Текст статьи Copyright © 2005-2024 Леонид Александров (Комбриг)
Публикация статьи: декабрь 2005
Регулярная актуализация и пополнение материала
Условия пользования материалом даны в самом конце страницы

● Иллюстрации: 252 фотографии + 1 видео
● Последнее обновление материала: октябрь 2024

А. ФИЗИЧЕСКАЯ СТОРОНА ВОПРОСА

В. ВАЖНЕЙШИЕ ПАРАМЕТРЫ ТУРИСТИЧЕСКИХ КОВРИКОВ

● Термоизоляция (R-value), комфорт, вес, размеры
● Важнейшие актуальные тенденции производства ковриков

С. ОБЗОР РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ ТУРИСТИЧЕСКИХ КОВРИКОВ

● Надувные матрасы и различные их технологии
● Коврики из пеноматериалов с закрытыми ячейками (карриматы)
● Коврики из пенополиэтилена (сшитый полиэтилен, XLPE)
● Коврики из этиленвинилацетата (ЭВА,  EVA,  Evazote)
● Коврики из пеноматериалов с открытыми ячейками (порами)
● Самонадувающиеся коврики; коврики Therm-A-Rest
● Пуховые коврики
● Коврики с наполнителем из микроволокна
● Коврики с наполнителем из шерсти
● Коврики с комбинацией пеноматериала и воздуха
● Коврики с комбинацией закрытоячеистых пеноматериалов
● Коврики с комбинацией пены с открытыми и закрытыми ячейками
● Коврики с комбинацией пено- и наноматериалов ("наноковрики")
● Уход за ковриками, меры предосторожности, советы из практики
● Итоги
● О второй половине дела, о которой не следует забывать
● Опрос европейских треккеров: какой коврик чаще всего?

Видео-аперитив, возбуждающий аппетит перед чтением данной статьи
(рекомендуется тем, кто голосит "Сдувать самонадувайки охренеешь!")

Внимание: детали данного способа сворачивания самонадувающегося коврика см. ниже в данной
статье в разделе "Самонадувающиеся коврики: наиболее эффективный способ скатывания в рулон"

О четырёх важнейших параметрах туристических ковриков

О критическом рассмотрении технологических особенностей ковриков

О важнейшем свойстве "минимальной спальной системы"

О реальном смысле глубокого рифления поверхности ковриков

О разнице между закрытоячеистыми и открыто-пористыми пеноматериалами

О физическом аспекте происходящего внутри туристических ковриков

О расчёте плотности материала, из которого изготовлен коврик

О роли воздуха в теплоизоляции туристического коврика

О роли твёрдого полимера в теплоизоляции туристического коврика

О роли теплового излучения в теплоизоляции туристического коврика

О роли конвективных процессов в теплоизоляции туристического коврика

О взаимосвязи описанных выше физических процессов и явлений

О том, что представляет собой главная функция коврика в действительности

О том, насколько ненадёжен при выборе коврика учёт только температур воздуха

О том, как интервал рабочих температур становится "температурной ловушкой"

О том, что такое термическое сопротивление (R-value) туристических ковриков

О методах (СТАНДАРТАХ) определения R-value туристических ковриков

О том, почему у коврика могут быть несколько значений R-value

О переводе термического сопротивления (R-value) ковриков в температуры

О том, почему заграничные коврики "теплее", чем это указано в их техданных

О переводе R-value коврика в температуру с помощью формулы

О расчёте R-value ижевской "пенки" (ссылка на другую статью данного сайта)

О сравнении туристических ковриков методом пересчёта их характеристик

О стелс-технологии в маркетинге туристических ковриков

Скрадывание неровностей при сохранении теплоизоляции: ЭКСПЕРИМЕНТ

О том, что означает толщина коврика, указанная в его техданных

О преимуществах использования комбинаций ковриков и укороченных ковриков

О компактности размеров современных ковриков: ЭКСПЕРИМЕНТ

О том, как использовать коврик с алюминиевой фольгой на одной стороне

О том, зачем коврику насос и о типах насосов туристических ковриков

О важнейших актуальных тенденциях производства туристических ковриков

НАДУВНЫЕ МАТРАСЫ

О стандартных надувных матрасах

О надувных матрасах серии Therm-A-Rest NeoAir

О хрусте матрасов как расплате за хорошую термоизоляцию

О недостатках ковриков, имеющих коконообразную форму

О прочих современных технологиях производства надувных матрасов

О некоторых недостатках современных надувных матрасов

КАРРИМАТЫ ("ПЕНКИ")

О ковриках из пеноматериалов с закрытыми ячейками (пенках)

О происхождении и правильном написании слова "каремат"

О практичности ковриков-"пенок"

О ковриках из этиленвинилацетата (ЭВА, EVA, EVAZOTE)

САМОНАДУВАЮЩИЕСЯ КОВРИКИ

О самонадувающихся ковриках

О распространённых заблуждениях, касающихся самонадувающихся ковриков

О том, что такое "самонадувание" коврика

О зависимости теплоизолирующих свойств коврика от перфорации в его материале

О "гибридных" технологиях в производстве самонадувающихся ковриков

О клапанах и подгонке толщины надуваемых ковриков под тело спящего

О сидушках, защитных чехлах ковриков и их самостоятельном изготовлении

О наиболее эффективном способе скатывания самонадувающихся ковриков в рулон

КОВРИКИ С ПУХОВЫМ НАПОЛНИТЕЛЕМ

О пуховых ковриках и о Fill power (fp)

КОВРИКИ С СИНТЕТИЧЕСКИМ НАПОЛНИТЕЛЕМ

О ковриках с наполнителем из микроволокна

КОВРИКИ С НАПОЛНИТЕЛЕМ ИЗ ШЕРСТИ

КОВРИКИ С НАПОЛНИТЕЛЕМ ИЗ КОМБИНАЦИИ МАТЕРИАЛОВ

О ковриках из комбинированных материалов

О ковриках с комбинацией пено- и наноматериалов ("наноковрики")

ХРАНЕНИЕ, УХОД, РЕМОНТ

О хранении, ремонте и уходе за туристическими ковриками

О двух важнейших правилах хранения надувных ковриков

О хранении, ремонте и уходе за надувными матрасами

О хранении, ремонте и уходе за ковриками из пены с закрытыми ячейками ("пенки")

О хранении, ремонте и уходе за самонадувающимися ковриками

О возможных причинах слишком медленного "самонадувания" ковриков

О деламинации, или как у коврика возникает "грыжа"

О том, как мойка самонадувающихся ковриков предупреждает образование "грыж"

О поиске проколов самонадувающегося коврика и ремонте этих проколов

О хранении, ремонте и уходе за ковриками с наполнителем из пуха, микроволокна и шерсти

О хранении, ремонте и уходе за ковриками из комбинированных материалов

О способах хранения туристических ковриков

О коварной роли воздушного клапана туристического коврика

О наиболее "тёплых" туристических ковриках

О том, что напрашивается в качестве вывода

О спальном мешке как "второй половине дела", о которой не следует забывать

О том, какие коврики предпочитают европейские туристы

О тестах, проведённых автором с различными ковриками (ссылки)

Данные позитивные свойства не являются сугубо голословными рекламными утверждениями, а действительно "работают" в реальной походной ситуации - вопрос только в том, насколько эффективно осуществляется эта "работа" в конкретных походных условиях. Учитывая, что сегодня основной целью производителя спортивного снаряжения является снижение веса этого снаряжения, мы можем, однако, с уверенностью предположить, что ячеистое (пупырчатое) или продольно-поперечное рифление поверхности закрытоячеистого пеноматериала (то есть, пеноматериала, обладающего одновременно наилучшей термоизоляцией и наибольшим весом среди всех материалов, используемых при производстве туристических ковриков), служит в первую очередь именно снижению веса коврика.

Не следует забывать, однако, что при "общей" толщине рифлёного коврика, измеряемой сантиметрами, его толщина в "углублённых" местах (выемки, а также места складок и пространства между выпуклыми элементами ковриков с ячеистой поверхностью) может составлять всего несколько миллиметров, что означает не только многократное снижение термоизоляции в этих местах по сравнению с тем значением термоизоляции, которое указано в технических характеристиках коврика (R-value; о нём см. ниже), но также и снижение износоустойчивости коврика.

Человеку, исходящему из предположения о "восполнении" потерь термоизоляции в выемках коврика за счёт капсулирования воздуха в этих выемках, не следует забывать, что эффективность задержки воздуха между спальным мешком и ковриком зависит исключительно от привычек сна и положения тела пользователя коврика, и что задержка воздуха в выемках является полностью гарантированной только при лабораторном измерении термического сопротивления (R-value) коврика, поскольку при этом измерении симуляция источника тепла (человеческого тела, или, точнее, внешней поверхности спального мешка) осуществляется абсолютно плоской тестовой пластиной.

Продольно-поперечное рифление коврика: американский коврик Therm-A-Rest RidgeRest

Внимание: только что упомянутое обстоятельство (проводимая при лабораторном вычислении R-value коврика симуляция источника тепла посредством абсолютно плоской пластины) играет особо коварную роль именно в случае использования рифлёных ковриков. Воздух является одним из лучших теплоизоляторов, и этот факт означает, что благодаря практически полной "герметичности" воздушных ячеек, образовавшихся при лабораторном измерении R-value между тестовой пластиной и поверхностью коврика, значение R-value коврика в значительной мере определяется именно воздухом, находящимся в этих ячейках. В реальной походной практике, однако, отсутствует гарантия того, что воздух будет "закапсулирован" между спальным мешком и ковриком. Таким образом, от пользователя рифлёного коврика требуется особая осторожность в случае использования этого коврика при температурах, близких к его предельным расчётным температурам.

Только что приведённый пример свидетельствует о необходимости различения абсолютных (безусловных) и относительных (условных) свойств туристического коврика, то есть, о целенаправленном выявлении как тех свойств, которые проявляются всегда и независимо от обстоятельств, так и тех характеристик, которые имеют силу только при наличии какого-либо условия. Как мы видим в приведённом выше примере, за несколькими задекларированными производителем условными (относительными) свойствами рифлёного коврика скрыто одно свойство, которое не задекларировано в явном виде, но является безусловным (абсолютным). Желающим предаться мыслям о цели, с которой производится рифление ковриков, изготовленных из закрытоячеистых пеноматериалов, мы можем предложить следующую схему размышлений:

Возьмём, к примеру, стандартный вариант так называемого "ижевского коврика", то есть, коврика, произведённого Ижевским Заводом Пластмасс из листа закрытоячеистого сшитого пенополиэтилена, имеющего размеры 180 х 60 х 0,8 см и плотность 50 кг/м³.

Рассчитаем его вес: 1,8 х 0,6 х 0,008 х 50 = 0,432 кг.

Предположим, что толщина этого коврика будет увеличена до 2 сантиметров. В этом случае вес коврика составит: 1,8 х 0,6 х 0,02 х 50 (или 0,432 х 20/8) = 1,08 кг. Данный вес, однако, будет соответствовать весу существующих самонадувающихся ковриков, обеспечивающих вдвое бóльшую теплоизоляцию, а также и значительно больший комфорт за счёт как минимум вдвое большей толщины и, соответственно, возможности регулировать мягкость подстилки посредством частичного выпуска воздуха из неё. Да и в результате сворачивания в рулон "пенки" толщиной 2 см мы получим "трубу" огромной толщины.

Как мы видим, факторы "вес" и "размер в упакованном виде" отчётливо работают против "толстых" ковриков из закрытоячеистого пенополиэтилена, что подтверждается почти полным отсутствием подобных ковриков в продаже. Внимание: слово "почти", подчёркнутое в предыдущем предложении, означает, что мы всё же можем отыскать коврики толщиной 2 см, серийно производимые из закрытоячеистого пенополиэтилена. При ближайшем их рассмотрении, мы обнаруживаем, однако, что они весят не 1 кг, а иногда даже и меньше, чем уже упомянутый ижевский коврик, имеющий толщину всего 8 миллиметров.

Вопрос: Как же так, почему же они весят так мало, ведь они же толстые?

Ответ: Потому что они глубоко рифлёные.

Вопрос: А что означает глубокое рифление коврика?

Ответ: Существенное снижение теплоизоляции по сравнению с ковриком без рифления.

Читателю, однако, не следует думать, что с толстыми закрытоячеистыми ковриками образуется некий замкнутый круг. Круг-то образуется, да только замкнётся он, когда мы введём в него тонкие самонадувающиеся коврики (см. ниже, в разделе "Так ли практичны тонкие самонадувающиеся коврики?").

Для иллюстрации взаимозависимости различных характеристик туристического коврика мы обратимся к наиболее известным в среде русскоязычных туристов коврикам, а именно, к так называемым "ижевским пенкам". Из выпускаемых Ижевским Заводом Пластмасс (ОАО ИЗП) ковриков мы выберем те три, которые считаются среди туристов "стандартными" (размер 180х60 см, толщина 8 мм):

Маркировка ковриков, производимых ИЗП, определяется так называемой "кратностью вспенивания" пеноматериала и толщиной этого материала. Кратность вспенивания отражает степень насыщенности пеноматериала воздухом: она равняется соотношению объёма полученного пеноматериала к объёму полимера, использованного в качестве исходного сырья при производстве этого пеноматериала. Говоря простыми словами, чем больше кратность вспенивания пеноматериала, тем больше в этом материале пустых и закрытых воздушных ячеек (пузырей); соответственно, чем больше кратность вспенивания пеноматериала, тем более лёгким является этот пеноматериал. 

Как мы видим, "кратность вспенивания" пеноматериала косвенно характеризует также и плотность этого пеноматериала, однако, при определении плотности в её привычном понимании в данном случае используется термин "кажущаяся плотность пеноматериала", обозначающий вес единицы объема материала (кубического метра), включая и объем закрытых воздушных ячеек. Таким образом, чем выше кажущаяся плотность пеноматериала, тем меньше воздуха в этом пеноматериале. В процессе производства туристических ковриков ИЗП использует следующие кратности вспенивания полиэтилена (см. приведённую выше таблицу):

15 (соответствует кажущейся плотности около 60 кг/м³),
20 (соответствует кажущейся плотности около 50 кг/м³),
30 (соответствует кажущейся плотности около 33 кг/м³).

В приведённой выше таблице мы обнаруживаем следующие варианты маркировки ковриков: 1508, 2008, 3008. Первые 2 цифры этих чисел обозначают кратность вспенивания, последние 2 цифры - толщину коврика в миллиметрах. Таким образом, находящаяся на коврике маркировка "2008" означает, что плотность материала данного коврика (пенополиэтилен) составляет около 50 кг/м³, а сам коврик имеет толщину 8 мм.

Ну а теперь сравним представленные в таблице коврики в аспекте типичных требований, предъявляемых туристом к его подстилке. Поскольку теплоизоляция, обеспечиваемая ковриком, является весьма важным для похода параметром, начнём с неё. Как мы видим, у ковриков, перечисленных в приведённой выше таблице, разброс значений коэффициента теплопроводности лежит в пределах всего лишь одной сотой доли, что означает разброс значений термического сопротивления (R-value) этих ковриков в пределах десятых долей (о R-value см. ниже в данной статье). Ориентируясь на публикуемые некоторыми производителями туристических ковриков таблицы перевода R-value в температуры, мы, однако, знаем, что изменению значения R-value коврика на единицу соответствует изменение "расчётной температуры" этого коврика в пределах всего лишь нескольких градусов. Таким образом ясно, что ощутить теплоизоляционную разницу между тремя ковриками, перечисленными в данной выше таблице, в полевых (походных) условиях будет практически невозможно.

Помимо теплоизоляции, в условиях похода значимыми будут такие параметры коврика, как обеспечиваемый им комфорт, а также его вес и размеры. Однако, учитывая, что все три рассматриваемых нами коврика имеют одинаковые размеры (60х180х0,8 см) и практически идентичный материал, мы приходим к выводу, что для производимого нами сравнения из всех важнейших для выбора коврика параметров единственным релевантным будет вес. Чтобы немножко разнообразить предельно скудный набор параметров сравнения наших ковриков, добавим к этим параметрам ещё один - а именно, "моторесурс", или, выражаясь более "научно", износостойкость коврика. Именно этот параметр наиболее ярко проявляется в коврике марки 1508: в материале этого коврика доля воздушных ячеек самая низкая, и, таким образом, риск продавливания этих ячеек, ведущего к их разрушению и, соответственно, к ухудшению изоляционных свойств и разрывам в материале, значительно снижен по сравнению с другими ковриками. С другой стороны, именно малое количество воздушных ячеек внутри материала обеспечивает коврику марки 1508 самый большой вес (520-570 граммов).

Благодаря очень большой насыщенности пеноматериала воздухом, коврик марки 3008 имеет одновременно самый низкий вес и наименьшую теплопроводность (воздух - хороший теплоизолятор). Мы, однако, только что видели (см. выше), что, несмотря на более низкую теплопроводность коврика модели 3008 по сравнению с ковриками моделей 1508 и 2008, ощущения спящего человека, касающиеся теплоизоляции, будут практически одинаковыми для всех трёх ковриков.

С другой стороны, благодаря той же самой насыщенности пеноматериала воздухом, этот коврик будет иметь самую низкую износостойкость и самую малую сопротивляемость продавливанию среди всех трёх ковриков. Большое количество воздуха в пеноматериале коврика способно не только повышать термоизоляцию, обеспечиваемую ковриком, но также и снижать её вследствие уменьшения толщины коврика, вызванного малой сопротивляемостью пеноматериала продавливанию - в данном случае повышенное содержание воздуха в пеноматериале, призванное улучшить теплоизоляцию, работает в буквальном смысле слова против себя.

Но это ещё не всё. Наличие в материале коврика очень большого числа воздушных ячеек имеет и ещё одну негативную сторону: попадание влаги в эти ячейки (например, при их повреждении) значительно увеличивает теплопроводность пеноматериала (теплопроводность воды примерно в 25 раз больше теплопроводности воздуха), что приводит, соответственно, к значительному снижению R-value.

Учитывая всё вышесказанное, мы приходим к выводу, что из 3 представленных в таблице ковриков, коврик марки 2008 вполне достоин статуса некоего "среднего варианта". По сравнению с ковриком марки 1508 он будет обладать меньшим весом, а по сравнению с ковриком марки 3008 - большей износоустойчивостью и лучшей сопротивляемостью продавливанию за счёт меньшего количества воздуха в пеноматериале; вес коврика марки 2008 тоже можно считать вполне приемлемым.

Внимание: упоминаемые в этом подразделе типы туристических ковриков будут подробно рассмотрены в третьей части данной статьи (часть С, "Обзор различных типов туристических ковриков).

Для правильного понимания представленного ниже обзора, читателю необходимо знать разницу между закрытоячеистым и открыто-пористым пеноматериалом, положенную автором в основу классификации тех ковриков, которые изготовлены из вспененных полимеров.

● Закрытоячеистые пеноматериалы (коврики, именуемые "пенками")

Закрытоячеистым пеноматериалом является тот, ячейки которого отделены друг от друга (замкнуты), вследствие чего исключён как обмен воздухом (газом) между этими ячейками, так и капиллярное впитывание, то есть, попадание жидкости вовнутрь ячеек; при сдавливании закрытоячеистого пеноматериала воздух (газ), находящийся в ячейках, не выходит наружу.

В связи с этим, необходимо учитывать то обстоятельство, что несмотря на "замкнутость" ячеек в закрытоячеистом пеноматериале, коврики, изготовленные из такого материала, не гарантированы на 100% от проникновения в них влаги: лишённый оболочки закрытоячеистый коврик имеет, как правило, "отшлифованную" поверхность, что означает разрушение ячеек в поверхностном слое этого коврика, и, соответственно, возможность проникновения влаги в разрушенные ячейки пеноматериала. Проникновение влаги вовнутрь закрытоячеистых ковриков, имеющих оболочку или тиснёную поверхность, также возможно вследствие глубокого разрушения оболочки или тиснения.

● Открыто-пористые пеноматериалы ("самонадувающиеся" коврики)

При сдавливании открыто-пористого пеноматериала, находящийся внутри этого материала воздух выходит наружу; при последующем снятии давления с поверхности этого пеноматериала, воздух снова засасывается в его ячейки; в случае, если пеноматериал находится в контакте с какой-либо жидкостью, эта жидкость также будет впитана пеноматериалом. Данная особенность открыто-пористых пеноматериалов делает понятным сам термин "самонадувающиеся коврики" (вызванное расширением ячеек пеноматериала автоматическое увеличение толщины коврика после снятия с него давления), а также объясняет наличие у самонадувающихся ковриков плотной синтетической оболочки: в данном случае оболочка коврика предотвращает всасывание ковриком воды и выдавливание воздуха из пеноматериала за счёт давления, оказываемого телом спящего на коврике человека.

По сравнению с закрытоячеистым пеноматериалом, открыто-пористый пеноматериал в большей степени подвержен повреждениям - для проверки истинности этого утверждения, читатель может сравнить усилия, требующиеся для того, чтобы оторвать кусок от кухонной губки (открыто-пористая пена) и от так называемого "ижевского коврика" (закрытоячеистая пена). Поэтому плотная и достаточно прочная оболочка самонадувающихся ковриков выполняет также и ещё одну функцию: она защищает наполнитель коврика от повреждений. Наличие этой оболочки у самонадувающихся ковриков объясняет следующую кажущуюся парадоксальной ситуацию: открыто-пористый наполнитель самонадувающихся ковриков, исходно имеющий наименьшую износостойкость среди всех пеноматериалов, используемых для производства туристических изоматов, в реальной туристической практике сохраняет свою целостность намного дольше, чем закрытоячеистый пеноматериал, используемый в безоболочных ковриках.

● Выражения "закрытоячеистый" и "окрыто-пористый" отнюдь не означают, что речь идёт соответственно о материалах, состоящих исключительно из закрытых или открытых ячеек (пор). В пеноматериале, именуемом "закрытоячеистым", всё же может присутствовать небольшое количество открытых ячеек, то есть, ячеек, имеющих "окна" (дырки) в своих стенках; их наличие ухудшает теплоизоляционные свойства пеноматериала. Точно так же, среди ячеек пеноматериала, структура которого классифицируется как "открыто-пористая", могут попадаться полностью замкнутые ячейки. Согласно описаниям внутренних структур пеноматериалов, встречающимся в исследованиях вспененных полимеров,

"...Открыто-пористым считается тот пеноматериал, преобладающее большинство ячеек которого содержит как минимум две поры (два сквозных отверстия в стенках ячейки); помимо этого, большинство "рёбер" (перемычек, находящихся на пересечении стенок ячеек), должны принадлежать как минимум трём ячейкам".

● При одинаковой толщине, в связи с бóльшими потерями тепла за счёт наличия более крупных и не изолированных друг от друга ячеек, открыто-пористый пеноматериал, используемый в качестве наполнителя самонадувающихся ковриков, обеспечивает меньшую теплоизоляцию, чем закрытоячеистый пеноматериал, из которого изготовлены традиционные "пенки". В сравнительных исследованиях вспененных термоизоляционных материалов мы находим соотношение

"Значение термического сопротивления открыто-пористых пеноматериалов составляет лишь немногим более половины значения термического сопротивления закрытоячеистых пеноматериалов".

Именно это обстоятельство вызывает у автора данной статьи сомнения в целесообразности использования тонких самонадувающихся ковриков (толщина менее 3,5 см). Причина этих сомнений будет описана ниже, в третьей части данной статьи, в разделе "Самонадувающиеся коврики", подраздел "Так ли практичны тонкие самонадувающиеся коврики?".

Самонадувающимися ковриками называются только те коврики, в которых в качестве наполнителя (теплоизолятора) используется открыто-пористая полиуретановая пена. Благодаря своим открытым порам, эта полиуретановая пена способна выпускать из себя воздух при её сжатии и самостоятельно увеличиваться в размерах, всасывая воздух после снятия с неё давления. Чрезвычайно распространённой и поистине абсурдной ошибкой является именование "самонадувающимися" туристических подстилок, в той или иной мере наполняемых воздухом, и имеющих наполнители, не являющиеся открыто-пористой полиуретановой пеной.

Цель данного раздела - вкратце объяснить смысл технических терминов, используемых в данной статье, а также дать читателю общее представление о взаимосвязи различных физических свойств туристической подстилки на примере ковриков, изготовленных из пеноматериалов. В данный момент этот тип ковриков используется в туризме чаще всего (согласно результатам опроса, проведённого автором среди немецких, австрийских и швейцарских треккеров, коврик из вспененного полимера использовался в качестве основного туристического коврика 80% опрошенных; результаты опроса приведены в самом конце данной статьи).

● Теплопроводность, коэффициент теплопроводности

Поскольку главнейшей функцией туристического коврика является защита спящего от переохлаждения, при изучении "внутренней жизни" этого коврика нас в первую очередь должен интересовать именно термодинамический аспект, то есть, способность коврика передавать тепловую энергию.

Из перечисленных выше четырёх основных параметров туристических ковриков, параметр "степень теплоизоляции" является единственным, который при определённых условиях способен нанести серьёзный ущерб здоровью человека.

Физически перенос тепловой энергии имеет три основных вида: 1) молекулярная теплопроводность, или происходящий в любых телах с неоднородным распределением температур перенос тепловой энергии структурными частицами веществ, из которых состоят эти тела, 2) тепловое (электромагнитное) излучение, испускаемое нагретыми телами за счёт их тепловой энергии, 3) конвекция, или явление переноса теплоты в жидкостях или газах путем как вынужденного, так и самопроизвольного, перемешивания этих жидкостей или газов.

Таким образом, мы можем выделить следующие 4 процесса, определяющие теплопроводящую способность туристического коврика, изготовленного из пеноматериала: 1) перенос тепловой энергии частицами газа (воздуха), находящегося в ячейках материала коврика; 2) перенос тепловой энергии частицами твёрдого вещества (полимера), из которого изготовлен материал коврика; 3) перенос тепловой энергии посредством электромагнитного излучения, испускаемого нагретым материалом коврика; 4) перенос тепловой энергии посредством перемешивания находящегося в коврике газа (воздуха).

В спецификациях теплоизолирующих пеноматериалов, как правило, указывается так называемая "эффективная" или "общая" теплопроводность этих материалов - то есть, характеристика, учитывающая все четыре названных выше процесса. При этом в качестве численной оценки теплоизолирующих свойств материала используется так называемый "коэффициент теплопроводности" (единица измерения в системе СИ: ватт на метр-кельвин, Вт/(м·K)), обозначающий количество теплоты, проходящей за 1 секунду сквозь участок этого материала длиной 1 метр при температурной разнице на концах этого участка, равной 1 кельвину. Чем меньше значение коэффициента теплопроводности материала, тем лучше теплоизолирующие свойства этого материала.

Теплопроводность является точно таким же физическим свойством материала, как, например, плотность этого материала или его цвет. Она позволяет производить сравнение различных материалов в аспекте их теплоизолирующей способности, но сама по себе не в состоянии охарактеризовать степень теплоизоляции, достигаемую в конкретном случае использования того или иного материала как изолятора. Так, например, коврик, изготовленный из материала, имеющего большую теплопроводность, может обеспечивать спящему лучшую защиту от холода, чем коврик, изготовленный из материала, обладающего очень низкой теплопроводностью - и причиной этому будет большая толщина этого коврика.

Таким образом, судить о том, насколько хорошей или плохой будет теплоизоляция в конкретном случае, можно только тогда, когда известны как минимум 2 следующие характеристики: теплопроводность материала и его толщина. Параметром, связывающим обе эти характеристики, является так называемое "термическое сопротивление" или R-value (см. ниже).

Теплопроводности обоих закрытоячеистых пеноматериалов, используемых при производстве туристических ковриков (полиэтилен и этиленвинилацетат) практически не отличаются друг от друга - таким образом, при равной толщине полиэтиленовые коврики и ЭВА-коврики обеспечивают одинаковую теплоизоляцию (подробности см. ниже, в разделе "Попытка вывода формулы R-value коврика, теплоизоляционные свойства которого неизвестны"). В связи с большими потерями тепла за счёт низкого содержания твёрдого материала, служащего "барьером", предотвращающим тепловое электромагнитное излучение (о тепловом излучении см. ниже) и конвекции, вызванной наличием более крупных и не изолированных друг от друга ячеек, открыто-пористый пенополиуретан, используемый в так называемых "самонадувающихся" ковриках, обладает худшими теплоизоляционными свойствами, чем закрытоячеистые вспененные полиэтилен и этиленвинилацетат.

● Термическое сопротивление слоя (R-value)

Термическое сопротивление (R-value) отражает способность материала препятствовать переносу тепловой энергии. Именно этот параметр применяется для обозначения теплоизолирующих свойств туристических ковриков; при этом понятие "термическое сопротивление" используется исключительно в одном из нескольких своих значений - а именно, в значении "термическое сопротивление слоя", определяемом как отношение толщины слоя к коэффициенту теплопроводности того материала, из которого этот слой изготовлен. Чем больше значение термического сопротивления материала, тем лучше теплоизолирующие свойства этого материала.

Понятие "термическое сопротивление", используемое в области теплоизоляционных материалов, аналогично понятию "электрическое сопротивление", принятому в электротехнике: точно так же, как электрическое сопротивление проводника прямо пропорционально его длине, термическое сопротивление теплоизолирующего материала прямо пропорционально толщине этого материала; общее (суммарное) термическое сопротивление подстилки, составленной из нескольких положенных друг на друга ковриков, равно сумме термических сопротивлений этих ковриков точно так же, как при последовательном соединении электрических сопротивлений общее сопротивление всей цепи равно сумме сопротивлений её отдельных участков.

Внимание: оперируя понятием "термическое сопротивление коврика" необходимо учитывать следующее обстоятельство: единицей измерения R-value в системе СИ является квадратный метр-кельвин на ватт, (м²·К/Вт); в области туристических ковриков R-value традиционно измеряется в американской системе мер (United States Customary Units; базирована на британской системе мер и весов), где вместо метра, кельвина и ватта используются фут, градус Фаренгейта и британская термическая единица BTU (ft²·°F·h/Btu). Таким образом, в процессе расчётов, каким-либо образом касающихся R-value, может понадобиться определённый коэффициент перевода используемых единиц из одной системы мер в другую. Этот коэффициент, а также само понятие "термическое сопротивление", будут подробно рассмотрены в следующем разделе данной статьи (см. раздел "Термоизоляция и R-value").

● Плотности пеноматериалов, используемых при производстве ковриков

Плотность тела - это физическая величина, определяемая как отношение массы тела к занимаемому этим телом объёму. У пористых тел, к которым относятся пеноматериалы ковриков, различают "истинную" плотность, определяемую без учёта пустот в этих телах, и "удельную" ("кажущуюся") плотность, рассчитываемую как отношение массы вещества ко всему занимаемому им объёму. Чем выше кажущаяся плотность пеноматериала, тем меньше воздуха в этом пеноматериале. Приводя данные о "плотности", в нижеследующем изложении мы подразумеваем исключительно удельную (кажущуюся) плотность, обозначающую вес единицы объема материала, включая и объем воздушных ячеек (пор), в соответствии с международной системой единиц измерения (СИ) - то есть, в  килограммах на кубический метр (кг/м³). Тогда как плотность пеноматериалов, изготовленных из полимеров, может колебаться от примерно 1,6 кг/м³ до около 960 кг/м³, при производстве туристических ковриков используются преимущественно пеноматериалы, относящиеся к категории "low density" (LD), то есть, материалы низкой плотности (до приблизительно 70 кг/м³), обеспечивающие коврикам хороший компромисс между их весом, износоустойчивостью и термоизоляционными свойствами. Среди всех пеноматериалов, используемых в туристических ковриках, наименьшие плотности (и, соответственно, наибольшее содержание воздуха) имеет пенополиуретан, применяемый в качестве наполнителя так называемых "самонадувающихся" ковриков (о них будет рассказано в третьей части данной статьи). Примером могут служить наиболее толстые самонадувающиеся коврики из ультралайт-серии SIM Lite UL, производимой швейцарской фирмой Экспед: их ультралёгкий пенополиуретановый наполнитель имеет плотность всего 12 кг/м³.

Плотности вспененных полимеров, используемых сегодня при изготовлении туристических ковриков, распределяются следующим образом: коврики из закрытоячеистых пеноматериалов (вспененные полиэтилен и этиленвинилацетат): примерно от 25 кг/м³ до 70 кг/м³; коврики из открыто-пористого пенополиуретана (самонадувающиеся коврики): примерно от 12 кг/м³ до 40 кг/м³.

Использование при производстве ковриков полиуретана, обладающего более низкими плотностями, чем у полиэтилена или этиленвинилацетата, обусловлено не только технологией его вспенивания и наличием так называемых "окон" (дырок) в стенках его ячеек (открыто-пористый материал; см. выше в данной статье).

При снижении веса самонадувающегося коврика посредством увеличения воздушной составляющей внутри него, проблема низкой механической прочности пеноматериала не будет критической, поскольку пеноматериал этого коврика заключён в плотную оболочку. Эта оболочка не только защищает полиуретановый наполнитель самонадувающегося коврика от непосредственных механических повреждений, вызванных острыми предметами, но также, за счёт своей воздухонепроницаемости, держит наполнитель коврика в более или менее расправленном состоянии, замедляя его постепенный износ посредством сдавливающих (сжимающих) нагрузок. Как мы уже указывали выше, открыто-пористый пенополиуретан, исходно имеющий значительно меньшую износостойкость среди всех пеноматериалов, используемых для производства туристических изоматов, в реальной туристической практике сохраняет свою целостность намного дольше, чем закрытоячеистый пеноматериал, используемый в безоболочных ковриках.

Тем не менее, пенополиуретановая начинка самонадувающихся ковриков, имеющая очень низкую плотность, может быть повреждена даже несмотря на наличие у самодувающихся ковриков защитной оболочки. Так, например, она может разорваться в результате регулярного поперечного складывания коврика при его упаковке.

Расчёт плотности пеноматериала, используемого в коврике:

Максимально точный расчёт плотности материала, из которого изготовлен туристический коврик, возможен только при соблюдении трёх условий: 1) этот коврик не имеет никакой оболочки; 2) этот коврик имеет прямоугольную форму (если при вычислении плотности материала коврика мы принимаем форму этого коврика за прямоугольную, несмотря на закруглённые углы или сужения этого коврика в отдельных его частях, по сравнению с реальной плотностью материала результат вычисления будет несколько заниженным); 3) материал коврика гомогенен - то есть,  данный коврик не является комбинацией различных материалов; в случае наличия в коврике более чем одного слоя, все слои коврика должны состоять из одного и того же материала.

Формула для вычисления плотности материала: Плотность = Масса / Объём

Поскольку плотность материала измеряется в килограммах на кубический метр, при её вычислении вес и размеры коврика должны быть переведены соответственно в килограммы и метры. Пример: материал реально существующего коврика, изготовленного из закрытоячеистого этиленвинилацетата торговой марки Evazote EV50 и имеющего вес 520 граммов и размеры 190 х 58 х 0,9 сантиметров, будет иметь плотность 52 кг/м³:

0,52 / (1,9 х 0,58 х 0,009) = 0,52 / 0,009918 = 52 кг/м³

Внимание:

При вычислении объёма коврика возможной ошибкой может быть неправильный перевод его толщины в метры (один миллиметр = 1/1000 метра - см. приведённый выше пример: коврик имеет толщину 9 миллиметров, что соответствует 0,009 метра). Небольшое отклонение полученного в приведённом выше примере результата от значения плотности, указанного в самом наименовании пеноматериала (Evazote EV50 = этиленвинилацетат марки "Evazote", имеющий высокое содержание винилацетата (EV) и плотность 50 кг/м³), в данном случае не является релевантным, поскольку самим производителем Evazote EV50 допускается отклонение его плотности в пределах от 41 кг/м³ до 54 кг/м³. Подробнее о пеноматериале Evazote Вы можете прочитать в третьей части этой статьи в разделе "Коврики из этиленвинилацетата (ЭВА, EVA, Evazote)".

● Роль воздуха в теплоизоляции, обеспечиваемой туристическим ковриком

Благодаря этому обстоятельству, несмотря на разнообразие материалов, используемых в различных технологиях производства туристических ковриков, абсолютно все эти технологии используют именно воздух в качестве основного теплоизолирующего элемента. Помимо полимерных материалов, присутствие воздуха в которых подразумевается уже их общепринятым названием ("пеноматериалы"), воздух применяется также и в новейших технологиях производства туристических ковриков (пуховые и микроволоконные коврики): на этот раз используется свойство пуха или микроволокна задерживать (капсулировать) воздух.

Из всех твёрдых материалов, используемых при производстве туристических ковриков, предельным содержанием воздуха (до 99,98 % от общего объёма материала) обладает аэрогель. Большой объём воздуха, закапсулированного в огромном числе ячеек, имеющих наноскопические размеры, сводит почти к нулю все три вида теплопередачи, осуществляемой этим материалом (теплопроводность, конвекцию, тепловое излучение) и является причиной того, что в обиходной речи аэрогель нередко называют "твёрдым воздухом" или "замёрзшим дымом" (о ковриках с наполнителем, частично выполненным из аэрогеля, см. в третьей части данной статьи в разделе 6.4: "Коврики с комбинацией пено- и наноматериалов").

Особо обольщаться насчёт блестящих перспектив увеличения доли воздуха в пенонаполнителе туристического коврика, однако, не следует: на каком-то этапе процесса увеличения содержания воздуха в пеноматериале (и соответствующего ему процесса снижения доли твёрдого полимера), происходит критическое снижение механической прочности коврика. Не следует упускать из виду также и тот факт, что воздух, являясь одним из лучших теплоизоляторов, может не только повышать термоизоляционные свойства туристических ковриков, но также и способствовать их снижению: чем больше воздуха находится в пеноматериале изомата, не имеющего воздухонепроницаемой оболочки, тем меньше этот изомат сопротивляется сдавливанию; сильное сдавливание коврика телом спящего на нём человека означает, в свою очередь, снижение толщины коврика, что, в конечном итоге, приводит к снижению термического сопротивления туристического коврика (R-value; см. выше), то есть, к снижению способности коврика обеспечивать термоизоляцию. Говоря простыми словами, вследствие сдавливания коврик становится более "холодным".

● Роль твёрдого полимера в теплоизоляции туристического коврика

На долю твёрдого полимера приходятся приблизительно 15-20% от общей теплопроводности теплоизоляционных пеноматериалов. Выполняя функцию своеобразного каркаса, удерживающего воздух, он сам по себе также является теплоизолятором. Распределение твёрдого полимера в пеноматериале выглядит следующим образом: примерно 15% от общего объёма полимера приходится на стенки ячеек пеноматериала, около 85% - на места перемычек (рёбер) между ячейками пеноматериала. Эти перемычки образуются на пересечениях стенок трёх смежных ячеек пеноматериала, и имеют в поперечном сечении форму треугольника.

В свете того, что полимер транспортирует тепло намного лучше, чем воздух, весьма обнадёживающим может представляться тот факт, что роль этого полимера в процессе проводимости тепла ковриком значительно снижена благодаря той малой доле, которую он составляет от общего объёма пеноматериала (всего 2%-7% против 93-98% у воздуха, см. выше). Этот факт, однако, покажется не таким уж благоприятным, если принять во внимание такие параметры, как степень деформации пеноматериала под нагрузкой, а также так называемая "остаточная деформация" пеноматериала после снятия нагрузки - то есть, тривиальное сплющивание материала с течением времени. Особенно актуальной представляется проблема деформации материала в случае закрытоячеистых пеноматериалов: в результате воздействия больших сдавливающих нагрузок происходит разрушение стенок их ячеек, приводящее к увеличению открыто-пористой составляющей в структуре этих материалов, что, в свою очередь, весьма существенно снижает как их механическую прочность, так и обеспечиваемую ими термоизоляцию.

Учитывая, что определённое количество открытых ячеек присутствует и в свежеизготовленном закрытоячеистом пеноматериале (см. выше, в разделе "Закрытоячеистые и открыто-пористые пеноматериалы"), одним из способов уменьшения теплопроводности закрытоячеистых пеноматериалов может быть снижение открыто-пористой составляющей в их структуре, достигаемое общим уменьшением размеров ячеек пеноматериала. Снижение открыто-пористой составляющей в структуре пеноматериала способствует не только снижению общей теплопроводности пеноматериала, но и увеличению механической прочности этого материала, а также улучшению способности этого материала поглощать энергию удара, то есть, проявлять бóльшую упругость при сжатии.

При поверхностном рассмотрении вопроса о плотностях пеноматериалов логичным представляется суждение "снижение плотности (веса) пеноматериала достигается за счёт увеличения размеров воздушных ячеек в этом материале". Однако, выявить какую-нибудь зависимость между плотностью закрытоячеистого пеноматериала и размером его ячеек, вряд ли представляется возможным. Ниже мы приводим таблицу, демонстрирующую соотношение диаметра ячеек материала и его плотности на примере данных, опубликованных одним из крупнейших мировых производителей закрытоячеистых пеноматериалов, английской фирмой Zotefoams Plc (производитель марки этиленвинилацетата Evazote, которая в настоящее время используется при производстве туристических ЭВА-ковриков чаще всего).

Как показывает приведённая выше таблица, с увеличением плотности пеноматериалов отчётливого уменьшения размеров их ячеек не наблюдается - таким образом, увеличение плотности пеноматериала происходит за счёт увеличения массы твёрдого полимера в этом материале, то есть, вследствие увеличения толщины "рёбер" (перемычек) на пересечении смежных ячеек пеноматериала и толщины стенок самих ячеек.

● Роль теплового электромагнитного излучения в теплоизоляции коврика

Согласно лабораторным исследованиям, на долю теплового излучения, то есть, передачи тепла в виде электромагнитных волн, приходятся приблизительно 25-30% от общей теплопроводности теплоизоляционных пеноматериалов. Объём теплового излучения, испускаемого пеноматериалом, зависит в основном от размеров ячеек этого материала и от количества твёрдого полимера в стенках его ячеек и в перемычках между ячейками: уменьшение размеров ячеек означает сокращение площади хорошо излучающих поверхностей в пеноматериале, а утолщение стенок ячеек и стыков между ними - усиление "экранирующего эффекта", препятствующего распространению излучения. Уменьшение размеров ячеек пеноматериала, однако, имеет определённый предел, ниже которого производство этого пеноматериала становится технологически более сложным.

Ещё одной мерой, снижающей тепловое излучение, является введение в теплоизолирующий материал дополнительных элементов, отражающих тепловое излучение; в качестве этих элементов могут выступать частицы (хлопья) металлов или природных минералов, например, алюминия или графита. Данный принцип, общим названием которого является "Radiant Heat Return" (RHR, "возврат теплового излучения"), используется, например, американской фирмой Hyalite Equipment (бывшая Pacific Outdoor Equipment, POE): в замкнутое внутреннее пространство оболочки коврика вводятся частицы алюминия, позволяющие повысить значение R-value этого коврика более чем на 10% без увеличения его веса и объёма. Наиболее выраженный эффект подобный принцип даёт при использовании в оболочках, выполненных из тёмных материалов (чёрный, тёмно-синий и пр.).

За счёт введения частиц металлов или природных минералов в пеноматериал, теплопотери, вызванные тепловым излучением, могут быть снижены примерно на 15-20%. При этом необходимо учитывать, что при определённом содержании этих частиц в пеноматериале, преимущество, обеспечиваемое ими, может быть полностью сведено на нет увеличением теплопроводности твёрдого полимера вследствие добавления к нему именно этих частиц.

Принцип "Radiant Heat Return" может заключаться не только во введении в материал ковриков отдельных "отражающих тепло" частиц, но также и в использовании сплошных металлизированных поверхностей с целью отражения теплового излучения. Примером может служить нанесение дополнительного слоя, изготовленного из алюминизированной полимерной плёнки, на поверхность ковриков, изготовленных из закрытоячеистых пеноматериалов. В последнее время подобная технология используется также и при производстве надувных матрасов - так, например, американская фирма Cascade Designs Ltd (производитель широко известных среди туристов ковриков марки Термарест), использует внутри своих надувных матрасов серии Neo Air иногда даже несколько "отражающих барьеров", изготовленных из металлизированных алюминием тонких нейлоновых плёнок.

● Роль конвективных процессов в теплоизоляции туристического коврика

Конвекция - то есть, передача тепловой энергии, происходящая как при естественном (возникающем самопроизвольно вследствие неравномерного нагревания), так и при вынужденном (обусловленном действием каких-либо внешних сил) перемешивании вещества - является в газах практически неизбежной. Согласно исследованиям вспененных полимеров, сколько-нибудь значимая конвекция воздуха возникает в этих материалах только тогда, когда диаметр их ячеек превышает 2-4 миллиметра - таким образом, при исследованиях термических процессов, происходящих в закрытоячеистых пеноматериалах, конвекцией чаще всего пренебрегают (данные о величине ячеек закрытоячеистых пеноматериалов см. в приведённой выше таблице). Вклад конвекции в общую передачу тепла, однако, будет ощутимым в открыто-пористом полиуретане, используемом в "ультралёгких" самонадувающихся ковриках.

Интенсивность конвекции воздуха внутри коврика повышается при увеличении объёма, который внутри коврика занимает воздух, находящийся в свободном состоянии - таким образом, по сравнению с ковриками, изготовленными из пеноматериалов, то есть, материалов, в которых воздух заключён в обладающие очень малыми размерами "капсулы", стандартные надувные матрасы, то есть, туристические подстилки, наполнителем которых является только воздух, обладают намного более выраженной конвекцией, и, соответственно, значительно меньшей теплоизоляцией. Главную роль в этом процессе играет сам спящий на матрасе человек: даже во сне этот человек совершает какие-то движения, и, таким образом, перемешивание воздуха, вызванное сопровождаемым эти движения надавливанием на надувной матрас, носит вынужденный характер (вынужденная конвекция воздуха).

● Взаимосвязь описанных выше физических процессов и явлений

Цель, которую производитель туристического коврика ставит перед собой, заключается в создании конструкции, характеризуемой как минимум тремя признаками:

● малым весом,
● большой износостойкостью,
● хорошими теплоизоляционными свойствами.

При рассмотрении взаимосвязи различных свойств теплоизолирующего пеноматериала, мы неизбежно приходим к выводу о том, что все эти три признака являются некоей функцией от плотности пеноматериала.

Зависимость веса пеноматериала от его плотности является вполне очевидной на основании самого определения понятия "плотность". Очевидной является также и зависимость механической прочности пеноматериала от его плотности: как мы видели выше, снижение плотности пеноматериала заключается в уменьшении толщины стенок ячеек и перемычек между ячейками, что приводит к потере прочности на разрыв, раздир, и по отношению к растягивающим и сжимающим нагрузкам. Этот факт объясняет, например, упомянутое выше обстоятельство, что плотность пенополиуретана, служащего наполнителем самонадувающихся ковриков, в целом меньше плотности закрытоячеистых вспененных полиэтилена и этиленвинилацетата, используемых при производстве туристических ковриков: в отличие от ковриков, изготовленных из других пеноматериалов, самонадувающиеся коврики всегда имеют оболочку, защищающую их наполнитель от повреждений.

Несколько более сложная зависимость наблюдается между плотностью пеноматериала и его теплоизолирующими свойствами. В аспекте повышения теплоизолирующих свойств пеноматериала, идеальной представляется ситуация, когда при изменении плотности пеноматериала, влекущем за собой улучшение его теплоизоляционных свойств, остальные физические параметры этого материала будут оставаться постоянными или же - в случае своего изменения - также будут способствовать улучшению теплоизоляции. Такая ситуация, однако, не представляется реальной.

Пеноматериал с более низкой плотностью имеет большее количество заполненных воздухом ячеек и меньший объём твердого вещества (полимера), то есть, малую толщину стенок ячеек и перемычек между ячейками. В теплоизоляционном аспекте данный факт носит позитивный характер, поскольку благодаря ему в общей теплопроводности материала увеличена роль воздуха как хорошего теплоизолятора и одновременно снижена роль именно того элемента, который обладает значительно большей теплопроводностью, чем воздух. С другой стороны, малая толщина стенок ячеек и перемычек между ячейками означает не только меньшую механическую прочность пеноматериала, но и отсутствие хороших "барьеров", способных препятствовать тепловому электромагнитному излучению, испускаемому пеноматериалом. Если при этом диаметр ячеек будет составлять несколько миллиметров, возрастут также и теплопотери за счёт конвекции, то есть, перемешивания воздуха внутри ячеек. Данная ситуация (низкая плотность пеноматериала и крупные размеры его ячеек) характерна исключительно для открыто-пористого пенополиуретана, используемого в качестве наполнителя ультралёгких самонадувающихся ковриков - однако, недостаток теплоизоляции и прочности компенсируется у этих ковриков их толщиной и наличием прочной оболочки.

Увеличение плотности пеноматериала означает увеличение толщины стенок ячеек и перемычек между ячейками, и, соответственно, уменьшение числа воздушных ячеек в пеноматериале. Таким образом, в этом пеноматериале будет снижена роль такого хорошего изолятора, как воздух, и одновременно увеличен объём теплового потока, проходящего через твёрдый полимер, то есть, ту составную часть пеноматериала, которая обладает как минимум в несколько раз большей теплопроводностью, чем воздух. С другой стороны, увеличение толщины стенок ячеек и перемычек между ячейками уменьшает тот вклад, который вносит тепловое электромагнитное излучение в общую теплопроводность этого материала.

На основании вышесказанного напрашивается вывод о том, что наилучшие теплоизолирующие свойства пеноматериал приобретает только при каком-то определённом значении его плотности; любое отклонение плотности пеноматериала от этого значения - как в ту, так и в другую сторону - будет увеличивать эффективную (общую) теплопроводность пеноматериала и, тем самым, ухудшать теплоизолирующие свойства пеноматериала.

● К вопросу о свойствах воздуха: надувание коврика ртом

Ниже в данной статье мы увидим фотографию ярлыка американского самонадувающегося коврика Термарест (Therm-a-Rest)  с предупреждением о том, что в случае, если этот коврик будет оставлен скатанным в рулон на длительный период времени и с мокрым или влажным наполнителем, то он может быть повреждён плесенью.

Вследствие своей повышенной температуры, воздух, находящийся в лёгких человека, содержит большое количество водяного пара. Таким образом, существует риск повышенной конденсации влаги внутри коврика, надуваемого ртом. Тем не менее, нанести коврику какой-либо существенный ущерб надуванием его ртом можно, вероятно, лишь в том случае, когда коврик надувают от начала до конца только ртом и делают это очень часто и много лет подряд.

Более серьёзной автору представляется другая проблема, способная возникнуть при надувании коврика ртом. Связана эта проблема не с влагой, содержащейся в воздухе, поступающем в коврик из лёгких человека, а с повышенной температурой этого воздуха.

Ночь, проводимая за пределами отапливаемого жилища, почти всегда сопровождается постепенным снижением температуры окружающего воздуха (своего минимума эта температура обычно достигает в ранние утренние часы непосредственно перед восходом солнца). Естественным следствием снижения температуры окружающего воздуха является снижение и температуры воздуха, находящегося внутри туристического коврика. При снижении температуры воздуха внутри коврика, скорость движения его молекул снижается, силы их взаимного притяжения увеличиваются, и поэтому воздух сжимается, то есть, уменьшает свой объём. Соответственно, увеличивается мягкость коврика и уменьшается его толщина. Что, в свою очередь, способно снизить как комфорт лежания на коврике, так и теплоизоляционные свойства этого коврика.

Знакомый с этим эффектом турист не заподозрит свой коврик в проколе,  а будет стараться накачивать его на ночь не тёплым воздухом из своих лёгких, а, по возможности,  более холодным окружающим воздухом - то есть, накачивать коврик специальным насосом или мешком. Данный способ не может полностью предотвратить частичное сдувание коврика при ночном снижении температуры окружающего воздуха, но, по сравнению с надуванием коврика ртом, несколько уменьшает масштабы этого сдувания.

На следующей фотографии мы видим туристический коврик, который был надут до отказа и затем оставлен на одну неделю в помещении с постоянной температурой плюс 20 градусов Цельсия; за неделю коврик не изменил своей "позы" и практически не потерял воздуха.

Коврик после одной недели пребывания в помещении при температуре +20 ^оС.

Следующие 3 фотографии демонстрируют постепенное (через 5 минут, через 20 минут и через 2 часа) сдувание коврика после выноса его на улицу, где температура воздуха составляла 0 градусов Цельсия. Коврик был предварительно накачан до отказа внутри помещения с температурой воздуха около плюс 20 градусов Цельсия.

Коврик после 5 минут пребывания на улице при температуре 0 ^оС.

Коврик после 20 минут пребывания на улице при температуре 0 ^оС.

Коврик после 2 часов пребывания на улице при температуре 0 ^оС.

Отметим, что приведённые выше фотографии иллюстрируют достаточно "безобидную" ситуацию (температура воздуха на улице составляет всего лишь 0 градусов, что вряд ли можно назвать неким "критическим уровнем"). Желающий провести аналогичный эксперимент в более "серьёзных" условиях, может в морозный зимний день сильно накачать свой коврик внутри отапливаемого помещения, а потом выйти с этим ковриком на улицу. Коврик потеряет свою форму и "скиснет" уже в тот момент, когда "экспериментатор" произведёт всего лишь первый шаг за пределы своего дома.

"Мы говорим термоизоляция, подразумеваем - температура".
 Какая это температура?

Lufttemperatur: температура воздуха (красная линия)

Taupunkt: точка росы (синяя линия)

Oberflächentemperatur: температура поверхности почвы (чёрная линия); измерение температуры производится бесконтактным методом с помощью пирометра (датчика инфракрасного излучения)

Данные: Lawinenwarndienst Tirol

(Из одного туристического интернет-форума; названия магазина и ковриков удалены)

Общим правилом, касающимся взаимозависимости численного значения R-value, теплоизоляционных свойств и толщины коврика, является следующее: чем выше численное значение R-value коврика, тем более "тёплым" является этот коврик; чем сильнее надут коврик, тем выше показатель его R-value. В технических характеристиках ковриков, толщина которых, в зависимости от условий их использования, может варьироваться подкачиванием или выпуском воздуха, показатель термического сопротивления всегда соответствует полной толщине ковриков, то есть их максимальному наполнению воздухом.

Таким образом, термическое сопротивление (R-value) надуваемого коврика в реальных условиях его эксплуатации почти никогда не достигает того значения, которое декларируется производителем в технических данных этого коврика. Ведь пользователь надуваемого коврика вряд ли пожелает спать на подстилке, надутой до состояния дубовой доски, и, скорее всего, воспользуется возможностью улучшать комфорт своего сна посредством частичного выпуска воздуха из коврика.

ВНИМАНИЕ:

Тому читателю, который попал на эту страницу не в поисках "теории", а всего лишь желая узнать, каким R-value обладает его туристический коврик, следует нажать на картинку, данную справа. Таким образом, этот читатель перейдёт прямо к формулам, выведенным автором данной статьи для самостоятельного приблизительного расчёта R-value коврика, изготовленного из пеноматериала, в следующих двух случаях: когда указанное в технических характеристиках коврика значение R-value вызывает сомнения, и когда в технических характеристиках коврика полностью отсутствует какой-либо параметр, характеризующий его теплоизолирующую способность.

Внимание: принятие в 2018 году нового американского стандарта определения R-value туристических ковриков явилось причиной, по которой в 2019 году фирма Cascade Designs (производитель ковриков бренда Therm-a-Rest) изменила значения R-value, указанные в технических характеристиках выпускаемых ею ковриков. У большинства этих ковриков R-value несколько повысился, у нескольких ковриков - понизился. Распознать "новое" значение R-value ковриков бренда Therm-a-Rest можно на сайте производителя по специальной метке "ASTM F3340", сопровождающей декларированное значение R-value (см. следующую картинку).

Внимание: в данной статье за "новыми", то есть, вычисленными в соответствии с новым американским стандартом ASTM F3340, значениями R-value следует дополнение "(ASTM)".

Внимание: к 1 января 2020 года был осуществлён переход прочих американских производителей туристических ковриков на новый стандарт определения R-value. Ещё ранее на новый стандарт перешли и некоторые неамериканские производители, например, Sea To Summit (Австралия) и Mountain Equipment (Великобритания).

Как бы то ни было, некоторые производители до сих пор приводят данные о предельных температурных значениях, соответствующих R-value выпускаемых ими ковриков, и посему обойти вниманием эту тему мы не можем. В таблице, данной справа, приведены несколько примеров из информационных материалов, публикуемых швейцарской фирмой Exped, и демонстрирующих соответствие некоторых значений R-value (R) максимально низким температурам (Т), при которых сон на коврике не будет потревожен ощущением холода. Добавим, однако, ещё несколько соображений, касающихся подобных таблиц и самого R-value:

● R-value коврика ниже 3,0 => использование коврика летом
● R-value коврика от 3,0 до 5,0 => использование коврика весной, летом и осенью
● R-value коврика выше 5,0 => использование коврика круглогодично

С помощью программы Microsoft Excel, позволяющей автоматически аппроксимировать наблюдаемый на графике тренд и вывести его формулу, мы "усредняем" соединяющую все 16 точек нашего графика линию (чёрная линия на графике, приведённом справа; график увеличивается нажатием) и выводим уравнение, позволяющее определить предельную температуру использования коврика по указанному в технических характеристиках этого коврика значению его термического сопротивления (R-value). Результат, после округления всех чисел в этой формуле до одного знака после запятой, выглядит следующим образом:

Внимание: в 2018 году Ижевский Завод Пластмасс начинает публиковать значения R-value производимых им ковриков. Таким образом, у нас имеется возможность сравнить результат нашего расчёта R-value ижевских ковриков, проведённого в 2011 году, с официальными данными производителя этих ковриков. Нажав на приведённую слева картинку, Вы можете перейти к статье "Расчёт R-value ижевского коврика"; материал откроется в новом окне браузера.