effects of Topographic Structure on Wettability of Woven Fabrics Alfredo Calvimontes et al, Leibniz Institute ofPolymer Research DresdenPermeabilità aria e evaporazionearchitetture tessili
  37. 37. Regimi di bagnabilità architetture tessili
  38. 38. Drenaggio bagnatura architetture tessili
  39. 39. Diffusione umidità architetture tessili
  40. 40. Aladin : caratterizzazione e misure termiche dei tessuti
  41. 41. Aladin lo strumento di ricerca operativa
  42. 42. Aladin monitoraggio ambientale
  43. 43. Aladin Tecnica di lavoro
  44. 44. Aladin Aquisizione dati in tempo reale (1s)
  45. 45. Aladin Test campionario su lane blended (weave fabric)
  46. 46. Aladin Tavola risultati
  47. 47. Aladin Spessore e resistenza termica
  48. 48. Aladin Peso e resistenza termica
  49. 49. Aladin T° superficiale & resistenza termica
  50. 50. Aladin Intensità termica & resistenza termica tessuto
  51. 51. Aladin T° superficiale resistenza termica
  52. 52. Aladin : Replicabilità e AccuratezzaCondizioni ambientali & resistenza termicaLe condizioni ambientali influenzano lemisure ma la replicabilità è assicurataper coerenza di relazione ( vedi fig.)La numerosità campionariapermette il trattamentodel dato e dimostra il raggiungimentodi un buon grado di accuratezza.Il fine di Aladin è fare benchmarksu prodotto e caratterizzazione.Le stime di resistenza termicasono valide e sufficientemente precise.it.wikipedia.org/wiki/Accuratezzait.wikipedia.org/wiki/Precisione
  53. 53. Aladin Piste di ricerca future•Analisi spettrale del segnale termico/Sonificazione•Modellazione fisica ODE parametrizzataQueste tecniche permettono dianalizzare le relazioni con le scelteprogettuali del tessuto e le suecaratteristiche fisiche. Permettendoun agevole riconoscimento del tipodi fibra.Nascono dall’ascolto deltrasferimento termico convettivoche è ergodico ( quasiperiodico).
  54. 54. Aladin Piste di ricerca
  55. 55. Aladin Analisi dei tempi di convezione termica nel segnale.
  56. 56. #oradomande(piano se possibile)www.biometeo.itwww.ibimet.cnr.it
  57. 57. #grazieContacts:Alfonso Crisci & Marco Morabitomail: marco.morabito@unifi.ita.crisci@ibimet.cnr.itTwitter: @alfcriscialfcrisci@gmail.comwww.biometeo.itwww.ibimet.cnr.it
  58. 58. Questo lavoro è dedicato allamemoria della nostra collegaLaura Bacci IBIMET CNRGRAZIE di tutto Laura.Alfonso e Marco.

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