Mitä makuualustan R-arvo oikeastaan tarkoittaa?

Makuualustojen yhteydessä puhutaan R-arvosta. Mitä suurempi R-arvo, sitä paremmin alusta eristää nukkujan kylmästä maasta. Esimerkiksi talvikäyttöön tarkoitetun makuualustan R-arvo voi olla 5 tai 6, kun kesäalustalla se saattaa jäädä alle kahden.

Makuualustan ja sen alla olevan lisäeristeen tehtävänä on vastustaa lämmön siirtymistä nukkujasta kylmään maahan. Tätä lämmönvastusta kuvataan R-arvolla.

R-arvo ei kuitenkaan ole mikään erityisesti retkeilyä varten keksitty suure. Kyse on aivan tavallisesta lämmönvastuksesta. Sama suure tulee vastaan esimerkiksi rakentamisessa, tarkemmin rakennusfysiikassa.

Jos makuualustan R-arvoa yrittää verrata vaikkapa rakennusmateriaalin R-arvoon, vastaan tulee pieni hämmennys. Luvut eivät tunnu olevan lainkaan samalla asteikolla.

Eivätkä ne olekaan, vaikka niillä kuvataan samaa fysikaalista asiaa. Ero syntyy siitä, että R-arvot ilmoitetaan eri yksikköjärjestelmissä. Siksi rakennusmateriaalin teknisissä tiedoissa oleva R-arvo ja makuualustan kyljessä oleva R-arvo näyttää aivan erilaisilta, vaikka molemmilla kuvataan samaa fysikaalista asiaa.

Mitä R-arvo kertoo?

Lämmönvastus kertoo yksinkertaistettuna, kuinka voimakkaasti materiaalikerros vastustaa lämmön siirtymistä sen läpi. Mitä suurempi R-arvo, sitä paremmin kerros eristää.

Tasapaksun materiaalikerroksen lämmönvastus voidaan laskea kaavalla

R = d λ

jossa:

• R = lämmönvastus (m²K/W)
• d = materiaalin paksuus (m)
• λ = materiaalin lämmönjohtavuus (W/(mK))

Ajatus on varsin yksinkertainen. Paksumpi kerros eristää paremmin, ja mitä pienempi materiaalin lambda-arvo on, sitä huonommin se johtaa lämpöä – ja sitä parempi lämmöneriste se on.

Jos materiaalin paksuus ja lambda tunnetaan, sen laskennallinen lämmönvastus voidaan siis selvittää melko helposti.

Sama R-arvo, eri yksiköt

Suomessa ja muualla SI-järjestelmää käyttävässä maailmassa lämmönvastuksen yksikkö on:

m²K/W

Makuualustojen ASTM F3340 -standardissa lämmönvastus määritetään ensin SI-yksiköissä (m²K/W). Kuluttajille tuttu makuualustan R-arvo on tästä muunnettu arvo, joka ilmaistaan yhdysvaltalaisissa yksiköissä:

ft²·°F·h/BTU

Kyse ei siis varsinaisesti ole esimerkiksi ”rakennusalan R-arvosta” ja ”retkeilyn R-arvosta”, vaan samasta fysikaalisesta suureesta eri yksiköissä.

Muunnos SI-järjestelmästä US-järjestelmään tehdään:

R_US = R_SI × 5,678

Ja vastaavasti US-järjestelmästä SI-järjestelmään tehdään:

R_SI = R_US 5,678

Käytännön muistisäännöksi riittää hyvin, että makuualustan R-arvo noin 5,7 vastaa 1,0 m²K/W:n lämmönvastusta.

Esimerkki: 4 mm eristysmatto

Otetaan esimerkiksi Bilteman 4 mm paksu Thermofolie-lämpöeristematto, jonka ilmoitettu lämmönjohtavuus λ on 0,0379 W/(mK).

Ensin millimetrit muutetaan metreiksi:

4 mm = 0,004 m

Sen jälkeen voidaan laskea lämmönvastus:

R = 0,004 0,0379 ≈ 0,106 m²K/W

Muutetaan tulos makuualustoista tutulle asteikolle:

0,106 × 5,678 ≈ 0,60

Neljän millimetrin eristysmaton laskennallinen R-arvo olisi siis makuualustoista tutulla asteikolla noin 0,6.

Näin laskien teltan pohjalle suunnitellun lisäeristeen lämmönvastuksesta saa jo melko hyvän käsityksen ennen kuin materiaalia lähtee hankkimaan.

Käytännön esimerkki: Routa- ja pakkasmatto

Pelkkä materiaalin paksuus ei siis vielä kerro, kuinka hyvin se eristää.

Hyvä esimerkki tästä löytyy Meltexin solumuovituotteista. Valmistajan esitteen mukaan sekä routamattoa että pakkasmattoa on 10 mm paksuisena. Niiden lämmönjohtavuudet ovat kuitenkin erilaiset: routamatolle ilmoitetaan λ = 0,039 W/(mK) ja pakkasmatolle λ = 0,050 W/(mK).

10 mm routamatto:

R = 0,010 0,039 ≈ 0,256 m²K/W

Makuualustoista tutulla asteikolla:

0,256 × 5,678 ≈ 1,46

10 mm pakkasmatto:

R = 0,010 0,050 = 0,200 m²K/W

ja vastaavasti makuualustoista tutulla asteikolla:

0,200 × 5,678 ≈ 1,14

Samanpaksuisen routamaton laskennallinen lämmönvastus on siis noin 28 prosenttia suurempi kuin pakkasmaton.

Routa- ja pakkasmaton ero havainnollistettuna R-arvon suhteen

Sekään ei kuitenkaan tarkoita, että routamatto olisi automaattisesti jokaiseen tarkoitukseen parempi materiaali. Meltex ilmoittaa routamaton tiheydeksi 30 kg/m³ ja pakkasmaton 20–25 kg/m³. Valmistajan mukaan pakkasmatto on rakenteeltaan routamattoa kevyempää. Teltan pohjaeristeeksi routamatto olisi siis lämmöneristyksen kannalta näistä kahdesta tehokkaampi, mutta samalla pakkasmatto on kevyempää.

Retkeilyvarusteissa valinta onkin yleensä kompromissi lämmöneristävyyden, painon, pakkauskoon, kestävyyden ja hinnan välillä. R-arvo kertoo lämmöneristävyydestä, mutta ei yksin sitä, mikä materiaali on omaan käyttöön paras.

Laskettu R-arvo ei ole sama kuin testattu R-arvo

Materiaalin paksuudesta ja lambda-arvosta laskettu tulos kuvaa materiaalikerroksen laskennallista lämmönvastusta. Valmiiden makuualustojen R-arvot puolestaan määritetään standardoidulla ASTM F3340 -testimenetelmällä, jossa mitataan koko valmiin tuotteen lämpövastusta.

Siksi esimerkiksi Meltexin routamatolle laskettua arvoa R ≈ 1,46 ei pidä esittää ASTM-testattuna makuualustan R-arvona. Se on laskennallinen arvo, joka perustuu valmistajan ilmoittamaan materiaalin lämmönjohtavuuteen ja paksuuteen.

Tee-se-itse-ratkaisuissa tällainen laskenta on silti varsin käyttökelpoinen tapa arvioida suuruusluokkaa ja vertailla eri materiaaleja keskenään.

Lähteet ja lisätietoa

• ASTM International: ASTM F3340 – Standard Test Method for Thermal Resistance of Camping Mattresses Using a Guarded Hot Plate Apparatus
• Meltex: Solumuovituotteet – routa- ja pakkasmattojen tekniset tiedot
• Biltema: Thermofolie-lämpöeristematto – tuotetiedot