„Meil on neli aastaaega,“ osatavad nad. „Pole halba ilma, on vale riietus,“ õiendavad nad. „Kui külm on, pane soojemalt riidesse,“ ütlevad nad. Aga mis on „soe riie“? Külmadel talvekuudel on Roheliste teemakuude fookuses soojus ja valgus ning et leida vastus küsimusele, mida panna selga, kui toas või õues on jahe, mõõtsime erinevate rõivamaterjalide soojuspidavust. Ja meil on mõned vastused!
Liginullenergiahoonete uurimisrühma teadur Paul Klõšeiko võtab meid vastu Ehituse Mäemajas ehitusfüüsika ja sisekliima laboris koos termokaamera, temperatuuriandurite ja soojusvoogu mõõtvate anduritega. Laboris on ka 20°C viidud ruum, kus saame kujutleda istuvat kontoritööd. Tekstiilitehnoloogia labori juhataja ja kaasprofessor Tiia Plamusega oleme kaasa toonud erinevast materjalist rõivaid. Katse juures on nõu ja jõuga abiks ka tarkvarateaduse instituudi proaktiivtehnoloogiate laboratooriumi vanemteadur Andres Udal ja loodusteadlane Tõnu Martma, kõik kolm teadlast on hiljuti teinud uuringuprojekti kaitsetööstusele sarnasel teemal.
Mina olen siin kui matkaja ja katseisik ning nii minu kui prof Plamuse hüpotees on, et erinevast materjalist rõivad hoiavad – või õigemini lasevad läbi – kehasoojust erinevalt. Klõšeiko hüpotees on, et ennekõike on oluline, kui paks materjal kui suurt osa inimesest katab, ning kontoritingimustes on konkreetsed materjalid teisejärgulisemad.
Kõigepealt teooria
Paul Klõšeiko selgitab, et soojus levib läbi materjalide kolmel põhiviisil: konduktsioon ehk juhtivus läbi materjalikiudude ja nende vahel oleva õhu, konvektsioon ehk õhu liikumise tõttu leviv soojus, ning soojuskiirgus. Nende kõigi summaarset mõju erinevate riideesemete puhul me ka mõõdame.
Tiia Plamus sõnastab soojuspidavuse kui rõiva omaduse säilitada kandja kehasoojust. See oleneb nii tekstiilkiudude liigist kui ka tekstiilmaterjali ehitusest. Väga oluline on ka asjaolu, et soojusvoo juhtimisest läbi rõivaste võtavad osa nii kiud kui ka kiudude vahel paiknev õhk. „Erinevad kiud on erineva soojusjuhtivusega, näiteks väga hea soojusjuhtivusega kiud on puuvill, mis seetõttu sobib hästi suvisteks rõivasteks. Kui aga puuvillane materjal on seestpoolt karvastatud, siis peab ta hästi soojust ka talvel,“ kirjeldab Plamus ühte levinumat kiudu.
Viimane eripära on tema sõnul tingitud sellest, et karvastatud materjali kiudude vahele on seotud palju liikumatut õhku, mis on kõige väiksema soojusjuhtivusega. „Kui kasutada tekstiilmaterjali struktuuris peeneid, säbaraid ja elastseid kiudusid, saame materjali struktuuri rohkesti liikumatu õhuga suletud poore, mis muudab materjali soojuspidavamaks,“ selgitab professor. Ta lisab, et muidugi mõjutab soojuspidavust ka tekstiilmaterjali paksus ja tihedus.
Andres Udal selgitab, et soojuspidavuse nulltaseme tööpõhimõte nii riietel kui ka majadel on see, et soojust peab õhk oma soojuserijuhtivusega 0,026 W/m*K, mis tähendab 52 W/m2 ühe sentimeetri paksuse kihi ja 20-kraadise temperatuurivahe korral. „Kõik muu materjal ja struktuur ümber selle õhu on sellesama isolatsioonõhu kinni hoidmiseks. Mis riietusse puutub, siis õhku paigalhoidev materjalistruktuur ei tohi ise lisada palju soojusjuhtivust ja ei tohi niiskusega märgatavalt kokku tõmbuda. Mille poolest elusolendite nagu lambad ja alpakad seljast võetud vill seisabki peajagu kõrgemal nii enamusest odavatest kunstmaterjalidest kui ka puuvillast. Viimasest põhiliselt seepärast, et puuvillal puudub piisav kohevus.“
Teooria selge, asume praktika kallale. Et meie katse oleks eri materjalidele võrdne, teibime temperatuuri- ja soojusvoo andurid katseisiku mõlemale käele ja tõmbame siis käsivartele samal ajal eri materjalidest riideid. Et mõõtmistulemusi omavahel võrrelda, teisendab Klõšeiko need soojusläbivuseks, mis näitab, kui palju soojust liigub läbi ühe ruutmeetrise pinna, kui temperatuurierinevus on 1 kraad. „Soojusläbivus on ka hoonepiirete üheks olulisemaks soojuslikuks parameetriks ning siin katses mõõdetud tulemusi saab nendega teatud mööndustega võrrelda. Näiteks kontoritingimustes mõõdetud villane kampsun on sarnase soojusläbivusega kui 100 aastat vana maja aken või 25 cm paks silikaattellisest sein. Tänapäevased aknad on sellest umbes 4x ja seinad 20-30x tõhusamad,“ räägib Klõšeiko pärast andmete analüüsi.
Toas võidab tihedam kangas ja villane kiud
„Jaheda kontori“ tingimustes olen katseisikuks mina ning esmalt tuleb külmetada õhukeses „kontoripluusis“ ja niimoodi kontoritööl istuda on tõesti jahe.
Seejärel läheb üks käsi puuvillase TalTechi pusa ja teine 100% villase kampsuni varrukasse. Olemine läheb mõnusamaks ning andurid registreerivad, et naha temperatuur tõuseb mõlemal käel kiiresti paari kraadi võrra. Soojusvoog puuvillases varrukas käelt on aga kolmandiku võrra suurem kui kampsunivarrukas käelt. Võib arvata, et pikema istumise peale hakkaks pusaga jahe ja katseisik hakkaks küsima soojus jooki või soojendavat ampsu, kuid nii pikk meie katse ei ole. Esimene hüpotees on siiski tõestatud: villane kampsun hoiab paremini soojust kui puuvillane pusa.
Kolmandaks mõõdame samu käsi õhemates varrukates: vasak käsi on polüestrist hästihingavas spordisärgis, parem sama õhukeses 100%-ses villases matkapluusis. Ehkki katseisiku vasakul käel on jahedam tunne, ütlevad andurid nüüd, et just spordisärk peab paremini soojust. Klõšeiko juhib tähelepanu sellele, et soojuspidavuse ülaltoodud komponentide osakaal varieerub sõltuvalt selga pandud riiete ehitusest– hõreda koega kangas saab liikudes või tuule puhul oluliseks just konvektsioon ning soojuspidavus langeb drastiliselt.
Viimaks laseme katseisikul uuesti pluusi väel veidi jahtuda ja katame siis kummagi käe eri materjalidest pleedidega. Siin räägivad tunne ja mõõteseadmed ühte keelt: kui pleed ripub niisama õlgadel või käsivartel, pääseb külm õhk alt ligi ja sooja ei saa; kui aga end korralikult sisse mässida, hakkab tihedamast riidest pleediga kiiremini soe, isegi kui see pole villane. Soojusvoo andur näitab, et tihedalt keha ümber mässitud pleed hoiab kehasoojust sama hästi kui villane kampsun. Tiia Plamuse kinnitusel pakuvad reeglina keha ligi olevad rõivad paremat soojusmugavustunnet kui väga avarad ja lohvakad rõivad.
Klõšeiko võtab kokku: „Katses simuleerisime bürood, kus inimene intensiivselt ei liigu ja tuul loodetavasti ei puhu. Vastupidistes oludes oleksid pleedid ja kampsun tõenäoliselt kehvemini esinenud kui tihedama koega dressipluus. Õnneks on võimalik erinevaid rõivaid kombineerida ja õue minnes tasub kampsunile tuult pidav kiht peale panna.“
Soojuspildid kinnitavad soojusläbivuse mõõtmisi: kõige madalama temperatuuriga on madalaima soojusläbivusega riiete kombinatsioonid (keskmine ja alumine rida: pluusile peale pandud kampsun, pusa või pleed). Mida paksem on õhku kinni hoidev kiht, seda vähem kaob soojust. Temperatuuride vahed on kõige suuremad puuvillase pusa ja villase kampsuni võrdluses (keskmine rida).
“Lõplikku tõde tulemused muidugi ei näita – mõõtsime soojusvoogu liikumatul inimesel väga lokaalsel alal (1x1cm) ning tulemusi mõjutab, kas anduri kohale jäi riidevolt koos õhutaskuga või mitte," lisab Klõšeiko ka olulise märkuse.
Talvine mantra: soojemad kiud ja liikumatu õhk
Samal ajal toimubki teine katse -7-kraadises külmas väliriietega. Termokaamera näitab hästi, et ema kootud villa ja alpaka segust õhukesed sõrmikud hoiavad soojuse käe ligi, samas kui odavad akrüülist poekindad lekitavad kehasoojuse otse pakasesse ning käed hakkavad külmetama.
Ilmselt oleme kõik siin põhjamaal lapsest peale kuulnud, et pea kaudu on soojuskadu kõige suurem. Sellepärast mõõdame ka mütside soojuspidavust. Villa ülemvõimu hüpotees saab tõestatud siingi: kahekordsest puuvillasest riidest müts laseb peasoojuse õue, samas kui sama paks kahekordsest meriinovillast müts hoiab soojuse peadligi.
Alumistel piltidel puuvillase ja meriinovillase mütsi võrdlus ja tulemus on sama: kahekordse õhukese liibuv mütsi puhul pääseb puuvillase puhul rohkem sooja pea kaudu välja kui villase puhul.
Plamus juhib tähelepanu mõlema mütsi materjalide struktuurile. „Selleks, et rõivad ka tuule käes sooja peaksid, peab nendes sisalduv õhk püsima liikumatult. Seetõttu võib juhtuda, et hõredas koes meriinovillane müts peab vähem sooja kui tihedas koe kootud ja seestpoolt karvastatud puuvillane müts,“ toob ta näite.
Katsetatud saab ka professor Plamusel just tänavuseks pakaseks soetatud sulemantel võrreldes polüestervatiinist mantliga. Tekstiilitehnoloogina teab professor, et suletäidisega joped ja mantlid on väga soojuspidavad eelkõige seetõttu, et sulgede ja eriti udusulgede vahele koguneb palju sedasama liikumatut õhku, millest oleme juba korduvalt rääkinud. Talverõivaste puhul on see oluline.
Andres Udal märgib õueriietest rääkides, et ehituses ja just saunade soojustuse juures saab soojuspidavust suurendada soojusjuhtivuse kiirguskomponenti takistavate metalsete lisanditega või kilekihtidega. „Ehituses näeme seda näiteks halli värvi silver-vahtpolüstüreenplaatide kujul. Tavariietuses me hõbepaberilaadseid kihte üldjuhul ei näe, kuid matkajate-töömeeste-päästetöötajate eririietuse korral võib see palju aidata,“ märgib Udal.
Viimaseks katseks tegin jahedas laboris mõned kükid ja reipamad liigutused. Siin tuleb küll öelda, et ehkki andurid nahatemperatuuri muutust ei registreerinud, hakkas kükitajal pulsi tõustes kiiresti soe, tuju läks paremaks ja mõte virgemaks. Nii võib igal juhul soovitada jahedas ruumis istumise asemel näiteks kõnni- või toenglamangukoosolekuid, mis tõstavad lisaks soojatundele tuju, tervist ja töörõõmu.
Pikk jutt lühidalt ehk mida me oskame soovitada:
- Õhukese pluusiga jahedas kontoris istuda ongi külm. Meil on neli aastaaega, pane talvekuudel midagi peale!
- TalTechi puuvillane pusa on peaaegu sama hea kui sama paks villane kampsun, aga villane hoiab siiski paremini sooja.
- Pleed hoiab istudes peaaegu sama mõnusalt sooja kui pusa või kampsun, aga ainult siis, kui end korralikult sisse mässid.
- Akrüül ja puuvill talvises õues sooja ei hoia – pakaseperioodil jälgi oma kinnaste, sallide ja mütside materjale!
- Mida rohkem seisvat õhku riidekihtide vahel, seda suurem soojapidavus. Kõige soojem asi on sulemantel.
- Liikumine toob sooja sisse ja teeb ka muidu elu paremaks
Ehitusfüüsika ja sisekliima laboris Ehituse Mäemajas:
Mõõdame ja modelleerime ehitusmaterjalide ning piirdetarindite sooja- ja niiskustehnilist toimivust ja vastupidavust. Samuti hindame kütte-, ventilatsiooni- ja jahutussüsteemide toimivust ning nende mõju sisekliimale ja inimeste soojuslikule mugavusele.
Tekstiilitehnoloogia laboris:
Arendame erinevaid tekstiilmaterjale ning katsetame nende omadusi. Eelkõige oleme keskendunud ümbertöödeldud tekstiilkiududest materjalide arendusele, aga katsetame ka erinevate kaubanduses saadaolevate materjalide omadusi.
Meie laborites on võimalik välja arendada erinevaid rõivaid ja tekstiiltooteid. Esmalt saame valida välja sobivaimad materjalid, seejärel koostada toote tehnilised joonised, konstrueerida lõiked ning lõpuks valmistad ka rõivaste ja tekstiiltoodete prototüübid.