Katalog

www.iku.edu.tr BİLİM KÜLTÜR VE EĞİTİM Termal Konfor ve Tekstillerde Dinamik Isı Yönetimi Olanakları F Prof.Dr. Emel ÖNDER İTÜ Tekstil Teknolojileri ve Tasarımı Fakültesi Doç.Dr. Nihal SARIER İKÜ Mühendislik Fakültesi o 25°C Ölüm hali 32 C o Yarım dakikada yüzde donma CBT 1395 13 / 13 Aralık 2013 izyolojik olarak bir insan, ten sıcaklığı 33?35oC arasında olduğunda ve deri üzerinde terlemeye bağlı bir ıslanma söz konusu olmadığında kendini rahat ve konforlu hisseder. Ten sıcaklığı 33.4oC olduğunda rahatlık hissinin en fazla olacağı bilinmektedir. Vücudun herhangi bir kısmındaki ten sıcaklığı, bu ideal sıcaklıktan ± 4.5oC ‘den fazla olursa, insan vücudu rahatsızlık hisseder. Sıcak bir ortamda, vücut kendini soğutmalıdır. Vücutta açığa çıkan veya çevreden deri tarafından soğurulan ısı, uzaklaştırılmalıdır. Bu koşullarda kılcal damarlar genişleyerek, vücuttan su buharlaşmasını sağlar. Endotermik bir olay olan buharlaşma yoluyla, serinlik hissedilir. Eğer çevre sıcaklığı daha fazla artacak olursa, ter bezleri çalışmaya başlar, vücuttan daha fazla su buharlaşarak uzaklaşır ve terleme oluşur. Çok yüksek sıcaklıkta ya da giysinin ısıl direncinin yüksek olması durumunda, vücut fazla ısıyı uzaklaştıramadığından hipertermi (sıcak çarpması) oluşur. Eğer giyilen giysinin ısıl direnci yetersizse, göreceli olarak düşük bir sıcaklıkta uzun süre kalındığında vücut sıcaklığı da düşer. Vücut sıcaklığının 35 oC’nin altına düşmesi sonucu hayati tehlike yaratan hipotermi (donma) meydana gelir. Isı kaybı ile ısı yaratılması arasında bir denge sağlanmalıdır (bkz. Tablo 1). Termal konfor, esas olarak insanın ısıl çevreden tatmin olduğunu ifade ettiği sübjektif tepki ya da bilinç durumu olarak tanımlanır. Kişisel farklılıklar ve kültürel faktörler kısmen etkili olsa da, bir bireyin termal konfor hissi esas olarak vücudun çevre ile ısı alışverişinin bir sonucudur (bkz. Tablo 2). Bir insanı farklı iklim koşullarında koruyabilmek için gereken konfor değişkenleri “ çevresel değişkenler” ve “kişisel değişkenler” olmak üzere iki grupta toplanır. Çevresel değişkenler: i) hava sıcaklığı, ii) bağıl nem, iii) hava akım hızı, iv) ortalama radyasyon sıcaklığı olmak üzere dört önemli etmenden oluşur. Kişisel değişkenler de i) metabolik hız ve ii) giysi özellikleri ( termal yalıtımı, hava geçirgenliği, su buharı taşıma kapasitesi) ve aktivite seviyesi olarak tanımlanır. Giysi sistemi içerisindeki bir kumaşın veya tekstilin temel fonksiyonu, her tip çevre koşulu ve her fiziksel aktivite seviyesi için, vücudun kendisini termal dengeye, beden ve ten sıcaklığına veya terlemeye bağlı olarak kabul edilebilir fizyolojik bir konumda koruyabilmesini sağlamaktır. İdeal bir giysilik kumaş, termal konfor bakımından, üç özelliğe sahip olmalıdır: 1) soğuktan korunmak için yüksek ısıl direnç, 2) ılıman iklim koşullarında etkili ısı transferi için su buharı direncinin düşük olması, 3) yüksek sıcaklık koşullarında ısı transferini sağlayabilmek ve terleme nedeniyle hissedilen rahatsızlık verici tutum hissini yok etmek için sıvı taşıma özelliğinin yüksekliği. Vücut sıcaklığını konfor aralığında tutabilmek için, klasik yaklaşım, pasif yalıtım malzemeleri kullanmak, ortam sıcaklığına bağlı olarak giysi katı arttırmak veya azaltmaktır. Pasif termal yalıtım malzemeleri, geleneksel tekstillerdir. Bun lara örnek olarak, pamuk, yün, kenevir, ipek, polyester, poliamid, poliakrilik liflerden üretilen kumaşlar verilebilir. Bu kumaşlar, vücudun ısı kaybına belli bir dereceye kadar direnç sağlar; bu da, kumaş içerisinde var olan hava keseciklerinin sayısıyla belirlenir. Oysa giysi, çevre sıcaklığına göre ısıl direncini otomatik olarak değiştirebilirse, vücudun çevre ile ısı alış veriş hızını kontrol edebilir ve vücut sıcaklığını koruyabilir. Böylece sık sık giyinmek veya soyunmak gereksinimi ortadan kalkar; vücut konforu artar ve yaşamsal riskler azalır. Isı depolayan ve sıcaklık düzenleyebilen fonksiyonel tekstiller olarak adlandırılan aktif termal yalıtım malzemeleri, 1980’lerden itibaren yeni bir kavram olarak ortaya çıkmıştır. rak ten sıcaklığındaki değişimleri en aza indirmek amacıyla tekstil ürünlerinde kullanılması oldukça yenidir. Seramiklerin Eriyik Hamuru Şeklinde Katkı Olarak Kullanıldıkları Malzemelerle Dinamik Isı Yönetimi Olanakları: Seramik kompozitlerinden üretilen ısı oluşturabilen tekstiller, seramiklerin güneş ışınlarından etkilenmesi özelliğini kullanır. Zirkonyum oksit, magnezyum oksit, titanyum dioksit ya da demir oksit, fonksiyonel tekstillerin üretiminde, eritilmiş polimere katılabilir. Örneğin, yakın kırmızı ötesi ışına duyarlı bazı tekstiller, yakın kırmızı ötesi ışınları soğurur ve giysinin iç sıcaklığını arttırır. Mor ötesi ışına duyarlı tekstiller, mor ötesi Dinamik ısı yönetimi yapabilen ve sıcaklık ışınları soğururken, yakın kızıl ötesi ışınları yansıtabilmekte, düzenleyen giysi sistemleri: böylece, giysinin iç sıcaklığını düşürmektedir. Bu tür giysiSu dolaşımlı giysi: Güç kaynağına bağlı bir pompa yar ler spor giyim veya özellikle çok soğuk bölgelerde çalışanlar dımıyla suyun dolaştırıldığı bu tip giysi sitemleri oldukça sı için kışlık giysiliklerde kullanılabilirler. cak veya soğuk çevre koşulları için koruyucu giysi olarak Hidrojellerle Dinamik Isı Yönetimi Olanakları: Son uzun süreden beri kullanılmaktadır. Giyside özül ısı kapa yıllarda, sıcaklığa duyarlı olarak genleşme oranlarını ayarlasitesi yüksek bir malzeme olarak su kullanılmakta, kış için yabilen bazı hidrojeller geliştirilmiştir. Sıcaklığa duyarlı hidılık su, yaz için de soğuk su tüplerle vücut ile temas halin rojel, yüksek bir sıcaklıktan düşük kritik çözünme sıcaklığıdeki giysi katında veya yelekte sirküle edilerek, dinamik ısı na doğru geçişte söner. Oldukça dar bir sıcaklık aralığında yönetimi yapılmaktadır. hacim değişimi gerçekleşir. Jelin suyu geçirme özelliği, çevFDM katkılı giysiler: Bu giysilerde, ısı depolayan mal re sıcaklığına bağlı olan açmakapama anahtarı ile değiştirizeme olarak su yerine faz değiştiren malzemeler (FDM’ler) lebilir. Bu nedenle bu tip malzemeler, sıcaklık ayarlı kumaşkullanılmaktadır. Giysiler, çok sıcak ve çok soğuk çevre ların kaplamalarında kullanılabilir. koşullarında vücudu ısıtmak veya serinletmek amacıyla Sonuç: Giysi tasarımında ısı depolayan ve sıcaklık dükullanılmaktadır. Sıcaklık değişikliklerine karşı tampon et zenleyen tekstiller tek başlarına kullanılabilecekleri gibi, çok kisine sahip olan FDM’ler yüksek özgül ve gizli ısı kapasite katlı giysiler içinde bir tabaka oluşturacak şekilde de kullanısine sahiptir. Sıcaklık değişikliklerine karşı tampon etkisine labilirler .Gerek konfor amaçlı gerekse fonksiyonel kullanısahip olan FDM’lerin, çevre ve fiziksel aktiTablo 2. Dış sıcaklığa bağlı olarak termal ma yönelik olarak, akıllı tekstillerin tasavite koşullarındaki değişikliklere bağlı oladuyu ve durum rımı, geliştirilmesi ve ticari olarak üretilmeleri, yeni yüzyılın en önemli araştırma Tablo 1. Vücut sıcaklığında meydana gelen Sıcaklık Duyu değişikliklerin vücut üzerindeki etkileri alanlarından biri haline gelmiştir. Ülke32oC Sıcak Vücut sıcaklığı Sonuçları miz koşullarında da, konvansiyonel teks28oC Rahat tillerin ve hazır giyimin üretiminde kaza42°C Ölüm hali o nılan bilgi, deneyim ve yetişmiş insan gü41°C C Serin 22 Terleme durur. Koma hali. cünden de yararlanarak bu yeni kulvarda Beyne zarar verebilir. o 16 C Oldukça serin bilginin üretime uygulanabilmesi, gelece40°C Sıcak çarpması: Hipertermi 10oC Soğuk Aşırı terleme ile soğutma ( 4 L/sa) ğe yönelik olarak önemli bir güç ve üstünDamarlar açılır 5 oC Çok soğuk lük sağlayacaktır. 37°C 35°C Normal, sağlıklı bir durum. Deri sıcaklığı daha düşüktür İç organların sıcaklığı kaçınılmaz olarak düşer: Hipotermi 0oC 5oC 24 C Acı verici soğuk Donma tehlikesi Bir dakikada yüzde donma Kaynak: Emel Önder (Yürütücü), Nihal Sarıer (Araştırmacı), “Design of Smart Textiles with Temperature Regulation Function”, TÜBİTAK Projesi, MAG 102M083, 2006.