8 (800) 333-03-76

Интернет-магазин

+7 (495) 775-13-13

Оптовый отдел

Туристическая палатка. Взгляд разработчика

Статья Максима Горшкова - конструктора палаток BASK

Общие положения

"…С героем моего романа Без предисловий, сей же час Позвольте познакомить вас…"

Палатка – это мобильное укрытие от дискомфортных для человека внешних условий на случай, когда у человека нет возможности находиться в стационарном жилье. Данное укрытие построено по принципу изоляции некоторого пространства вокруг человека от окружающей среды.

Внешними дискомфортными для человека условиями являются десятки явлений. Это осадки, скорость потока воздуха (ветер) выше 0,5 м/сек, температуры воздуха выше +25°С и ниже -10°С, атмосферное давление, отличающееся от нормального, пониженное содержание кислорода в воздухе, влажность воздуха не в диапазоне 40…60%, укусы насекомых и т.д. и т.п. Конечно, для произвольного места (без учёта мягкого климата некоторых районов Земли) достижение полных комфортных условий возможно только в условиях стационарного жилья и при применении технических средств.

Палатка является непосредственно укрытием только от весьма ограниченного числа внешних дискомфортных факторов: осадков, ветра, насекомых. Однако палатка, не имея собственных средств для создания многих приемлемых для человека параметров внешней среды, предоставляет условия для нормального функционирования специализированного снаряжения. Например, спальный мешок в палатке защищён от намокания дождём - т.е. от изменения своих теплоизолирующих свойств (вопросы накопления влаги в спальных мешках, обусловленного терморегуляцией человека, не входят в данную статью). Другой пример – обеспечение стабильной работы газовой горелки, которая в палатке защищена от ветра.

Важнейших свойств палатки два:

1. Мобильность – человек, оторванный от стационарного жилья, но оснащённый палаткой, имеет возможность создать минимально необходимые условия для восстановления сил (в первую очередь – сна) практически в любом месте и в любое время, как только это станет необходимо;

2. Ограниченность - палатка не является абсолютным укрытием ни для какого из внешних воздействий, она способна лишь снизить, и лишь в пределах своих размеров, их интенсивность.

Другие свойства, которыми обладает палатка :

- гидроизоляция : сопротивление проникновению воды извне в пространство палатки;
- прочность и жёсткость : сопротивление внешним силовым нагрузкам и сохранение стабильности своих геометрических размеров;
- обитаемость : достаточный объём жилых полостей палатки для размещения людей без значительно ограничения их двигательной активности;
- вентилируемость : сменяемость внутренней атмосферы и предотвращение конденсации водяных паров;
- возводимость : скорость установки палатки;
- ремонтопригодность : возможность поддерживать работоспособность палатки, устраняя возможные поломки и разрывы вне условий специализированного производства.

Человек в палатке

"…Он здесь хозяин, это ясно…"

 Обитателем палатки является человек, поэтому в основе устройства палатки лежат анатомические и некоторые физиологические свойства человека.

В первую очередь это физические возможности человека по переноске тяжестей, что бескомпромиссно ограничивает возможные значения массы палатки единицами килограмм, а размеры палатки в транспортном положении несколькими десятками литров.

Не менее важным является рост, исходя из которого выбираются главные размеры палатки – длина, ширина и высота. Естественно, для многоместных палаток необходимо создать пространство для размещения заданного числа людей.

И тут сразу видно, как анатомические и физиологические свойства человека принцип и дальнейшим образом влияют на устройство палатки:

1. Так как разница объёмов палатки в транспортировочном и рабочем положении отличается в 1000 раз, то стенки палатки могут быть изготовлены только из рулонных материалов;

2.Так как возможная масса палатки невелика, то погонный вес материала стенок палатки должен быть небольшой, а следовательно, стенки палатки могут быть только тонкими и нежёсткими.

Этот вывод однозначно определяет от каких именно внешних воздействий палатка сможет укрыть человека. Это именно дискомфортные внешние условия : не очень обильные и не очень интенсивные осадки, ветер, некоторые насекомые – т.е. только малая часть из всего многообразия метеорологических, климатических и биологических явлений. Для защиты от настоящих опасностей: огня, жары, мороза, лавин, хищных зверей, молний, особоопасных ливневых осадков и т.д., палатка принципиально не пригодна.

Дыхание, этот сложный физиологический процесс, значительно влияет на всё устройство палатки. Само требование обеспечения непрерывного притока требуемого количества пригодного для дыхания воздуха (0,6 м3/час на одного человека в состоянии покоя) и удаления выдыхаемых газов вступает в противоречие с основным принципом, на котором основана палатка – изоляция части пространства вокруг человека от окружающей среды. Для выполнения этого требования необходима организация такого эффективного обмена воздуха в палатке на внешний, чтобы через палатку проходило не менее 1 м3/час чистого воздуха на 1 м2 площади жилой части, что позволит получить, примерно, двукратную за час смену атмосферы в палатке.

Основные явления, сопровождающие дыхание, которые оказывают влияние на конструкцию палатки:

1. Необходимость эффективного удаления продукта дыхания – углекислого газа CO2 (человек выделяет 45 гр/час в состоянии покоя), который имеет плотность в 1,5 выше воздуха и может накапливаться в придонной зоне палатки, что может привести к снижению концентрации кислорода. Удаления CO2 можно добиться организацией такого тока воздуха внутри палатки, когда снизу притекает наружный воздух, а вверху палатки внутренний воздух выходит наружу. Так же удалению CO2 способствует разница в температуре внешнего и внутреннего воздуха, так как поступающий внешний воздух (который всегда несколько холоднее внутреннего), как более плотный, вытесняет внутренний воздух снизу вверх;

2. При нахождении людей внутри палатки зимой, на внутренних стенках неизбежно образуется иней - разновидность твердых кристаллических осадков из морозного воздуха. Иней возникает на поверхности предметов, когда происходит сильное охлаждение их поверхности до температуры, которая ниже температуры воздуха. Водяной пар, содержащийся в воздухе, на внутренних стенках палатки переходит из газообразного состояния прямо в твердое, минуя жидкую стадию, — происходит его сублимация, при которой образуются кристаллики льда.

c3f025b89bc260a560c1c47139a272da.jpg
     
ce7cbf9269c12ecc62ee4eaf3c1394eb.jpg

  На фото видно, что следствием образования инея может быть обмерзание застёжки-молнии, которое способно препятствовать её нормальному функционированию. В данной палатке застёжка-молния находится в ставне вентиляционного окна и нарушения её функционирования не очень критично, однако это может быть критично для застёжек-молний на входах палатки. Поэтому для зимних палаток целесообразно входы выполнять в виде тубусов.

Физиологические процессы терморегуляции человека, внешне выражающиеся в выделении человеком известного количества тепла и влаги являются одной из причин повышения температуры и влажности внутри палатки, а следовательно конструкция палатки и её система вентиляции должны препятствовать конденсации этой влаги, а также либо способствовать выводу избыточного тепла наружу (в тёплое время года), либо напротив, удержанию тепла внутри палатки зимой.

При внешних температурах выше 10°С тепло-влаго-выделение человека составляет:

Температура внешней среды Тепловыделение в состоянии покоя, Вт Влаговыделение в состоянии покоя, гр/час.
Испарение Дыхание
10 130 25 15
14 118 35 15
18 104 50 25
22 102 50 25
30 100 95 45
32 98 100 50

Примечание: приведены средние данные для взрослых мужчин. Считается, что женщины выделяют 85%, а дети 75% теплоты и влаги, выделяемых мужчинами

Внешние факторы воздействия на палатку

"…И тихо край земли светлеет, И, вестник утра, ветер веет, И всходит постепенно день…"

Конструкция палатки осуществима только в виде набора нескольких тканных полостей, удерживаемых некоторым каркасом. Это значит, что для придания палатке присущих ей свойств (гидроизоляция, прочность и жёсткость, вентилируемость) возможно использовать лишь:
- свойства ткани (текстильные, газопроницаемость, водонепроницаемость, оптические и т.д);
- свойства материалов каркаса;
- геометрические размеры и пространственное расположение составных частей палатки.

Основными климатическими и метеорологическими явлениями, оказывающими существенное влияние на конструкцию палатки являются (в минимальном, описательном и отрывочном изложении) :

1. Инсоляция – нагрев палатки за счёт солнечного облучения – главный фактор, влияющий на все параметры микроклимата в палатке. Облачность значительно влияет на количество поступающего тепла - лёгкие, перистые облака на 40% снижают количество солнечного света, достигающего земной поверхности, а плотные, кучевые облака – на 70%.

Вот значения летнего теплового потока для широты 54°:

Угол высоты стояния Солнца 10 30 50
Суммарная солнечная радиация, Вт/м2 520 800 910

И хотя для регулирования количества поступающего тепла доступны только оптические свойства ткани, это весьма эффективный способ которым можно изменить количество поступающего тепла в 2 раза. Коэффициент поглощения тепла от поступающего солнечного излучения зависит от цвета ткани и принимает значения : 0.5 – светлые ткани, 0.7 - серые до 0.9 – тёмные.

Но цвет палатки невозможно менять в процессе эксплуатации, она либо светлая, либо тёмная. Однако существует очень эффективный способ – правильное размещение палатки на рельефе местности. Так как поступающее на поверхность количество теплоты зависит от угла высоты стояния Солнца, то, используя рельеф, палатку лучше размещать так, что бы восход Солнца для неё наступал как можно позже.

2. Тепловое излучение с поверхности Земли. Это сложное явление и есть непосредственная причина того, что температура внутри палатки выше температуры наружного воздуха.

К этому, упрощённо, приводят следующие обстоятельства :

а) потоки лучистой энергии Солнца относятся к условной "ближней", "коротковолновой" зоне спектра (длина волны меньше 4 мкм);
б) тепловое излучение с поверхности Земли относится к условной "дальней", "длинноволновой" части инфракрасного спектра (длина волны больше 4 мкм);
в) прозрачность материалов для волн в различных частях инфракрасного диапазона сильно различается и зависит, естественно, от состава данного вещества;
г) похоже что ткани, в том числе синтетические, являются малопрозрачными для волн "длинноволновой" части инфракрасного спектра. То есть внешняя поверхность палатки является препятствием, которое не позволяет инфракрасному излучению поверхности Земли взаимодействовать с окружающим палатку пространством. Следствием этого и является то, что энергия теплового излучения поверхности Земли нагревает воздух внутри палатки.

Вот замеренные значения превышения температуры воздуха внутри двухслойных палаток над температурой наружного воздуха в безветренную погоду (в палатках людей не было):

Инсоляция BASK Passat 2 BASK Igloo V2
Лето, палатка в тени 8 12
Лето, палатка не в тени 12 17

Так как для идеальных газов при повышении температуры давление линейно увеличивается, то палатка "запирается" и приток внешнего, несколько более холодного, воздуха в палатку невозможен (при отсутствии ветра, конечно). Человек в палатке испытывает духоту и перегрев. Для уменьшения этого эффекта можно пользоваться лишь геометрическими размерами палатки:

- создание максимально возможных объёмов тамбуров и жилой части;
- обеспечение возможности движения воздуха внутри объёмов палатки - а именно максимальное разнесение по высоте и протяжённости палатки вентиляционных отверстий и каналов в достаточном количестве и достаточной площади.

Температурно-влажностный режим внутреннего климата палатки зависит от суммарного действия инсоляции и теплового излучения с поверхности Земли. Это, хотя и тесно взаимосвязанные, но принципиально различные явления, каждое из которых своим особенным образом формирует состояние приземного слоя атмосферы. Поэтому, в силу видимого суточного движения Солнца, в утреннее и вечернее время происходят быстрые и значительные изменения состояния атмосферы, и как следствие – принципиально сменяется картина физических процессов, протекающих в палатке (в том числе и процессы образования конденсата).

3. Ветер – самый важный фактор, влияющий на силовую схему и геометрические размеры палатки.

Это одновременно и добрый друг и злейший враг. Для того, что бы у палатки хоть сколько-нибудь эффективно работала вентиляционная система (т.е. происходило движение воздуха) необходим внешний ветер. Обтекая палатку ветер оказывает на её поверхность силовое воздействие в виде распределения давления. На наветренной стороне это давление больше, на подветренной – ниже. Если в наветренной стороне расположить одно вентиляционное окно, а в подветренной другое, то возникнут условия для движения внутренней атмосферы палатки. Но в то же самое время, то же самое ветровое давление является для палатки внешней нагрузкой, которая неизбежно будет двигать палатку в направлении своего действия.

Если палатка не будет закреплена, её просто унесёт ветром. Но если закрепить палатку, то мы получим некую конструкцию, находящуюся под внешней нагрузкой и сопротивляющуюся движению, которая эта нагрузка обязана вызвать. Это уже предмет изучения науки о прочности, используя методы которой возможно вычислить, какие напряжения будут возникать в деталях палатки и, сопоставив их с прочностными свойствами ткани и материала каркаса, понять – выдержит данная палатка ветер данной силы и данного направления или нет.

Под действием нагрузки всегда разрушается конструкция (даже если непосредственно сломалась в конкретном месте дуга каркаса или в конкретном месте порвалась ткань). Распределение напряжений в конструкции под действием внешней нагрузки зависит от геометрии всей конструкции, прочностных свойств материалов, конструктивного исполнения соединений составных частей палатки и направления действия нагрузки. И самым замечательным здесь является то, что все эти факторы находятся полностью в руках разработчика палатки. Он волен менять их почти как угодно. Поэтому вопрос "какой ветер выдержит эта палатка?" никогда не должен возникать. Всегда надо искать ответ на вопрос "какой должна быть палатка, чтобы выдержать заданный ветер?". И ответом на этот вопрос будет и пространственная схема каркаса, и внешние геометрические обводы, и подбор материалов с требуемыми прочностными характеристиками. А это уже почти готовая палатка!

Здесь есть ещё один аспект. До того, как конструкция разрушится, она будет деформироваться. В случае палатки это будут весьма существенные искажения внешней формы (которые, вообще-то могут приводить к перераспределению давления). Для сопротивления именно таким искажениям, палатка должна обладать определённой жёсткостью – сохранять стабильность формы. Эта задача очень близкая по методике решения к задаче прочности, меняются только критерий – вместо прочности будет жёсткость. Одной из эффективной мер по предотвращению искажения внешней формы палатки является применение, по возможности, таких пространственных схем каркаса, которые не содержат свободные ребра, т.е. рёбра, которые могут иметь существенные перемещения в каком-либо направлении.

Проиллюстрируем данное соображение на примере двухслойной палатки BASK Бонзер 3 : 

bonzer3.jpg

Для формирования тамбуров применена коньковая, короткая стойка. Эта стойка образует два трёхрёберных тамбура на двух оппозитных сторонах палатки. Отмеченные красными стрелками рёбра и есть – свободные.

Для Российской Федерации, по результатам многолетних наблюдений, составлены "карты ветровых районов", где показано, какую ветровую нагрузку необходимо принимать в расчёты на различных участках её территории. Ветровых районов всего семь, к 7-му ветровому району также приравнены горы. Для 7-го ветрового района (самые сильные ветра) ветровая нагрузка на палатку может быть оценена величиной q 7=1230 Па, для гор qГ=2,72*V2 Па, где V – скорость ветра в м/сек.

4. Осадки - дождь, град, снег.

И хотя непосредственное влияние на конструкцию палатки может оказывать только снег (если он будет принят в качестве основной внешней нагрузки вместо ветра), осадки являются самым дискомфортным внешним фактором, от которого палатка и является укрытием в первую очередь. Возможность нормального сна, в зоне осадков, имеется только в палатке. Для Российской Федерации, по результатам многолетних наблюдений, составлены "карты снеговых районов", где показано, какую снеговую нагрузку необходимо принимать в расчёты на различных участках её территории. Снеговых районов всего восемь. Для 8-го снегового района снеговая нагрузка на палатку может быть оценена величиной q 8=560 Па.

Элементы конструкции палатки

"…Почтенный замок был построен, Как замки строиться должны: Отменно прочен и спокоен Во вкусе умной старины..."

Современное решение конструкции маломестной мобильной палатки – это использование комбинации гибких упругих стержней в качестве каркаса и тканных полостей из синтетических тканей.

Такая система позволяет задать палатке все требуемые свойства – компактные транспортировочные размеры, небольшой вес, большие объёмы в рабочем положении, высокая сопротивляемость ветровым и снеговым нагрузкам, быстрота сборки, ремонтопригодность, надёжная гидроизоляция.

Основой палатки является каркас. Используя замечательное свойство гибких упругих стержней - достигать значительных, сопоставимых с длиной стержня упругих (т.е. обратимых) деформаций - возможно создавать самые разнообразные пространственные схемы каркасов. И очень важно, что приоритетным здесь является именно достижение удобной геометрии помещений палатки, а не достижение собственно прочности каркаса.

Однако у всего есть предел – чтобы согнуть гибкий упругий стержень (стойку каркаса палатки) и удерживать его в рабочем положении необходимо к нему приложить нагрузки, которые неизбежно вызовут в нём внутренние напряжения. Величины этих напряжений зависят от формы палатки и характеризуются тем, насколько малые радиусы имеет стойка в рабочем положении. Когда на палатку подействует ветер (или ляжет снег), действующие в стойках напряжения от формообразующих нагрузок сложатся с напряжениями от действия ветра/снега. Поэтому во многих современных палатках широко используются пространственные каркасы, образованные с применением соединительных элементов. Стойки в таких каркасах менее нагружены именно формообразующими нагрузками, так как длины стоек меньше, а соединяемые ими точки - ближе. В этом случае стойки в рабочем положении имеют больший радиус. При этом такие каркасы более пригодны для формирования максимально удобных помещений палатки. Проиллюстрируем данные соображения на примере использования упрощённой, но вполне наглядной методики.

Для оценки формообразующих нагрузок, возникающих в стойке каркаса при установки палатки в рабочее положение, можно воспользоваться следующей формулой для определения "предельного радиуса изгиба" - местного радиуса того сечения, в котором напряжения достигнут предела текучести (или прочности), т.е. стойка каркаса получит необратимые пластические деформации (или разрушится) : 

R=(E*D)/(2*σт)

, где R : местный радиус искривлённой оси стойки, метры
E : модуль упругости материалы стойки, Па
D : внешний диаметр трубки, метры
σт : предел текучести материала стойки, Па (для неметаллических стоек нужно использовать предел прочности).
Например, для стойки, изготовленной фирмой DAC по технологии Featherlite (сплав 7001-Т6, Е=72 ГПа, σт=580 МПа, наружный диаметр D=8,84 мм, толщина стенки 0,62 мм) "предельный радиус изгиба" составит :

R = ( 72*109*0,00884 )/( 2*580*106 ) = 0,55 м = 55 см.

Для наглядности, такой радиус имеет свёрнутая в кольцо стойка каркаса длиной 345 см.
Однако, полностью использовать запас стойки по текучести, только на установку палатки в рабочее положение, нельзя – каркас палатки должен ещё сопротивляться эксплуатационным нагрузкам. Поэтому разработчику необходимо добиваться такой пространственной схемы каркаса, когда напряжения в стойках от формообразующих нагрузок гораздо меньше предела текучести материала (или предела прочности для неметаллических стоек).

Для примера вычислим минимальный допустимый радиус изгиба нашей стойки, при которой напряжения от формообразующих нагрузок будут, например, не более 50% от предела текучести :

R = ( 72*109*0,00884 )/( 2* (580*106/2) ) = 1,1 м = 110 см.

Если, всё же, по каким-либо причинам необходимо задать такую геометрию палатки, что стойки каркаса принимают под формообразующими нагрузками искривлённое положение, характеризующееся радиусом изгиба довольно близким к оцененному "предельному", то нужно либо использовать предварительно изогнутые колена стоек каркаса, либо использовать соединительные элементы.

Так как палатка это комбинация тканных полостей и гибких упругих стержней в качестве каркаса, то конструкцию сопряжения этих составляющих необходимо тщательно подбирать. Именно от того, как будет выполнено это сопряжение, зависят прочность и жёсткость всей палатки.

Очень хорошее, равномерное сопряжение образуется карманами на тканной части, куда стойка входит значительной частью своей длины.

Для удобства установки палатки, такие карманы должны быть высотой 4..6 см. Однако такое сопряжение может быть неприемлемым для палаток, применяемых в условиях очень сильных ветров – такие карманы могут заметно увеличивать парусность палатки.

Этого недостатка лишёно замечательное сопряжение в виде эластичного шнура во всю длину стойки, который с малым шагом перекидывается через стойку и фиксируются на тенте. При этом у палатки появляется (в известных пределах) ещё одно замечательное свойство – при ветровых нагрузках большие местные искажения тента меньше передаются на каркас вследствие эластичности шнура. Однако и у этого метода есть недостаток – сравнительно низкая скорость сборки и возможные неудобства с запутыванием длинных шнуров.

Сопряжение крючками, стоящими с большим шагом (40…60 см) неравномерно, точечно нагружает тонкостенные трубки каркаса, зато обеспечивают простую и удобную установку палатки в рабочее положение.

Хорошее, равномерное соединение получается и в случае, когда тент накидывается на каркас и плотно прижимается к каркасу растяжением тента – тогда каркас работает как некая пружина сжатия. Однако в этом случае необходимо либо тент делать в виде многогранного объёмного тела, что бы стойки каркаса совпадали с рёбрами тента и не могли смещаться на грань, либо делать несколько точек удобного соединения каркаса и тента, предотвращающих смещение тента относительно каркаса.

Конструкция узлов фиксации концов стоек каркаса и узлов натяжения тента должна быть такой, чтобы обеспечивать удобство и скорость установки палатки. Причём особое внимание необходимо уделять возможности значительно - на 5…10 см - изменять положение точек фиксации концов стоек, так как некоторые применяемые для палаток ткани в мороз становятся менее растяжимыми, что значительно осложняет установку палатки.

Вентиляция внутреннего пространства

"…Не спится, няня: здесь так душно! Открой окно да сядь ко мне…"


Основными причинами возникновения конденсата в палатке (при внутренней температуре выше 0°С) являются:

1. Видимое суточное движение Солнца - это образование вечерней и утренней росы. Количество конденсата зависит от влажности воздуха, конденсат выпадает на внешней поверхности палатки;

2. Тепловое излучение Земли: количество конденсата зависит от влажности грунта, на котором стоит палатка, конденсат выпадает на внутренней поверхности палатки. Инсоляция усиливает этот эффект, так как увеличивает температуру в палатке, а следовательно и интенсивность образования водяных паров в грунте, которые увеличивают влажность внутреннего воздуха;

3. Жизнедеятельность обитателей: приготовление пищи и выдыхаемый водяной пар увеличивают влажность воздуха внутри палатки, конденсат образуется на внутренних поверхностях;

4. Высокая влажность наружного воздуха (дождь): незначительный градиент влажности между внутренним и внешним воздухом не позволяет обменивать влажный внутренний воздух на наружный, конденсат образуется на внутренних поверхностях. Безветрие усиливает этот эффект, так как отсутствует градиент давлений на наветренной и подветренной сторонах палатки – необходимое условие движения внутреннего воздуха, так называемого "сквозняка".

Основным моментом при конструировании палатки является то, что вентиляционная система палатки в принципе не может препятствовать повышению влажности воздуха в палатке и уменьшать количество выпадающего конденсата. При известных условиях – достижение влажным воздухом "точки росы" – водяной пар, содержащийся в воздухе неизбежно будет конденсироваться на любых поверхностях. Вентиляционная система палатки может только способствовать выводу внутренней атмосферы за пределы палатки и притоку внешнего воздуха.

Единственно пригодный для вентилирования палатки принцип – это естественная вентиляция, причём все необходимые условия для её возникновения полностью зависят от внешних условий: температуры наружного воздуха, скорости и направления ветра. Естественная вентиляция основана на двух явлениях:

1. воздействие ветрового давления приводит к тому, что на наветренной стороне образуется повышенное, а с подветренной стороны - пониженное давление. Если в этих зонах имеются проёмы, то с наветренной стороны атмосферный воздух поступает в палатку, а с подветренной - выходит из неё, причем скорость движения воздуха в проемах зависит от скорости ветра, и соответственно, от величины возникающей разности давления;

2. воздух разной температуры имеет разную плотность, и это вызывает его движение: внешний более холодный воздух стремится вниз, тёплый внутренний – вверх. Интенсивность естественной вентиляции зависит от разности температур наружного и внутреннего воздуха. Но главной является величина перепада по высоте между уровнем пола и потолка палатки.

Недостатком естественной вентиляции является то, что при отсутствии ветра и равной температуре внутреннего и наружного воздуха она прекращается. Так как высота маломестной туристической палатки, как правило, не более 120 см, то практически единственным условием хорошей вентилируемости палатки является наличие ветра.

Как и в любых других системах вентиляции, для естественной вентиляции главным условием существования является наличие "входа" – притока наружного воздуха и наличие "выхода" – оттока внутренней атмосферы. Таким образом, единственная задача вентиляционной системы палатки – это не препятствовать свободному движению внутренней атмосферы палатки по полостям палатки и, по-возможности, создавать условия для захвата ветра. Для решения этой задачи, при конструировании палатки необходимо добиваться следующих возможностей:

1. создание максимально возможных больших объёмов полостей палатки;
2. создание максимально разнесённых по высоте и протяжённости палатки, а также имеющих достаточную площадь, отверстий "входа" и "выхода" вентиляционного тракта;
3. создание межобъёмных проёмов (вентиляционных окон внутренней палатки) максимально возможной площади;
4. создание - в случае двухслойной палатки – максимально возможно большого пространства между внешней и внутренней палаткой;
5. создание максимально возможной площади вентиляционных окон на внешней палатке. Так как эти окна должны быть защищены от осадков, защитные устройства должны быть сконструированы таким образом, чтобы максимально эффективно захватывать столь необходимый для вентиляции ветер.

Проиллюстрируем последнее соображение на примере двухслойной палатки BASK Friend 3 :

friend3.jpg
 

friend3_2.jpg

На рисунках хорошо видно, как ветер захватывается каналами, образованными бортом палатки, который имеет вогнутую форму, и рукавами стойки каркаса. Ветер любого направления, попадая в канал, неизбежно движется вверх вдоль борта, при этом горизонтальному току воздуха препятствуют карманы стоек. Так как два передних и одно заднее вентиляционные окна максимально разнесены по длине палатки и между внешней и внутренней палаткой расстояние составляет не менее 12 сантиметров, под тентом палатки возникают условия проточной вентиляции. Также эффективно будет работать проточная вентиляция и в случае ветра со стороны заднего вентиляционного окна, которое имеет достаточно большую площадь, а задний торцевой борт, вместе с карманами стоек, образует очень большой ветрозахватный канал.

Дополнительному улучшению работы этой максимально эффективной системы проточной вентиляции способствует и восьмигранная форма палатки в плане – расположенные по рёбрам карманы стоек и угловатая форма палатки приводят к тому, что при любом направлении ветра, все остальные грани, кроме наветренной, находятся в аэродинамической тени, а следовательно, увеличивается разница давления в наветренной ("вход") и подветренной ("выход") сторонах палатки, т.е. улучшаются условия для движения воздуха внутри палатки – "сквозняка". Так как у этой палатки каналы захвата ветра расположены со всех сторон, не существует такого направления ветра, при котором в палатке не функционировала система проточной вентиляции. Был бы ветер.

На сегодняшний день являются неизученными вопросы, насколько эффективно, с точки зрения вывода водяного пара внутренней атмосферы, использование в конструкции палатки мембранных тканей. Наверняка существует такое сочетание параметров внешней и внутренней атмосфер, при которых возникнут условия миграции водяных паров изнутри палатки наружу. Однако диапазон подобного сочетания параметров требует серьёзного изучения на хорошем теоретическом и практическом уровнях. Пока предложены решения по некоторым аспектам проблемы конденсата в палатках – например в однослойных палатках фирмы BlackDiamond используется мембранный материал ToddTex, который предотвращает образование конденсата в виде отдельных капель на внутренней поверхности палатки.

Есть некоторый положительный опыт применения мембранных тканей в палатках. Примером может служить специальная высокогорная штурмовая двухместная однослойная палатка, созданная фирмой БАСК в соавторстве с известным альпинистом Г. Соколовым. Палатка изготовлена из ткани Gore-Tex, и по отзыву пользователей, в ней практически не возникает конденсат в высокогорных условиях:

friend3_3.jpg
 

Водонепроницаемость палатки

  Одним из важнейших свойств палатки является её способность укрыть человека от осадков, в первую очередь от дождя, а также способность изолировать от влажной поверхности, на которой может быть установлена палатка. Для решения этой задачи было бы вполне достаточно водостойких свойств ткани, но палатка – текстильное изделие, а поэтому необходимы меры по герметизации швов. Ещё одним возможным путём натекания дождя в палатку являются вентиляционные отверстия на внешней палатке и входы. И если входы при дожде достаточно закрыть, то конструирование защитных козырьков вентиляционных отверстий необходимо вести очень вдумчиво - чтобы не ухудшить их способность к захвату ветра. Таким образом, гидроизоляция – это не столько свойство ткани внешней палатки или дна, сколько свойство целостного изделия - палатки.

На сегодняшний день наиболее удобным способом герметизации швов в условиях массового производства является наклейка сверху швов (но с изнанки тента) специальной ленты. Этот способ был бы универсально хорош, если бы не следующие обстоятельства:

1. Надёжность и долговечность адгезии сильно зависит от того, насколько соответствуют друг другу специально обработанная ткань тента, проклеечная лента и технологические режимы её нанесения (температура, давление ролика, скорость подачи);

2. Так как швы проклеиваются с изнанки тента, то при растяжении тента внешнем давлением, возникающим от дождя и ветра, отверстия от игл раскрываются и туда попадает вода. Да и нить – фитиль, проводник воды. Протекание некачественно проклеенного шва происходит так: отверстия от игл раскрываются, туда попадает вода, которая мгновенно заполняет весь канал вдоль строчки. Этот канал постепенно расширяется, в некотором месте между проклеечной лентой и тканью образуется водяной пузырь, который растёт и местно отрывает ленту. Однако необходимо заметить, что такое протекание проклеенного шва, наблюдаемое на специальной установке позволяющей имитировать давление дождя на тент, даже для не очень качественной проклейки начиналось при давлении 2000 мм. вд. ст (заполнение строчки водой), а отрыв ленты происходил при давлении 7000 мм. вд. ст. Водостойкость образца ткани составляла 4000 мм. вд. ст. То есть непосредственное протекание шва, в результате прорыва ленты, началось бы после протекания ткани тента.

Более эффективным было бы нанесение проклеечной ленты с лицевой стороны тента, но это сильно ухудшило бы внешний вид изделия.

Ещё более эффективным и долговечным было бы нанесение на швы клеевого слоя. Но пока этот способ хорош только для самостоятельной индивидуальной герметизации швов пользователем, так как его очень сложно реализовать в виде автоматизированной промышленной операции в массовом производстве.
Водостойкие свойства ткань приобретает в результате непростого техпроцесса обработки её специальными компаундами – так называемого "нанесения пропитки". В результате итоговая ткань неизбежно увеличивает свою погонную массу. Например, исходная масса 1 м2 непропитанной ткани 40D Nylon RipStop 240T составляет 37 гр/м2. Эта же ткань с нанесённой полиуретановой пропиткой (с индикатором водостойкости PU3000), имеет удельную массу 62 гр/м2, а с силиконовой пропиткой (с индикатором водостойкости Si3000) масса 1 м2 составляет 45 гр/м2. Другими словами, если общая площадь внешней палатки составляет 10 м2, то масса собственно пропитки, например, полиуретановой PU3000, будет 320 грамм, а это 5..10% массы всей палатки.

Водостойкость ткани принято характеризовать величиной давления, выражаемой в мм. вд. ст. Избыточная водостойкость будет приводить к увеличению погонной массы ткани, поэтому необходимо осмысленно подходить к выбору водостойкости ткани при разработке палатки. При этом надо учесть, что сама по себе характеристика водостойкости ткани, выраженная в единицах давления, ничего не говорит о том, какой дождь и какой интенсивности способна выдержать ткань до начала пропускания воды. Для того что бы сопоставить параметры дождя (они определяются диаметром капли) и оказываемое им давление на тент палатки, была разработана специальная математическая модель. Давление в мм.вд.ст капель дождя на преграду с учётом ветра: Осадки Ø капли, мм 

Скорость ветра, м/сек05152530
Моросящий дождь (бус)0,53410--
Обложные осадки 3..5 мм940950101010701220
Ливень 6..7 мм21702170220022202270
Особо опасный ливень 8 мм30303030305030603100

Примечания:

1. капли диаметром 0,1 мм составляют туман, капель диаметром более 8 мм не бывает;
2. 1 м/сек=3,6 км/час.

Выбор палатки по условиям использования

   На сегодняшний день известно большоё количество всевозможных решений по конструктивному исполнению туристической палатки и её основных элементов. В первую очередь это многообразие пространственных схем каркаса, схем вентиляции, сопряжения каркаса с тканной частью, конструкции узлов фиксации концов стоек каркаса. Такое многообразие палаток является следствием двух причин:

1. Разнящиеся сочетания внешних дискомфортных факторов в различных регионах Земли;
2. Противоречиями между свойствами, которыми обладает палатка. Основными противоречащими друг другу свойствами палатки являются:

- обитаемость и прочность/жёсткость : основное противоречие палатки. Чем палатка ниже и более вытянута, тем она лучше сопротивляется ветровой нагрузке, но при этом значительно сокращается площадь, а ещё в большей степени, объём жилой части. Создание многоместных палаток с отличной ветростойкостью является весьма сложной задачей. А ведь эта задача весьма и весьма актуальна, например, для лыжных походов (при этом в неменьшей степени требуется сопротивление и снеговым нагрузкам).

- Комбинация прочности и обитаемости противоречат таким свойствам как мобильность и возводимость: для придания высокой ветроустойчивости или большого внутреннего объёма необходимо использовать возможно большее число стоек каркаса и разнообразных соединительных элементов, что безусловно увеличивает массу палатки и время её установки;

- гидроизоляция противоречит вентилируемости: необходимо защищать от дождя вентиляционные отверстия, но при этом эффективность вентиляции не должна ухудшиться. Примером могут служить палатки классического туннельного типа, где имеются самые замечательные условия по вентилированию при торцевом ветре, но при боковом ветре защитные козырьки полностью закрывают собой от ветра вентиляционные отверстия.

Многообразие палаток является прямым следствием поиска компромиссов между противоречивыми свойствами палатки. Приходится заведомо создавать палатку только с одним-двумя эффективно воплощёнными свойствами, жертвуя остальными. Универсальной палатки, пригодной к использованию в любом регионе Земли в любое время года для любого маршрута, к сожалению, пока создать не получается.

Низкие, узкие, с большим числом стоек, дополнительными элементами в виде ветрозащитных напусков и ветровых оттяжек, ветроустойчивые палатки будут заведомо иметь не лучшие возможности по вентилированию и скорости установки. Здесь проявляется ещё один нюанс : хотя для этих палаток, практически постоянно, выполняется основное условие эффективной вентилируемости – наличие ветра - воспользоваться этим получатся не всегда. Ветер в горах может нести снег, который, неизбежно, будут принимать вентиляционные отверстия палатки. Особенно критично это бывает для однослойных палаток, в которых это может привести к необходимости закрывать вентиляционные окна ставнями. Однако здесь нужно проявлять максимум осторожности, так как имеются примеры, когда работа газовой горелки в однослойной палатке, при закрытой вентиляции, приводила к ухудшению самочувствия людей вследствие снижения концентрации кислорода.

Расчёт комфортных условий в палатке.

    Наиболее перспективной практикой создания палаток представляется подход, основанный на классифицировании палаток по сезонно- районированному принципу. Такому подходу ещё только предстоит развиться, по мере освоения разработчиками удобных методик расчёта.
При разработке палатки, в первую очередь, необходимо определить её назначение:

- климатическую зону, ветровой и снеговой район её использования (карты районирования содержатся в строительных руководствах);
- количество обитателей;
- возможность применения зимой;
- максимально допустимый вес.

Затем, исходя из указанных факторов, необходимо принять решение о том, однослойная или многослойная палатка наилучшим образом будет соответствовать назначению. Именно этот выбор определит то, каким будет конструктивное решение всех составных частей палатки и насколько эффективными свойствами она будет обладать. Однослойная палатка обладает весьма существенным преимуществом – всегда более низкой массой по сравнению с двухслойной палаткой такого же объёма. В свою очередь, двухслойная палатка имеет гораздо больше средств для создания эффективной системы вентиляции и удобству пользования (например, по наличию тамбуров). На основании количественных данных по внешним климатическим и метеорологическим условиям, содержащихся в картах районирования, возможно провести все необходимые расчёты по определению наиболее подходящих пространственной схемы каркаса, площадей и размещения вентиляционных отверстий, определить такое сочетание внешних условий, при которых возникнут наиболее комфортные условия внутреннего микроклимата.

Диапазон сочетания параметров внешней и внутренней атмосфер, при которых в палатке будет комфортный внутренней микроклимат, можно оценить по предложенной Д. Ван-Зейленом методике вычисления "показателя хорошего самочувствия С":

C = 7,83 -0,1tв-0,0968tо-0,0372p+0,367√v(37,8-tв)

где tв — температура воздуха; to — средняя температура стен; р — давление водяных паров, мм. рт. ст; v — скорость движения воздуха. Здесь за температуру стен to следует принимать температуру внешнего воздуха, скорость конвективного движения потока воздуха можно оценить по формуле

v =1,29(p1 – p2)0.5

(где p1 и p2 - давление на наветренной и подветренной сторонах) или по формуле

v =0,26(tв - tо)0.5

при отсутствии ветра.

Давление водяных паров р паров можно брать из данной таблицы:

Температура воздуха в палатке, СДавление водяных паров, мм./вд./ст.
062,4
10125,3
20238,7
25323,3
30433,3
35574,2


Значения показателя "С" имеют следующий смысл: 1 — жарко; 2 — слишком тепло; 3 — тепло, но приятно; 4 — приятно; 5 — прохладно, но приятно; 6 — холодно; 7 — очень холодно. 

Приведение таблицы значений показателя "С" (с указанием, хотя бы, температуры воздуха и скорости ветра, при которых они вычислены) позволит оценить граничные климатические условия, когда нахождение в палатке комфортно, что существенно упростит пользователю сравнение палаток в процессе выбора. 

Покупателям палаток

Пользователям палаток необходимо делать разумный выбор, который заключается в том, что бы вдумчиво сопоставить заявленные производителем параметры палатки и весь комплекс требований, которые предъявляет маршрут будущего путешествия.

Разработчики палаток не знают всех условий, в которых тот или иной пользователь будет применять палатку. Однако в этой статье мы имеем возможность дать вам посмотреть на туристическую палатку нашими глазами. Верим, что это позволит вам более осмысленно выбирать себе палатку для ваших путешествий, чётко понимая по её конструктивному исполнению, какими именно свойствами обладает конкретная палатка. Только от того, насколько мудро вы выбрали палатку, зависит то, станет ли она верным и надёжным другом на вашем маршруте.

Горшков Максим специально для НПФ БАСК. 2010 г., Москва 

Комментарии:

TaRaKaN_travel 2016-08-26

Очень интересная статья. Нигде раньше не встречал такого глубокого разбора вопроса