Het menselijk lichaam zet voedsel om in fysieke en mentale arbeid, maar ook in (rest)warmte: ongeveer 100 tot 120 watt voor een persoon in rust. Onze kleding zorgt ervoor dat de warmte die het lichaam produceert, niet meteen verloren gaat aan de omgeving. Precies hetzelfde principe wordt toegepast bij de isolatie van een gebouw.  In beide gevallen kan de isolatiewaarde heel precies worden berekend.

Een paar jaar geleden publiceerden we een artikel over het belang van kledingisolatie: Isolatie: eerst het lichaam, dan het huis. Daarin argumenteerden we dat isolatie van het lichaam veel efficiënter is dan isolatie van de ruimte waarin het lichaam zich bevindt. Dat verhaal was voornamelijk gebaseerd op persoonlijke ervaring, maar het energie-besparende potentieel van kleding kan ook wetenschappelijk worden berekend met behulp van de zogenaamde “clo”-standaard. Deze eenheid, die uiteraard is afgeleid van het Engelse woord “clothes”, werd in 1941 geïntroduceerd en wordt vandaag algemeen gebruikt in het wetenschappelijk onderzoek naar thermisch comfort.

Eén clo komt overeen met een warmtegeleidingscoëfficiënt van 0,155 m²K/W en een R-waarde van 0,88 (terwijl een R-waarde van 1 correspondeert met een clo-waarde van 1,137 clo). Het voordeel van het gebruik van de clo is dat het een makkelijk te begrijpen eenheid is: 1 clo is de kledingisolatie die nodig is om een rustende persoon (bijvoorbeeld iemand die al zittend televisie kijkt) comfortabel te houden bij een binnentemperatuur van 21 graden. Een kledingisolatie van 1 clo komt overeen met het typisch driedelig pak inclusief hemd, vest en ondergoed.

De keuze voor deze archetypische moderne mannelijke kleding is het gevolg van het feit dat de eenheid oorspronkelijk werd geïntroduceerd voor gebruik in het leger. A.C. Burton, die de clo mee bedacht, schreef in 1946: “We found that we could explain even to a General or Admiral, without a course in physics for which he had neither the time nor patience, that his uniform had about one clo-unit of thermal insulation, his greatcoat another one clo-unit, and that together they provided him with a total of two clo-units.”

Een clo-waarde op het etiket?

Elk kledingstuk heeft een precies bepaalde clo-waarde. Het zou handig zijn als die informatie op het etiket stond vermeld, wat perfect mogelijk zou zijn. Voorlopig moeten de clo-waarden van afzonderlijke kledingstukken worden gezocht in databases van onder meer de ISO en de ASHRAE, waarvoor flink moet worden betaald. Hieronder een aantal voorbeelden op basis van verschillende bronnen:

• T-shirt met korte mouwen: 0,10 clo
• Dikke trui: 0,20 - 0,40 clo
• Hemd met lange mouwen: 0,20 - 0,30 clo
• Lange broek: 0,20 - 0,35 clo
• Lang winterkleed: 0,40 clo
• Onderbroek: 0,05 clo
• Gewone sokken: 0,02 clo
• Dikke, lange sokken: 0,10 clo
• Schoenen: 0,02 - 0,04 clo
• Laarzen: 0,10 clo
• Lange onderbroek: 0,20 - 0,35 clo
• Parka: 0,70 clo
• Ook meubels kunnen de clo-waarde verhogen. Een typische bureaustoel op kantoor heeft een isolatiewaarde van ongeveere 0,15 clo.

De clo-waarden van verschillende kledingstukken kunnen eenvoudigweg worden opgeteld om de totale isolatiewaarde van iemands outfit te berekenen. Een naakt persoon heeft een kledingisolatie van nul clo.

Bereken de energiebesparing van kleding

De clo-waarde maakt het mogelijk om precies te berekenen welke kleding we moeten dragen bij een bepaalde binnentemperatuur, en andersom. Als vuistregel geldt dat een verandering van 1 graad in temperatuur een verhoging of verlaging van 0,18 clo in kledingisolatie vereist. Als de temperatuur in de woonkamer tot 16 graden daalt, dan stijgt de benodigde isolatiewaarde naar 1,9 clo. Daalt de temperatuur naar 10 graden, dan is een isolatie nodig van 3 clo.

Met deze gegevens kan eenvoudig worden gedemonstreerd hoe zelfs kleine wijzigingen in onze kleding een ingrijpend effect kunnen hebben op de verwarmingskosten en het energieverbruik. Als we zittend televisie kijken in alleen een lange broek en een T-shirt, dan daalt de totale clo-waarde van 1 naar ongeveer 0,55 clo en moet de temperatuur stijgen van 21 naar 24 graden om comfortabel te blijven. Aangezien het energieverbruik van de centrale verwarming stijgt met 7 tot 10% per graad Celsius extra binnentemperatuur, levert dat een extra energieverbruik op van 20 tot 30 procent.

Maar het werkt ook in de andere richting. Als we de originele outfit van 1 clo (een driedelig pak of een comfortabeler equivalent daarvan) aanvullen met een laag katoenen thermisch ondergoed, dan stijgt de clo-waarde naar 1,7 clo, wat het mogelijk maakt om de binnentemperatuur te verlagen naar 17 graden. Dat komt overeen met een energiebesparing van 30-40% in vergelijking met de normale outfit (een isolatiewaarde van 1 clo). In vergelijking met de outfit in T-shirt (0,55 clo) bedraagt de energiebesparing zelfs 50-70 procent.

Het is  duidelijk dat kleding een enorme invloed heeft op de capaciteit en het energieverbruik van de verwarming.

De isolatiewaarde van verschillende materialen

Het verhogen van de clo-waarde komt in essentie neer op het toevoegen van extra gewicht aan kleding. Een isolatiewaarde van 1 clo komt daarbij overeen met ongeveer drie kilogram kleding. Als we thermisch comfort willen bereiken bij een temperatuur van 13 graden (2,5 clo) dan is daar dus 7,5 kg kleding voor nodig. Ook de dikte van kleding is een handige indicatie van de isolatiewaarde: een kledinglaag van 2 centimeter komt overeen met een isolatiewaarde van ongeveer 1,6 clo. Voor een isolatiewaarde van 2,5 clo is dus ruim 3 cm kleding nodig.

Dikke en zware kleding beperkt de bewegingsvrijheid, maar gelukkig bestaan er uitzonderingen op deze regel. Ten eerste is de relatie tussen clo-waarde en dikte en gewicht van kleding ook afhankelijk van het materiaal waaruit de kleding is gemaakt. Er is op dat vlak veel vooruitgang geboekt. Het leger, de ruimtevaart en de fabrikanten van sportkledij hebben de warmte/gewicht verhouding van kleding aanzienlijk verbeterd. Deze synthetische materialen hebben clo-waarden die ongeveer het dubbele bedragen van katoenen kleding.

Nadeel is dat synthetische kleding bij het wassen vezels verliest die bijdragen tot de plastic-vervuiling in de oceanen. Bovendien gaat synthetische kleding snel stinken, zodat ze vaker moet worden gewassen – dat kost ook energie. Gelukkig heeft ook wol, een natuurlijk materiaal dat deze nadelen niet kent, een isolatiewaarde die hoger is dan die van katoen. Het grote voordeel van wol is dat het slecht vuil opneemt, zodat het minder vaak moet worden gewassen.

De isolatiewaarde van thermisch ondergoed

Een tweede manier om het gewicht en de dikte van kleding te beperken, is het dragen van thermische onderkleding. Deze laag wordt onder de normale kleding gedragen en boven het ondergoed. Omdat thermische onderkleding strak om het lichaam past, heeft ze een optimale “pomp-coëfficient” – een andere factor die het thermisch comfort van kleding bepaalt. De pomp-coëfficiënt definieert hoeveel van de door het lichaam opgewarmde lucht er ontsnapt als de persoon beweegt. Een dikke trui die los rond het lichaam hangt, laat veel warme lucht ontsnappen, zeker als er bewogen wordt. Bij thermische onderkleding is dat niet het geval. Een dunnere laag textiel volstaat dus, en dat is comfortabeler.

Omdat ze relatief dun is, kan thermische onderkleding ook in laagjes worden gedragen. Twee lagen thermische onderkleding geven een clo-waarde die meer dan het dubbele bedraagt van één laag thermische onderkleding. Volgens het “US Air Force Survival Book” heeft één laag thermische onderkleding in katoen een isolatiewaarde van 0,6 clo, terwijl de isolatiewaarde voor twee lagen niet 1,2 clo maar 1,5 clo bedraagt. Eén laag thermische onderkleding in combinatie met een winteroutfit van 1 clo maakt het mogelijk om comfortabel televisie te kijken bij 17-18 graden, terwijl twee lagen thermisch comfort geven bij slechts 12-13 graden. 

Thermische onderkleding uit beter isolerende materialen (zoals synthetische vezels of fijne wolsoorten) heeft een clo-waarde die tot het dubbele of meer kan bedragen dan die van thermische onderkleding in katoen. Er kan dan met slechts één laag thermisch comfort worden behaald bij 12-13 graden, terwijl twee lagen het toelaten de temperatuur te doen dalen tot minder dan 4 graden. Zoals we in het artikel over thermische onderkleding uitlegden, zullen handen en voeten niet koud aanvoelen als de kerntemperatuur van het lichaam op peil blijft.

Lichaamsactiviteit

Tot slot: Alle cijfers hierboven zijn geldig voor een persoon in rust – een metabolisme van 1 “met”. Bij een hogere lichaamsactiviteit stijgt de warmteproductie van het lichaam en is minder kledingisolatie nodig. Zelfs lichte activiteiten zoals schrijven doen de benodigde clo-waarde al gevoelig afnemen. Terwijl een zittend en inactief persoon bij een binnentemperatuur van 10 graden een kledingisolatie van 2,7 - 3 clo nodig heeft, daalt dat naar slechts 1,7 clo als iemand zittend aan de computer werkt of een geanimeerde conversatie voert.

Bronnen en meer informatie:

A Comprehensive Data Base for Estimating Clothing Insulation (pdf), E.A. McCullough. Het tweede deel van het document geeft een overzicht van de clo-waarde van verschillende kledingstukken.

ISO 9920 international database: Ergonomics of the thermal environment – Estimation of thermal insulation and water vapour resistance of a clothing ensemble. (2007). Deze bron heeft recente informatie over de isolatiewaarde van kleding, maar kost ongeveer 200 euro.

Handbook on clothing: biomedical effects of military clothing and equipment systems, second edition, Ralph F. Goldman & Bernhard Kampmann, 2007.

Human Thermal Environments: The Effects of Hot, Moderate, and Cold Environments on Human Health, Comfort, and Performance, Ken Parsons. Dit boek is een standaardwerk omtrent thermisch comfort, inclusief kleding.

Static and dynamic insulation values for cold weather protective clothing, Chil Soon Kim & Elizabeth A. McCullough, in “Performance of protective clothing: issues and priorities for the 21st century: seventh volume, American Society for Testing and Materials, 2000

Handbook of Technical Textiles, A.R. Horrocks & S.C. Anand, 2000

Physiology of heat regulation and the science of clothing, L.H. Newburgh, 1949