Master's Thesis

Design and implementation of mattress temperature conditioning

Final Thesis 11.17 MB Appendix 8.48 MB

Author of thesis: Ing. Ivo Lachman

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: doc. Ing. Jiří Krejsa, Ph.D.

Reviewer: doc. Ing. Radek Vlach, Ph.D.

Abstract:

This thesis presents the design, implementation, and testing of a water-based mattress temperature conditioning system aimed at enhancing user comfort and improving sleep quality. As an alternative to traditional room air conditioning, the device actively regulates user temperature through direct heating and cooling. The system utilizes Thermoelectric Coolers (TEC). The project includes the complete mechanical, electrical, and firmware development with manufacturing and testing. A prototype mattress was fabricated by routing silicone tubing through a standard foam mattress for real-world evaluation.  Experimental validation confirmed the system's functionality and quiet operation. The heating mode rapidly reached target temperatures, while the cooling mode successfully lowered mattress temperatures under the user. Although peak cooling capacity was slightly limited by electrical resistance in the driver circuit and thermal resistance within the mattress, the thesis demonstrates that TEC-based conditioning is a highly viable concept for personal thermal comfort.

Keywords:

Temperature conditioning, mattress temperature conditioning, thermoelectric cooler.

Date of defence

18.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Při obhajobě student nejprve prezentoval svoji diplomovou práci, následně byly přečteny posudky a student odpovídal na dotazy oponenta. Poté byly členy komise položeny následující otázky: Jak vznikly požadavky na zařízení? Používáte spojitý nebo dvouhodnotový regulátor? Jaké motory používáte? Řešil jste i případný únik kapaliny? Obhajoba byla komisí hodnocena jako výborná.

Language of thesis

English

Faculty

Fakulta strojního inženýrství

Department

Institute of Solid Mechanics, Mechatronics and Biomechanics

Study programme

Mechatronics (N-MET-P)

Composition of Committee

RNDr. Vladimír Opluštil (předseda)
doc. Ing. Robert Grepl, Ph.D. (místopředseda)
doc. Ing. Jiří Krejsa, Ph.D. (člen)
Ing. Dalibor Červinka, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Radoslav Cipín, Ph.D. (člen)
Ing. Michal Bastl, Ph.D. (člen)
Ing. Peter Zavadinka, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
doc. Ing. Jiří Krejsa, Ph.D.

Ivo Lachman se ve své práci věnuje návrhu a realizaci systému který zajišťuje tepelný komfort při spánku, tedy matraci umožňující ohřev i chlazení. Vlastní dílo diplomanta zahrnuje oblast mechaniky, elektroniky i programování a výsledný prototyp je poměrně složitým systémem, který se podařilo dotáhnout do funkční podoby.

Diplomová práce je dobře strukturována a je psána výbornou angličtinou. Forma, obsah a styl práce odpovídají technické zprávě běžně používané ve vývojových odděleních v průmyslu. Drobnou výtku mám k rešeršní části, která je pouze naznačena v úvodu a chybí srovnání s výrobky dostupnými na trhu (pokud jsou reálně dostupné).

Cíle práce byly beze zbytku splněny a práce dle mého názoru splňuje všechny podmínky na tento typ práce kladené. Výsledný prototyp dle mého názoru svojí komplexitou a mezioborovostí překračuje výsledky typické diplomové práce, kterou hodnotím jako vysoce nadprůměrnou.

Pan Lachman pracoval samostatně a iniciativně, pravidelně konzultoval a s jeho přístupem jsem byl spokojen.

Práci hodnotím známkou Výborně, tedy A.
Evaluation criteria Grade
Fulfilment of requirements and objectives of assignment A
Working process, extent and suitability of applied methods A
Scholarly contribution and originality A
Ability to interpret achieved results and draw conclusions A
Applicability of results in practice or theory A
Logical arrangement of thesis and its layout A
Grafic layout, used style and language level A
Work with used sources including quotations A
Student's independence when working on the topic A

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
doc. Ing. Radek Vlach, Ph.D.

Diplomová práce pana Ivo Lachmana je zaměřena na návrh, realizaci a experimentální ověření systému pro aktivní regulaci teploty matrace využívajícího vodní okruh a termoelektrické články. Student se věnuje problematice tepelného komfortu během spánku a navržené řešení představuje efektivní způsob přímého ovlivňování teplotních podmínek v místě kontaktu uživatele s matrací. Součástí práce je kompletní návrh mechanické konstrukce, elektroniky i řídicího softwaru, včetně výroby funkčního prototypu a jeho experimentálního ověření. Zvolený přístup k řešení i úroveň zpracování práce odpovídají postupům běžně používaným v průmyslovém vývoji a dokládají schopnost autora samostatně řešit komplexní technické úlohy. Realizované zařízení prokázalo schopnost účinného ohřevu i chlazení matrace při zachování nízké hlučnosti. Autor rovněž vhodně analyzuje dosažené výsledky, identifikuje technická omezení navrženého řešení a formuluje doporučení pro jeho další rozvoj. Práce je zpracována systematicky, přehledně a na velmi dobré odborné úrovni. Prokazuje schopnost studenta dovést technický projekt od návrhu přes realizaci až po experimentální ověření. Práci doporučuji k obhajobě a navrhuji hodnocení klasifikačním stupněm A.
Evaluation criteria Grade
Fulfilment of requirements and objectives of assignment A
Working process, extent and suitability of applied methods A
Scholarly contribution and originality A
Ability to interpret achieved results and draw conclusions A
Applicability of results in practice or theory A
Logical arrangement of thesis and its layout A
Grafic layout, used style and language level A
Work with used sources including quotations A
Topics for thesis defence:
  1. Jak by jste stanovil tepelný odpor mezi hadičkami a povrchem matrace? Stanovte tepelný skok od hadiček k povrchu matrace pro stávající a vámi doporučenou hloubku hadiček při zachování komfortu matrace.
  2. Proč se nechladily TEC elementy přes vzduchový chladič (jako jsou například chlazeny procesory v PC) a místo toho byl použit vodní výměník s externím výměníkem voda/vzduch? (Mohlo by tím dojít k naprosté redukci okruhu chladiva CWL).

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová