Обогрев одноместной палатки ночью

Обогрев палатки в ночное время (то есть, во время сна) при отрицательных температурах актуален в тех случаях, когда теплозащитные свойства спального мешка в значительной степени не соответствуют температуре воздуха в палатке (полусон в режиме «терпеливо жду рассвета» или когда приходится вставать и включать горелку). Либо когда состояние участника диктует необходимость дышать теплым воздухом (бронхит и пр.). Либо когда накопленная за несколько дней холодовая усталость начинает сказываться на самочувствии и работоспособности в дневное время.

Обогрев одноместной палатки в походных условиях имеет ряд особенностей, обусловленных её габаритами. Так, обогревательные устройства должны быть безопасными в плане угарного газа, а также иметь небольшие размеры и незначительный расход топлива, хорошую остойчивость или приспособление для подвешивания к потолку, низкую пожароопасность. При этом следует учесть, что использование обогревателей во время сна предполагает прекращение контроля над работой данных устройств.
К обогревателям относятся инфракрасные излучатели и лампы, которые работают на газе, бензине, керосине или парафине. Существуют также обогреватели, работающие на спирту, но в России спирт приобрести крайне сложно. В таежных условиях можно использовать дровяные мини – печки, однако даже в тлеющем режиме дрова в таких печках сгорают за 1-1,5 часа. Спать в таком стиле несколько суток подряд на фоне высоких физических и психических нагрузок может далеко не каждый человек. Большинство людей после полноценного рабочего дня на морозе, вечером в тепле на фоне усталости быстро засыпают и просыпаются только от холода. Если горение в мини-печке устанавливается на режим минимального тления, печка перестает работать как отопительное устройство. Кроме того, печка требует увеличения размера палатки (место для печки и дров) и двумя квадратными метрами тут не обойтись.

СВОЙСТВА ТОПЛИВ ДЛЯ ГАЗОВЫХ, БЕНЗИНОВЫХ, КЕРОСИНОВЫХ И ПАРАФИНОВЫХ ОБОГРЕВАТЕЛЕЙ
Речь идет о топливах разного вида: твердом топливе (парафин), жидком топливе (бензин и керосин) и топливе, которое может применяться как в виде газа, так и в виде жидкости (сжиженный газ). С эксплуатационной точки зрения имеют значение такие свойства топлив как теплота сгорания, температура замерзания, температура вспышки, температура кипения (жидкого газа), температура воспламенения и температура самовоспламенения.
По теплотворной способности топлива, применяемые в обогревателях, выглядят следующим образом:
Удельная (низшая) теплота сгорания (кДж/кг)
Бутан 49500
Пропан 50350
Бензин 47300
Керосин 43000
Парафин 11200
Очевидно, что парафин в этой компании явный аутсайдер.

С точки зрения морозоустойчивости топлива, применяемые в горелках, выглядят следующим образом:
Температура замерзания
Бутан -132°С
Пропан -188°С
Парафин не боится низких температур
Бензин Калоша (Галоша), нефрас С2 -40°С
Бензин автомобильный «зимний» для средней полосы -60°С
Керосин осветительный -47°С
Из приведенной таблицы следует, что в этой группе лидирует парафин, далее следует жидкий газ. Кроме того, очевидно, что мнение о «всепогодности» бензина Калоша является преувеличенным.

С точки зрения морозоустойчивости газа «как газа» имеет значения температура парообразования, или температура кипения. Ниже этой температуры газ переходит в жидкое состояние, т.е. перестает гореть и на него начинают распространяться законы жидких топлив.
Температура кипения
Бутан -1°С
Пропан -42°С
В зимних газовых горелках обычно используется бутан-пропановая смесь, и границей работоспособности этого смешанного газа считается -20/-25°С.

Как жидкое топливо газ начинает выступать в том случае, если баллон с газом переворачивается вниз «головой» и газ поступает в парообразовательную трубку горелки мультитопливного типа в жидком виде. При этом возможны два варианта событий.
Если горелка находится выше уровня баллона (Jetboil), газ поступает в горелку за счет внутреннего давления газа в баллоне, а также подсасывающего воздействия предварительно разогретой парообразующей трубки. Поэтому данные устройства не работают при температурах ниже -20/-25°С (становится недостаточным фактор внутреннего давления газа в баллоне).
Если горелка находится ниже уровня баллона, газ поступает в парообразующую трубку за счет гидростатического давления, то есть самотеком, температура воздуха не имеет значения, так как температура замерзания сжиженного газа ниже -100°С.

С точки зрения опасности пожара и взрыва имеет значение температура самовоспламенения топлива. Это температура, при которой происходит резкое усиление горения (т.н. плазменное горение) или взрыв.
Температура самовоспламенения
Бутан 405°С
Пропан 470°С
Парафин 300°С
Бензин 246°С
Керосин 200-400°С (в зависимости от давления среды)
Для предотвращения самовоспламенения необходимо следить за состоянием топлива, нельзя допускать его перегрева. Поэтому нельзя накрывать работающий прибор или оставлять его в работающем состоянии в летнее время на солнце. В частности, с этим фактором связано ограничение площади котелка, который ставится на примус. Если бензин в примусе нагреется до 246°С, произойдёт его самовоспламенение. В этом случае из предохранительного клапана вырывается столб пламени, что некоторые пользователи трактуют как взрыв. Это возможно в том случае, если в предохранительном клапане залипает резиновая уплотнительная прокладка. Если клапан находится в работоспособном состоянии, из него в такой ситуации должен выходить маленький язычок пламени, при этом из бака сбрасывается избыточное давление. Для предотвращения самовоспламенения бензина клапан необходимо периодически разбирать (вопреки рекомендациям производителей) и обрабатывать уплотнительную прокладку высокотемпературной смазкой. Кроме того, в силу старения резины уплотнительную прокладку необходимо периодически менять.

С точки зрения эксплуатационных характеристик при низких температурах имеет значение температура вспышки и воспламенения.
Температура вспышки – это наименьшая температура, при которой пары над поверхностью вещества вспыхивают в воздухе под воздействием источника зажигания, однако устойчивого горения после удаления источника зажигания не происходит.
Температура воспламенения – это наименьшая температура, при которой горючее вещество способно гореть самостоятельно после прекращения воздействия источника зажигания.
В процессе работы с нагревательным устройством топливо последовательно проходит две выше названные стадии. Вначале к источнику топлива подносится горящая спичка (зажигалка), при этом происходит вспышка горючего вещества, в результате которой температура в зоне воздействия вспышки повышается до уровня воспламенения топлива. Все обогреватели устроены таким образом, что, если вспышка произошла, воспламенение топлива в устройстве гарантировано (при оговоренных в паспорте изделия режимах эксплуатации). Поэтому для нас важна температура вспышки. Проще говоря, это температура, при которой топливо можно поджечь спичкой.
Температура вспышки
Бутан 69°С. https://gazovoz.com/poleznaja-informacija/sug.
Пропан 96°С. https://gazovoz.com/poleznaja-informacija/sug.
Парафин 160°С. http://www.ximicat.com/info.php?id=4067.
Бензин -43°С. https://sibcontrols.com/ru/tjempjeratura_vspyshki.
Керосин 28/72°C (в зависимости от давления среды) https://ru.wikipedia.org/. Керосин.
Из приведенной таблицы, в частности, следует, что все перечисленные виды топлив в нормативных условиях эксплуатации можно поджечь спичкой, так как температура пламени спички в его нижнем ореоле составляет около 750°С. Однако плоскую поверхность парафина, находящегося в твердом состоянии, обычной спичкой поджечь невозможно, так как парафин вначале должен перейти в жидкое состояние, а затем превратиться в пар с определенной концентрацией парафина. Поэтому для работы свечи нужен фитиль.

Выше были перечислены эксплутационно-значимые свойства топлив для газовых, бензиновых, керосиновых и парафиновых обогревателей. Далее рассмотрим свойства самих обогревателей, в частности такие, как Расход топлива / Вес / Габариты / Мощность. Учитывая разнообразие нагревательных устройств, возьмем за основу приборы со средними параметрами.

ЛАМПЫ
1. Газовая лампа Kovea KL-805 Firefly
Расход топлива, гр./час 32
Вес, гр. 146
Размер, мм 73x69x107
Мощность номинальная 430 Вт (освещенность 40 lux)
2. Бензиновая лампа Northstar (Coleman)
Расход топлива
Объем топливного бака - 0,94 л
Время горения на одной заправке при минимальной мощности 14 час.
Вес, гр. 1800
Размер, мм 360 x 150
Мощность, Вт 200
https://www.youtube.com/watch?v=JmsDoI-yt2A
3. Керосиновая лампа Petromax 150HK
Время работы до 6 час.
Вес, гр. 1350
Размер, мм 290 x 125
Мощность, Вт 100
http://hunting-club.org/forum/index.php?/topic/1788-akskljuzivnie-kerosinovie-lampi-petromax-germanija-i-ne/
https://www.youtube.com/watch?v=4Y8nUFNx5Xk
В данном перечне по совокупности параметров «вес и габариты» выигрывает газовая лампа. К недостаткам бензиновых и керосиновых ламп относятся неприятные запахи и обилие отработанных газов. Таким образом, выбор очевиден - газовая лампа.
Отметим, что газовые лампы делятся на три класса в зависимости от мощности. Лампы малой мощности, в соответствии с инструкцией пользователя, предназначены для освещения палатки изнутри, лампы средней и большой мощности относятся к наружным светильникам. Так, газовая лампа Kovea KL-805 Firefly позиционируется как лампа для освещения и обогрева палатки. https://kovea.ru/gazovaya-lampa-firefly-kl-805.html
Вместе с тем, представляют интерес разработки на основе обычных керосиновых ламп с выводной трубой, если в них в перспективе будут уменьшены габариты и стекло будет заменено на металл. Например, керосиновая лампа для отопления палатки.
https://www.youtube.com/watch?time_continue=394&v=dqmV4UDSE8I&feature=emb_logo

ИНФРАКРАСНЫЕ ОБОГРЕВАТЕЛИ
1. Обогреватель газовый Орион
Данное устройство относится к категории сетчатых инфракрасных излучателей.
Расход топлива, гр./час 65
Вес, гр. 270
Размер, мм 160 х 165 х 240
Мощность, кВт 1,2
https://www.youtube.com/watch?v=3jsHItdRpw4
2. Газовый каталитический обогреватель Kovea KH-1203 Cupid Heater
Расход топлива, гр/час 71
Вес, гр. 1400
Размер, мм 215×125×185
Мощность, кВт 1
https://www.youtube.com/watch?v=GYrNUrRc0uE
Важным плюсом каталитических обогревателей является отсутствие угарного газа при окислении топлива. Однако в инструкции по эксплуатации прибора указано, что спать при включенном обогревателе нельзя.
3. Обогреватель бензиновый бытовой "ОИБ-2С"
Аналог обогревателя Эверест, который был предназначен для эксплуатации на открытом воздухе, но активно использовался альпинистами для обогрева палаток.
Расход топлива, гр./час 100/170
Вес, гр. 2300
Размер, мм 220х141
Мощность, кВт 1,2/2,0
Емкость баллона, л 0,8
Продолжительность работы при полной заправке до 6 час.
https://www.youtube.com/watch?v=ZRipNe12Va4
4. Обогреватель керосиновый Kerona WKH-2310
Обогревателей с небольшими габаритами мне найти не удалось
Расход топлива, л/час 0, 25
Емкость топливного бака 5,3 л
Вес, гр. 5400
Размер, мм 325х325х482
Мощность, кВт 2,5
https://www.youtube.com/watch?v=BB2HWqOU6BI (аналог того же производителя)
Заметим, что инфракрасные обогреватели хорошо нагревают предметы с высокой тепловой поглощаемостью (т.е. поглощающие, а не отражающие тепло), но в плане нагревания воздуха в палатке у инфракрасных излучателей низкий КПД. Вместе с тем, в инструкциях по эксплуатации данных обогревателей указывается «не оставлять без присмотра», «предназначен для использования на открытом воздухе» или «спать при включенном обогревателе нельзя». Таким образом, данное устройство нам не подходит.

ПАРАФИНОВАЯ ПЕЧКА (с выводной трубой)
Расход топлива, гр./час 11
Вес, гр. около 400
Размер, мм 100 (диаметр) ×110 (высота)
Мощность, Вт ≈31
https://risk.ru/blog/218112

Подведем итоги: из широкого перечня отопительных приборов в одноместной палатке в качестве ночных обогревателей по совокупности требований могут рассматриваться только маломощная газовая лампа (которую производитель позиционирует как средство не только для освещения, но и для обогрева палатки) и парафиновая печка. При этом проблема света, мешающего спать при использовании лампы, легко решается за счет оборачивания колбы лампы металлической фольгой из-под Колы (или пива).
Очевидно, что парафиновая печка не является эффективным обогревателем, вместе с тем, она не боится отрицательных температур. У газовых ламп есть серьезный минус – они чувствительны к отрицательным температурам. То есть, невольно напрашивается решение – эти устройства целесообразно комбинировать.

Актуальным является вопрос: какой минимальный уровень температуры воздуха в палатке зимой является точкой отсчета для применения обогревательных устройств в ночное время. В широкой практике проблема сводится к поддержанию в палатке температуры около -5°С. При такой температуре не происходит значительной потери тепла через дыхательные пути и не мерзнет лицо, именно такой является температура комфорта большинства зимних спальных мешков с синтетическими наполнителями (невзирая на то, что производители обещают температуру комфорта -10°С и ниже) и малобюджетных пуховых спальников.

Ниже представлены результаты экспериментов, в которых участвовала газовая лампа Camp (мощность 27 lux) и парафиновая печка с выводной трубой (мощность около 30 Вт). Лампа стояла на дне палатки. Использовались палатка Triton Wanderer Aiu (двухслойная, с юбкой, внутренний объем ≈1,5 куб.м.) и спальный мешок синтетического типа с субъективной температурой комфорта -5°С. За основу был взят режим горения лампы в виде начала яркого свечения. Лампа в таком режиме потребляет около 20 гр. газа. Использовался резьбовой газовый баллон 450 гр., который гарантированно обеспечивал работу устройства в течение 8 часов. Заметим, что режим горения свечи регулировать практически невозможно (точнее очень сложно), при недостатке кислорода она сразу гаснет.
Наличие угарного газа в палатке контролировалось при помощи портативного газоанализатора Bradex, который включает громкий сигнал при критической концентрации угарного газа. Вначале замерялась температура воздуха в районе головы лежащего в спальном мешке человека (10 см над полом). Затем в середине палатки включался нагревательный прибор, и через 30 минут снова замерялась температура в той же точке. Базовые эксперименты проводились при температуре воздуха -10°С (в этом году зима была теплая, а когда были морозы не удавалось вырваться из города).

Результаты экспериментов.
Человек вне спального мешка без пуховки (в толстовке) повышает температуру воздуха в палатке на 3-4°С, в спальном мешке на 1-1,5°С. Газовая лампа при -10°С «на улице» на минимальном режиме яркого свечения повышает температуру на 10°С, на режиме средней мощности на 14°С, парафиновая печка повышает температуру воздуха в палатке на 5°С, . Все три источника тепла (человек в спальном мешке, газовая лампа и парафиновая печка) повышают температуру воздуха в палатке на 16/20°С. При работе нагревательных устройств в течение всей ночи датчик СО за несколько дней экспериментов ни разу не сработал. Ковея права: газовые лампы малой мощности можно использовать для обогрева палаток. Запахов не ощущалось, точнее - отмечались незначительные запахи при возвращении в палатку «с улицы». Самочувствие после сна в палатке не ухудшилось (отметим, что автор не относится к категории лиц, у которых голова не болит после вечеринки).

Заключение
Обогрев палатки в течение всей ночи, что составляет 6-10 часов в зависимости от времени года, является вынужденной мерой и связан с дополнительным расходом топлива. Соответственно, прибегать к обогреву приходится тогда, когда сон в силу замерзания становится невозможен.
Проблема угарного газа является решающей в отказе от обогревателей в режиме «целой ночи», даже когда производитель допускает использование устройства для обогрева палатки (газовая лампа малой мощности). Вместе с тем, большое количество людей при плохой погоде или в морозную погоду используют внутри палатки газовые горелки и бензиновые примусы, которые, по мнению производителя, должны эксплуатироваться только вне палатки.
Наиболее реальными ночными обогревателями в маломестной палатке на маршруте в настоящее время являются портативные газовые лампы малой мощности и парафиновые походные печки с вытяжной трубой. Данные устройства не создают риска отравления угарным газом и позволяют создать определенный уровень теплового комфорта. Одновременное использование данных устройств имеет довольно высокий КПД. При этом парафиновая печка выступает в качестве «платформы» для газовой лампы, позволяя ей работать при температурах ниже -20°С. Лампа без парафиновой печки при понижении температуры воздуха в палатке ниже -20°С может погаснуть с соответствующими последствиями (выделение в палатку газа). В качестве источника газа для лампы надо использовать баллоны емкостью 450 гр. с достаточным количеством топлива на всю ночь. Лампа при использовании для обогрева должна стоять на полу палатки, цепочка (с удлинением) используется для подстраховки устройства.
Учитывая, что максимум отрицательной температуры наступает за несколько часов до рассвета, есть смысл вечером включать парафиновую печку (расход топлива 11 гр/час), а в середине ночи добавлять газовую лампу (расход газа 20-35 гр/час). При этом надо исходить из того, что лица, ходящие на маршруты при низких температурах, пользуются спальными мешками с соответствующими температурными характеристиками.
В основе безопасности газовых ламп малой мощности в плане угарного газа лежат следующие факторы. Лампа представляет собой маленькую газовую горелку, на которую сверху одета тканевая сетка–люминофор. Эта сетка выполняет функцию дожигателя отработанных газов. Если мощность прибора небольшая (и тем более, если прибор работает не на полную мощность), сетка способна выполнять эту функцию с высокой эффективностью.
При оценке опасности отравления угарным газом следует обратить внимание на такой фактор, как конденсат на вентиляционных окнах палатки (главным образом окнах тента). Конденсат препятствует естественной вентиляции палатки. Чтобы устранить риск отравления угарным газом вследствие конденсата на вентиляционных окнах тента, следует сделать на одном из окон 3-4 небольших отверстия (например, накаленным на огне гвоздем диаметром 2-3 мм). На количество комаров во внутренней палатке это не влияет.
Большое значение имеет качество используемого газа, так как не все производители уделяют этому должное внимание. Так при использовании цанговых баллонов фирмы Следопыт у меня закоптилось зеркало рефлектора сетчатого инфракрасного излучателя. При использовании цанговых баллонов других фирм такой проблемы не было.