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

1. Metodi per la valutazione delle
proprietà termiche dei tessuti.
Esperienze, strumenti e approccio metodologico di ricerca per innovazione di prodotto in campo tessile.
Autori:
Alfonso Crisci - IBIMET CNR
Marco Morabito - CIBIC UNIFI

2. Introduzione al comfort termico degli indumenti
Fibra-Filato-Tessuto

3. Comfort come grandezza sociologica
• Comfort assenza, in una situazione neutrale (o di
equilibrio), sia di fastidio che di disagio” (Hatch,
1993)1
• Comfort è uno stato apprezzato sensorialmente
di benessere fisiologico,psicologico e di armonia
con l’ambiente 2
1 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. Comfort termico cioè gestione del calore
Ciascun corpo ha un temperatura quindi
possiede calore e lo scambia.
Il calore è movimento, energia in transito e
segue i gradienti di temperatura.
La temperatura è la misura dello stato termico.
La gestione degli scambi di calore in un corpo
determina la possibilità di raggiungere per il
medesimo uno stato in cui un soggetto
esprime, un giudizio di stato compatibile con le
definizioni precedenti.

5. L’assunto è che il comfort
globale umano dal punto di
vista della preferenza termica è
funzione del suo bilancio
termico ed esprimibile in classi
di preferenza ( Fanger)
Predicted Mean Vote
ISO 7730
Scala simmetrica a 7 intervalli
con al centro lo stato termico
neutrale.
(PMV=0 ; Bilancio termico
Thermal balance equation
Metabolic rate
Mechanical
work
Convection
Radiation
Evaporation
Conduction
Conduction (K)
Convective heat flux
from respiration
Evaporative heat flux
due to respiration
Thermal
resistence
of clothing
(Icl)
Core
PMV la grandezza di misura del comfort termico umano

6. Predicted Mean Vote
ISO 7730
- +3 Molto Caldo
- +2 Caldo
- +1 Tiepido
- +0 Neutrale
- -1 Fresco
- -2 Freddo
- -3 Molto Freddo
PMV come indice di risposta fisiologico

7. Clothing Thermal insulation
(Tsk – Tcl)
Icl =
H
Temperatura media pelle (°C)
Tempreatura media superficiale
della figura corpo+vestiti (°C)
Calore sensibile perso
dall’interfaccia pelle (W)
Le parti scoperte sono infatti
considerate
“clo” unit
1 clo = 0.155 m2 °C/W
Il “clo” è una grandezza utile , inversa alla
trasmittanza termica U ed esprime bene il
grado di isolamento termico della “struttura”
Vestiario.
La analisi termiche dell’insieme degli indumenti misurano essenzialmente
la resistenza termica in genere che viene espressa come Clothing
Insulation (Icl) and have units in clo .
PMV come indice di risposta fisiologico

8. PMV gli ingredienti di calcolo

9. Icl = 0.82 ∑Icli where
In accordo con ISO9920 I valori medi di resistenza termica dei
“completi” italiani più frequenti.
Icli
Resistenza termica dei singoli
indumenti
<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 >2.1
Clo misura generale della resitenza termica

10. Temperatura percepita (°C) e completi di abbligliamento per Firenze
Completi di indumenti e range termici di usabilità

12. FIRENZE
Completi di indumenti e profilo stagionale

13. I fattori generanti il comfort termico

14. • 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

15. 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.

16. • Grandezze termiche di resistenza termica
– U (Trasmisttanza termica ) : è l’intensità di flusso
termico areale, U = W/m2K°.
– Un tessuto ha un 1 clo qunado ha l’equivalente della
della resistenza termica totale capace di produrre
comfort per un persona (-> Con metabolismo che produce un flusso di
calore 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 produce
un flusso di calore pari a 1 W/m2.
Rapporti grandezze: 1 clo = 1.55 togs ; 1 clo = U/0.1548

17. HB
ht hF
hFC
hFR
hFK
Ta
a
Ia, Ta, a'
Icl
Tcl
cl
Tsk, sk
htC, htR,
htK, htE
Termodinamica
indumento
hF
Resistenza termica per manufatti indossati

18. Fonte: http://www.megaoverclock.it/TRASMCALDUE.html
Resistenza termica convezione trasporto
calore e massa

19. Layering termico per sistemi di indumenti

20. Layering termico locale…. il cappello!

21. Struttura dei materiali tessili naturali

22. 3- (9+2) Natural patterns
Dimensione frattale Phi Φ =1.61…..
Lana
Capello umano
Architettura dei materiali tessili naturali

23. Natural patternsReference: J. Gao et al. (2007) Structures and Properties of the Goose Down as a Material for
Thermal Insulation, Textile Research Journal
Architettura dei materiali tessili

24. Natural patterns
Piuma d’Oca
Architettura dei materiali tessili

25. Il ruolo dello spessore resistenza termica

26. Reference: http://www.worldses.org/books/2007/heat-and-mass-a.pdf
Distribuzione areale della porosità in un tessuto.
Il ruolo della porosità resistenza termica

27. Il ruolo della porosità maglieria grandezza loop

28. Relazioni strutturale (SEM) per definire resistenza termica
Peso : pes; Porosità:prs; Spessore: sps
IBIMET CNR CIBIC elaboration on weave cotton data
Measurement of Thermal Resistance of Woven Fabrics
in Natural and Forced Convections (2008)
Bhattacharjee and Kothari

29. Relazioni strutturale (GLM) per definire resistenza
termica
Peso :pes –Porosità:prs Spessore: sps

30. Conducibilità termica La conducibilità termica dei materiali tessili

31. Comfort termico e igroscopicità

32. Igroscopicità delle
fibre
e conducibilità
termica
convettiva.
Moisture Content (Mc)
Umidità relativa dell’aria
Acqua è
800X
in densità e calore
specifico (Cp)
rispetto Aria

33. Igroscopicità strutturale fibre tessili

34. Conducibilità e diffusione idrica
delle fibre tessili e dei tessuti
Legge di Darcy per acqua liquida
Legge di Fick per vapore
MEZZO POROSO

35. Nelle fibre artificiali il
trattenimento umidità è
sempre maggiore.

36. Effects of Topographic Structure on Wettability of Woven Fabrics Alfredo Calvimontes et al, Leibniz Institute of
Polymer Research Dresden
Igroscopicità e bagnabilità architetture tessili

37. Effects of Topographic Structure on Wettability of Woven Fabrics Alfredo Calvimontes et al, Leibniz Institute of
Polymer Research Dresden
Permeabilità aria e evaporazione
architetture tessili

38. Regimi di bagnabilità architetture tessili

39. Drenaggio bagnatura architetture tessili

40. Diffusione umidità architetture tessili

41. Aladin : caratterizzazione e misure termiche dei tessuti

42. Aladin lo strumento di ricerca operativa

43. Aladin monitoraggio ambientale

44. Aladin Tecnica di lavoro

45. Aladin Aquisizione dati in tempo reale (1s)

46. Aladin Test campionario su lane blended (weave fabric)

47. Aladin Tavola risultati

48. Aladin Spessore e resistenza termica

49. Aladin Peso e resistenza termica

50. Aladin T° superficiale & resistenza termica

51. Aladin Intensità termica & resistenza termica tessuto

52. Aladin T° superficiale resistenza termica

53. Aladin : Replicabilità e Accuratezza
Condizioni ambientali & resistenza termica
Le condizioni ambientali influenzano le
misure ma la replicabilità è assicurata
per coerenza di relazione ( vedi fig.)
La numerosità campionaria
permette il trattamento
del dato e dimostra il raggiungimento
di un buon grado di accuratezza.
Il fine di Aladin è fare benchmark
su prodotto e caratterizzazione.
Le stime di resistenza termica
sono valide e sufficientemente precise.
it.wikipedia.org/wiki/Accuratezza
it.wikipedia.org/wiki/Precisione

54. Aladin Piste di ricerca future
•Analisi spettrale del segnale termico/Sonificazione
•Modellazione fisica ODE parametrizzata
Queste tecniche permettono di
analizzare le relazioni con le scelte
progettuali del tessuto e le sue
caratteristiche fisiche. Permettendo
un agevole riconoscimento del tipo
di fibra.
Nascono dall’ascolto del
trasferimento termico convettivo
che è ergodico ( quasiperiodico).

55. Aladin Piste di ricerca

56. Aladin Analisi dei tempi di convezione termica nel segnale.

57. #oradomande
(piano se possibile)
www.biometeo.it
www.ibimet.cnr.it

58. #grazie
Contacts:
Alfonso Crisci & Marco Morabito
mail: marco.morabito@unifi.it
a.crisci@ibimet.cnr.it
Twitter: @alfcrisci
alfcrisci@gmail.com
www.biometeo.it
www.ibimet.cnr.it

59. Questo lavoro è dedicato alla
memoria della nostra collega
Laura Bacci IBIMET CNR
GRAZIE di tutto Laura.
Alfonso e Marco.