Главное о бане. Как я понимаю хомотермальную кривую

Баня без пара, что щи без навара!

«Как потеешь?» дорогой друг! Мы все еще топчемся перед баней, не решаясь войти. И правильно делаем, поскольку нам пока не ведомо — главное о бане,  не знакомы виды бань  и параметры  их микроклимата. Зачастую бывает и так – собираешься в русскую баню, а попадаешь в жесткую обжигающую Финскую баню сауну с металлической печью. Температура в такой бане более 100^оС, веник сохнет, листья осыпаются, на теле пятна ожогов. Такая баня надолго может отбить желание попариться.

Чтобы чувствовать себя комфортно в бане, как мы выяснили, температура в ней должна быть не менее t_с.т = 40^оС, а влажность находиться в приделах φ = 82 —  94%. При этих климатических параметрах мы будем  потеть. Пот с тела будет иметь возможность испаряться, тем самым не допуская перегрева тела.  Пребывать в такой атмосфере, с ощущением удовольствия и комфорта, очень приятно.

Вот это и легло в основу  Турецкой бани хаммам, Римской и других. Как же они функционируют? Чтобы понять ход дальнейших рассуждений , необходимо иметь перед собой диаграмму i-d влажного воздуха. Рассмотрим в качестве примера турецкую баню хаммам, представляющую собой каменное помещение, нагреваемое горячим полом. Проветрим сухую баню наружным атмосферным воздухом с температурой, например, 25°С и абсолютной влажностью 0,016 кг/м3 (что соответствует значению относительной влажности воздуха 80%), затем, сохраняя полы сухими, закроем двери и нагреем баню до 40°С. Воздух в бане тоже нагреется до 40°С и сохранит ту же абсолютную влажность 0,016 кг/м3, так как в бане нет воды, которая могла бы испаряться. При температуре 40°С абсолютная влажность 0,016 кг/м3 соответствует значению относительной влажности 35%. При такой относительной влажности, температура нашего тела будет стремиться к температуре мокрого термометра то есть к t_м.т = 27°С.

Баня при увлажнении тела представляется очень холодной. Обольемся горячей водой с температурой 40°С или  воду  нальем на горячий пол. Относительная влажность 35% означает, что при этой температуре в воздух может испариться еще 65% воды. Вот она и будет испаряться, пока абсолютная влажность не достигнет табличного для 40°С значения плотности насыщенного пара 0,05 кг/м3, отвечающего относительной влажности воздуха 100%. Баня становится горячей. Теперь вытрем все полы насухо и тряпки удалим из помещения бани. Наше тело продолжает потеть, но пот не испаряется, так как воздух взять в себя воды при этой температуре больше не может. Системы самотерморегуляции тела оказываются неработоспособными. Температура кожи уже давно равна 40°С, начинает повышаться температура внутренних органов. В это время мы чувствуем панический жар, становится трудно дышать, увеличивается сердцебиение, хочется побыстрей покинуть баню. Недалеко уже и до теплового удара. А давайте слегка проветрим баню, влажность воздуха при этом снизится. Станет полегче, так как пот начнет испаряться, охлаждая тело. Вот такой и полагается быть турецкой бане хаммам, то есть Турецкий Хаммам (ТХ) — это  t_с.т = 40 — 45°С и φ = 100 —  90%.  В таком банном микроклимате тело человека может находиться достаточно долго без ощущения дискомфорта, из кожных пор постоянно, но не очень интенсивно выделяется пот.

Процесс парения состоит из активного массирования тела и пассивного лежания на каменных поверхностях, нагретых до 40°С. Отметим, что данные бани обладают самой влажной и самой низкотемпературной парилкой.

Ну а теперь давайте определим максимальные температуры, которые наше тело уже не сможет выдержать, находясь при этом в комфортном состоянии. За точку отсчета возьмем те же  40°С и начнем повышать температуру, при этом влажность будем понижать как можно ниже. Такой эксперимент провели финны в 1924г. Они и определили верхнюю границу нагрева воздуха, она оказалась равной 90°С. Тело, помещенное в парилку с температурой в 90°С и очень низкой, стремящейся максимально приблизиться к нулевой, влажности может комфортно пребыть в ней порядка 10 минут. При этом скорость движение  нагретого воздуха вблизи тела должна быть минимальна. В противном случае пот просто не будет успевать испаряться и тело получит ожег. Процесс парения в такой парилке (хотя водяного пара в ней не должно быть) сводится к пассивному сидению или лежанию в помещении парилки, заполненном очень горячим и очень сухим воздухом. Это и есть Финская баня сауна —  Суховоздушная Сауна (СВ) —  t_с.т = 90 — 110°С и φ = 8 — 3%. Верхние режимы, простому смертному, желательно не применять. Наше тело контактирует с окружающим воздухом еще и глазами, носоглоткой, бронхами, легкими и гениталиями. Все они покрыты слизистой оболочкой, которая не имеет возможности потеть. И если при     90°С носоглотка и все остальное без сильного дискомфорта выдерживают минут 10-15, то при 110°С и соответственно еще более низкой влажности, слизистые оболочки будут просто травмироваться.

А сейчас мы с вами определимся, что же располагается между парилкой Турецкой бани и парилкой Финской бани — Суховоздушной Сауны. Температурный диапазон между ними приличный – от 40 до 90°С, а влажностный еще больше – от 90 до 3%. Правильно, между ними расположилась Русская Баня. Прежде чем говорить о температуре в  русской бане, давайте определим благоприятные климатические параметры для повседневной жизнедеятельности человека. Эти параметры регламентированы СНиП 2.04.05-86 и равны: температура окружающего воздуха  20-25°С, влажность относительная 50-60%. Температура в русской бане t_с.т = 45 — 65°С при φ = 65 — 40%, то есть параметры воздуха в парилке  максимально приближены к параметрам повседневной жизнедеятельности.

Пар и парилка. Пар для бани готовят в каменке. Для этого топят баню до температуры порядка 50-55°С, камни в каменке разогреваются при этом до 400-600°С. Затем плескают горячую воду на эти камни, получают перегретый пар, который  со свистом вырывается из каменки в помещение парной. Очень важно понять тот факт, что пар, поступающий из каменки, вовсе не является тем «паром», который нужен парильщику. Пар из каменки надо каким-то образом смешать с воздухом бани, чтобы получить горячий высоковлажный воздух, который и называется  «банным паром». Так что каменка по существу является лишь частью некого генератора «банного пара», включающего и устройство смешения, роль которого играет само помещение парилки.

При  увлажнении воздуха в парилке 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.

Рассмотрим возможные случаи выделения тумана при смешении водяного пара в бане с воздухом парилки используя рис.1. На приведенном графике нанесена жирная  кривая А —  зависимость плотности насыщенного пара от температуры. Если абсолютная влажность смеси будет больше плотности насыщенного пара при температуре смеси, то туман будет выпадать обязательно. Учитывая, что теплоемкости воздуха и водяного пара  близки между собой, соединим прямой линией климатические точки 1 и 4, которые описывают параметры пара и воздуха до смешения. 1 – пар с  давлением 1атм и температурой 100°С. 4 –  насыщенный воздух с давлением 1 атм и температурой 30°С.

Видно, что в данном случае при смешении холодного воздуха 4 с паром  1 туман образуется всегда. При этом процедура постепенного подмешивания пара к воздуху отвечает стрелке В, а постепенного подмешивания воздуха к пару — стрелке С. Давайте будем смешивать наш воздух с паром температурой  160°С (метеоточка 2). Легко убедиться, что мы уже только частично попадаем  в «зону тумана». Ясно, что для полного предотвращения туманообразования  необходимы очень высокие температуры пара из каменки. Если мы нагреем воздух до 40^оС, относительная влажность которого будет равна 50% (метеоточка5) и будем смешивать этот воздух с паром в бане температурой 200°С, то избежим образование тумана. Увлажнять воздух в бане можно не только чистым паром, но и паром, который разбавлен воздухом, то есть высоковлажным воздухом (метеоточки 6и7).

В Русской бане, как вы догадались, сам человек создает необходимые режимы для парения. Что это за режимы и как их добиваются это дальнейший наш разговор. И чтобы не нарушать логику изложения материала, они будут рассмотрены только после тестирования бани. А смысл Русской бани заключается в том, что создав условия для парения, человек берет в руки веник и начинает себя им парить. Парить, в данном случае, означает конденсировать водяные пары на тело человека. При этом выделяется скрытая теплота конденсации водяного пара — это и есть суть ощущения жара. Русская баня и веник березовый понятия синонимы для бани.

Рассматривая климатические параметры вышеперечисленных бань, турецкой, русской и финской, мы оперировали такими параметрами как,  температура по сухому термометру, абсолютная и относительная влажность воздуха. Находясь в любой бане, влага либо испаряется с тела человека охлаждая его, либо конденсируется на тело нагревая его. Где же эта граница между двумя этими процессами? Оказалось, и это в свое время доказал  Ю. М. Хошев, что эта граница соответствует параметрам в бане при постоянной абсолютной влажности воздуха равной   0,05 кг/м³, температура точки росы при этом равна  Т_р = 40^оС. Данные параметры выбраны в соответствии с физиологической сущностью человека и справедливы для всех без исключения бань.

Для того чтобы построить эту кривую, обратитесь к i-dдиаграмме влажного воздуха. Приняв абсолютную влажность насыщенного воздуха равной 0,05 кг/м3, проведем вертикаль. Данная вертикаль, при постоянной температуре точки росы,  пересечет линии температур сухого термометра и относительной влажности в определенных точках. По данным этих точек и построим хомотермальную кривую. Хомотермальная (ХТ) кривая представлена на рис.2.

Хомотермальная кривая  практически в точности описывает реальные климатические условия парных бань всех возможных типов — турецких, русских, финских. Для всех видов бань характерна одна и та же критическая абсолютная влажность порядка 0,05 кг/м3, что с первого взгляда просто крайне удивительно.

Многие люди, в том числе и некоторые врачи, по наивности полагают, что климатические режимы различных традиционных парных бань специально разработаны «многовековым опытом многочисленных поколений предков». Это глубочайшее заблуждение. Других режимов, помимо приведенных в теоретической хомотермальной таблице, просто не существует в природе. Все, что ниже хомотермальной кривой, соответствует режимам потоотделения (в сочетании с потением). Все, что расположено на хомотермальной кривой, соответствует режимам потения без испарения пота и без осаждения конденсата. Все, что выше хомотермальной кривой, соответствует потению и осаждению горячего конденсата (росы) — классический случай русской паровой бани с кратковременным гипертермальным воздействием на кожу.

Самое интересное, что выпавшая влага будет иметь температуру воздуха в парилке. При выпадении незначительных объемов влаги ее действие переносится достаточно легко и приятно т.к. она быстро охлаждается при соприкосновении с кожей. Но если влажность в парилке значительная, порядка 70-80%, то  душ температурой 65^оС будет приятен далеко не каждому и очень недолго. Расположение различных видов бань относительно хомотермальной кривой приведено на Рис.3.

Чтобы понимать баню, необходимо контролировать климатические параметры в бане с помощью гигрометров. К сожалению, знание относительной влажности мало что дает парильщику, необходим пересчет по хомотермальной таблице. Рекомендуем для оценки климатической обстановки очень простой, крайне дешевый и безошибочный прибор: любой капиллярный термометр, резервуар которого обмотан ватой, то есть обычный влажный термометр. Зафиксировав показания сухого термометра, слегка смочим вату водой (лучше горячей) и проследим, как изменяются показания термометра, пока не высохнет ватка.

Если температура по влажному термометру выше 50°С (кратковременно бывает и до 60°С), то это очень жаркая парилка для любителя (экстремально «ошпариться»), если 40-50°С — это нормальная парилка, чтобы не спеша погреться и расслабиться, если 35-40°С -это хорошая климатическая обстановка, чтобы помыться после парной.

Итак, главное о бане:

1. Климатические параметры бань: Турецкая баня — это  t_с.т = 40 — 45°С и φ = 100 —  90%. Русская баня — это  t_с.т = 45 — 65°С и φ = 65 — 40%. Финская баня — это t_с.т = 90 — 110°С и φ = 8 — 3%.

2. Климатические параметры для повседневной жизнедеятельности человека. Эти параметры регламентированы СНиП 2.04.05-86 и равны: температура окружающего воздуха  20-25°С, влажность относительная 50-60%. Выводы сделайте сами.

3. Хомотермальная кривая (ХК) – это граница между режимами суховоздушной кабины и режимами паровой бани. Эта граница построена с учетом физиологической сущности человека и справедлива для всех видов бань без  исключения.

4. Температура конденсата, выпавшего на тело человека в режиме паровой бани, равна температуре в бане на момент выпадения конденсата. Кроме того, при этом выделяется скрытая теплота конденсации водяного пара — это и есть суть ощущения жара в паровой бане.

5. Парилка для нормального человека должна иметь температуру по мокрому термометру в приделах  t_м.т = 40 — 50°С.

В следующем посте мы с вами, для лучшего понимания бани,  протестируем мою баню и только потом, возможно, отправимся попариться. Легкого Вам пару без угару!

С уважением, Григорий и Галина.