Теория бань

Хошев Юрий Михайлович

В заключение отметим, что, в отличие от русских, у финнов понятие «лёгкого пара» не столь развито и принято. Это объясняется тем, что финны не имеют многовековой истории городских паровых бань. Они быстро перескочили в XX веке с дымных саун на ванны и души. «Бездымные сауны» у финнов были лишь эпизодом, и современные сауны ими воспринимаются скорее как продолжение традиций дымных саун (чёрных курных бань). А понятие «лёгкого пара» относится конечно же в первую очередь к белым баням. Мы здесь не имеем в виду выражение «с лёгким паром», являющееся лишь народным бытовым приветствием-пожеланием типа «как поживаешь» или «будь здоров», не требующее какого-то ни было анализа.

7.8. Потолок как парогенератор (кондиционер)

Пар из каменки, поднимаясь вверх, увлажняет преимущественно горячие припотолочные зоны воздуха. При температуре потолка 60 °C максимально возможная абсолютная влажность воздуха составит 0,13 кг/м³, при превышении которой начинается конденсация водяных паров либо в виде тумана или, что более вероятно, в виде росы

на потолок. Всем любителям бань известно неприятное явление капания горячих капель воды (конденсата) с потолка на тело при сильных поддачах. Это явление наблюдается на зонах потолка, обшитых железом, на каменных (кирпичных, бетонных) оголовках (распушках, разделках) печи, на крашеных досках потолка и даже на головках гвоздей, то есть на всех непористых элементах потолка. Если же потолок бревенчатый (дощатый) или оштукатуренный, то конденсирующаяся влага тотчас впитывается в пористый материал, и капания конденсата с потолка не наблюдается.

В том, что деревянный потолок белой бани при поддачах действительно увлажняется, можно легко убедиться, завинтив в потолок рядом в 2 сантиметра друг от друга два самореза вдоль волокон и замеряя электропроводность древесины мегометром до и после поддачи.

Факт увлажняемости пористого потолка имеет два важных следствия. Во-первых, увлажнённый пористый потолок становится резервуаром для хранения воды, которая впоследствии испаряясь, может затем долго увлажнять воздух вблизи потолка. Во-вторых, абсолютная влажность воздуха вблизи пористого потолка неизбежно ниже, чем вблизи непористого потолка по причине гигроскопичности материала — уменьшения давления насыщенных паров при уменьшении радиуса кривизны компактной жидкости в капиллярах древесины (рис. 25).

Паровые бани с непористыми (невлагоёмкими) потолками и стенами называют сырыми, поскольку воздух в них сырой (имеет 100 %-ую относительную влажность у потолка). Паровые бани с пористыми (влагоёмкими) потолками могут иметь воздух «лёгкий», то есть не сырой, осушенный (влажный или даже сухой). Если же пористый потолок увлажнён до предела, то баня сырая.

Оценить субъективную (органолептическую) разницу «пара» (то есть горячего увлажнённого воздуха) около непористого и пористого потолка может каждый с помощью самого обычного домашнего «ингалятора»: кастрюли с горячим содержимым, над которой склоняются и вдыхают «пар», желательно через трубку или воронку (например, обрезанную пластиковую бутылку). Если в кастрюле горячая вода, то воздух в кастрюле сырой «тяжёлый», обжигающий глотку при вдохе и лицо при выдохе. Если же в кастрюле горячая варёная картошка с той же температурой (а вода слита), то «пар» заметно мягче, что и используют часто в быту с пользой для здоровья. Высокая мягкость «лёгкого пара» над картошкой обусловлена гигроскопичностью варёного картофеля, которая снижает абсолютную влажность воздуха в кастрюле. Отметим попутно, что если горячую варёную картошку охладить в кастрюле с закрытой крышкой, то на дне кастрюли мы обязательно обнаружим воду. Это означает, что влага из картошки может испаряться, а затем конденсируется на более холодных стенках кастрюли. То же самое происходит в бане с древесиной.

Гигроскопичность — это способ материала поглощать водяные пары из воздуха при температурах ниже точки росы, то есть тогда, когда на непористом материале (например, стальном листе) не может выделяться влага из воздуха в виде росы. Как уже отмечалось в разделе 4.2, свойство гигроскопичности обусловлено наличием в материале смачивающихся мелких (ультрамикроскопических) капилляров, измеряемых сотыми или тысячными долями микрометра. В таких смачивающихся капиллярах над вогнутой поверхностью менисков давление водяного пара меньше, чем над плоской поверхностью воды. Так, при 20 °C зависимость относительного понижения давления насыщенного водяного пара р/ро от радиуса г (в нанометрах, 10 ⁹ метра) имеет вид:

При радиусе капилляра r= 100 нм=0,1 мкм давление насыщенного пара снижается всего на 1 %, а при r=1 нм=0,001 мкм уже в два раза. Несмотря на столь малые размеры капилляров, их в древесине много: при заполнении всех таких капилляров водой относительная влажность древесины составит примерно 30 % (предел гигроскопичности). Вода в микрокапиллярах называется связанной. Температура замерзания связанной влаги составляет минус 1 °C при относительной влажности древе-

При радиусе капилляра г= 100 нм=0Д мкм давление насыщенного пара снижается всего на 1 %, а при г=1 нм=0,001 мкм уже в два раза. Несмотря на столь малые размеры капилляров, их в древесине много: при заполнении всех таких капилляров водой относительная влажность древесины составит примерно 30 % (предел гигроскопичности). Вода в микрокапиллярах называется связанной. Температура замерзания связанной влаги составляет минус 1 °C при относительной влажности древесины 25 % и минус 70 °C при относительной влажности древесины менее 1 % (то есть последние остаточные следовые количества воды сохраняются в самых мелких капиллярах). Свойство гигроскопичности древесины иллюстрируется широко известными диаграммами равновесной влажности древесины (рис. 57, 58, 59). Если через слой опилок продувать постоянно воздух с фиксированной температурой и с фиксированной влажностью, то мелкоизмельчённая древесина рано или поздно увлажнится или осушится до вполне определённой равновесной относительной влажности. И, наоборот, если через слой мелкоизмельчённой древесины продувать воздух с любой влажностью, то при определённой температуре (воздуха

и древесины) будет достигнута вполне определённая равновесная относительная влажность воздуха, не зависящая от того, высушен ли был воздух до контакта с опилками или увлажнён. Относительная влажность древесины характеризуется отношением массы воды (влаги) в древесине (в частности, массы пара, поглощенного древесиной) к массе древесины в абсолютно сухом состоянии и выражается в процентах. Неизмельчённая (компактная) древесина обладает точно такими же свойствами гигроскопичности, но высушивается и увлажняется более медленно, что необходимо учитывать при анализе быстропротекающих процессов, например, в момент поддачи (П.С. Серговский, А.И. Расев, Гидротермическая обработка и консервирование древесины, М.: Лесная промышленность, 1987 г.; И.В. Кречетов, Сушка древесины, М.: Лесная промышленность, 1980 г.).

Рис. 57. Зависимость равновесной относительной влажности древесины от абсолютной влажности воздуха при различных температурах: 1 — 20 °C, 2 — 30 °C, 3 — 40 °C, 4 — 50 °C, 5 — 60 °C, 6 — 70 °C, 7 -80 °C. Абсолютно сухая древесина может быть получена в абсолютно сухом воздухе только при 100 °C и выше.

Кривые гигроскопичности древесины можно строить в разных координатах, что позволяет наглядно и документально анализировать различные конкретные следствия. Например, из рис. 57 однозначно следует, что при температуре древесины 60 °C (кривая 5) абсолютная влажность воздуха внутри (вблизи) древесины порядка 0,12 кг/м³ может быть достигнута лишь при относительном увлажнении древесины до относительной влажности не менее 20–30 %, то есть при влажной древесине. Поскольку значение 0,13 кг/м³ соответствует насыщенному водяному пару при температуре 60 °C (сырому воздуху), то кривые на рисунке 57 означают, что сырой воздух внутри (вблизи) древесины может быть получен лишь при сырой (до предела увлажнённой) древесине.

Рис. 58. Зависимость равновесной относительной влажности древесины от температуры при различных абсолютных влажностях воздуха: 1 — абсолютная влажность воздуха 0,005 кг/м³, 2 — 0,017 кг/м³, 3–0,050 кг/м³, 4–0,13 кг/м³, 5 — 0,29 кг/м³.

Например, предположим, что баня протоплена до температуры потолка 60 °C, воздух в бане увлажнён дыханием людей до абсолютной влажности 0,05 кг/м³. Из рисунка 57 следует, что деревянный потолок в этом хомотермальном режиме имеет относительную влажность 6,6 %. При массе деревянного потолка условно 100 кг (а реальная масса бревенчатых потолков может быть ещё больше) количество влаги в потолке составляет 6,6 кг. Теперь увлажним воздух, вылив в каменку 0,4 кг воды и направив струю пара к потолку. Если бы потолок был непористым (стальным), то воздух у потолка сначала увлажнился бы до абсолютной влажности 0,13 кг/м³, и лишь потом избыточные количества пара сконденсировались бы на потолке в виде капель, которые затем упали бы вниз на пол. Но деревянный потолок, являясь пористым, гигроскопически сконденсирует (не дожидаясь подъёма абсолютной влажности воздуха до 0,13 кг/м³) и поглотит весь пар, выпущенный из каменки. При этом количество влаги в потолке достигнет 7 кг, а относительная влажность древесины потолка повысится до 7,0 %. Температура потолка увеличится за счёт теплоты конденсации пара до 65 °C. Из рисунка 57 следует, что абсолютная влажность воздуха у деревянного потолка (с температурой 65 °C и относительной влажностью 7 %) действительно повысится не до 0,13 кг/м³, а лишь до 0,07 кг/м³. Конечно, процесс поглощения потолком влаги из воздуха может быть растянут по времени, и на какой-то ограниченный период времени абсолютная влажность воздуха в бане может кратковременно стать значительной (более 0,1 кг/м³). Но факт остаётся фактом: чтобы увлажнить воздух в деревянной бане, потребуется испарить в каменке воды больше, чем 0,4 кг.

Рис. 59. Зависимость равновесной относительной влажности воздуха над древесиной от температуры воздуха при различных относительных влажностях древесины: 1 — относительная влажность древесины 25 %, 2 — 20 %, 3 -15 %, 4 — 10 %, 5–7%, 6 — 5 %, 7 — 3 %.

Плеснём в каменку ещё 0,4 кг воды и вновь направим струю пара вверх к потолку. Относительная влажность древесины повысится до 7,4 %, температура потолка до 70 °C, а абсолютная влажность воздуха около потолка до 0,10 кг/м³. И только третья (а может быть, даже четвёртая или пятая) поддача поднимет абсолютную влажность воздуха у потолка до требуемого уровня порядка 0,12 кг/м³ и выше. При этом температура потолка (и воздуха у потолка) достигает 75 °C (или выше), а значит воздух и после многих поддач не станет сырым.