Téma

19. srpna 2020

Klimatická komora otevírá dveře do království extrémů

Zakázky pro automobilový průmysl jsou pro klimatickou komoru stěžejní | Autor: archiv FSI
Nezapomeňte si opalovací krém a sluneční brýle. Nebo naopak teplou bundu a rukavice? Záleží, jaký test zrovna probíhá. Na následujících řádcích vás vezmeme na návštěvu klimatické komory, která na Fakultě strojního inženýrství funguje od roku 2013. V unikátní laboratoři se dá extrémním podmínkám vystavit téměř cokoliv: od automobilu, přes technická zařízení, až po lidi, které ale při skutečně extrémních testech zastupuje tepelný manekýn Newton.

Nápad věnovat se výzkumu v oblasti tepelného komfortu se zrodil v hlavě profesora Miroslava Jíchy z Energetického ústavu někdy v roce 2004. Pro svůj záměr si vytipoval tehdy začínajícího doktoranda Jana Fišera, který je dnes lídrem týmu kolem klimatické komory. Na slavnostní otevření moderní laboratoře si ale i on musel téměř deset let počkat, dveře do království klimatických extrémů se otevřely až 8. října 2013.

„I tak to byl ze začátku průzkum bojem. Když se totiž otevře nová laboratoř, nikdo se už nechlubí tím, že trvá ještě několik let, než začne přinášet skutečné výsledky. Klimatická komora není žádný sériově vyráběný produkt, je to prototyp a první rok až dva jsme se s ní seznamovali a ladili její fungování. Pak začal tým postupně získávat zkušenosti a know-how. Až potom se dostavily první úspěchy. Poslední dva roky už máme plno zakázek, dokonce tolik, že jsme v poslední době museli zájemce odmítat,“ vzpomíná Fišer.

Umělé slunce se může pohybovat nad vozidlem a simulovat skutečné sluneční záření | Autor: archiv FSI

Klimatická komora vznikla se záměrem testovat tepelný komfort v kabinách vozidel a jejich klimatickou odolnost. V tomto ohledu asi nepřekvapí, že výzkum a zakázky pro automobilový průmysl jsou dodnes stěžejní. „Nejsilnější spolupráci máme se Škoda Auto a Volkswagenem, spolupracujeme ale i s dalšími firmami, náš záběr je poměrně široký,“ říká výzkumnice Barbora Kopečková z dnes už téměř desetičlenného týmu.

Umíme vytvořit teplotu od -40 °C až do +85 °C, umíme zapnout umělé slunce, které se nad vozidlem může pohybovat, umíme simulovat až 95% vlhkost vzduchu.

Výhodou klimatické komory je podle vědců zejména to, že je velice univerzální a zároveň velmi blízká realitě. Na pomyslné ose Sibiř - Sahara umí v Brně simulovat téměř všechno. „Umíme vytvořit teplotu od -40 °C až do +85 °C, umíme zapnout umělé slunce, které se nad vozidlem může pohybovat, umíme simulovat až 95% vlhkost vzduchu,“ vyjmenovává možnosti komory hlavní konstruktér týmu Ondřej Pech. „Můžeme tak například simulovat pouštní podmínky v Abú Dhabí a zjistit, jestli se při celodenním stání na slunci nepřehřeje elektronika výrobku, nebo se teplem nepoškodí některá důležitá součást stroje,“ dodává. Podobně před pár lety pro kolegy z Ústavu procesního inženýrství testovali v komoře pračky určené pro průmyslové prádelny. Cílem bylo zjistit, jestli při vysoké teplotě a vlhkosti vzduchu, která v provozech běžně panuje, bude jejich elektronika bezpečně fungovat a nezačne probíjet.

V klimatické komoře se testují komponenty i celá zařízení | Autor: archiv FSI
Zasloužilý pracovník Newton

Naší návštěvě laboratoře je celou dobu přítomen i Newton, který si sice zrovna dává pauzu v rohu místnosti, ale při některých měřeních má tento tepelný manekýn nezastupitelnou roli. Třeba ve společném výzkumu se Státním ústavem jaderné, chemické a biologické ochrany. „Testujeme ochranné obleky pro hasiče, protichemické specialisty, vojáky a policisty. Pokud má na sobě člověk neprodyšný ochranný oblek, začne se okamžitě potit a přehřívat. Díky tepelnému manekýnu Newtonovi jsme schopni změřit charakteristiky oděvu a zanést je do modelů a simulací. Z nich pak umíme odhadnout, jakou dobu by člověk při dané zátěži v obleku vydržel, aniž by došlo k jeho přehřátí a kolapsu,“ popisuje Kopečková výzkum, který daleko přesahuje hranice hledání tepelného komfortu a sahá spíš do oblasti bezpečnosti práce a ochrany zdraví.

Newton je pracant, který měří vždy přesně, neúnavně a lze ho vystavit i podmínkám, které by mohly živému člověku ublížit. Na „těle“ má 34 nezávislých tepelných zón, z nichž senzory a softwarové modely vyhodnocují tepelný pocit a komfort na jednotlivých částech figuríny. Může simulovat dýchání ústy a nosem, filtr v něm zachycuje aerosolové částice. I přesto ho někdy musí doplnit nebo vystřídat živí lidé.

Pokusné osoby doplňuje či zastupuje tepelný manekýn Newton (uprostřed) | Autor: archiv FSI

„Manekýn nám toho otestuje hodně, ale pro odladění modelů a finálních verzí komfortních zařízení potřebujete skutečné lidi. Takže i my jsme někdy s nadsázkou řečeno takoví pokusní králíci,“ říká s úsměvem Fišer a dodává, že testování s dobrovolníky přináší pro strojaře zcela nové výzvy. „Výzkum s pokusnými osobami vždy schvaluje etická komise, abychom se při testu třeba i nevědomky nedostali do podmínek, které mohou být pro některé lidi nevhodné až nebezpečné. A museli jsme se přiučit i něco z psychologie. S psychology z laboratoře HumeLAB Masarykovy univerzity jsme řešili, jak pokusné osoby instruovat, abychom je předem nějak neovlivnili, ať už negativně, nebo že by nám chtěli vyhovět a při tom neúmyslně ovlivnili výsledek experimentu. Tím, že je komora skutečně univerzální nástroj, nás hodně vede k multidisciplinaritě,“ dodává Fišer.

Vědci předpokládají, že nosným tématem, které se bude rozvíjet v dalších letech, je zejména elektromobilita a tepelný management výrobků. Zkoumat budou jak tepelný komfort kabin vozidel, tak i akumulátorů, kterým extrémní teploty zásadně snižují životnost a výkon.

Více o klimatické komoře se dozvíte zde.

(izi)

Témata

Související články:
„Vypečená“ konzola míří z tiskárny do vesmíru
Řasy dokážou vyčistit spaliny, vyrobit kyslík a posloužit jako biopalivo
Na FSI testují unikátní slitinu hořčíku. Uplatnění by našla v medicíně i letectví
Na strojní fakultě otestovali nový turbovrtulový motor
Firmy by měly platit za nápady z akademické půdy, říká zakladatel NenoVision