Теория бань

Хошев Юрий Михайлович

4.4. Бани сухие, влажные и паровые

Продолжим рассмотрение случая, когда температуры всех элементов бани равны, и только человек имеет иную, более низкую температуру Возможный лучистый нагрев или лучистое охлаждение тела человека как и прежде пока не учитываем.

Мы уже установили, что перенос обычных атмосферных метеорологических представлений в банные условия не корректен и приводит к неправильным заключениям именно потому, что тело человека в бане холодней воздуха, а в обычной жизни наоборот. Такие же недоразумения могут возникнуть и при попытках бездумного использования понятия относительной влажности в неживой природе. Так, например, прогноз погоды (метеосводка) о предстоящем снижении относительной влажности воздуха воспринимается в народе как однозначное свидетельство того, что на улице будет сухо, лужи начнут быстро высыхать. Действительно, всё, что имеет температуру воздуха (то есть всё, что успевает охладиться или нагреться строго вслед за изменяющим свою температуру воздухом), будет безусловно сохнуть: листья на деревьях, бельё на верёвке, скамейки. Но массивные

дома и крупные водоёмы изменяют свою температуру крайне медленно. Кроме того, их температура практически всегда ниже температуры воздуха (как и человека в бане). Поэтому они будут быстрей сохнуть лишь при снижении абсолютной влажности воздуха, а не относительной (которая, к тому же попросту теряет физический смысл в этих условиях). На самом деле, если снижение относительной влажности воздуха сопровождалось повышением температуры (установилась жара) так, что абсолютная влажность воздуха реально увеличилась (а на практике это наблюдается, как правило, всегда), то крупные лужи и стены массивных домов станут сохнуть в жару не быстрей, а медленней (и даже, может быть, наоборот, будут не сохнуть, а увлажняться за счёт выпадения конденсата из воздуха). Всем известно, что вода в бассейнах испаряется преимущественно ночью в прохладном воздухе, а вовсе не днём в жарком воздухе. Так что прогноз погоды сам по себе требует дополнительного анализа. Но если бы в метеосводках сообщали не относительную влажность воздуха, а абсолютную, а ещё лучше точку росы воздуха, то никаких недоразумений такого плана не было бы. То же самое можно сказать о бане.

Рис. 30. Теоретические зависимости показаний влажного термометра Тв от показаний сухого термометра Тс при различных абсолютных влажностях воздуха (точках росы): 1 — 0,07 кг/м³ (46 °C), 2 — 0,06 кг/м³ (43 °C), 3 — 0,05 кг/м³ (40 °C), 4 — 0,04 кг/м³ (37 °C), 5 — 0,03 кг/м³ (32 °C), 6 — 0,02 кг/м³ (25 °C), 7 — 0,01 кг/м³ (15 °C).

Показания влажного термометра указывают, к какой температуре будет стремиться тело со смоченной поверхностью в бане при заданных метеоусловиях. На рисунках 30 и 31 приведены расчётные зависимости показаний влажного термометра от температуры воздуха (по сухому термометру) и от точки росы. Ясно, что климатические режимы с температурой по влажному термометру ниже 40 °C банными, строго говоря, не считаются, поскольку неразгорячённый человек в этих условиях при смачивании кожи водой может испытывать охлаждение тела. Но поскольку точка росы Тр всегда ниже температуры по влажному термометру Тв и температуры по сухому термометру Тс (Тр<=Тв<=Тс), то возможны банные режимы с точкой росы ниже 40 °C, то есть ниже хомотермальной кривой.

Рис. 31. Теоретические зависимости показаний влажного термометра Тв от точки росы воздуха Тр при различных показаниях сухого термометра Тс.

На рис. 32 представлены метеорологические условия, соответствующие показаниям влажного термометра 40 °C и 50 °C. Забегая вперёд, укажем, что кривая 2 соответствует ощущению комфортного тепла у человека с мокрой кожей, причём время прогрева тела до температуры 39 °C (время переносимости банной температуры и влажности по данным раздела 5.3) достигает нескольких часов (без учёта влияния инфракрасного излучения). В этих условиях, отвечающих режимам «привыкания», человек в бане начинает незаметно для себя всё сильней потеть, но часть пота всё же ещё испаряется, не позволяя человеку сильно перегреться. Этот режим, характерный для сухих турецких бань, мало знаком русским и финским любителям бань. В частности, этот режим реализуется и в инфракрасных кабинах, имеющих дополнительный лёгкий нагрев лучистым теплом (см. раздел 4.6). Кривая 3 соответствует временам переносимости порядка 10 минут (без учёта влияния инфракрасного излучения). Область между кривыми 2 и 3 соответствует типичным банным метеорежимам. Хомотермальная кривая 1, естественно, находится в этой области.

Рис. 32. Теоретические зависимости относительной влажности воздуха от температуры воздуха Тс (по сухому термометру): 1 — при фиксированной точке росы Тр = 40 °C (хомотермальная кривая), 2 — при фиксированной температуре по влажному термометру Тв = 40 °C, 3 — при фиксированной температуре по влажному термометру Тв = 50 °C, 4 — при относительной влажности 100 %, 5 — при равенстве скоростей конвективного нагрева и охлаждения за счёт испарения воды с кожи в условиях обдува, 6 — при фиксированной точке росы Тр = 50 °C.

По сути, рис. 32 констатирует очевидный факт: банные режимы находятся не только на хомотермальной кривой, но и в некоторой области около неё. Причём каждый человек выбирает себе банный метеорежим в соответствии со своими предпочтениями и техническими возможностями своей бани. Некоторые любят погорячее — метеорежимы выше

кривой 3 с временем непереносимости менее 10 минут относятся к экстремальным. Прогревшись (или перегревшись), можно с комфортом принять мытную процедуру в климатической области ниже кривой 2, которую с неразогретым организмом воспринимают как прохладную для тела и свежую для лёгких. На рис. 32 видно, что в финских саунах при температурах выше 100 °C все режимы (сухие, паровые) находятся в узкой области относительных влажностей 2-10 % по гигрометру (Ю.М. Хошев. БАНБАС, 2/26, 2003 г., стр. 38). На рис. 33 представлены те же климатические кривые, что и на рис. 32, но в координатах «абсолютная влажность — температура». При этом хомотермальная кривая преобразуется в горизонтальную прямую 1, соответствующую фиксированной абсолютной влажности 0,05 кг/м³ (точке росы 40 °C). Банные метеоусловия располагаются, как и прежде, между кривыми 2 и 3 и разделяются условно на паровую баню (выше хомотермальной кривой), влажную и сухую баню (на хомотермальной кривой и ниже). Выше кривой 3 располагается климатическая зона экстремальных бань (с температурой по влажному термометру выше 50 °C). Ниже кривой 2 располагаются метеорежимы, при которых холодно с мокрой кожей (но тепло с сухой кожей), но если тело человека нагреть при этом лучистым теплом (инфракрасным излучением) от нагретых поверхностей, то метеорежимы ниже кривой 2 могут стать банными. Это реализовывалось в лаконикумах с «сухим жаром» от жаровень и в сухих саунах с потоком лучистого тепла с горячего потолка (см. раздел 8).

На рис. 33 в дополнение к предыдущим соображениям введена дополнительная метеозона, располагаемая вниз от хомотермальной кривой 1 до кривой 5. Дело в том, что хомотермальные метеорежимы отвечают отсутствию процессов испарения влаги с кожи человека и процессов конденсации паров воды из воздуха на кожу человека. При этом в неподвижном воздухе человеку не становится ни теплей, ни холодней при смачивании кожи водой (в том числе и потом). Но появление воздушных потоков приводит к дополнительному нагреву тела тёплым воздухом за счёт конвективной составляющей, а процессы испарения, которые могли бы скомпенсировать этот нагрев, на хомотермальной кривой не возникают. Поэтому на хомотермальной кривой воздух, обдувающий тело человека, воспринимается как тёплый. А вот на кривой 5 этот дополнительный конвективный нагрев полностью компенсируется охлаждением за счёт испарения, и человек, хотя и ощущает факт появления механических воздушных потоков, тем не менее не чувствует ни нагрева кожи, ни её охлаждения. То есть на кривой 5 человеку с мокрой кожей не становится ни теплей, ни холодней при появлении движения воздуха. Столь тонкие нюансы характерны для ощущений мокрого тела человека. Человеку же с сухой кожей тепло (жарко) на всей площади рис. 33 вне зависимости от наличия или отсутствия потоков воздуха. Это очень важно для анализа субъективных ощущений человека в бане (см. раздел 6).

Рис. 33. Теоретические зависимости абсолютной влажности воздуха от температуры воздуха Тс (по сухому термометру): 1 — при фиксированной точке росы Тр = 40 °C (хомотермальная кривая), 2 — при фиксированной температуре по влажному термометру Тв =40 °C, 3 — при фиксированной температуре по влажному термометру Тв = 50 °C, 4 — при фиксированной относительной влажности 100 % (соответствует плотности насыщенных паров воды), 5 — при равенстве скоростей конвективного нагрева и охлаждения за счёт испарения воды с кожи в условиях обдува, 6 — идентификационная точка для рис. 65 (точка 4) и рис. 66.

Схема метеорежимов на рис. 33 наиболее полно описывает климатические особенности бань, но без учёта лучистого нагрева, то есть в том предположении, что стены и потолок бани имеют температуру, равную или близкую температуре кожи человека в бане 40 °C. Это, например, можно реализовать, обдувая в обычной жилой комнате тело человека феном. Или можно обить все стены бани зеркально отражающей полированной алюминиевой фольгой с малым коэффициентом поглощения. В реальных же банях температуры стен и потолков выше 40 °C. Это значит, что надо пользоваться понятием не просто влажного термометра (экранированного), а влажного термометра, нагреваемого также и лучистым теплом. Показания такого термометра, конечно же, будут выше показаний экранированного влажного термометра. Поэтому с учётом лучистого нагрева кривые 2 и 3 на рисунке 33 опустятся вниз (или сдвинутся влево) при высоких температурах, а значит сухая баня станет жарче.

Руководствуясь зависимостями на рис. 33, можно оценить те количества воды, которые необходимо испарить (например, с помощью каменки), для получения влажных или паровых режимов. Легко видеть, что без дополнительного увлажнения воздуха получить паровой режим из сухого невозможно, точно так же, как невозможно перейти от паровой бани к сухой без осушения воздуха. В то же время сам воздух можно сделать сухим из влажного (по гигрометру) простым нагреванием без осушения, поскольку относительная влажность воздуха при постоянной абсолютной влажности может меняться в широких пределах при изменении температуры.

На рисунках 32 и 33 приведена также кривая 4 температурной зависимости плотности насыщенного пара, выделяющая зону туманообразования. Туман в виде «клубов пара» можно наблюдать (либо при охлаждении паровой бани, либо при поддачах при низких температурах воздуха) только лишь в зоне выше кривой 4. Бани, соответствующие кривой 4, имеют относительную влажность 100 % и называются сырыми, поскольку в них не сохнут ни полы, ни полки, ни потолки. Обычно эти бани заполнены туманом («клубами пара») и при температурах выше 50 °C являются обжигающими.