Научно-популярные статьи о бане

Хошев Юрий Михайлович

Переходя к численным оценкам, нужно прежде всего определить, в каких условиях кожа может быстро нагреваться. Это происходит тогда, когда тепловые потоки на кожу настолько велики, что тепло «не успевает» уходить внутрь тела. Если тело и кожа не прогреты и сосуды прикожного слоя еще не расширились, то тепло с кожи уходит в тело только за счет теплопроводности прикожного слоя. В этом случае величины тепловых потоков подсчитываются легко (исходя из коэффициента теплопроводности дермы 5x10⁴ кВт/м град, перепада температуры на дерме 4 °C и характерной глубине расположения крупных кровеносных сосудов 0,01 м) и равны ориентировочно 0,2 кВт/м² и выше.

При тепловых же потоках менее 0,2 кВт/м² температура кожи не может «оторваться» от температуры тела

даже в отсутствии потовыделения и без повышенной микроциркуляции крови в коже, поскольку поступающее на кожу тепло «успевает» уйти внутрь тела механизмами обычной теплопроводности. Величину 0,2 кВт/м² назовем уровнем привыкания. Эта величина имеет смысл не только для бань, но и для холодных бассейнов, горячих ванн, холодных и горячих душей, ИК-саун и любых других объектов, имеющих дело с нагревом или охлаждением тела человека. Таким образом, явление привыкания можно трактовать следующим образом. Терморецепторы в коже реагируют не на температуру кожи, а на перепад температуры на коже. Терморецепторы сравнивают температуру на поверхности кожи с температурой тела, которая является изотермической из-за быстрой оборачиваемости крови. Терморецепторы в коже принадлежат соматической нервной системе, управляющей мышцами. Поэтому при перепаде температур они в первую очередь дают сигнал на оборонительные действия мышцам, а также в центральную нервную систему для формирования эмоциональных реакций боли и страха.

Если же тепловой поток на кожу мал (менее 0,2 кВт/м²), то мал и темп нагрева кожи и перепад температуры на коже (менее 4 °C). Отрицательных оборонительных эмоций при этом не возникает, и человек пребывает в состоянии комфорта. По мере прогрева тело «привыкает» ко все большим температурам. Отметим, что явление закаленности организма связано с быстрой реакцией не соматической, а вегетативной нервной системы, отвечающей за сосудорасширение и потовыделение. Ясно, что при увеличенной микроциркуляции крови в кожном покрове тепло через кожу проходит быстрее и перепады температуры на разгоряченной коже не столь уж велики, как на неразгоряченной. Поэтому человек с раскрасневшейся кожей легко переносит и морозный воздух, и ледяную воду, и повышенный жар.

На рис. 1 представлена кривая 1 переносимости кожей тепловых потоков, построенная по результатам измерений в сталелитейных производствах (Глушко Л. А. Защита от перегревов в горячих цехах. М., Металлургиздат, 1963). Из кривой 1 видно, что при введенном нами уровне привыкания q привыкания = 0,2 кВт/м² переносимость на самом деле очень высока. Затем по мере увеличения теплового потока она неуклонно снижается до минут, а потом и до секунд (см. кривую 1 на рис. 2). Естественно, баня с временем пребывания в несколько секунд не может эксплуатироваться даже как экстремальная баня, для банного процесса необходима хотя бы минута. В то же время величины тепловых потоков инфракрасного излучения, достигаемые в горячих металлургических и кузнечных цехах (до 14 кВт/м²), могут иногда создаваться и в банях с металлическими неэкранированными печами. Это настолько большие тепловые потоки, что они способны воспламенять древесину на расстояниях до 6 метров от печи (НПБ 105-95). Поэтому в саунах так важна экранировка печей, а в цехах — использование спецодежды противопожарного типа.

Обсуждаемая непереносимость тепла кожей не связана с перегревом тела, температура тела подняться за несколько секунд до опасных значений не может. Доказательством того, что именно темп нагрева (а не степень нагрева) вызывает непереносимость, является экспериментально установленный факт того, что переносимость может уменьшаться с уменьшением количества теплоты, передаваемого коже за время переносимости (см. кривую 2 на рис. 2). Кроме того, необходимо отметить, что под переносимостью может пониматься нестерпимость ощущений даже на одном каком-либо участке кожи, например на лице. Этого бывает уже вполне достаточно, чтобы спуститься с верхнего полка или даже выйти из парилки.

Перегрев

внутренних органов тела также приводит к непереносимости, но уже не за счет жжения и пощипывания кожи, а ввиду ухудшения общего самочувствия человека (повышения артериального давления, частоты пульса, стука в висках, головокружений, слабости и т. п.). Зная массу тела среднестатистического человека и его теплоемкость, легко подсчитать максимальное для тренированного человека время переносимости тепловых потоков как продолжительность нагрева его внутренних органов до 41 °C (см. кривую 2 на рис. 1). Видно, что время переносимости телом может быть намного больше времени переносимости кожей (в десять раз при тепловом потоке 3 кВт/м²). Со снижением тепловой нагрузки время переносимости телом быстро увеличивается. В интервале умеренных режимов 0,2–1,0 кВт/м² переносимость телом только примерно в два раза выше переносимости кожей, а при режимах ниже уровня привыкания переносимости кожей и телом практически сравниваются (точнее, термины переносимости кожей и телом приобретают одинаковый смысл, поскольку температура кожи при этом близка к температуре внутренних органов).

Указанное время переносимости весьма ориентировочно, но ввиду сильной зависимости переносимости от тепловой нагрузки можно сделать однозначный вывод, что комфортные банные режимы, отвечающие понятию «легкий пар», соответствуют уровням суммарной тепловой нагрузки на кожу где-то в пределах 0,2–1,0 кВт/м². В то же время при этих тепловых нагрузках разница между переносимостью кожей и телом становится уже сравнимой с ошибками оценок переносимости. Впрочем, в бытовых банях отличие между переносимостью кожей и телом не должно быть большим (в отличие, может быть, от экстремальных развлекательных бань). Поэтому в дальнейшем за уровень переносимости примем переносимость кожей с учетом возможного двукратного физиологического запаса по телу. Определившись с величиной искомой тепловой нагрузки на кожу, мы должны теперь вычислить отвечающие этим тепловым нагрузкам климатические (метеорологические) условия, поскольку в банях тепловые потоки никто никогда не мерил и измерять не собирается.

Часть 2

Влажная баня

Прежде всего рассмотрим простейший банный режим — хомотермальный, отвечающий отсутствию процессов испарения влаги с кожи человека и процессов конденсации паров воды из воздуха на кожу человека (см.: БАНБАС № 5 (23), 2002, с. 46). При хомотермальном режиме человеку не становится ни теплей, ни холодней при смачивании кожи водой (в том числе и при выделении пота) даже при наличии потоков воздуха.

Хомотермальная кривая рассчитывалась нами ранее для температуры прогретой кожи, равной 40 °C (для точки росы воздуха 40 °C и абсолютной влажности воздуха 0,05 кг/м³ соответственно). При входе в баню (парилку) в первый раз человек имеет температуру кожи 36–37 °C и даже ниже (так, например, нормальная температура носа составляет 25 °C). Поэтому для впервые входящего в баню человека определенный нами ранее хомотермальный режим ощущается (прежде всего лицом и носоглоткой) в первые мгновения как паровой конденсационный. Поскольку для эмоциональных людей глубоко субъективное понятие «легкий пар» ассоциируется в первую очередь с ощущениями приятного жара в носоглотке при первых вздохах. Любознательный читатель при анализе первых ощущений в бане должен исходить из хомотермальной кривой для точки росы 37 °C и абсолютной влажности воздуха 0,04 кг/м³ соответственно.

Вместе с тем ни кожа, ни носоглотка, ни расположенные в ней терморецепторы нервной системы ни глаз, ни газоанализаторов не имеют. Кожа (по крайней мере, мокрая) не чувствует, как поступает на нее тепло: из влажного ли воздуха или сухого, с конденсацией ли пара или с испарением пота. А вот человеку как живому существу небезразлично, как поступает на него тепло, потому что с теплом, исходящим из воздуха с абсолютной влажностью ниже 0,05 кг/м³, он может справиться с помощью потоотделения, а с теплом из воздуха с абсолютной влажностью выше 0,05 кг/м³ справиться не в состоянии.