Научно-популярные статьи о бане [Юрий Михайлович Хошев] (fb2) читать онлайн

Юрий Михайлович Хошев Научно-популярные статьи Опубликованы в периодическом журнале БАНБАС (Бани и бассейны)

Климатические характеристики бани

Научно-популярная статья.

Опубликована в периодическом журнале БАНБАС (Бани и бассейны), № 5(23), 2002, стр.46–58.

Теоретически обоснована определяющая роль абсолютной влажности воздуха в бане на физиологическое восприятие тепловой нагрузки на тело человека. Впервые введено понятие «хомотермальной кривой» как основного инструмента для описания климатической обстановки в банях.

Не побоюсь заявить, что климатические параметры в банном помещении имеют важнейшее значение. В конце концов, что же такое легкий пар, как не искусственно (и подчас искусно!) созданный набор климатических характеристик?! Приятные ощущения тепла или холода от любой водной процедуры (в том числе и на открытом воздухе) достигаются лишь при вполне определенных соотношениях пяти параметров:

— температуры воздуха;

— влажности воздуха;

— температуры воды;

— скорости движения воздуха;

— интенсивности инфракрасного излучения (от печки, очага, солнца, электронагревателя и т. п.).

В бане все эти параметры могут быть различными для разных участков тела, более того, на практике они всегда различны, а для максимального комфорта они просто должны быть различными — в зависимости от физического состояния человека в данный момент времени, а также целей водной процедуры.

Потеть или не потеть?

Древнейшие типы бань, в том числе традиционные русские, в силу ограниченных технических возможностей использовали лишь первые три фактора, причем главным параметром, безусловно, считалась температура воздуха. Точкой отсчета при этом является нормальная температура тела человека (36–37 °C). Температура внутренних органов обычно на 1–2 °C выше, а температура кожи существенно ниже, например: для пальцев ног — это 24 °C, кончика носа — 25 °C, пальцев рук — 28 °C, прикрытых частей тела — 30–34 °C. В том, что кожа в разных местах прогревается по-разному, легко убедиться: достаточно приложить ладонь к своей щеке, лбу, колену, и вы сразу почувствуете разницу в количестве тепла, исходящего изнутри тела. В коже расположены органы, дающие сигнал в мозг о температуре — так называемые периферические терморецепторы. Есть и центральные терморецепторы, расположенные внутри тела в различных областях головного и спинного мозга, реагирующие на изменение температуры внутренней среды (в частности, крови, омывающей нервные центры). Терморецепторы являются элементами центральной нервной системы, которая совместно с эндокринной системой осуществляет терморегуляцию тела человека посредством изменения проводимости кровеносных сосудов, не ощущаемой мелкой и ощущаемой (озноб) мышечной дрожи, потовыделения, а также осознанных действий. Ясно, что в тепле ощущение приятной расслабленности в теле возникает при отключении механизма мышечной дрожи за ненадобностью.

Казалось бы, температура воздуха З6 °C во всех случаях является наиболее комфортной — ни холодно ни жарко. Но это далеко не так. При этой температуре воздуха человеку очень жарко, если тело по какой-либо причине разгорячено (из-за физической нагрузки, перегрева в парилке или при недомогании), либо очень холодно, когда тело предварительно переохлаждено. Состояние комфорта обеспечивается не температурой воздуха, а температурой внутренних органов, которая не должна отклоняться от номинала (во всяком случае, даже отклонения в 2–3 °C воспринимаются крайне болезненно).

Температура кожи, наоборот, может кратковременно повышаться (например, рук и ног до 55 °C, губ до 90 °C) или понижаться в известных пределах без потери ощущения комфортности, что с успехом используется в банях всех типов (чтобы согреться, охладиться, встряхнуться, расслабиться, продезинфицировать кожу и т. п.).

При перегреве внутренних органов на поверхность кожи начинает поступать пот, на 98–99 процентов состоящий из воды, причем в экстремальных случаях человек способен выделять пот со скоростью до 2 л в час, что соответствует максимальной мощности теплоотдачи телом человека через испарение на уровне 1200–1500 Вт (до 2 лошадиных сил!).

Выделяющийся пот в зависимости от климатических условий может либо тотчас испаряться (назовем это режимом потоотделения), приводя к охлаждению тела, либо вовсе не испаряться (это будет режим потения). В условиях потения эффект охлаждения отсутствует, тело еще больше перегревается и, стремясь охладиться, все больше и больше отдает пот, но безрезультатно. При этом человек чувствует себя дискомфортно, не чувствует облегчения от накапливающегося и текущего по телу пота. В повседневной жизни длительное потение считается вредным, противоестественным явлением, в быту оно часто связано с использованием влагонепроницаемой синтетической либо слишком теплой одежды, а также с заболеванием. Вместе с тем можно сказать вполне определенно — сам процесс выделения пота (вне зависимости от того, каковы его последствия — потоотделение, потение или промежуточная форма) абсолютно естественен для человека, абсолютно не вреден, более того, в условиях бани полезен. Но главное — без выделения пота нет ощущения тепла, комфортности водной процедуры. Так уж устроен теплокровный организм.

Таким образом, пот является признаком комфорта в бане, а потоотделение (то есть именно испарение, а не просто выделение пота на коже) является «штатным» средством охлаждения тела в случае его перегрева под действием внешних климатических условий, физических нагрузок, эмоционального состояния, болезненности организма.

Урок школьной физики

Испарение воды является механизмом охлаждения и в неживой природе. Проведем следующий эксперимент. Нагреем баню до 40 °C, поместим в нее два обычных стеклянных спиртовых капиллярных термометра и обмотаем нижние резервуары термометров ватой. Один из термометров назовем сухим, а другой, смочив на нем вату водой, влажным. Снимем показания обоих термометров при разных относительных влажностях воздуха в бане и получим следующую таблицу, которая известна каждому метеорологу и называется психрометрической (таблица 1).

Что же дает нам эта таблица применительно к бане? Предположим, мы вошли сухими в баню, нагретую до температуры 40 °C. Так же, как и сухой термометр, мы начинаем нагреваться до 40 °C, нам становится тепло. Протрем себя мокрой, пусть даже нагретой до 40 °C горячей тряпкой (или просто подождем, пока на коже появится пот). Казалось бы, ничего не должно случиться. Но — чудо! Если баня сухая с относительной влажностью до 48 процентов, наше тело (так же, как и влажный термометр) начинает охлаждаться! Теоретически — вплоть до 30 °C. Становится очень холодно. Значит, надо повышать температуру воздуха, чтобы не замерзнуть.

_{Таблица 1}

Но есть и другой путь. Повысим относительную влажность воздуха до 94 процентов, например, поддав воды на раскаленные камни. Тотчас наше влажное тело в соответствии с таблицей начинает нагреваться до 39 °C, нам вновь становится тепло, хотя судя по сухому термометру, температура воздуха в бане от поддачи воды практически не повысилась и осталась на уровне 40 °C.

Так что же, достаточна ли температура в 40 °C для бани? Почему нам то жарко, то холодно? Что все это означает? А это означает только одно: говорить просто о температуре бани нет смысла, надо говорить минимум о двух климатических параметрах — температуре и влажности воздуха.

Что такое сухой или влажный воздух, мы сразу интуитивно понимаем кожей. Но что такое влажность воздуха, как ее измерить?

Первичным объективным показателем является абсолютная влажность воздуха — массовая концентрация молекул воды в воздухе, что есть массовое содержание газообразной воды (водяного пара) в воздухе (например, количество килограммов или литров жидкой воды, испаренной в одном кубическом метре воздуха). Если водяного пара в воздухе мало, то воздух сухой, если много — влажный. Но что значит много? Например, 100 г газообразной воды в одном кубическом метре воздуха — это много? И не много, и не мало, просто именно столько и ничего больше. Но если спросить, много ли — 100 г газообразной воды в одном кубическом метре воздуха при температуре 40 °C, то можно определенно сказать, что очень много, так много, как никогда не бывает.

Снова вспомним школьный курс физики и проведем простейший эксперимент. Нальем в кастрюлю воду и, закрыв крышкой, поставим в термостат-духовку, нагретую до 40 °C. По мере нагрева воды до 40 °C замеряем абсолютную влажность воздуха под крышкой, которая, повышаясь, наконец достигает некоторого предельного максимального значения 0,05 кг/м³, называемого плотностью насыщенного пара при 40 °C. Затем поднимаем температуру термостата до 50 °C, абсолютная влажность воздуха под крышкой также повышается и достигает уже другого максимального значения 0,08 кг/м³, называемого плотностью насыщенного пара при 50 °C. В результате продолжения эксперимента получаем следующую таблицу (таблица 2).

_{Таблица 2}

При 100 °C давление насыщенного пара достигает атмосферного значения, весь объем кастрюли заполняется парами воды, воздуха под крышкой не остается.

Теперь начнем охлаждать термостат. Абсолютная влажность воздуха (содержание водяных паров в воздухе над водой под крышкой) начинает сокращаться в полном соответствии с таблицей. Куда же пропадает вода из воздуха? Так же, как и при нагревании, вода в воздух попадала путем испарения, так и сейчас — излишний пар конденсируется, то есть сжижается, превращается обратно в воду. Конденсироваться пар может на охлаждающихся стенках кастрюли в виде капель воды (то есть в виде росы), а также в объеме охлаждающегося воздуха в виде тумана (капелек воды в воздухе). При этом температура, например, 40 °C называется точкой росы для абсолютной влажности воздуха 0,05 кг/м³, так как при этой температуре начинает выделяться роса. Из таблицы 2 следует, что содержание воды в воздухе в виде водяного пара не может быть сколь угодно большим и ограничено при каждой температуре неким максимальным значением, которое быстро растет с температурой. Наиболее естественно определить степень влажности (сухости) воздуха отношением реальной абсолютной влажности воздуха в данный момент к той максимально достижимой абсолютной влажности воздуха, которая рано или поздно установится при этой температуре. Называется это расчетное отношение относительной влажностью. Оно имеет смысл лишь при указании температуры, на которую рассчитано, и измеряется в процентах. Если относительная влажность воздуха равна нулю, то водяных паров в воздухе совсем нет (абсолютно сухой воздух). Если относительная влажность равна 100 %, то воздух максимально влажен в том смысле, что при этой температуре процессы испарения более невозможны (но вновь становятся возможными при повышении температуры).

Таким образом, процесс повышения абсолютной влажности воздуха под крышкой кастрюли, если в ней есть вода, характеризуется повышением относительной влажности воздуха от нуля до ста процентов. При этом длительное нахождение человека в воздухе с температурой, например, 40 °C и влажностью 100 % эквивалентно нахождению в воде, нагретой до 40 °C. Относительная влажность указывает, может ли увеличиться влажность воздуха, если воздух привести в контакт с водой той же температуры, и на сколько она может увеличиться, то есть фактически характеризует потенциальную влагоемкость воздуха.

Из школы — в баню

Конкретизируем эти абстрактные рассуждения и рассмотрим в качестве примера турецкую баню, представляющую собой каменное помещение, нагреваемое горячим полом — гипокаустом. По существу, турецкая баня является той же каменной «кастрюлей», которую мы для анализа использовали выше. Проветрим сухую баню наружным атмосферным воздухом с температурой, например, 30 °C и абсолютной влажностью 0,024 кг/м³ (что соответствует значению относительной влажности воздуха 80 %), затем, сохраняя полы сухими, закроем двери и нагреем баню до 40 °C. Воздух в бане тоже нагреется до 40 °C и сохранит ту же абсолютную влажность 0,024 кг/м³, так как в бане нет воды, которая могла бы испаряться. При температуре 40 °C абсолютная влажность 0,024 кг/м³ соответствует значению относительной влажности 48 %. Как мы видели при обсуждении психрометрической таблицы, при такой относительной влажности баня при увлажнении тела представляется очень холодной.

Окатимся горячей водой с температурой 40 °C или просто плеснем воду на горячий пол. Относительная влажность 48 % означает, что при этой температуре в воздух может испариться еще 52 % воды. Вот она и будет испаряться, пока абсолютная влажность не достигнет табличного для 40 °C значения плотности насыщенного пара 0,05 кг/м³, отвечающего относительной влажности воздуха 100 %. Баня становится горячей, такой, как и полагается быть турецкой бане.

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 °C, но и температура тела (его внутренних органов) неуклонно растет до 40 °C, приближается состояние теплового удара.

Слегка проветрим баню, влажность воздуха снизится. Станет полегче, так как пот начнет испаряться, охлаждая тело. Но испаряющаяся влага рано или поздно вновь приведет к повышению влажности воздуха, причем лишь до 0,05 кг/м³, когда все процессы испарения вновь прекратятся.

Попробуем нагреть всю баню с сухими полами и с воздухом фиксированной влажности 0,05 кг/м³ до более высоких температур. При этом относительные влажности воздуха могут быть рассчитаны как частное от деления значения реальной абсолютной влажности 0,05 кг/м³ на значения плотности насыщенного пара при разных температурах. Полученную таблицу (таблица 3), а также соответствующую кривую на рис. 1 назовем хомотермальными (от латинских слов homo (человек) и thermae (теплые купальни).

Мы видим из таблицы, что одна и та же баня с одним и тем же воздухом и с одними и теми же значениями концентрации паров воды может быть то сухой (при высоких температурах), то влажной (при низких температурах). При температурах ниже 40 °C может даже выпасть конденсат, в том числе и в виде тумана.

_{Таблица 3}

Казалось бы, что если мы сумели путем нагрева сделать воздух в бане вроде бы как сухим (в смысле низкой относительной влажности), то пот должен начать легко испаряться, охлаждая тело. Но это не так. К примеру, вы сидите на полке финской бани, рядом с вами гигрометр, указывающий относительную влажность 9 %, температура по сухому термометру 100 °C. Смачиваете веник — сохнет моментально. Сохнет и вода, разлитая на полке. Смачиваете кожу водой — не сохнет! В то же время кончики волос на вашей голове сохнут, становятся горячими… Поддадим воду на камни. Веник как сох, так и сохнет. А у вас по коже пот потек ручьем. Но пот почему-то несоленый. Потому что и не пот это вовсе, а конденсат из воздуха, роса! Роса мелкая и горячая. Щиплет, покалывает. Ясно, кипяток ведь…

В чем дело? А дело в том, что относительная влажность — понятие, имеющее смысл лишь в изотермических условиях, когда все вокруг имеет одну и ту же температуру. А у нас в бане все горячее, кроме тела человека, который нагреться выше 40 °C не может. Вернее, не может себе позволить, будучи в здравом уме, перегреться по физиологическим соображениям. Нормальный человек просто выскакивает из бани, когда перегревается. Но если тело человека является самым холодным элементом бани, то на него и конденсируется. вода, испаряющаяся отовсюду — с веника, с полок, с каменки…

Вот и получается, что в бане воздух по гигрометру сухой, но, соприкасаясь с относительно холодной кожей, неминуемо охлаждается, его относительная влажность локально вблизи кожи повышается вплоть до 100 %. Для человека не столь уж важна температура бани, поскольку она может лишь несколько изменить тепловую нагрузку на организм. Куда больший смысл имеет абсолютная влажность воздуха — при влажности 0,05 кг/м³ человек полностью теряет способность испарять с себя влагу, теряет способность к самотерморегуляции.

Вышеприведенная хомотермальная таблица, полученная простейшим расчетным путем, практически в точности описывает реальные климатические условия парных бань всех возможных типов — турецких, русских, финских… Для всех бань характерна одна и та же критическая абсолютная влажность порядка 0,05 кг/м³, что с первого взгляда просто крайне удивительно. Не менее удивительно и то, что все известные климатические условия бань могут быть достигнуты в конструкции типа простой турецкой бани.

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.

Для конструирования бань важно понять не только то, что при определенной температуре воздуха человек способен выдержать лишь некоторую максимальную относительную влажность, о чем так много говорят в литературе. Куда более важно понять, что вне зависимости от температуры человек способен выдержать в бане лишь некоторую ограниченную абсолютную влажность воздуха. Правда, ощущение климатической комфортности у всех людей разное: иные любят пусть кратковременно, но «погорячее». Ну что же, мы ведь говорили, что руки и ноги держат не только температуру 40 °C, но легко при постепенном разогреве даже 55 °C, а туловище настолько массивно, что разогревается долго. Отсюда и экстремальная хомотермальная кривая, рассчитанная на 55 °C (см. рис. 1). Хомотермальная кривая, рассчитанная на 55 °C, является пределом человеческих возможностей даже для кратковременного парения в течение 1–2 минут.

_Рис. 1

Теперь рассмотрим случай финской бани, конструктивно представляющей собой деревянный ящик с раскаленной печью. Ранее, при анализе турецкой бани как «кастрюли с крышкой», в которой температуры воздуха, потолка, стен, пола и воды подразумевались равными друг другу (изотермическая баня), только человек имел другую температуру, а именно 40 °C. Но в финской бане температура потолка всегда намного выше температуры пола и вовсе не равна температуре воздуха. Поэтому для анализа климатических характеристик в финской бане надо рассматривать каждую точку бани (неподвижную или, что бывает порой даже удобней, движущуюся вместе с хаотическим потоком воздуха) в отдельности.

В качестве простейшего примера мысленно выделим небольшой объем воздуха в непосредственной близости от разгоряченной кожи человека, где температура воздуха всегда составляет 40 °C, а абсолютная влажность соответствует равновесной порядка 0,05 кг/м³. Далее этот выделенный объем вместе с потоками воздуха в бане начнет перемещаться, то поднимаясь вверх (при нагревании у печки), то опускаясь вниз (при охлаждении у стен). Если процессов испарения-конденсации нет (а такое утверждение весьма спорно), то абсолютная влажность в выделенном объеме не изменяется, но относительная влажность изменяется всегда в полном соответствии с хомотермальной таблицей.

Поэтому в финской бане (финской по конструктивному оформлению) мы всегда имеем сухую баню у потолка (где самая высокая температура) и влажную паровую баню ближе к полу (где самая низкая температура). Таким образом, все известные банные режимы, «подобранные многовековым опытом человечества», сами собой реализуются одновременно и в финской сауне. Результат, согласитесь, нетривиальный. Правда, здесь есть важные нюансы, связанные с переносом воды в неминуемых процессах переконденсации, которые мы рассмотрим позднее.

Наиболее любознательные любители бани пытаются 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 °C (кратковременно бывает и до 60 °C), то это очень жаркая парилка для любителя (экстремально «ошпариться»), если 40–50 °C — это нормальная парилка, чтобы не спеша погреться и расслабиться, если 35–40 °C — это хорошая климатическая обстановка, чтобы помыться после парной. Температура по обычному сухому термометру не играет роли, можно мыться даже при 100 °C, другое дело, длительно удержать в процессе мойки температуру по влажному термометру 35 °C очень трудно: необходимо постоянно осушать воздух или вентилировать баню, что экономически нецелесообразно.

Еще более точный метод оценки абсолютной влажности (но, к сожалению, довольно сложный) — определение точки росы, которая при абсолютной влажности 0,05 кг/м³ составляет ровно 40 °C. Во всяком случае, при проектировании стен бани надо исходить из точки росы 40 °C.

Принцип работы прибора по определению точки росы заключается в подборе той температуры поверхности (желательно зеркальной стеклянной или металлической), при которой под микроскопом можно заметить появление мелких капелек росы. Однако убедиться в том, что достигнут режим конденсации, можно сравнительно легко с помощью крайне упрощенного «прибора»: ведра с температурой воды 40 °C или блестящей пластинки, прикрепленной к телу человека (металлического брелока, браслета или даже обычной липкой ленты-скотча, лучше металлизированной). При достижении точки росы 40 °C (то есть достижении режима настоящей русской парилки) на ведре, брелоке или скотче, протираемых сухим полотенцем, появляются мелкие капельки росы.

Для ориентировки на рис. 2 приведены теоретические соотношения основных климатических параметров (и не только банных). Имея два термометра — влажный и сухой, — вы всегда легко определитесь со своим банным климатом. При этом наиважнейшим параметром является показание влажного термометра — он показывает, к какой температуре стремится ваше влажное тело в бане.

_Рис. 2

Все, что изложено в этой статье, можно было бы назвать климатическими характеристиками в теории. На практике же, поддав расчетное количество воды на камни, можно получить порой лишь кратковременную струю жара. Но теория здесь ни при чем. Так уж устроена ваша баня. Куда пропадает жар и чем отличаются конструкции бань — вы уже догадываетесь. Это материал следующей статьи. Подробно о том, как все это использовать при строительстве современной гигиенической бани (то есть настоящей бани для настоящего мытья), написано в книге, готовящейся к печати в издательстве «Вече». Легкого вам пара!

Аэродинамический расчет бани

Научно-популярная статья.

Опубликована в периодическом журнале БАНБАС (Бани и бассейны), № 6(24), 2002, стр.58–68.

Исследованы аэродинамические особенности формирования микроклимата в банях различных типов. Рассмотрены вентиляционно-циркуляционные процессы переноса тепла и влаги, выяснены условия перехода от сухих режимов к паровым при сокращении кратности циркуляции воздуха в отапливаемом помещении.

В предыдущей статье (см. БАНБАС, № 5(23)/2002 г.) мы установили, что основным климатическим параметром любой бани является абсолютная влажность воздуха. Дело в том, что при абсолютной влажности — 0,04-0,05 кг/м³ человек теряет способность к саморегулированию температуры тела из-за прекращения испарения пота, а при абсолютной влажности выше 0,05 кг/м³ на кожу человека конденсируется влага из воздуха в виде горячей росы. Все это приводит к тому, что высокую абсолютную влажность человек длительно выдержать не может.

Рассмотрим принципиально важный вопрос о возможности создания и регулирования высокой абсолютной влажности воздуха в банях. При этом мы с удивлением выясним, что наиболее фундаментальным параметром для расчета любой бани является краткость циркуляции воздуха, точнее характер и скорость перемещений воздушных потоков в объеме бани.

Чтобы прояснить суть вопроса, рассмотрим частный, но очень наглядный пример черной бани (дымной сауны, схема которой представлена на рисунке 1). При протоке черной бани холодный воздух поступает снизу из открытой двери 1 по полу в очаг 2, вступает в химическое взаимодействие с дровами (горение), нагревается, в виде горячих дымовых газов поднимается вверх, расстилаясь по потолку, выходит наружу через верхнюю часть двери. Такая аэродинамическая траектория называется вентиляционной приточно-вытяжной кривой и является разомкнутой (вернее замыкающейся вне помещения). Если временно прикрыть дверь 1, то потоки воздуха отнюдь не исчезнут, поскольку причиной их возникновения является очаг, нагревающий воздух Получившаяся при закрытых дверях траектория движения воздушных масс (в том числе и дымовых) называется циркуляционной (или, как иногда говорят, рециркуляционной) кривой и является замкнутой. Именно циркуляционные потоки приводят к задымлению помещения, а также к нагреву стен и полов нисходящими потоками горячего воздуха (дымовых газов). В реальных условиях циркуляционные и вентиляционные потоки воздуха обычно сосуществуют одновременно. Причем для понимания банных процессов главным является циркуляционный поток. Только зная его траекторию в каждом конкретном помещении, можно расположить приточные и вытяжные отверстия таким образом, чтобы полностью «разомкнуть» при необходимости циркуляционную кривую и тем самым организовать эффективную вентиляцию. Кроме того, в помещениях бань обычно имеется одна или несколько застойных зон (в том числе под полками), движение воздуха в которых может быть создано лишь дополнительными факторами (передвижением людей, взмахами веников, вентиляторами и т. п.)

Протопив черную баню, погасив очаг и закрыв дверь, мы уже не видим циркулирующих клубов дыма, поскольку их уже попросту нет, но циркулирующие потоки воздуха не исчезают, поскольку раскаленные камни нагревают воздух так же, как пламя очага. Если плеснуть воду на камни, то увлажненный воздух (пар) будет двигаться по циркуляционной траектории точно так же, как задымленный при протопке бани. Но в отличие от задымленного воздуха горячий увлажненный воздух, достигая холодного пола, может не только охлаждаться, но и осушаться за счет выделения конденсата (росы или тумана). Если охлаждение воздуха на полу тотчас компенсируется последующим нагревом над камнями, то осушение воздуха ничем не компенсируется (если только не поддавать на камни постоянно). Поэтому, как ни увлажняй однократными поддачами движущийся в черной бане воздух, все равно он неминуемо осушится и приобретет низкую абсолютную влажность, например, 0,017 кг/м³ при температуре земляных полов 20 °C. Баню, которая «не держит пар» называют сухой.

Для того чтобы баня стала влажной (паровой), надо или уменьшить циркуляцию воздуха, или не дать возможности циркулирующему воздуху достигать холодного пола (а также всех иных холодных элементов бани, например, баков с холодной водой), или нагреть пол по крайней мере до температуры 40 °C. Все эти вопросы и лежат в основе теории черных бань и курных изб. Совершенно очевидно, что одних лишь оценок теплоизолирующих свойств стен явно недостаточно для правильного понимания банных процессов.

Посмотрим, как это выглядит в цифрах. В качестве исходной модели выберем схему современной сухой финской сауны (рис. 2). Сауна содержит вместо очага металлическую печь с топливником 1 (на твердом, жидком или газообразном топливе или электрический) с металлическими экранами 2 (кожухом), образующими калориферный нагреватель воздуха и, как правило, засыпку камней сверху 3 (каменку). Раскаленный иной раз и докрасна топливник создает в помещении замкнутый циркуляционный поток воздуха 4, распространяющий в объеме бани тепло от топливника и пар от каменки. Наличие полок (отодвинутых от стен или придвинутых, имеющих щели или не имеющих) и других преград видоизменяет траекторию замкнутых циркуляционных потоков 5, а наличие вентиляционных отверстий 6 и 7 размыкает (полностью или частично) циркуляционные потоки 8.

Предположим, что общий объем сауны равен 10 м³, причем 7,5 м³. из них заняты циркулирующим воздухом, а 2,5 м³ — застойными зонами, печью и другими неподвижными объектами. В соответствии с обычными житейскими представлениями для создания необходимой абсолютной влажности воздуха порядка 0,05 кг/м³ в такой бане достаточно испарить 0,5 л воды, что легко осуществимо. Стандартный бытовой электрокипятильник (парогенератор, электрочайник) мощностью 1,3 кВт даст столько пара за 20 минут, а каменка с массой камней 100 кг может выдать 0,5 кг пара за несколько секунд (при мощности каменки по парообразованию до 300-1000 кВт!). В действительности же ввиду наличия циркуляции воздуха высокая абсолютная влажность может продержаться очень недолго, а может быть, и вовсе не будет достигнута.

Для соответствующих оценок условно допустим, что мощность печи в сауне равна 20 кВт. При этом печь, забирая воздух с пола (температурой 20 °C), нагревает его до температуры 100° и направляет к потолку. Как нетрудно подсчитать исходя из теплоемкости воздуха, скорость циркуляционного потока составит при этом 900 кг/час, а у нас в бане находится всего 7,5 кг движущегося воздуха. Это означает, что кратность циркуляции воздуха в сауне составляет 120 раз в час (120 крат). Весь воздух в сауне 120 раз в час проходит мимо топливника, нагревается, увлажняется в каменке (при поддачах), затем по потолку и стенам (сверху вниз) достигает пола, охлаждается, осушается, выделяя конденсат (в виде росы или тумана) и вновь поступает к печи для нагрева. Таким образом, мощная печь неминуемо создает мощный циркуляционный поток. После однократной поддачи получившийся в каменке пар уже через пару секунд поступает на холодный пол, а через полминуты весь воздух в бане становится сухим, причем все равно как образовалась повышенная влажность — от каменки ли, от испарений пота человека или воды, которой он моется. Еще более быстрое осушение воздуха произойдет, если холодный элемент расположен высоко, например, теплоемкая кирпичная стена до потолка.

Этот режим, получивший название сухой современной финской сауны, получился сам собой, когда выдающийся финский специалист — предприниматель Тапани Харвия полвека назад внедрил в банный быт мощные металлические печи на твердом топливе, а затем и на электричестве (см. БАНБАС, № 5 (11)/2000 г, стр. 65). Безусловно, металлические печи в банях и сухой банный режим были известны и до Харвия (в том числе и в советском фронтовом быту в землянках с «буржуйками»), но именно Харвия добился всемирного признания нового банного режима с металлической печью. Чем же хорош этот режим? Никогда не бывает влажно и душно, никогда не бывает текущего по телу пота. Полки, потолок и стены сухие. Тепло, но не жарко. Можно мыться и обливаться водой даже при температуре 100 °C (хотя это не принято), все равно абсолютная влажность воздуха быстро снижается. Идеальный режим для спортсменов, желающих сбросить вес или реабилитироваться. Тренированный человек легко переносит температуру до 200 °C при абсолютной влажности воздуха ниже 0,005 кг/м³, соответствующей температуре полов 0 °C и ниже и относительной влажности воздуха 0,1 процента.

Само собой разумеется, что по мере протопки сауны идет постепенный прогрев потолка, стен, а затем и пола за счет горячего циркулирующего воздуха. Даже массивный бетонный пол (обычно облицованный керамической плиткой) прогреется до 40° за несколько часов. При этом человек становится самым холодным элементом в бане, и именно на его теле осушается воздух. Это значит, что будет достигнут режим влажной, а затем и паровой (конденсационной) циркуляционной сауны. В этих условиях даже испаряющийся с кожи пот быстро повышает абсолютную влажность воздуха до критических значений — 0,05 кг/м³, сауна становится жгучей. Естественно, температура влажной, а тем более, паровой саун должна быть ниже температуры сухой сауны.

Чтобы предотвратить нежелательный (по мнению современных финнов) переход к влажному и паровому режимам сауны, можно использовать искусственное охлаждение полов трубами с водой или обливанием полов холодной водой, в том числе из шланга, как это принято в городской белой бане (см. ниже). Однако финны предпочитают более простой метод охлаждения — воздушный. Действительно, если спускающийся по стенам к полу воздух все равно будет охлажден при контакте с полом, не проще ли весь этот еще горячий и влажный воздух полностью (или частично) выпустить наружу и заменить его холодным, сухим и к тому же свежим воздухом с улицы? Тогда и пол не будет нагреваться и намокать. Теплопотери не должны смущать, металлическая печь имеет большой запас мощности, а сауна все равно всегда считалась весьма неэкономичным объектом. Финны рекомендуют общеобменную вентиляцию в сауне — от 6 крат и более, а в действительности у пола кратность обмена воздуха еще выше. При этом необходимо грамотно разомкнуть циркуляционную кривую и поместить воздухоотводящие и воздухоподающие отверстия там где надо. На практике это осуществить весьма сложно: рядовой строитель бани не только не владеет этими методами измерения кратности обмена, но порой не имеет даже малейшего представления о действительной цели и назначении вентиляции в сауне. Впрочем, и усложнять проблему нет смысла: любое отверстие в стене 6 в любом месте всегда одновременно выполняет роль впускного и выпускного проема для воздуха.

Во всяком случае, концепция современной финской сауны подразумевает исключительно сухие климатические параметры с возможными кратковременными волнами жара при поддачах. Если все же поставить перед собой задачу постоянно поддерживать в такой схеме высокую абсолютную влажность воздуха порядка 0,05 кг/м³ и выше, то придется постоянно лить воду на каменку с расходом 60 л в час. И вот эта масса воды должна куда-то деться: либо сконцентрироваться на холодном полу и стенах, либо выйти наружу в виде тумана (клубов пара) с вентиляционными потоками. Тем не менее этот бессмысленный с экономической и технической точки зрения режим используется финнами в соревнованиях по сауна-спорту: через каждые полминуты на камни поддается пол-литра воды. Правда, приглядевшись внимательнее, находишь и смягчающие обстоятельства: действительно, только такой установившийся банный режим обеспечивает равенство условий для всех участников всех заходов в условиях длительного соревнования в одной и той же стандартной коммерческой банной кабине.

Продолжим анализ банной схемы, представленной на рис. 2. Прогрев каменку, гасим печь. При этом получаем фактический режим «черной бани» (дымной сауны) или «белой бани» с открытой каменкой. Положим, что мощность каменки по нагреву воздуха составляет 2 кВт. Автоматически кратность циркуляции воздуха сокращается (по сравнению с горящей печью) в 10 раз (до 12 раз в час). Это означает, что при поддаче можно рассчитывать на сохранение высокой влажности около 5 минут. Это уже приличное время.

Получившийся режим с открытой каменкой имеет две характерные особенности. Во-первых, линейные скорости упорядоченных циркуляционных потоков становятся сопоставимыми с линейными скоростями движения веника и перемещения людей.

Если в режиме сауны линейные скорости перемещения воздушных масс составляют 1–5 м/сек, то в режиме открытой каменки они снижаются до 0,1–1 м/сек. Это значит, что открывается возможность «вручную» управлять потоками пара. Имеются в виду традиционные русские операции «разгона пара» по стенам и потолку, «посадки пара» по стенам и потолку, а также «посадки пара» на пол, чтобы осушить воздух и сделать «пар легким».

Во-вторых, при относительно низких мощностях каменки (по нагреву воздуха) воздух достигает потолка с температурой, как правило, ниже 100 °C (в отличие от сауны). Это открывает возможность искусственного увлажнения потолка, в том числе конденсацией влаги из влажного воздуха. При температурах же потолка сауны 100° и выше увлажнение потолка принципиально невозможно, поскольку равновесное давление пара над водой при этих температурах равно атмосферному и выше, вода, если она и появится на потолке, вскипает, и потолок быстро осушается. Таким образом, если температура потолка ниже 100 °C (а лучше — ниже 80 °C), пар из каменки, достигнув потолка, а затем постепенно испаряясь, увлажняет воздух между поддачами (влажная баня).

Метод сглаживания волн жара между поддачами путем увлажнения потолка (и верхних частей стен) становится определяющим и для бань с закрытой каменкой (паровых). Чтобы получить режим паровой бани, надо закрыть каменку негорючей теплоизолированной крышкой. При этом мощность нагрева воздуха снизится до минимума, например, в 4 раза и составит величину, порядка 0,5 кВт. Это значит, что скорость упорядоченной циркуляции снижается до 3 крат, а линейные скорости воздуха за счет нагрева от каменки составят всего 0,01 — 0,3 м/сек.

Получилась практически неподвижная баня, представляющая собой единую застойную зону, движения воздуха в которой полностью определяются движениями веника (опахала) и перемещениями людей. Потолок в такой бане нагреть до температур выше 60–80 °C трудно. При поддачах пар может «гулять» по объему бани до 20 минут, пока не сконденсируется, например, на теле человека или на полу. На практике же движения веников быстро «сажают пар» на холодные элементы бани и баня быстро высыхает, или, как говорят в народе, «выстуживается». Поскольку в паровых банях из-за относительно низких температур снижение влажности воспринимается как холод («только проветрил паровую баню и сразу лютый мороз»), в них используют прием увлажнения потолка паром. Этот увлажненный горячий потолок, высыхая, долго выполняет роль «мягкого» парогенератора (парового колпака).

На практике это выглядит следующим образом: под крышку закрытой каменки (или в дверцу закрытой каменки кирпичной печи) плещут (может быть порциями) необходимые 0,5 л воды. Получившийся пар с температурой выше 100 °C вырывается из каменки, образуя малоподвижную, медленно рассасывающуюся (ввиду малых скоростей циркуляции воздуха в бане) горячую паровую зону, перемещающуюся вверх. Объем этой паровой зоны при столь мощной однократной поддаче велик: от 1 м³ и выше. Оберегаясь от пара, движениями веников эту зону можно «посадить» на холодный пол, где пар тотчас сконденсируется, нагревая пол, изготавливаемый обычно в отличие от сауны из деревянных досок. Но опытные банщики предпочитают разгонять пар по стенам и потолку, чтобы увлажнить именно эти горячие зоны. Движения веника должны быть плавными, чтобы не слишком перемешать паровую зону с воздухом бани и не слишком снижать концентрацию пара.

Так, плотность насыщенного пара, вырывающегося из каменки, при 100 °C равна 0,58 кг/м³. Этот пар можно быстрыми резкими движениями веника сразу же разбавить десятью объемами воздуха и получить критическую абсолютную влажность в бане -0,05 кг/м³ на относительно короткое время. А можно плавными движениями веника разбавить его лишь в 2 раза, получив воздух с абсолютной влажностью — 0,29 кг/м³ и направить его к потолку, имеющему температуру, например, 60 °C. Там он осушится до 0,13 кг/м³ за счет выделения в потолок росы в количестве 0,16 кг с 1 м³ влажного воздуха. Если разбавить в 4 раза, то осядет лишь 0,05 кг воды. А если — в 5 раз, то на потолке вода уже вообще не сможет сконденсироваться, и он станет сухим. Так что для эффективного увлажнения потолка пар из каменки лучше вообще в баню не выпускать и не разбавлять, а направить его по трубе из каменки прямо на потолок. Так будет, кстати, и более безопасно для людей. При этом можно сделать даже несколько поддач по 0,5 кг, лишь бы потолок смог всю эту массу пара сконденсировать и удержать.

Вообще-то идея направлять пар не вниз, а на потолок смущает до сих пор очень многих. А мысль об обязательном увлажнении потолка порой просто не умещается в голове. Между тем суть паровой бани состоит именно в том, что парогенератором в настоящей паровой неподвижной бане является горячий влажный потолок, создающий при температуре 60° абсолютную влажность 0,13 кг/м³, а при 70° — 0,20 кг/ м³ что превышает критическое значение для конденсационной бани -0,05 кг/м³. Именно этот влажный жгучий воздух у потолка «захватывают» веником при парении и направляют на тело человека, чтобы выделить на его коже горячую росу, обжигающую тело и смачивающую веник. А простые ритуальные похлопывания веником по телу — обычный развлекательный массаж, возможный в бане любого типа.

Еще более неожиданной может оказаться догадка о том, что горячий влажный потолок русской паровой бани при 60 °C — это то же самое, что горячий мокрый пол турецкой бани. Сразуотметим, что скорость циркуляции воздуха в турецкой бане также минимальна. Турецких бань с сильной циркуляцией или вентиляцией не бывает. А вот каменные русские паровые бани бывают. Громадное количество советских городских коммунальных бань отказалось в свое время от архаичных печей с закрытыми каменками и использовали централизованный магистральный острый пар от парового котла с температурой до 160 °C и давлением до 6 атм. Пар выпускался прямо в каменную парилку с кафельными полами, со стенами, облицованными плиткой, с оштукатуренным пористым (даже побеленным известью) потолком. После прогрева и увлажнения потолка пар отключали и в парилку впускали людей. Полы в парилке периодически охлаждали шлангом с холодной водой, выпускаемой через трап в полу.

Выпуск пара из закрытой каменки к потолку издавна применялся в российских городских банях. В качестве примера отметим шедевр русского банного строительства — печь-каменку в Воронинских банях конструкции П. Ю. Сюзора (1872 год), сочетающую открытую каменку на металлическом поддоне с закрытым монтажом в корпусе кирпичной печи (см. БАНБАС, № 2(14)/2001 г, стр. 15). Хорошо спроектированная система равномерной подачи пара на всю поверхность потолка во многом упрощает работу банщика. В обычных же случайных конструкциях бань требуется «особое банное мастерство», которое так призывают хранить все любители бани, но которое обычно не могут ни описать, ни объяснить словами.

К элементам такого мастерства безусловно следует отнести умение управлять циркуляцией воздуха, подать пар вверх, не разбавляя и не охлаждая его чрезмерно, а также подобрать температуру полов (чтобы при необходимости посадить пар) и потолка (чтобы обеспечить необходимую абсолютную влажность воздуха). Выше мы уже подчеркивали важность минимального разбавления пара, но при разбавлении падает и температура паровоздушной смеси. Поэтому при неудачно выбранной схеме вывода пара из каменки, необходим существенный перегрев пара (умение плеснуть воду в нужное место каменки и желательность повышенной температуры камней) и лишь для того, чтобы пар смог достигнуть потолка, не сконденсировавшись по пути в туман. И хотя туман может тотчас вновь испариться (как «пар» из чайника), но вторичный пар увлажнить потолки уже сможет из-за низкой абсолютной влажности воздуха.

Впрочем, увлажнять потолок в паровой бане можно и любыми иными путями. Например, обливать потолок водой из шланга, спрыскивать его пульверизатором или брызгами со смоченного веника, протирать мокрой тряпкой или развешивать мокрые простыни повыше… Все это будет работать не хуже каменки. А каменку можно использовать для доводки режима, для дополнительных волн жара.

К примеру опишем процедуру получения острого пара московскими татарами в 1950–1960 г. г. в ныне уже не существующих городских общественных Потешных банях. Татары мылись по четвергам. Просили всех выйти из протопленной (и чаще всего перетопленной) деревянной парной, тщательно все проветривали, открывая окошки, затем по мусульманским обычаям тщательно мыли (а на самом деле увлажняли и остужали) горячий потолок и стены горячей водой из шланга, затем окна закрывали, слегка, совсем по чуть-чуть поддавали на камни и разгоняли пар по потолку и стенам развернутой простыней, удерживаемой за углы, снова чуть-чуть поддавали и снова разгоняли, пока жар не становился невыносимым. Затем желающих приглашали войти, но таких оказывалось среди горожан мало, а те, кто входили — сразу же выскакивали. А татары смеялись и парились с веником на самом верху парной. Такой жар длился очень долго, пока не высыхал потолок.

Раз потолок столь важен для получения парной бани, сформулируем основные технические требования к нему. Во-первых, он должен быть пористым, вернее гигроскопичным, впитывающим влагу. Например, деревянным. Древесина имеет 50 %-ную пористость, причем каналы идут вдоль волокон. На рис. 3 представлена диаграмма равновесной влажности древесины (Лесная энциклопедия, т. 1, М., «Советская энциклопедия», 1985, стр. 278). По оси ординат — относительная влажность воздуха, по оси абсцисс — температура воздуха, цифры у кривых — относительная влажность древесины в процентах. Допустим, что в начале до поддачи в бане была относительная влажность воздуха 38 процентов при температуре 60 °C (абсолютная влажность 0,05 кг/м³).

Древесина потолка при этом имела влажность 6,5 процента. После поддач полностью увлажненная древесина потолка при температуре 60 °C и относительной влажности воздуха 100 процентов будет содержать уже 26 процентов воды. То есть при массе потолка 50 кг (площадью 5 метров в квадрате и толщиной 2 см) масса поглощенной влаги может теоретически составить около 10 кг (около 20 поддач по 0,5 кг воды!). Так что, влагоемкость потолка и его потенциальная способность выдавать пар весьма значительны. И это очень важно для хорошей парной. Поэтому обрабатывать потолок водоотталкивающими средствами нецелесообразно. В качестве материала для потолка можно использовать также штукатурку, пенобетон, пенокерамику и другие минеральные гигроскопические материалы, причем желательно с как можно более высокой теплоемкостью Естественно, можно даже разработать и изготовить на принципе горячего влажного потолка специальные потолочные парогенераторы с пористым теплоемким блоком, нагревателем и увлажнителем.

Что нельзя использовать на потолке паровой бани, так это водонепроницаемые материалы, в частности, листовой металл. В сауне на потолке он работает очень хорошо, а в паровой бане на нем образуются капли горячей воды, капающие вниз. Это не только уменьшает до крайности влагоемкость потолка, но и неприятно действует на парильщиков. В то же время появление капель воды на потолочных металлических элементах (например, на противопожарных листах или шляпках гвоздей) может служить безошибочным свидетельством перехода влажного режима (характерного для открытых каменок) к паровому конденсационному режиму.

В этой статье мы не ставим задачи рассмотреть все многообразие режимов бань с разными конструктивными, температурными, энергетическими и климатическими параметрами, тем более «разжевывать» детали. Да это и невозможно, каждая баня по-своему уникальна. Но, зная вышеприведенные закономерности, пытливый читатель без труда уже разберется в сути аэродинамических процессов в конкретной бане. Во всяком случае, мы постарались как можно доходчивей, на одной и той же схеме бани разъяснить все три аэродинамических режима: с сильной циркуляцией (современные финские сауны), с умеренной циркуляцией (черные и белые бани с открытой каменкой) и с малой циркуляцией воздуха (белые бани с закрытой каменкой и бани с магистральным паром). При этом мы показали, как один банный режим плавно переходит в другой. Каких-либо промежуточных режимов, неизвестных пока людям, не существует. Если какая-то баня «не держит пар», то это сауна. Если в бане (даже сауне) образуется «колпак» в виде застойной зоны из горячих влажных элементов (в том числе и потолка), то это противоположный случай — паровая баня, в которой «жар стоит как марево». Естественно, переход от паровой бани к сауне может быть осуществлен не только естественной циркуляцией от печи, но и принудительной циркуляцией или вентиляцией. При этом вентилятор, правда, придется снабдить воздухонагревателем. Получится тепловая пушка (проточный электрокалорифер). А это уже современный принцип воздушного отопления, который необходимо дополнить дозированным увлажнением.

Двигаясь в этом направлении, мы вдруг начнем понимать, что в наш век надо говорить уже не о печах, каменках, увлажнителях и движителях воздуха в отдельности, а о кондиционерах для бань как единых комплексных современных агрегатах, одновременно и автоматически обеспечивающих оптимальные (желательные) метеорологические (температура, влажность и скорость движения воздуха) условия в бане, наиболее благоприятные для самочувствия людей и ведения конкретного банного технологического процесса, будь то мытье тела, отдых или развлечение, тренинг или лечение. А если учесть, что все это желательно сочетать с методом физического (массаж) и лучистого воздействия (инфракрасного и ультрафиолетового), то становится ясным, что работа над баней XXI века еще и не началась (в отличие от стремительно развивающихся душей, ванн и бассейнов).

Тепловое воздействие бани

Часть 1

Хошев Ю. М. Тепловое воздействие бани Научно-популярная статья. В двух частях.

Опубликована в периодическом журнале БАНБАС (бани и бассейны), № 1(25), 2003, стр.51–62 и № 2(26), 2003, стр.38–48.

С целью обоснования выбора климатических параметров бани, обсуждены особенности реакций организма человека в ответ на воздействия тепловых нагрузок на кожу человека. Определены пределы переносимости человеком тепловых нагрузок.

В течение многих тысячелетий люди в банях, не имея ни гигрометров, ни термометров, обходились простейшими понятиями типа «тепло и холодно», «сухо и влажно», «свежо и душно». Анализируя климатические характеристики бань (см. «БАНБАС» № 5 (23), 2002, стр. 46), мы попытались перевести эти понятия на язык цифр и терминов. Но остается разрешить главный вопрос — как соотносятся субъективные ощущения с объективными показателями воздуха в бане. Действительно, как понимать наше утверждение, что человек не может длительно вынести режимы, соответствующие хомотермальной кривой? Что значит длительно? Один час или одну минуту? И что же, в конце концов, означает расхожий, но никем не объясняемый термин «легкий пар»?

Простейшие вопросы типа «сколько и почему?» преследуют баню с незапамятных времен так же, как и неразбериха с понятиями «вредно и полезно». Обсуждать все эти вопросы безотносительно к особенностям организма человека как саморегулирующегося существа бессмысленно. Более того, необходимо учитывать порой даже особенности каждого конкретного человека.

В этой статье мы рассмотрим баню с точки зрения ее теплового воздействия на человеческий организм, но безотносительно к конструктивному оформлению бани.

Что такое баня

Банным (по европейской терминологии — термальным) помещением будем называть помещение, в котором, если раздеться и облиться теплой водой, будет не холодно. То есть в бане можно мыться не замерзая. В этом основное отличие помещения бани от помещений ванн, душа, бассейна. Так, в обычной квартирной ванной комнате температура воздуха должна быть равна 18–26 °C (СанПиН 2.1.2.1002-00). В такой ванной комнате, так же как в обычном жилом помещении, может быть, не будет холодно раздеться, но стоит увлажнить кожу, тотчас станет прохладно. Чтобы согреться, вам придется погрузиться в горячую воду всем телом, встать под душ, или хотя бы опустить ноги в горячую воду. Может быть, в горячей воде вы настолько разогреете свое тело, что даже сможете затем выйти нагим на мороз, как после бани, и некоторое время не почувствуете холода. Но баня — это место, где не должно быть холодно даже неразгоряченному мокрому телу.

Становится ясно, что японские сенто и фуро не могут квалифицироваться как бани, разве что только в самом широком смысле древнего латинского слова «Baneum», означающего любое купание, в том числе и в ванне, и в море, и в проруби, и в термальном источнике. Исторически сложившаяся русская версия термина «баня» четко отличает баню от ванн, душей и бассейнов, и не нам ее менять.

Современная же сауна квалифицируется как баня с металлической печью, хаммам (турецкая баня) — как баня с обогреваемым каменным полом (и, может быть, стенами), черная баня (дымная сауна) — как баня с открытым очагом и т. д.

В составе банных помещений (в которых жарко при сухой коже и тепло при мокрой) могут предусматриваться помещения, где жарко даже при мокрой коже. Все они имеют температуру по влажному термометру не ниже 40 °C и выше.

Мы не касаемся целей нахождения и характера поведения человека в жарком банном помещении, они могут быть различными. Так, например, во время соревнований по сауна-спорту прогревается главным образом верхняя часть тела. При этом преимущество имеет тот участник состязания, у кого лучше развита кровеносная система, переносящая тепло внутри тела из верхних частей туловища (а также из носоглотки) в нижние непрогреваемые или даже охлаждаемые. В дальнейшем в этой статье такие особенности мы учитывать не будем и примем условно, что температура кожи человека везде одинакова (полагая, что читатель при желании может проанализировать и более сложные случаи самостоятельно). В связи с этим отметим также, что кожа человека в бане прогревается снаружи за счет высокой температуры воздуха. При этом она приобретает более высокую температуру, чем внутренние органы. В случае же разогрева тела за счет физической нагрузки тепло образуется в мышцах, кожа прогревается изнутри и имеет температуру более низкую, чем внутренние органы. Это значит, что баня, вопреки мнению некоторых врачей, далеко не в полной мере имитирует физическую нагрузку. Поэтому, например, потным после прогрева в бане можно купаться в проруби, а потным после разогрева физической нагрузкой, слишком теплой одеждой или ИК-сауной — нельзя. То есть при разных видах перегрева допустимые безопасные методики охлаждения разогревшегося тела могут быть разными.

Реакция организма

Человек с нормальной температурой тела и кожи, попадая в жаркую или холодную среду (воздух, воду), не просто испытывает определенные ощущения, но и проявляет столь же определенные рефлекторные (непроизвольные, в том числе врожденные) реакции.

Во-первых, любой холодный или горячий температурный раздражитель воздействует прежде всего на нервные окончания в коже. В результате быстрой ответной реакции наблюдается спазм мелких сосудов кожи и, что еще более важно, спазм мышц (вздрагивание). Чем быстрее изменяется температура кожи, тем более энергично проявляется реакция организма, тем более болезненны, а точнее, тем более плохо переносимы соответствующие ощущения. Однако если нагрев или охлаждение идет медленно, спазматические реакции ослабевают и даже исчезают. Это явление называют привыканием, и в этом отношении возможности человека иногда ошеломляют. Если человека поместить в приятную теплую воду, а затем медленно охлаждать ее, то человек может умереть от переохлаждения, так и не почувствовав опасный рубеж холода, ведь он к холоду «привыкает» постепенно. Но если человека сразу поместить в холодную воду, последует бурная эмоциональная реакция и даже, возможно, шок. Аналогично, если воду очень медленно нагревать, то человек также может не почувствовать опасного рубежа перегрева. Поэтому часто рекомендуемые в литературе приемы постепенного медленного прогрева тела в парилках хоть и правильны, но не столь уж безобидны. Баня в этом смысле отличается от ванны и душа тем, что кожа и тело прогреваются в ней именно за счет горячего воздуха, поэтому относительно медленно: кожа за несколько минут до 40 °C, тело — за несколько десятков минут. Никаких особо бурных реакций (кроме случаев ошпаривания паром из каменки) обычно нет. Горячая вода нагревает кожу мгновенно, поэтому в горячую же воду, даже при безопасной температуре — 39 °C, сразу всем телом не войдешь: тут же срабатывают защитные системы организма, и человек тотчас выскакивает. Даже факт термического ожога (нагрева кожи до 55 °C и выше) человек ощущает по предшествующему процессу быстрого подъема температуры кожи в безопасном интервале температур. С этих точек зрения процесс распаривания кожи (для размягчения рогового слоя и очистки пор от кожного сала) может осуществляться безболезненно (вернее, с хорошей переносимостью) в ваннах, душах, банях и инфракрасных кабинах лишь при постепенном повышении температуры, то есть в условиях привыкания. В то же время в экстремальных физиотерапевтических банях тренируют быстрые рефлексы методами закаливания в ходе контрастных процедур.

Во-вторых, любое достаточно продолжительное изменение температуры кожи ведет ко второй рефлекторной реакции — расширению кровеносных сосудов кожи. Организм самопроизвольно пытается за счет циркуляции крови повысить температуру кожи в случае ее переохлаждения и, наоборот, понизить — в случае перегрева. Этот процесс более медленный, чем спазматический, наступает не сразу, так как управляется рецепторами, расположенными более глубоко под кожей человека. Если температура поднимается медленно и спазматическая стадия вследствие этого подавлена, то водная или банная процедуры воспринимаются комфортно. При этом сосудорасширяющая реакция становится первым ответом на температурный раздражитель. Внешним проявлением расширения кожных сосудов является покраснение кожи как при нагревах, так и при охлаждениях. Это здоровая ответная реакция, свидетельствующая о благополучии организма. Именно ее в первую очередь тренируют в восстановительной медицине в ходе приема водных, воздушных и солнечных процедур, а также во всех типах бань. Отметим попутно, что аналогичная сосудорасширяющая реакция с усилением сердечной активности наблюдается и при действии многих других физических и химических раздражителей кожи, что используется с успехом и в банях, и в физиотерапии. Сосудорасширяющая реакция, безусловно, самая полезная для организма: обеспечивает повышенный обмен в проблемных участках тела.

В-третьих, может случиться так, что циркулирующая кровь уже перестает справляться со своей задачей по поддержанию температуры кожи на заданном уровне, поскольку, несмотря на свое большое количество (5 литров), сама начинает охлаждаться или нагреваться, и тем самым охлаждать или нагревать внутренние органы в опасных для организма пределах. Тогда по сигналу рецепторов, расположенных во внутренних кровеносных сосудах и реагирующих на изменение температуры крови, в действие вступает третья очередь рефлексов: озноб (ощущаемая дрожь мышц тела) при переохлаждении и потовыделение при перегреве внутренних (подкожных) органов. Это также здоровые формы ответных реакций, которые надо тренировать, хотя к ознобу относятся зачастую с опаской, отождествляя его ошибочно с заболеванием. Отметим, однако, что многие дикие животные безостановочно дрожат всю зиму от холода (даже во сне) без видимых вредных последствий для здоровья. Озноб же, вызванный болезненным состоянием человека и призванный повысить температуру тела выше нормальной (а не восстановить нормальную температуру тела при замерзании), называют лихорадкой. Ее характерной чертой является подавление потовыделения при высокой температуре тела за счет спазма кожных кровеносных сосудов. Это, кстати, отчасти подтверждает мнение об отсутствии заметной медицинской пользы от обильного потоотделения в бане (А. А. Микулин. Активное долголетие, М., Физкультура и спорт, 1977 г.; Ю. Гущо. Введение в энциклопедию здоровья и долголетия, Москва-Минск, ЕМП «Кольцо», 1993 г.)

В-четвертых, если организм все же не может своими рефлекторными действиями предотвратить опасный перегрев тела выше 39–40 °C, то, почувствовав характерные симптомы недомогания (головокружение, тошноту, слабость), человек, контролирующий свое состояние, выполняет уже осознанные действия: открывает окно или дверь, включает вентиляцию, охлаждается водой или покидает горячее помещение.

Настоящая статья не является медицинской и вышеописанная картина, может быть, в чем-то упрощена, но вполне достаточна для формулирования основной мысли: все банные климатические режимы (и не только банные), которые человек может выдержать, привлекая только свои рефлекторные возможности, не могут считаться вредными, поскольку реакции на эти раздражители вполне естественны и предусмотрены самой природой при рождении и развитии человека. В этом смысле экстремальная баня как тренинг (средство развития рефлекторных возможностей) и поддерживающая нагрузка, безусловно, полезна для здоровых людей. Что касается сильных перегревов тела, при которых человек вынужденно прерывает банную процедуру ввиду полного исчерпания своих рефлекторных возможностей, то говорить что-либо о вреде или пользе трудно — все очень индивидуально, так же как и в большом спорте. Понятия «вредно» и «полезно» весьма условны. Можно сказать, что жизнь во вредных условиях (при избытке физических нагрузок или их недостатке, при перегревах или переохлаждениях, при недоедании или переедании, при неестественных экологических и санитарно-эпидемических особенностях района и т. д.) — вполне естественна для человека. Привыкание и приспосабливание к новым (читай вредным) воздействиям развивают новые условные и даже безусловные рефлексы, а порой и анатомию человека. Естественный отбор, по Дарвину, движет развитие всей живой природы.

Как говорится в народе — баня полезна, но мухи в ней мрут. Поэтому вопросы о вреде и пользе оставим решать врачам. Мы же поговорим только о времени переносимости человеком тех или иных температур. Субъективное понятие времени переносимости не затрагивает объективных вопросов последствий воздействия (вред, недомогание, смерть), а просто указывает на то, что есть определенные условия, которые становятся невыносимыми, и человек рефлекторно, осознанно или с помощью других людей покидает помещение бани.

Сколько можно вытерпеть

Переносимость — субъективный параметр. Он может заметно отличаться у разных людей и даже у одного и того же человека в разные периоды времени. Так, например, в состязаниях по сауна-спорту один и тот же участник может в первый день просидеть в сауне, например, 15 минут, а на следующий — лишь 5 минут. И это нормально. Поэтому все последующие численные оценки надо воспринимать с должным пониманием дела как ориентировочные, то есть рассматривать скорее как иллюстрацию качественных закономерностей.

Обычно непереносимость возникает в двух вышеописанных случаях: при чрезмерно быстром темпе нагрева кожи и при чрезмерном перегреве внутренних органов человека. Под «кожей» будем понимать не конкретный анатомический кожный покров, а внешний слой тела глубиной примерно 1 см до крупных кровеносных сосудов.

Кожа способна выдержать, по крайней мере кратковременно, температуру до 45 °C, а на руках и ногах и до 55 °C без видимых последствий. Однако если скорость подъема температуры кожи велика, то именно она, скорость изменения температуры, а не сама температура вызывает болезненные ощущения. Человек рефлекторно (а также осознанно) стремится выскочить из бани, хотя кожа не прогрелась даже до 40 °C. Такие ощущения возникают при сильных поддачах в бане или при быстрых погружениях в горячую воду. При подсчете темпа повышения температуры кожи приходится решать задачу по типу классической школьной задачи с бассейном, в который втекает и вытекает вода по трубам. По одним «трубам» в кожу «втекает» тепло, по другим — «вытекает» дисбаланс тепловых потоков и покажет, нагревается или охлаждается кожа человека, до какой температуры и с какой скоростью.

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 избыстрой 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.

Именно из этого факта мы исходили, вводя в теорию бань термин «хомотермальная кривая». Сейчас мы сделаем следующий важный шаг: впервые введем четкие объективные разграничения понятий сухой, влажной и паровой бань, исходя из хомотермальной кривой (рис. 3). Бани с климатическими режимами выше хомотермальной кривой назовем паровыми (поскольку в них происходит конденсация пара на кожу из воздуха), бани с климатическими режимами ниже хомотермальной кривой — сухими (поскольку в них пот тотчас испаряется и кожа остается сухой), а бани с климатическими режимами вблизи хомотермальной кривой — влажными (поскольку выделяющийся на коже пот не испаряется).

Ранее (БАНБАС № 5 (23), 2002, с. 46) мы называли баню сухой, если воздух в бане по гигрометру сухой, то есть если гигрометр на стене показывает относительную влажность воздуха менее 30–40 %. При этом было трудно объяснить, почему в такой «сухой» бане используемой в сауна-спорте, пот «течет ручьем». Для сохранения традиций такую баню с сухим по гигрометру воздухом будем называть воздушно-сухой. Вводимые названия бань уточняют, что в воздушно-сухой бане сохнут полки, а в сухой бане сохнет увлажненная кожа, причем если сохнут полки, то вовсе не обязательно сохнет кожа. Таким образом, по новой терминологии воздушносухая высокотемпературная сауна может быть и сухой, и влажной, и паровой, что снимает все терминологические трудности. Забегая вперед, укажем, что тип сауны определить очень легко: достаточно махнуть рукой на мокрое лицо.

Если станет прохладнее — то это сухая сауна. Если почувствуете резкий жар с выделением пота (конденсата) — то это паровая сауна. Если станет только чуть-чуть теплее — то это влажная баня.

На рис. 4 представлена хомотермальная кривая 1, построенная в координатах — температура — абсолютная влажность воздуха. Она представляет собой горизонтальную прямую, отвечающую при всех температурах воздуха одной и той же абсолютной влажности воздуха 0,05 кг/м⁵ (точке росы 40 °C). Режимы вблизи этой горизонтальной прямой отвечают влажной бане. Тепловые нагрузки во влажной бане рассчитываются исходя из коэффициента теплопередачи от воздуха в тело человека 0,01 кВт/м² град. То есть каждый градус разницы температур кожи и воздуха дает тепловой поток 10 Вт в расчете на все тело человека (при эффективной площади кожи примерно 1 м²), причем численная величина теплового потока не зависит от того, нагревается или охлаждается тело человека. Так, например, человек, выделяющий внутри себя в состоянии полного покоя 50–70 Вт тепла постоянно (70 % за счет работы внутренних органов: сердца, легких, печени, 30 % за счет неощущаемой дрожи мышц), может спать нагишом, не замерзая, при температурах воздуха на 5–7 градусов ниже температуры кожи, а с зябкостью (то есть при легком ознобе) — при еще более низких температурах.

На рис. 5 представлены зависимости тепловых нагрузок на человека от температуры воздуха во влажной бане в состоянии покоя (кривая 1), при легкой физической работе (кривая 2) и при тяжелой физической работе (кривая 3) по ГОСТ 12.1.005-76, а также переносимости этих тепловых нагрузок. Видно, что хомотермальные режимы при низких температурах — 40–50 °C (соответствующие режимам турецких бань), хоть и вызывают неуклонное повышение температуры тела, но тем не менее легко переносимы человеком в течение многих часов. Физическая работа, разогревая человека, может снизить переносимость температуры 40 °C до уровня 20 минут, что, видимо, и использовалось в римских термах при физических упражнениях. При высоких же температурах бань — порядка 100 °C — переносимость хомотермального режима даже без физической работы не превышает 10–20 минут.

Наличие во влажной бане потоков воздуха существенно увеличивает теплопередачу от воздуха на кожу. Так, пользуясь эмпирическими соотношениями для бассейнов (см.: БАНБАС № 5 (23), 2002, с. 96), можно установить, что вне зависимости от того, мокрая ли у человека кожа или сухая, линейные скорости конвективных потоков 1 м/сек приводят к снижению переносимости вдвое (кривая 4).

Сухая баня

Анализ сухой бани намного сложнее, поскольку необходимо учитывать процессы испарения, в том числе в условиях их активизации конвективными потоками.

Кожа человека в сухом состоянии воспринимает и сухую, и влажную баню абсолютно одинаково, поскольку с кожи человека испаряться нечему, а значит, кожа и не охлаждается. Тепловой поток в сухой бане от горячего воздуха к сухой коже (кривая 1 на рис. 6) сохраняется таким же, что и во влажной бане (кривая 1 рис. 5). При этом человеку с сухой кожей тепло при всех температурах выше 40 °C.

Если же кожа человека мокрая (потная или искусственно смоченная), то возникают теплопотери с кожи человека за счет испарения влаги. Величина этих теплопотерь увеличивается пропорционально степени удаления режима от хомотермальной кривой и при абсолютной влажности воздуха 0,015 кг/м³ составляет 0,6 кВт/м² вне зависимости от температуры воздуха (кривая 2 на рис. 6). Складывая кривые 1 и 2, получаем результирующий тепловой поток (кривая 3), приобретающий положительное значение лишь при температурах выше 95 °C. Таким образом, при абсолютной влажности воздуха 0,015 кг/м³, при температурах ниже 95 °C человеку с мокрой кожей холодно, а выше 95 °C — тепло. К аналогичному заключению можно прийти, построив на рис. 4 кривую 3, соответствующую режимам с температурой по влажному термометру 40 °C. Кривая 3 на рис. 4 отделяет холодные и теплые режимы сухой бани в случае, если кожа человека мокрая.

В сухих банях наличие потоков воздуха приводит одновременно к двум противоположным по результатам процессам. С одной стороны, как и в случае влажных бань, увеличивается теплопередача от горячего воздуха на кожу: появляется конвективный тепловой поток на кожу, величина которого соответствует кривой 4 на рис. 6 для скорости воздуха у кожи 0,15 м/сек. С другой стороны, интенсифицируется процесс испарения влаги с кожи человека, за счет чего появляются дополнительные охлаждающие кожу теплотраты, величина которых иллюстрируется кривой 5 на рис. 6 для той же скорости воздуха 0,15 м/сек. Для сухой кожи теплозатраты на испарение отсутствуют.

Дальнейший анализ приводит к следующим важным выводам. Во-первых, сопоставляя величины конвективного нагрева и теплозатрат на испарение, можно разделить область сухих бань на две зоны, разделенные кривой 6 на рис. 4. В зоне выше кривой 6 воздушные потоки разогревают мокрое тело, а в зоне ниже кривой 6 — охлаждают. Сухое же тело под действием воздушных потоков с температурой выше 40 °C нагревается всегда. Кривая 6 рассчитана нами по формулам для теплопотоков в бассейнах (БАНБАС № 5 (23), 2002, с. 96) и не зависит от скорости перемещения воздуха, то есть является универсальной. При климатических условиях, соответствующих кривой 6, кожа не нагревается и не охлаждается под действием возникающих потоков воздуха любой скорости. По конвективному воздействию режимы выше кривой 6 можно отнести к влажной бане.

Во-вторых, суммируя тепловые потоки 1,2,4 и 5 на рис. 6, получим результирующий тепловой поток на кожу человека, который во всем интервале температур оказывается отрицательным (кривая 6). Это означает, что при абсолютной влажности воздуха 0,015 кг/м³ и скоростях перемещений воздуха 0,15 м/сек мокрая кожа не нагревается, а охлаждается даже при температуре воздуха 100 °C. Этот результат находится в вопиющем противоречии с экспериментальными данными (рис. 7) по замеру динамики нагрева температуры тела человека в сухой бане в вышеупомянутых условиях — в точке 5 на рис. 4, соответствующей температуре 100 °C, абсолютной влажности 0,05 кг/м³ (относительной влажности 2 %), и скорости перемещения воздуха около тела человека 0,1–0,2 м/сек (Соснин Ю. П., Бухаркин Е. Н. Отопление и горячее водоснабжение индивидуального дома, М., Стройиздат, 1991). Интерпретация этих измерений может быть разной, но ясно одно, что в условиях потоотделения (а оно однозначно наступило на 5–7 минуте пребывания) тело человека отнюдь не стало охлаждаться. Тепловой поток на человека (рассчитанный по темпу нагрева тела) составил примерно 0,3–0,4 кВт/м², что и привело к времени переносимости около 35 минут. Единственным объяснением факта нагрева тела может быть только сильное влияние инфракрасного излучения потолка, стен и печи на тепловой баланс человека в сауне. Действительно, мощность излучения абсолютно черного тела при температуре 100 °C составляет 1 кВт/м². С учетом углового распределения потоков инфракрасного излучения и реальных степеней черноты стен и потолка это и составит замеренную величину тепловой нагрузки.

Таким образом, для человека с мокрой кожей очень сухая высокотемпературная сауна при наличии потоков воздуха представляет собой инфракрасную сауну. При этом потоки инфракрасного излучения (кривая 7 на рис. 6) становятся заметными в тепловом балансе при температурах потолка выше 80 °C. Получается так, что в сверхсухой сауне высокие температуры воздуха не достаточны для мокрого тела, так как все тепло от нагрева тела этим воздухом уходит на испарение пота. Нужны не только высокие температуры воздуха, но и высокие температуры и высокие степени черноты потолка.

Таким образом, даже беглый анализ сухих бань показывает, насколько велики их технические возможности. В то же время производители бань увлечены в основном лишь «мебельными вопросами», да и то лишь в плане качества деревообработки. Современная сухая сауна, безусловно, должна иметь весь набор инструментов по активному воздействию на тело человека, включая быстрые контрастные изменения не только температурно-влажностного режима, но и конвективных и лучистых потоков, а также, безусловно, по воздействию водой в компактном и распыленном состояниях. Возможности таких метеомассажных сухих бань может начать изучать каждый: достаточно установить у потолка сауны вентилятор и направить на себя горячий воздушный поток. Окажется, что вопреки многим предостережениям никаких серьезных моментальных ожогов вы не получите, но более того, если тело мокрое, то вы станете мерзнуть! Картина может быть такова: мокрое лицо испытывает прохладу от вентилятора, затем высохшее лицо начинает нагреваться, потом выступающий пот приносит облегчение щекам, но уши, глазницы и особенно губы продолжают нагреваться (так как потовыхжелез там мало). Спрыскивание лица водой моментально приводит к охлаждению, но отнюдь не за счет температуры воды, а за счет ее испарения. Комплекс контрастных ощущений станет намного богаче, если вы расположитесь вблизи металлической печи с мощным инфракрасным излучением.

Паровая баня

Область паровых бань находится выше хомотермальной кривой 1 на рис. 4. Паровые бани являются настолько интересным и сложным объектом (особенно с учетом потоков воздуха, например, от веников), что требуют отдельного детального анализа. Здесь же мы ограничимся разделением паровой бани по крайней мере на три характерные климатические зоны. Первая зона отвечает мягким паровым условиям с тепловыми потоками не более 0,5–0,6 кВт/м² и временем переносимости не менее 10–20 минут. Эта зона соответствует небольшим превышениям абсолютной влажности воздуха над хомотермальным уровнем 0,05 кг/м³, создает ощущение «легкого пара» в носоглотке при вздохе и ограничена сверху кривыми 2 и 4 (рис. 4).

Кривая 2 на рис. 4 представляет собой зависимость плотности насыщенного пара от температуры. Выше этой кривой влажный воздух может существовать только в виде тумана («клубов пара»). При. сильных поддачах на холодные камни при низких температурах в бане мы попадаем именно в эту неблагоприятную для мытных бань зону (хотя и очень интересную для развлекательных бань).

Кривая 4 весьма условна, она разграничивает мягкие и экстремальные режимы паровой бани. Обычно режимы выше кривой 4 реализуются у потолка бани и служат областью, откуда веник захватывает пар, направляемый затем на тело при парении. На рис. 4 кривая 4 построена для тепловой нагрузки 0,6 кВт/м², соответствующей температуре по влажному термометру 50 °C, а также соответствующей тепловой нагрузке при хомотермальном режиме при 100 °C. Режимы выше кривой 4 отвечают времени переносимости менее 10 минут. Инфракрасное излучение в обычных русских паровых банях заметного влияния на кожу не оказывает ввиду малости уровней интенсивности при низких температурах потолков паровой бани, но в паровых саунах может быть заметным, особенно между поддачами.

В паровых банях и саунах при поддачах могут легко достигаться очень большие мощности тепловых потоков конденсационной природы с временем переносимости на уровне секунд и менее, особенно при неудачно спроектированных закрытых каменках. Практический интерес эти режимы могут представлять лишь при крайне кратковременных благоразумных воздействиях, например, при легких однократных поддачах в циркуляционных саунах или при парении веником в паровой бане. Именно в паровых банях человеку могут оказаться полезными и шапочки на голове, и простыни на теле, и рукавицы для защиты от конденсата. Во влажных же, а тем более сухих банях опасности ожогов воздухом вообще не существует. Более того, если после душа у вас мокрые кожа и волосы, то, несмотря на высокую температуру, сухая сауна может показаться вам недостаточно прогретой, и вам придется вытереться, чтобы согреться. Рекомендации входить в сауну сухим возникли вовсе не из-за опасности ожогов, а для предотвращения излишних увлажнений воздуха, особенно при большом количестве людей в маленькой сауне.

Оглавление

Климатические характеристики бани

Аэродинамический расчет бани

Тепловое воздействие бани

  Часть 1

  Часть 2

    Влажная баня

    Сухая баня

    Паровая баня