|
|
МикроКлимат в бане - 2Стр.1 - МинЗдравСтр. 2 - ХТ-линия - Я здесь: Ляхов В.Н., к.т.н., член Гильдии мастеров печного и банного дела г. Москвы фев. 2010
|
Сегодня в России строят много бань и саун.
Есть возможность использовать различные материалы, делать различный дизайн интерьеров парилок и монтировать различные печи. Что при этом мы можем получить в плане микроклимата? Какие возможны ощущения человека в парилке? Эти вопросы рассмотрены ниже. |
1. Испарение или конденсация в парной? Несколько примеров. Вечером в лесу прохладно, температура около 12-15°С, изо рта идёт пар-туман. И трава уже мокрая от росы… Дома достаём бутылку из холодильника – через секунды она запотела, стала мокрая... Наденем противогаз и пройдёмся 10 мин – стёкла запотеют, ничего не видно – тоже конденсат пара из воздуха. Войдём в парилку – очки запотеют; посидим погреемся в парной - через пару минут капли на коже. «Вот как я здорово потею!» - иногда восклицают при этом. Но мы уже догадались, по цепочке примеров, что это не пот, а конденсат – пар из воздуха, в виде росы выпал на нашей коже, потому что она холоднее воздуха в парилке... Теперь нальём в бутылку воду, нагретую до 60°С и войдём в парную, в которой воздух с паром тоже нагрет до 60°. На человеке появятся капли росы, а на бутылке нет. Процесс конденсации (выпадения росы) зависит от параметров среды в парной, точнее, от значения, так называемой, «точки росы» - Тр. Если температура бутылки с горячей водой выше, чем температуры «точки росы» Тр, то она не запотеет, иначе – запотеет. А эта точка росы – Тр, зависит, в свою очередь от температуры и влажности воздуха в парилке. Определяют её так. Подвесим тонкую блестящую фольгу в парной, и начнём каким-то образом охлаждать среду – как, например, вечером охлаждается воздух после захода солнца. Фольга тонкая, она быстро принимает температуру среды и охлаждается вместе со средой. В какой-то момент времени на фольге появятся микрокапли – их мы разглядим в лупу или в микроскоп. Отметим при этом температуру – это и будет «точка росы» - Тр для конкретного количества пара в воздухе. |
|
Точка росы - это такая температура Тр для смеси воздуха с паром, при которой охлаждение этой смеси до Т=Тр начинается конденсация пара, содержащегося в смеси (во влажном воздухе - образование росы). Нас интересует, конечно, не столько бутылка с водой, а ощущения человека, температура которого всегда почти одинакова, и для наших рассуждений, её можно округлённо принять равной 40°С. (рис. 1). На самом деле, нос, ступни и колени у нас имеют Т=25-26°, плечи при 33-34°С, подмышкой и во рту – 36.6, самая горячая печень – 38-39°С и т.д |
В парной наше тело прогрето более равномерно, температура его поверхности около 40°, хотя у экстремальщиков руки могут нагреться до 45°. На самом деле у разных людей это происходит по-разному: кому-то 40°С - это много, а кто-то хочет прогреть поверхность тела до 45-50°С (в народе таких называют "сталеварами" или «бразильцами»). В любом случае наши внутренние органы не нагреваются выше 39-41°С, иначе возможен тепловой удар (тогда почему мы говорим о 100° в парной?!). Итак, мы приняли, что наш модельный человек имеет температуру тела одинаковую по всей своей поверхности, и она равна Т=40°С. Входит он в парную, где уже есть пар – через минуту на теле видим капли росы-конденсата. |
Входит он в суховоздушную сауну – кожа сухая, и через минуту, и через 5 минут. И роса на коже не появляется, и натуральный пот сразу же испаряется и не виден, поскольку в СВ сауне влажность почти нулевая, и кожа наша скорей всего будет сухая. Поэтому-то суховоздушку и называют сушильным шкафом. Теперь время перейти к, так называемой, хомотермальной (ХТ) кривой, которую ввёл в банный лексикон Хошев Ю.М. В его трёх книгах[1-3] прекрасно описана физическая суть этих явлений и с привязкой к микроклимату в бане, поскольку интересно разобраться, от чего зависят наши ощущения, комфорт и дискомфорт в парилке, а также острые тепловые ощущения для любителей бани и экстремалов. |
Здесь мы познакомимся с ХТ кривой, а заодно попробуем разобраться, что же такое - жар в русской бане и от чего он зависит. Этот вопрос однажды встал ребром, когда дизайнер сделал красивую парную, а печник большую оригинальную печь по индивидуальному заказу и своему проекту. Камень для печи специально присылали из Финляндии, с указанием карьера, глубины и угла залегания. Протопили печь, поддали пар, а заказчик вдруг и говорит: «Ребята, что-то я жара не ощущаю!» (подробнее в [4]). |
|
ХТ кривая. В нашей парной мы повесили термометр – им измеряем температуру Т°С и откладываем её по горизонтальной оси (х) на рис 2. И подвесили гигрометр - им измеряем относительную влажность А% и откладывает по вертикальной оси. На рис. 2 мы видим зелёную линию – это и есть ХТ кривая. В каждой точке этой кривой точка росы - Тр=40°С и, кроме того, в воздухе содержание пара 50г/м3. Это означает, что если человек входит в парную, а в ней Т=50°С и влажность А=50% (точка А1), то на тело человека (Т=40°С) не будет конденсироваться пар из воздуха, а наоборот, влага с тела будет испаряться (если кожа влажная) и человек будет ощущать охлаждение. Отметим, что мы при этом находимся слева и под ХТ кривой. Теперь пусть этот человек войдёт в парную, в которой Т=60°С и А=60% (точка В1) - его кожа начнёт увлажняться (запотеет) на него начнёт конденсироваться влага из воздуха (выпадает горячая роса + теплота конденсации) – человек ощущает нагрев. Однако не надо думать, что мы начали потеть. ЖАР. Наконец, входим в парную, в которой Т=65°С и А=65% (т.В2) - тут я бы присел от ЖАРА, поскольку выпадающий на кожу конденсат настолько горячий, что конкретно ошпаривает. К счастью тонкая пленка воды быстро остывает на теле, немного прогревая его. Как будто нас обдает душ с горячими микрокаплями. Человек чувствует волны жара и инстинктивно регулирует положение тела, вплоть до приседания (чтобы уйти от пара) при сильном тепловом воздействии. Это и есть ЖАР – ощущения ошпаривания нашей кожи плёнкой горячей воды, образующейся при конденсации пара. Именно за этими волнами ЖАРА и идёт любитель пара в парную. В точке В1 ЖАР меньше, т.к. и температура конденсата ниже, и количество выпадающей горячей росы меньше. Причём, если мы стоим неподвижно, то ощущение ЖАРА прекращается, а если начнём двигаться или обмахивать себя веником, но новые струи паровоздушной смеси будут подходить к телу и новая порция горячей росы пришпарит тело. Как если бы струи душа с горячей водой лились бы на человека. |
А при Т=45°С – это нормальные средние ощущения, можно мыться спокойно. |
Если кто-то прогревает поверхность своего тела до 45°С, то ему надо больше приблизиться к обл. В, для ощущения жара (для конденсации на себя достаточного количества пара при достаточно высокой температуре). Чем ближе к обл. В, тем обильнее и горячее конденсат, т.к. при этом можно больше растворить влаги-пара в том же объеме воздуха (см. на рис: при Тр=40°С макс. растворяется 50 г/м3, а при Тр=60°С - 130г/м3). Конечно, у каждого человека свои пределы ощущения жара. |
•Для меня, например, погружение в горячую воду при Т=42-43°С – это нормально и терпимо, а вот при Т=45-47°С - горячевато, 50°С – очень горячо! •Под горячим душем при Т=45-47°С - нормально и терпимо, а при Т=50-55°С – очень горячо! •В парной при Т=60°С и влажн. А=70-80% - нормально и терпимо, а при А=90% - горячо! •В паровой бочке или кабине – при Т=45° и А=100% - это приятно, а 50-55° - горячо! Те же ощущения и при похлестывании вениками, которые "окунают" в пар над головой (а можно и просто в горячую воду) - все это опять похоже на душ - тонкая горячая пленка воды на теле. Условные названия режимов. Для удобства изложения, назовём условия в т. В1 мягкими и комфортными, условно – 60х60, в т. В2 – это «русские традиции» - отчётливое ощущение жара – 65х65, а в т. В3 – это «русские герои» - не все этот жар выдержат (Т=70°С и А=65%) – 70х65. Отметим ещё раз выполненные выше процедуры. Четыре раза мы помещали предмет, имеющий температуру 40°С (человека или бутылку) в разные парные с разными сочетаниями температуры и влажности - Т°С и А% - это точки А1, В1, В2 и В3. |
Рис. 3 |
При условиях т. А1 с бутылки или с человека влага испарялась (если они были влажные). При условиях В1, В2, В3 – на бутылку или человека конденсировался пар из воздуха, другими словами, выпадала роса (напомним, что бутылка и человек имели Т=40°С, для бутылки можно любую Т° и ниже, например, 30°С). Нарисуем ещё кривые - более «горячие» для Тр=45, 50, 55 и 60° (см. рис.3). На этих линиях в воздухе можно «подвесить» большее количество пара (см. строчку вверху рис. 3) и, кроме того, температура пар соответственно возрастает, следовательно и ощущение ЖАРА будет сильнее. Если мы нагрели бутылку до 53°С (это локальная Тр=53°), то в т. В1 с неё будет испаряться влага (т.к. В1 находится около Тр=50° и бутылка горячее этой Тр=50°), а в т. В2 – на неё будет выпадать роса (т.к. В2 – около Тр=55°). ---------------------------------- |
|
С человеком этот фокус не пройдёт, его не нагреешь до 50°С. Поэтому обсуждаемая ХТ кривая относится только к температуре, которую имеет человек – Т=40°С, и названа в его честь: Хомо - человек и Терма – тепло. Точек на ХТ кривой много, но в любой из них выпадает роса, если мы снизим температуру этой точки до 40°С (например, внесём предмет с Т=40°С и ниже). Выпадение росы означает, что избыток пара при данной температуре, конденсируется, и в воздухе остаётся влажность не выше 100%. Пар больше не может удержаться в газообразном состоянии и конденсируется. При конденсации, количество пара в воздухе уменьшается, и он опять может сосуществовать в равновесии со средой. Ощущения на ХТ кривой. Вкус ЖАРА. А если мы вошли в парную, условия в которой соответствуют параметрам самой ХТ кривой, например, в т. С1 (50° и А=62%), человеку будет ни холодно ни жарко – нет испарения или конденсации. Как будто мы пьём чай при 40°С. Вкусно? Не очень K, хотелось бы погорячее. Зато полезно, и животные горячую воду не пьют, как люди горячий чай. А вот погружение в воду при Т=50° - это кипяток для живого организма! Но вот душ при такой температуре – это вкусно и интересно, с этим можно поиграть, подставляя разные части тела или направляя по-разному струи душа. Также можно управлять паром с помощью веника, добиваясь желаемого ощущения горячеватости и лёгкого ошпаривания тела, иногда на грани терпимого. |
Но с ванной и душем просто, есть ручка крана – повернул её – и все дела. А вот получить желаемые ощущения в парной, где, например, стоит многотонная печь со своим характером и норовом, да ещё в конструкции печи заложен характер и норов печника (который всё умеет и знает!) – это иногда непростая задача. Для меня проще иметь дело со всем этим, когда я понимаю что от чего можно получить и ожидать. Поэтому и стал читать книги Хошева Ю.М,. и рисовать графики. Итак, если мы хотим получить условия погорячее (а только об этом и ведут разговоры энтузиасты банного ЖАРА), то надо настраивать режимы в парной на те кривые, где среда погорячее и росы от пара будет больше – это движение от синего угла А к красному – В с увеличением Тр.. Это означает, что к моменту прогрева парной (пока без пара) мы должны иметь начальную температуру, например,60°С. Для любителей более умеренных режимов движемся к синему углу А, но не ниже ХТ кривой. Что при этом предусматривать в конструкции печи и парной сказано в [1-4] Ещё раз напомним, что когда человек входит в парную, то при условиях слева и ниже ХТ кривой (под ней, в обл. А) с тела испаряется влага, и мы ощущаем охлаждение (попробуйте выйти из ванной мокрым в комнату, где Т= 20-25°С -- мы почувствуем озноб). А при условиях справа и выше ХТ кривой на тело конденсируется пар, и мы ощущаем разогрев (тепло от плёнки горячей воды и от теплоты конденсации, которая, между прочим, более чем в 5 раз(!) больше, чем количество тепла, требуемое для нагрева воды от 0 до 100°С). |
-------------------------------
Таким образом, ХТ кривая разделяет два принципиально разных режима для человека в парной - конденсация пара на тело с нагревом или, наоборот, испарение влаги с тела с охлаждением. Отсюда и разные ощущения.Более сочные и контрастные ощущения мы получаем при конденсации пара на наше тело - это паровая баня – русская, турецкая или финская. Кстати, а сколько пара находится в воздухе? Мы раскалили 50 кг камней в печи-каменке, поддали на них несколько ковшей воды, получили пар, который распространяется по всей парной и, конденсируясь на человеке, создаёт ощущение ЖАРА. Хватит ли нам пара, и, соответственно, раскалённых камней по массе и температуре? Вопрос не праздный и тоже сильно обсуждается любителями жаркого пара. |
Пар в парилке. Не буду утомлять читателя подробностями из физики, просто напомню – чтобы пар конденсировался из паровоздушной смеси при Т=40°С, надо иметь его 50 г/м3 в воздухе. Много это или мало? |
Рис. 4 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Разобравшись с этими и другими процессами, мы сможем их проектировать для получения тех или иных ощущений. Кому-то помягче, диетическое блюдо – т. В1 , а кому-то надо и с «перцем» – т. В2 и далее. |
Достаточно пока понаблюдать за более доступными параметрами - пульс, ожоги, сухость кожи, головная боль после парной. Много книг посвящено восхвалению бани, пара и веника, рецептам напитков и настоев для ароматизации пара. И очень мало объективной информации об особенностях микроклиматов и экологии в различных банях и саунах, а также о негативе при этом. |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Кислород в парилке. |
Третье измерение. Построив себе баню и парилку, каждый уважающий себя любитель бани покупает термометр и гигрометр и вешает их на стену в парилку. Баню готовит, глядя на термометр, как на икону. И убедившись, что температура около 100°С, успокаивается и начинает «париться». Здесь я использовал кавычки, потому что при такой температуре не парятся, а «сохнут», поскольку влажность около нуля. Ещё он смотрит на гигрометр, видит, что стрелка показывает 20-30% и тоже успокаивается. Постучав ногтем по стеклу прибора, и, увидев, что стрелка сдвинулась с места (т.е. работает), парильщик удовлетворенно кряхтя лезет на полок, продолжать париться. После нескольких заходов он забывает про термометр и гигрометр и почти не пользуется ими K (о неправильности гигрометров см. [4]). |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Однако, мы же знаем, что есть лучистое тепло, которое почти наполовину насыщает нас теплом в повседневной жизни и влияет на наши ощущения. К традиционному жару-пару в русской парной, который определяется двумя параметрами – температура Т°С и влажность А%, надо добавить третий параметр (третье измерение) – лучистое тепло (рис.6). И если в интерьере традиционной русской парной мы имеем в основном дерево, то добавок лучистого тепла от интерьера маленький – в основном от печи. А если мы находимся в идеальной бане - ИБ, в керамическом интерьер с подогревом, то лучистый прогрев ощущается, как упругое явное тепло. Ну, а если рядом с нами металлическая печь - МП, со стенками при Т=150-200°С, то от неё лучистое тепло настолько жёсткое, что явно прижигает и это мы чувствуем стороной тела, обращённой к МП, как от костра. Похожие ощущения бывают и в ИК кабине с сильными трубчатыми или точечными излучателями. |
Рис. 6 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Таким образом, мы видим, что добавляется третье измерение на нашем рис. 6, и в нашем сознании. Это поможет нам более осмысленно подходить к выбору режимов в парной и к её проектированию с выработкой ТЗ. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Тепловая нагрузка среды - ТНС. В печном деле есть понятие «тепловое напряжение в топке». И если это тепловое напряжение ниже какого-то уровня, то горение дров в топке неэффективное. Например, если при горении дров в топке температура 600-800°С, то некоторые компоненты термически разлагающейся древесины не успевают догореть в топке и уйдут в трубу. Дым при этом серый (см. [4] баню по-чёрному), это плохое горение. При хорошем горении дым прозрачный почти бесцветный – т.е. достаточное тепловое напряжение, температура около 1000°. Похожие слова есть и при прогреве человека в парной. |
Здесь слова «слабая или мягкая тепловая нагрузка» имеют условный смысл для типично банного лексикона, поскольку даже «слабая тепловая нагрузка» в парной является экстримом по меркам ГосСанЭпидНадзора. |
5. Микроклимат в разных банях.Климат в любой бане (парной) и сауне определяется рядом параметров (рис. 7): |
Рис. 7 |
||||||||||||||||||||
По большому счету в банях различают 3 режима:
|