Самой главной особенностью русских бань была жара. И достигалась эта жара паром, образующимся при поливе воды на раскаленные камни. Поэтому люди в банях испокон веков не переставали обсуждать вопросы получения и использования банного пара. В глубокой древности, когда люди уже научились нагревать помещение костром, но не имели еще посуды для транспортировки и нагрева воды, существовали способы горячего мытья, совсем не похожие на ванны и души. Назовем эти способы мытья условно банями (в русском понимании этого слова).
Известно три этапа развития бань. В потовой бане люди грелись у огня и, обильно потея, чесались, в том числе и одеждой из шкур, удаляя вместе с потом загрязнения с кожи . В паровой бане люди лили воду на раскаленные камни, образующийся при этом водяной пар конденсировался на теле в виде горячей жгучей росы, которой и мылись хлестаниями веника. В классической русской бане люди уже нагревали воду /пусть в небольшом количестве примитивными методами, например, путем сброса горячих камней в деревянные колоды или углубления с водой/, и мылись плесканиями-обмываниями всего тела целиком, но последовательно по частям. В реальных банях все эти признаки могли произвольно /осознанно или неосознанно/ смешиваться.
Все указанные виды бань требовали жары - в отличие от не требующих жары ванн и душей, в которых люди погружаются в теплую воду целиком большей частью тела. Действительно, если протереть голое тело на открытом воздухе даже тёплой мокрой мочалкой, человеку тотчас станет холодно из-за испарения влаги с кожи. Значит, надо нагревать воздух, чтобы не замерзнуть во время мытья.
Иными словами, с климатической точки зрения, баня — это нечто вроде рукотворного знойного тропического пляжа, когда, плескаясь водой, совсем не ощущаешь холода на мокрой /и именно мокрой/ коже.
С санитарно-технической точки зрения, бани – это все те виды купаний /мытья/, что совсем не похожи на ванны и души.
Нетрудно сообразить, что если абсолютная влажность воздуха /то есть массовая концентрация водяных паров в воздухе / равна абсолютной влажности воздуха вблизи мокрой кожи человека 50 г/м3 /при температуре кожи условно 40оС/, то диффузия водяных паров, а значит и испарение воды с кожи, становятся невозможными. Такие климатические условия описываются так называемой хомотермальной линией Х / прямой на рис.1 в координатах «абсолютная влажность воздуха – температура», кривой на рис.2 в координатах «относительная влажность воздуха – температура»/.
Хомотермальная линия имеет фундаментальный характер - все бани /«всех времен и народов»/ имели климатические условия, близкие к хомотермальной линии.
Хомотермальная линия Х разделяет все бани на «сухие», когда вода /пот/ на коже может испаряться и охлаждать тело человека, и на «паровые», когда на кожу выпадает горячая роса из воздуха. Бани с климатическими режимами вблизи хомотермальной линии обычно называются «влажными».
На рисунке 3 приведены результаты расчетов тепловых нагрузок на кожу человека в различных климатических условиях /без учета внутренних тепловыделений, в том числе из-за физических нагрузок, достигающих при трудной работе 0,3 кВт/м2/.
Рисунок 3а отвечает случаю отсутствия воздушных потоков в бане и отсутствия лучистого нагрева кожи от потолка / температура потолка бани принята равной 40оС - здесь и далее по сухому термометру/. Рисунок 3б отвечает случаю наличия в бане воздушных потоков со скоростью 1 м/сек /например, от взмахов веника/ и отсутствия лучистого нагрева кожи от потолка. Рисунок 3в отвечает случаю отсутствия воздушных потоков в бане, но наличия лучистого нагрева кожи от потолка /температура потолка бани принята равной температуре воздуха/. Рисунок 3г отвечает случаю наличия в бане воздушных потоков со скоростью 1 м/сек и наличию лучистого нагрева кожи от потолка /температура потолка бани принята равной температуре воздуха.
Из рисунка 3 следует, что в «сухой» бане /ниже штрихпунктирной хомотермальной прямой/ потоки воздуха усиливают охлаждение мокрой кожи и могут даже «продуть человека», например, аналогично случаю возможной простуды потного водителя автомобиля при езде даже в неимоверной жаре Сахары. Действительно, если в жаркой сухой финской сауне смочить кожу водой и направить на себя струю обжигающе горячего воздуха от электрофена, то можно с удивлением почувствовать холод. Наличие теплового излучения с нагретого потолка бани способно скомпенсировать потери тепла на испарение воды с кожи.
В паровых же банях /выше штрихпунктирной хомотермальной прямой/ потоки воздуха, например, от взмахов веника, увеличивают поток тепла на тело всегда, вплоть до непереносимости /рис.4/.
Напомним, что человек как живое существо не может позволить себе нагреться выше 40оС - из-за перегрева человек попросту покидает помещение /выскакивает из бани/. А вот листья веника в бане способны нагреваться до любой температуры . При этом веник может быстро сохнуть в «суховоздушном» режиме, отвечающем относительной влажности воздуха менее 50% . Это очень важное обстоятельство, зачастую обескураживающее любителей бань - «суховоздушные» банные режимы /с испарением воды с веника и с полков бани/ при температурах бани выше 60оС могут быть одновременно и «паровыми» банными режимами /с выделением росы на кожу человека/.
В оздоровительных и развлекательных /досуговых/ банях могут использоваться любые климатические режимы в зависимости от личных пристрастий потребителя. А вот в мытейных паровых банях требования к климату более четкие и более строгие - необходим именно паровой режим, причем такой, при котором выделяется как можно больше росы на кожу человека при вполне переносимых тепловых нагрузках при взмахах веника. К тому же, желательно иметь невысыхающий веник. Легко видеть, что эти требования выполняются при температурах 50-60оС и абсолютных влажностях воздуха на уровне 70-100 г/м3.
Таким образом, для получения парового режима в мытейной бане при обычных исходных абсолютных влажностях воздуха / 10 г/м3 на улице при 20оС/ необходимо испарить никак не меньше полулитра воды в бане объемом 10 м3.
Увлажняют воздух в бане обычно с помощью каменки. Испарившаяся на раскаленных камнях вода в виде струи горячего водяного пара устремляется в объем бани и смешивается с воздухом. Получившийся увлажненный воздух /смесь воздуха с водяными парами/ и называется в быту « банным паром».
Процесс смешения струи водяного пара с воздухом неизбежно сопровождается охлаждением водяного пара. При этом водяной пар может конденсироваться - либо в объеме бани с образованием тумана или на потолке и стенах бани с образованием росы. При любом виде конденсации выделяется скрытая теплота конденсации 539 кал/г, намного превышающая теплоту нагрева воды 100 кал/г от температуры 0оС до температуры 100оС. Так что нагрев паром /воздуха или стен/ происходит преимущественно за счет конденсации пара. При образовании тумана теплота конденсации выделяется в воздух /нагревая его/, а воздух при этом становится сырым /до предела насыщенным водяными парами/. При образовании же росы теплота конденсации выделяется в потолок и стены, воздух при этом может увлажняться не столь сильно.
При увлажнении воздуха паром необходимо прежде всего предотвратить образование тумана. Дело в том, что туман до предела увлажняет воздух, делает его «душным», а при высоких температурах и «жгучим». Кроме того, туман может механически раздражать дыхательные пути и делать воздух «тяжелым» для дыхания.
Численно оценить последствия смешения пара с воздухом довольно легко. Учитывая, что теплоемкости воздуха и водяного пара близки между собой, достаточно соединить прямой линией климатические точки П и В, описывающие исходные состояния пара и воздуха /рис. 5/. Соединительная штрихпунктирная прямая ВП описывает состояния /температуру и влажность/ получаемых паровоздушных смесей. Если прямая ВП пересечет кривую насыщенного пара /и попадет в «зону тумана» на рис. 5, совпадающую с «зоной сырой бани» на рис.1/, то значит, возможно появление тумана. Видно, что при смешении холодного воздуха В с паром П /«из чайника» с температурой 100оС/ туман образуется всегда. Ясно, что для полного предотвращения туманообразования необходимы очень высокие температуры пара из каменки / не менее 250оС для модельной пунктирной прямой из метеоточки О/.
При увлажнении воздуха в бане возникают и аэродинамические особенности. Поясним это на примере черной бани /рис.6/. При протопке черной бани холодный воздух из открытой двери 1 по полу поступает в зону очага 2, нагревается и в виде смеси с дымовыми газами поднимается вверх, расстилается по потолку и выходит наружу через верхний срез двери . Такая аэродинамическая траектория 3 называется вентиляционной приточно-вытяжной и является разомкнутой /вернее, замыкающейся вне помещения бани/. После протопки бани при закрытии двери движения воздуха не прекращаются, поскольку раскаленные камни очага продолжают нагревать воздух. Но разомкнутый вентиляционный поток 3 преобразуется в замкнутый циркуляционный поток 4. Именно замкнутый циркуляционный поток приводит к задымлению всего помещения бани, а также к нагреву стен и пола бани нисходящими потоками горячего воздуха. Если при этом плеснуть воду на раскаленные камни, то образующийся увлажненный воздух /«банный пар» / будет двигаться по циркуляционной траектории 4 . Достигнув холодного пола, увлажненный воздух неизбежно осушится за счет выделения конденсата-росы на полу или тумана. Поэтому как ни увлажняй однократными поддачами /«паровыми толчками»/ циркулирующий воздух, все равно он неминуемо осушится через два-три циркуляционных оборота. Такая баня «не держит пар» и может быть только сухой. Именно такой принцип и используется в сухих финских саунах.
Таким образом, для получения высоковлажного парового режима необходимо предотвратить вентиляцию, до предела снизить скорость циркуляции воздуха в бане /в том числе путем теплоизоляции каменки и снижения температуры стенок печи/, затруднить доступ потоков воздуха от взмахов веника к холодному полу, организовать парение на высоком полке-эстакаде, нагреть пол до температур не ниже 40оС.
Но даже при отсутствии заметной циркуляции высоковлажный воздух может осушаться на деревянном потолке и стенах бани. Дело в том, что древесина является гигроскопичным материалом, способным поглощать влагу из воздуха. На рисунке 7 приведены диаграммы равновесной влажности древесины для температур 40оС, 50оС и 60оС соответственно. Видно, что деревянный потолок с температурой 60оС и с относительной влажностью 6% осушает /или увлажняет/ воздух при температуре 60оС до абсолютной влажности 50 г/м3. И только повышая относительную влажность древесины /то есть увлажняя ее/, можно повысить влажность воздуха в бане.
Необходимость увлажнения массивного деревянного потолка требует повышенного расхода пара на увлажнение воздуха в бане. Зато « запас пара» в бане увеличивается - непрерывные «потери пара» на полу и на коже человека непрерывно компенсируются испарениями с влажного потолка.
Увлажнение древесины осуществляют не только многократной подачей пара именно на потолок бани, но и обрызгиванием водой потолка и стен бани.
Русскую паровую баню чаще всего связывают с так называемой «белой баней» - бревенчатой мытейной избой с кирпичной /или глинобитной/ печью-каменкой. Кирпичная печь /в том числе и русского типа/ имеет температуру стенок не выше 100оС и не в состоянии прогреть потолок избы до температур выше 40-50оС.
Поэтому белую баню не только увлажняют паром, но и дополнительно подогревают паром. Струю пара из каменки направляют преимущественно вверх на потолок так, чтобы пар лишь частично увлажнял воздух, а в основном конденсировался на гигроскопичном деревянном потолке. При конденсации пара нагрев потолка может оказаться существенным - конденсационное увлажнение древесины всего на 2% приводит к нагреву древесины на 25оС. Например, при испарении на камнях 2,5 литров воды 0,5 кг пара может пойти на увлажнение воздуха в бане до абсолютной влажности 70-100 г/м3, а 2,0 кг пара пойдет на увлажнение и нагревание потолка, имеющего массу 100 кг, до температуры 65-75оС. В результате, около потолка бани образуется паровая зона – устойчивый слой горячего влажного воздуха /рис.8/. Эта паровая зона должна быть неподвижной как «колышащееся жаркое марево». И именно из этой зоны захватывают веником горячий «банный пар» и направляют его на тело человека.
Такой метод получения «банного пара» обеспечивает удивительную гибкость климатических режимов. При сухом потолке можно получить столь любимый современными парильщиками «лечебный» режим с температурой 65оС и с относительной влажностью воздуха 65%, который дает сухой жаркий воздух, удивительно приятный для дыхания при парении. А при предварительно увлажненном потолке /а также в сочетании с баками с горячей водой/ можно получить «мытейный» режим с температурой 55оС и относительной влажностью 90%, который дает «ручьи пота» /а в действительности «ручьи росы»/ при взмахах веника.
Так или иначе, не только сам по себе пар из каменки, но и горячий влажный деревянный массивный потолок /желательно с развитой поверхностью – со щелями и трещинами/ создает в русской бане необходимый паровой климат.
Литература.
1. Ю.М.Хошев, Сауна. Гигиеническая баня для дачника и садовода, М.: Астрель, 2004 (400стр.).
2. Ю.М.Хошев, Теория бань, М.: Книга и бизнес, 2006 (232стр.).
3. Ю.М.Хошев, Дачные бани и печи, М.: Книга и бизнес, 2008 (640стр.).
Скачать каталог оборудования
Котел Казак по Белому
Самый производительный и безопасный котел от создателя!
Перейти в раздел >> Вопросы и техническая поддержка.
Печь Казачка Твердыня по Белому Настоящая печь для бани от создателя!