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2010年2月 8日 (月)

登山用 サーマレストのマットレスを数値的な根拠で選ぶ その2 熱抵抗値

 2月5日に記した『サーマレストのマットレスを数値的な根拠で選ぶ』のブログで、暖かさについての定義を記していなかったので、次に記す。
 サーマレストのカタログで謳われる『暖かさ』とは熱抵抗のことである。では熱抵抗(R値)とはどんなものか?
 先ず、オームの法則を思い出してみる。電気の基本的な法則であるが、電圧=電気抵抗×電流の式で表される。電圧は、電位差、つまり電圧の差でもある。この式を熱に置き換えると、温度差=熱抵抗×熱流になる。熱抵抗=温度差/熱流。

温度差とは、マットレスの地面側を基準点として、背中側となる面の温度の差。単位は℃。熱流とは、単位時間当たりに流れる熱エネルギーの量。単位はW。熱抵抗の単位は℃/W。
 熱抵抗Rは、R=厚さt/(面積A×熱伝導率λ)で表すことが出来る。即ち厚い方が熱を伝え難く断熱性がよいと言える。熱伝導率、言葉の通り熱の伝わりの度合い。http://www.ohm.jp/product/tech/05.html を見ると様々な材料の熱伝導率が記されている。例えば、銅は350W/(m・K)に対して、発泡ポリエチレンは、0.035W/(m・K)なので、1万倍もの差があり、銅より発砲ポリエチレンの方が熱を伝え難いことになる。全般的に熱伝導率は、金属は、鉄75、アルミニウム230等で高く、有機系のゴム0.13、皮0.14等で低い。

 発泡ポリエチレンは銀マットの材料である。Z―ライトの材料は、EVAフォームとされている(EVAはエチレンビニルアセテート)。EVAの熱伝導率は一般に0.1~0.3W/(m・K)。銀マットの発泡ポリエチレンより熱伝導率が高い。つまり、Zライトより銀マットの方が材料としては、マットレスに向いていることになってしまう(=高いZライトより安い銀マットがよい)。
 しかし、Zライトは、本当にEVAフォームか?モチヅキのサイトには書いていないようだし、書いてあるのは現時点では国内の一部通販サイトか個人サイトくらいだ。アメリカのサーマライトのサイトを見ても材料は記していないようだが、他のサイト、例えば、「thermarest Z Lite material」の3単語でググるとアメリカの通販のサイトがヒットする。
トップでヒットするSPORTSunlimited.comでは、Material=材料は、Cross Linked Polyethylene=架橋ポリエチレンになっている。架橋ポリエチレンの熱伝導率は、0.033w/(m・k)前後で、これなら銀マットの発泡ポリエチレンと同等である。
 では、どちらの材料が正しいのか?サーマレストのサイトに記載がない以上明言は出来ないが、私は架橋ポリエチレンと思っている。
 
 使用している材料の熱伝導率がほぼ同じであれば、後はマットレスの厚さが熱抵抗値へ影響してくる。厚みが同じであれば、ほぼ同じ熱抵抗値になる筈だが、銀マットのように平面にアルミ蒸着の構造か?Zライトのような凹凸が熱抵抗へどのような影響するかがポイントになる。
 アルミ蒸着はアルミによる熱反射、凹凸は対流のない空気の小部屋を作り断熱を狙うのだと思うが、ここから先は高額なシミュレーションソフトか現物で実験をしてみないことには分からないだろう。

参考
 住宅用の断熱材として利用されるグラスウール(高性能グラスウール)は、密度16Kg/m3、厚さ100mmで熱抵抗値が2.6程度である。
 http://www.glass-fiber.net/tigau/1.html
 2.6と言えば、サーマレストのネオエア2.5より暖かいが、グラスウールの場合は、同じ性能を出すためには100mmもの厚さが必要になる。
 本ブログを書くに当たって参考にしたサイト
http://heat.mech.kumamoto-u.ac.jp/htsj_kyushu/ppt/27_5.pdf
http://www.necel.com/pkg/ja/
characteristic/heat01_02.html


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