Stručný popis mechanismů šíření tepla
Při outdoorových aktivitách je jednou z velmi důležitých složek komfortu ochrana před nepříznivými vlivy nízkých teplot na lidské tělo. Pokud nemáme k dispozici externí zdroje energie, připadá v úvahu pouze pasivní ochrana pomocí tepelné izolace. To, co vydává energii, je lidské tělo, a tepelná izolace má zajistit, aby se tato vydávaná energie pokud možno neztrácela. Jak tedy tepelná izolace funguje?
Nejprve trochu teorie. Pro přenos tepla principiálně existují tři mechanismy – záření, vedení nebo proudění. Co přesně znamenají tyto mechanismy a jaký je jejich význam v reálných podmínkách?
Teplo se vždy šíří od místa s vyšší teplotou k místu s nižší teplotou. Při tepelném záření dochází k vyzařování energie ze zdroje ve formě elektromagnetických vln a jeho následnému pohlcování ozařovaným tělesem. Zdrojem je jakékoli těleso s nenulovou absolutní teplotou a vyzařovaná energie je úměrná čtvrté mocnině této absolutní teploty. K přenosu tepla zářením není třeba žádné zprostředkující médium, teplo se tímto mechanismem šíří i ve vakuu. V reálných podmínkách outdoorového využití (venkovní teplota, teplota lidského těla) je však množství energie přenášené tímto mechanismem vcelku zanedbatelné, dosahuje maximálně několika procent celkově přenesené energie.
Další dva mechanismy přenosu tepla, tedy proudění a vedení, probíhají pouze v prostředí, které je vyplněno nějakou látkou. Příčinou šíření je neustálý pohyb částic hmoty. Vzájemným působením mezi jednotlivými částicemi dochází k předávání kinetické energie a to tak dlouho, dokud nedojde k vyrovnání teplot. V případě proudění je zprostředkující látkou kapalina nebo plyn. Přenos tepla tímto mechanismem je možné omezit, pokud zabráníme pohybu zprostředkující látky.
Při vedení se tepelná energie šíří v nepohyblivé hmotě. Teplo je předáváno jako mechanická energie při vzájemném působení sousedních molekul. Čím je tedy prostředí řidší (sousední molekuly jsou více vzdáleny), tím je přenos tepla tímto mechanismem menší. U pevných látek a kapalin je vzdálenost molekul řádově shodná. U plynů je však o několik řádů vyšší. Proto jakýkoli plyn, tedy i vzduch, je lepší izolant pro vedení tepla než jakákoli pevná látka. Nejlepším izolantem je bezpochyby vakuum, ovšem jeho využití si lze představit u termosky, ale ne u oblečení nebo spacího pytle.
Z toho, co jsme si až doposud řekli, jednoznačně vyplývá, že nejvhodnější izolační materiál musí být vzduch, pokud se nám podaří zabránit jeho proudění. Izolační vrstva musí být proto rozdělena na velké množství malých „komůrek“ a dělící stěny musí mít co nejtenčí, aby příliš nesnižovali tepelný odpor. Dělící stěny musí být z pevné látky a ta jak víme, má výrazně nižší tepelný odpor než vzduch.
Pro skladnost je nejvýhodnější, pokud můžeme vzduch z izolační vrstvy jakoby vyfouknout. Porovnáme-li samonafukovací matraci s klasickou nafukovací matrací, při stejné tloušťce lépe izoluje samonafukovací matrace, neboť vzduch se nachází v malých komůrkách polyuretanové pěny a jeho proudění je výrazně omezeno, zatímco v klasické nafukovací matraci vzduch v relativně rozsáhlých vzduchových komorách proudí. Na druhé straně jsou nafukovací matrace obvykle silnější. Samonafukovací matrace s pěnou bez odlehčovacích otvorů pochopitelně izolují lépe než samonafukovací matrace s odlehčovacími komorami.
U oblečení či spacího pytle je doposud nejlepším řešením péřová izolační vrstva. Oproti jakémukoli syntetickému materiálu je peří lehčí, skladnější a má vyšší tepelný odpor. Opět to, co v péřové vrstvě izoluje je vzduchem a peří pouze velmi účinným způsobem brání jeho proudění.