Камни в бане - Физика в бане

(номера рис. проставлены, редактировать) 1. Производство и потребление тепла. В информационных технологиях важны память и быстрота манипуляций с её содержимым, чтобы получать для пользователя удобные представления - тексты и картинки. В бане, в парной важно производство тепла, а также - её кол-во и качество. В печи из дров мы получаем раскалённый газ, а с ним «техническую» энергию, тепло, которые неудобны для пользователя (жёсткое «техническое» тепло). Основная задача - надо превратить технотепло в удобное для человека мягкое тепло. В этом нам помогают различные материалы - металл, камень, дерево, вода и воздух с паром, обладающие различными свойствами - теплопроводностью и теплоёмкостью.

Рис. П-7.1. При неудачной, неправильной трансформации тепла и его использовании можно получить перегрев или ожоги тела. Оздоровительное действие бани достигается при разумном использовании свойств материалов печи и интерьера парной.

♦Например, труба и батарея отопления (например, 55°С) нагреваются изнутри горячей водой (60°С), а охлаждаются снаружи контактом с воздухом (22°С) и излучением тепла в интерьер комнаты (22°С). Таким образом, тепло в батарее всё время движется наружу. Если мы прислоним руку (32°С) к горячей чугунной батарее, то она в этом месте сильнее остынет, а рука нагреется до какой-то общей Т° (например, 51°С). В остывшее место чугуна батареи немедленно устремится изнутри поток тепла, компенсирующий остывание, из-за этого мы почувствуем нестерпимый нагрев и отдёрнем руку через пару секунд. ♦Однако, если мы прикоснёмся к нагретому до 80°С дереву, то всё будет по другому - мы почувствуем горячее дерево, но через пару мгновений рука привыкнет и можно продолжать держать. Нестерпимой боли от нагрева не будет. Это потому, что у дерева значительно меньше теплопроводность и запас тепла (теплоёмкость). ♦ Камень по таким свойствам находится где-то в промежутке ( рис. П7.1). ♦Похожий процесс мы наблюдаем, когда ложимся на лежак - каменный или деревянный. Камень запасает больше тепла, чем дерево, поэтому тёплый каменный лежак даёт нам мягкий прогрев (умеренный поток тепла), если температура камня около 41-42°С. При остывании камня в месте контакта с телом человека, тепло начинает двигаться из глубины камня к поверхности, не давая сильно остынуть камню в месте контакта с телом, температура которого ниже. Дерево же не ощущается никак - это хороший изолятор (поток тепла сквозь него мал) и не предназначено для накопления тепла и отдачи его. Это скорее одеяло, которое изолирует нас от холода или тепла. Запас тепла в материале зависит от его массы, которая занимает некоторый объём, и от возможности молекулам и атомам вещества накапливать энергию в своих степенях свободы. При меньшем объёме материала тепла запасает больше вода и металл (более плотные), чем кирпич или дерево (менее плотные и к тому же пористые). 2. У печи 2 способа производства и использования тепла. 1) Непрерывное производство тепла и синхронное потребление его (металлические печи) - непрерывное действие. В этом случае теплоёмкость неактуальна, и надо правильно регулировать поток тепла, учитывая его производство и теплопроводность материала. Аналогом является вода из-под крана водопровода (открыли кран и вода потекла - можно умыться, при этом не надо накапливать воду в какой-то сосуд). При таком способе печи более компактные и лёгкие, обычно металлические. 2) Производство и накопление тепла в какую-то тепловую ёмкость, а потом потребление без производства (кирпичные печи) - периодическое действие. В этом случае важно накопление тепла, т.е. теплоёмкость материала. Уже отмечалось, что много набирает тепла вода, металл и камень (желательна большая плотность материала). Далее это тепло «сливается» по мере потребления, и поток тепла определяется теплопроводностью. При таком способе печи большие и тяжёлы, обычно кирпичные.

Аналог такого процесса - это наливание воды в бочку до какого-то уровня (рис. П7.2). В таком случае высота уровня воды в бочке - это аналог подъёма температуры, площадь дна - это аналог теплоёмкости а количество воды - это аналог количества тепла. Воды в бочке больше, если дно больше и уровень выше. Сечение трубы (через которую мы наливаем воду) - это аналог теплопроводности при передаче тепла от предмета А к предмету Б. При этом напор тепла пропорционален разности температур между А и Б - ΔТАБ, что аналогично разности высот НАБ между сосудами А и Б, которая определяет напор струи. В бане или в жилье греет только печь, она накачивает теплом интерьер, который его впитывает достаточно, если есть теплоёмкие предметы (камень), или впитывает очень мало, если в парной одно дерево.

Талькохлори?т — природный строительный и декоративный материал, горная порода метаморфического происхождения, состоящая из талька (40—50 %), магнезита (40—50 %) и хлорита (5—8 %); минеральный и химический состав непостоянны. Камень серого цвета, непрозрачный, в зависимости от примесей — белый, коричневый, с зеленоватым или желтоватым оттенком, а также (реже) красный или тёмно-вишнёвый. Блеск — матовый, шелковистый. Твёрдость от 1 до 5,5. Плотность ~ 2,75. В природе встречается в виде пластовых залежей.

Табл. 7.2 Теплоизоляторы

Вспученный вермикулит Базальтовый холст Гравий керамзитовый Асбестоцемент/ плита Пенобетон Бетон Железобетон

0,04 – 0,062 Вт/м.К 0,04 - 0,062 Вт/м.К 0,12 Вт/м.К 0,13 Вт/м.К 0,14 – 0,18 Вт/м.К 1,45 Вт/м.К 1,6 Вт/м.К

4. Теплоёмкость на кг или литр? Если судить по единицам «на кг», то видно, что теплоёмкость дерева больше, чем теплоёмкость камня, а у металла теплоёмкость самая малая - около 0.4-0.5 кДж/(кг•°С): Сдерев > Скамня > Сметал - «на 1 кг»
Но в быту каждый предмет занимает какой-то объём и нам важен запас тепла в каком-то объёме вещества. Поэтому масса вещества, например, в одном литре больше у металла, следовательно, он и запасёт больше тепла, чем 1 л камня и, тем более - 1 л дерева. Поэтому, умножая теплоёмкость вещества на его плотность, мы получим теплоёмкость в расчёте на 1 литр вещества. Эти данные показаны прямоугольниками на рис. П7.1. У воды эти величины совпадают, и видно, что наибольшая теплоёмкость у воды. А далее, по убыванию в ед. «на 1 литр» идут чугун, камень, кирпич, дерево.
Своды > Сметал > Скамня > Скирп > Сдерев - «на 1 литр»
В таком же порядке убывает теплопроводность материалов. Про воду, однако, надо заметить, что благодаря её текучести она может много перенести тепла в конвективном движении. Хотя у неё есть ограничение в том, что она закипает при 100°С, превращаясь в пар, а также замерзает в мороз.
Поэтому для получения пара раскалённый металл (в частности чугун) предпочтительнее камня, а камень предпочтительнее кирпича шамотного который иногда используют в качестве закладки в каменке.
5. На каком лежаке приятнее лежать? Мне больше всего нравится тёплый каменный лежак в турецком хаммаме. Почему? При правильном исполнении – это наиболее комфортный прогрев, близкий к человеческому теплу. Если камень нагреть до 45°С, то лежать на нём горячевато, так же как и погрузиться в воду с такой Т°. Тепловой комфорт при этом определяется величиной теплоусвоения (тепловой активностью).
При длительном контакте тела человека, например, с подогреваемым лежаком тепловой поток на тело определяется теплопроводностью камня λ . Но при коротком прикосновении на ощущение ожога влияет и теплоёмкость С.
Тепловая активность (усвоение тепла). Если прикоснуться к нагретому предмету, то ощущения ожога возникает не просто при высокой теплопроводности материала предмета (камень, дерево или металл), но и высокой теплоёмкостью, поскольку при низкой теплоёмкости поверхность предмета тотчас охлаждается в месте контакта. На ощущение ожога влияет величина тепловой активности вещества, которая есть произведением плотности, теплоёмкости и теплопроводности - ρ•С•λ. В таблице приведены численные значения величины коэффициента теплоусвоения S, определяющиеся по СП23-101-2000 (при периоде 24 часа) по формуле S=0,27(ρ•С•λ)↑0,5.
    Таблица П7.3 Теплофизические свойства веществ и тканей человека [Хошев]

Вещество	Плотность ρ  - кг/м3	Тепло- проводность λ  - Вт/(м К)	Тепло- ёмкость - С кДж/(кг К)	Тепло- усвоение - S	Температуро- проводность а  10-4 м2/сек
Воздух при 20°С Воздух  при 100°С Пар воды 100°С Вода	1,3 0,95 0,58 1000	0,024 0,032 0.024 0,59	Cp=1 Ср=1,3 1,5-2,6 4,2	0,046 S= 0,27(ρ•С•λ)↑0,5 13,5	185 1,4
Тело  чел. в редн/ Мягкие ткани Жировые ткани Кожа Кровь Миокард Мозг	1050 1041–1100 900–1010 1048–1066 1048–1066 1030 1030–1041	0,58 0,44 0,1–0,25 0,31–1,5 0,6–0,7 0,81 0,56	3,5 3,3 2,3 2,9–3,5 3,6–3,8 3,7 3,3	12,5 10,5 3,8–6,5 9,4–55 13,5 15,0 11,9	1,58 1,2 0,4–1,1 0,8–2,0 1,6–1,8 2,1 1,6
Парафин Озокерит	920 850	0,26 0,17	3,2 3,3	7,8 6,5	0,9 0,6
Мрамор Известняк Тальковый камень	2800 1400 2900	2,91 0,56 3,5-4,7 - λ	0,88 0,88 0,84-0,87 С	22,9 7,42 27 S	11,8 4,5 16
Полистиролбетон Пенополистирол Дерево (сосна) Линолеум Поликарбонат Полиакрилат	500 35 500 1800 1200 1200	0,14 0,028 0,14–0,29 0,38 0,31 0,20	1,06 1,65 2,3 1,47 1,37 2,1	2,5 0,36 3,87–5,56 8,6 6,1 6,1	2,6 4,8 1,2–2,4 1,4 1,8 0,8
Сталь Медь	7850 8500	58 407	0,48 0,42	126 326	154 11400
	ρ	λ	С	S=0,27(ρ•С•λ)1/2	а= λ/ρ•С

В частности, из таблицы следует, что несмотря на близость коэффициентов теплопроводности, известняк (ракушечник) меньше обжигает кожу в момент прикосновения, чем вода, поскольку известняк имеет более низкий (в два раза) коэффициент теплоусвоения, чем вода. Например, камень лучше и больше впитывает тепла, если у него больше теплопроводность, теплоёмкость и плотность. А скорость нагрева больше, если больше теплопроводность и разность температур. От этих же параметров зависит и продолжительность остывания, т.е. отдачи тепла.
Из таблицы видно, что для камня S= 23 ед. (мрамор) и 7 (известняк), для воды – 13, для человека – 12. Для дерева – 4-5, для стали – 126. Принято считать, что комфорт прогрева тела человека достигается при условии, если лежать на лежаке, сделанном из материала, величина S которого ближе к S человека.
Ну и какой материал мы выберем?
Лучше всего – это вода (в сухом виде это матрас, наполненный подогретой водой). Дерево ощущается нейтрально, без подогрева (это невкусно, как тёплый чай при Т=40°С ). А от нагретого камня мы ощутим заметное тепло (как глоток горячего чая – это вкуснее!) Но если камень нагрет до 45°С, то будет горячевато – надо строго следить за температурой, или использовать подстилку (иногда обливают перегретый камень холодной водой и ложатся).
6. Каменные лежаки с подогревом. В бане надо нагревать тело человека комфортно, не обжигая его, то есть нагревать медленно в пределах переносимости, а в ряде случаев, и в пределах привыкания. Так, сидя в хаммаме на тёплом на мраморе, человек не должен подвергаться тепловым потокам от камня более 200 Вт/м2 [Хошев 2006)].
Мягкий комфортный нагрев может быть достигнут лишь при теплопроводности материала, более низкой, чем теплопроводность тканей организма. Поэтому горячие воздух, древесина не обжигают (но и греют мало), чуть больший нагрев идёт от пластмассы, пористого камня (известняки-ракушечники), различные масла, парафин и озокерит (горный воск, разновидность твёрдого природного битума), вода (см. таблицу П7.1). Разновидностью нагрева тёплой водой является и прикосновения тёплых рук, применяемые в мануальной терапии и знахарстве (народном целительстве) взамен обычной резиновой водяной грелки.
Камень лежака в хаммамах (чаще всего мрамор) имеет чрезмерную теплопроводность, но ввиду высокой гигиеничности и хороших декоративных свойств традиционно применяется для прогрева тела (в том числе и в методах наложения округлых камней на тело – стоунотерапии), чаще всего вместе с расстеленной простынёй, снижающей тепловой поток с камня. Металлические же поверхности вообще не применимы как поверхность лежака в банях любого типа. Ввиду чрезвычайно высокой теплопроводности, холодные металлические поверхности при контакте с кожей сильно «холодят», а нагретые – «обжигают». Каждый может с лёгкостью убедиться, что куски металла, камня и древесины, нагретые на полке бани до одной и той же температуры, горячи по-разному. Во всяком случае, станет ясно, что ручки и поручни, за которые приходится браться в бане, лучше делать неметаллическими. Точно также, горячая деревянная ложка воспринимается губами более холодной, чем горячий чай, суп или каша, во всяком случае,р значительно холодней, чем горячая ложка металлическая. Всё это в полной мере относится к металлическим предметам на теле: кольцам на пальцах, кулонам и цепочкам на шее, очкам, часам и т. п., которые в банях с температурой выше 60°С обжигают тело. Причём наиболее болезненны прикосновения, когда предмет имеет большую площадь контакта с горячим воздухом, нежели с относительно холодной кожей, и способен нагреваться до высоких температур.
Скорость изменения температуры предметов в бане (в частности тела человека) при контакте с тёплым или холодным теплоносителем, то она определяется экспоненциальной формулой
Т=То•ехр (–a•t/R2), где а= λ/ρ•С – коэффициент температуропроводности (см. таблицу), R – характерный размер предмета в метрах, t – время в секундах. Из формулы следует, что мелкие предметы нагреваются или охлаждаются быстрее, что вполне естественно. Величина, обратная коэффициенту температуропроводности, является характерным временем нагрева или охлаждения предмета (тела) - Δt ≈ ρ•С/ λ. Так, известняк остывает или охлаждается быстрее, чем вода, имеющая ту же теплопроводность.
7. Сухое дерево - это достаточно пористый материал, из-за чего низка его теплоёмкость (объёмная) и теплопроводность. Таким образом, сухое дерево в парной выполняет роль теплоизолятора - это по сути одеяло, которое изолирует, но тепла почти не накапливает. И когда говорят мне, что надо прогреть парную (с деревянным интерьером), то возникает вопрос - а что греть, если кругом сухое дерево? По своим свойствам оно наберёт малое количество тепла и мало может отдать.В русской бане тепло можно накопить в каменном массиве очага или печи и немного в дереве интерьера.
Сруб. Если парная обустроена прямо в срубе (из сухих брёвен с влажностью около 20%), то тепло через брёвна будет выцеживаться из парной. И лишь после 5-6 протопок и пропарок влажность уменьшится в части массива до 10-12%, и теплопроводность значительно уменьшится. Однако при поддаче пара, он будет интенсивно впитываться в сухое дерево, и пока не напитает тонкий слой в несколько миллиметров, мы не получим нужную влажность в парной. Короче в свежей парной из сруба тепло и пар приходят после 5-10 парений. Церковь бывает намоленная, а баня – напаренная.
Мокрое дерево. Но если деревянный интерьер увлажнить, напитать водой, то теплоёмкость и теплопроводность значительно увеличатся, и микроклимат опять изменится – будет мягче и влажнее. Влажные деревянные стены будут накапливать тепло и излучать его на человека, а также увлажнять воздух. Поэтому в русской бане целесообразно обливать деревянные стены горячей водой и постоянно нагревать интерьер от печи излучением и конвекцией..

Традиционно в бане стремятся сделать лежак (полок) деревянный. Причём озабочены поиском липы или заморской древесины абаш (имеющих малую теплопроводность и теплоёмкость). Здесь чувствуется влияние условий в суховоздушной сауне, где температура «за 100°С» и лежак может обжигать (практикуют ещё подстилки и подкладки). Всё верно, при высокой температуре надо уберечься от ожогов и теплопроводность материала лежака должна быть минимальна. И в таких ситуациях не приходится говорить о мягких вкусных оздоровительных прогревах, при невысокой температуре, как это бывает на каменном лежаке в хаммаме. Малая теплоёмкость дерева (в расчёте «на литр») и теплопроводность рекомендуются в тех случаях, когда надо не накапливать тепло, а изолировать интерьер и создать «термос». В деревянной кабине СВ сауны с металлической печью быстро достигается высокая температура и удерживается в ней при отсутствии сквозняков.
Вода. Наиболее теплоёмкий материал, однако ограничение в использовании связано с закипанием при 100°С или с замерзанием при температуре ниже 0°С. Теплопроводность невысока (по сравнению с металлами), однако при конвективном движении вода способна быстро выравнивать температуру. Используется как теплоаккумулятор - например, 2м3 нагретой воды поддерживают тепло в квартире около 2-х суток.
Кирпичи - допускаемая температура: шамотный - 1200-1400°С, керамический - 700-750°С
Поликарбонат Сохраняет рабочие свойства при -40…+120°С, можно использовать при -45…+125°С, теплостойкость до 145°С, коэффициент теплопередачи 4.8-5.3 или 2.5-3.9 Вт/(м2•К) (по разным данным). Во всяком случае сотовый поликарбонат близок по пропусканию тепла к стеклопакетам. Я нагревал его до 140°С и он не деформировался. Это привлекательный материал для сооружения парной, внутри которой обычно мы поддерживаем температуру 50-70°С. Однако нет данных о гигиене по дыханию при нагреве поликарбоната до таких условий. Плавится при температуре около 500°С, горит без выделения токсических веществ.
8. Металл в каменке. Использование разных материалов в каменке я наблюдал в бане у Сергея Лебедева, большого любителя бани (как строителя и как парильщика). Он построил у себя в Малаховке баню, и хочет достичь идеала. Узнав, что чугун в каменке эффективнее камней, он через неделю положил в каменку чугунные кирпичи, привезённые из Липецка. Узнав, что медь имеет ещё большую теплопроводность, чем чугун, он положил медь в каменку. Медь почернела. Позвонили Миронову А, (который на форуме РусБани написал, что использовал медные шары в каменке) - он ответил, что отказался от меди, т.к. это очень дорого. Позвонили Хошеву Ю. - он обстоятельно пояснил, что СuO - этотчёрный порошок, который используют для прокраски днища кораблей, чтобы не присасывались моллюски, т.к. этот порошок ядовит.
Это не остановило Сергея. Он поехал в Кольчугино (Владимирская обл.) покрыл медную болванку серебром (?!), и опять её в каменку. По характеру звука явно чувствовался эффект быстрого испарения с меди - со свистом, вместо шипения от камней. Таким образом в каменке лежал чугун, камни и посеребрённая медная болванка. Месяц мы пользовались такой каменкой (потом серебро «слезло»). И могли сравнивать различные звуки, которые характеризовали теплоёмкость материала и теплопроводность.
Когда вода попадает на горячие камни, то слышно: Ш - Ш - Ш - Ш (низкий шипящий звук).
Когда поддаёшь на чугун - звук повыше: Ч-Ч-Ч-Ч-Ч-Ч-Ш-Ш-Ш-Ш.
Когда - на медь, то слышен звук скрипки - короткое - С-С-С-Ч-Ч-Ч (как свист)
Но если порция воды великовата, то печь начинает покашливать, бормотать, и мы слышим клёкот кипящей воды - похожие на отдалённые раскаты грома.
Вообще это интересная тема - звуки в бане, в парной. Интересны ещё ритмичные звуки, когда банщик-парильщик орудует вениками. Но мне почему-то, хочется сам себя обработать веником. Так вкуснее, поскольку знаешь какую часть тела сильнее похлестать и пригреть.
9. Чугун. По информации от работников бань за год сгорает почти половина чугуна в каменках (зависит от его жаростойкости), получается 2-4 ведра окалины. Из табл. П7.1 и рис. П7.1 видно, что чем более легированный чугун, тем меньше его теплопроводность. То же относится к нержавейке. В общественных банях загружают ЖСЧХ20-30 (жаропрочный серый чугун, хрома 20-30%) - если есть деньги, т.к. такой чугун - дорог.
Камень или чугун? В царской бане в Петергофе использовали чугунные ядра для получения ядрёного пара, поскольку теплопроводность чугуна в 17 раз больше теплопроводности камня. При попадании воды на чугун испарение идёт гораздо более интенсивно, поскольку тепло легче подводится к поверхности и помогает испарять воду. Звук при этом описан выше. Испарение на камне - это шипенье, в лучшем случае короткое шипение с хлопком. Сегодня чугунные болванки закладывают в основном в общественных банях, где чугун раскаляют всю ночь газовыми горелками. Днём печь выключают, и парильщики бросая порции воды на чугун, получают сухой перегретый пар. Это печи периодического действия.
Однако, чугун наряду с камнями стали использовать и в частных семейных банях. Раскаляют его либо в прямом огне, или отделяют от огня металлическим бункером.
10. ТХ - талькохлорит (синонимы: тальковый камень, талькокарбонат, Мамонтов или мыльный камень, талькомагнезит, жировик, горшечный камень, "камень Tulikivi") — горная порода, состоящая из талька (40—50 %), магнезита (40—50 %) и хлорита (5—8 %). Это сланцы серого цвета, в природе встречаются в виде пластовых залежей.
Из рекламы:
?Плотность ρ = 2980 кг/м³
?Температура плавления 1630—1640°С
?Удельная теплоёмкость С=0,98 кДж/кг°C
?Теплопроводность λ =3-6 Вт/м°C
?Тепловое расширение 0,001 % на 1°C
Далее данные от ф. ЭнергоРесурс (по работе Петрозаводского университета)
♦ ТХ - талькохлоритные сланцы (тальковый сланец или камень) — одна из разновидностей группы кристаллических сланцев. Представляет агрегат листочков и чешуек талька сланцеватого строения, Для талькового камня - теплопроводность λ =3.5-4.7Вт/(м•°К), что определяется составом: у талька λ= 2.9-4; у хлорита - 4.2; у карбоната- 3.9-5.5.
Теплоёмкость природных тальковых сланцев - 840-870 Дж/(кг•°К). Она слабо зависит от состава, т.к. теплопроводности их составляющих близки. Б0льшая теплопроводность означает меньшую пористость и б0льшую плотность. Теплоёмкость аддитивная функция, т.е. чем плотнее вещество (чем больше масса), тем больше теплоёмкость.
Обжиг (нагрев) при 1000°С приводит к резкому уменьшению их теплопроводности до 1.2-1 Вт/м°C и температуропроводности, т.к. увеличивается пористость до 15-30%. При этом выжигаются «гидраты». Теплоёмкость почти не изменяется (в пределах погрешности 7%).
Для пористых веществ имеет значение влага в порах. Теплопроводность воды больше в 20 раз, чем воздуха. А теплоёмкость примерно в 4 раза. Обожжённый при 1000°С тальковый камень близок по свойствам к шамоту-легковесу (см. табл. П7.1). Теплоёмкость растёт с ростом температуры (рис. П7.3).
Выше говорилось о теплоусвоении или тепловой активности. Это способность материала аккумулировать тепло при нагревании и отдавать при охлаждении - S=0,27•( λ•С•ρ)1/2, где в скобках произведение теплопроводности, теплоёмкости и плотности вещества. Расчёты показывают, что тепловая активность тальковых сланцев в S≈26 2.9-3.5•103 Вт с1/2/(м2 •°С). По этому показателю за счёт более высокой теплопроводности талькосланцы превосходят на 15-20% некоторые породы – гранит, диабаз, мрамор. Но кварцит превосходит тальковые сланцы 15% по величине В. Скорости охлаждения тальковых сланцев и других пород почти одинаковы (мрамор, шамот и талькохлорит). Но по тепловой активности ТХ превосходит др. породы.♦
Если камень ТХ раскалить, то он становится пористым, хрупким и пыльным. При поливе водой он крошится и пылит. Шлифованная плитка из ТХ почти не крошится и не пылит.
Испытания нагрев-охлаждение. Образцы шамота или ТХ нагревали до 700°С или 900°С, выдерживали 10 мин и потом охлаждали в проточной воде. Количество таких теплосмен до разрушения представлено в табл.
Таблица П7.3. Количество тепловых смен

---------------------
В Петрозаводске (Карелия) все такие камни без разбору именуют "тальковый камень". Они похожи друг на друга, их именуют "горшечные, мыльные. мамонтовы" камни. Однако разница большая.
Талькохлорит - слабый камень, не выдерживает нагрева, теряет гидроксилы, плотность уменьшается от 2.8 кг, литр до 2, становится по свойствам похож на шамот.
В российском талькохлорите талька-41-46%. хлорита 3035%, а магнезита 5-10% (редко 20-25%).
Его добывают в Карелии. причём разные составы. С Куриным разбирал его печь из талькохлорита - видет обкрошенные места.
При нагреве становится жёлто-коричневым и пористым, трескается, осыпается. Но для облицовки годится.
Талькомагнезит - более жаропрочный
тальк+магнезит 35-60%, а хлорита 5-8%.
Наверное его и называют "мамонтовым" камнем, выдерживает до 600С.
Его используют для печей.
Теплоёмкость - около 0,85 кДж/кг К (ничего особенного).
Теплопроводность - 3.5-4.7 Вт/м К (поперёк и вдоль слоёв) - чуть побольше обычных камней.
Из рекламы в интернете. ♦Талькохлорит. Камины и печи становятся более эффективными, когда они изготовлены из талькохлорида. Такие очаги излучают нежное тепло и сохраняют его долгое время. Нет материала более идеального для этих целей, чем природный камень - талькохлорид (талькохлорит, талькокарбонат), финны называют его еще огненный камень, горшечный камень, мыльный камень. В Финляндии до сих пор исправно топятся печи из этого материала, сложенные 100 лет назад. Тальковый сланец известен в Канаде, Соединенных Штатах, Швеции, Норвегии, некоторых местностях Германии, но особым распространением пользуется на Урале.
Преимущества талькохлорида. Обладает мягким, необычайно приятным тепловым излучением, похожим на солнечное (?!). Разогревается в 10 раз быстрее(?!) и сохраняет в 2,5 раза больше тепла и отдает его в два раза дольше, чем печной кирпич. Высокая теплопроводность и теплоемкость, объясняется монолитной структурой и удельным весом (в 2,5 раза тяжелее кирпича?!). При этом "дров в трубу" печи из талькохлорида переводят чуть ли не в два раза меньше, чем традиционные печи из глиняного кирпича, который является пористым теплоизолятором, а не проводником тепла.
Талькохлорид легко переносит бесконечное число циклов нагревания до 1200°С без нарушений своей структуры. Плотная структура позволяет его шлифовать в готовом изделии. ♦
Замечание. ♦Сравнивая этот рекламный текст с данными в таблице и с информацией от Энергоресурса, можно понять, что никаких чудесных свойств у талькохлорита нет. Я сам разбирал топку, футерованную талькохлоритом, и видел, как он стал пористым и хрупким после 15-20 протопок печи для бани. Чудес нет и по теплофизическим параметрам.♦
11. Камень для каменки. Для бань лучше всего подходят магматические - интрузивные - остывшие на глубине породы: оливин, диорит, габбро, перидотит, и переродившийся под влиянием тепла и давления в древних карелианских складчатых горах в процессе талькообразования из оливина талькохлорит. Процесс видоизменения длился в течение 200 миллионов лет примерно 2 миллиарда лет назад.
Теплоёмкость камней - об этом пишут небылицы. Мол, в несколько раз некоторые породы больше запасают тепла. На деле у всех рекомендованных для бани пород (оливина, перидотита, талькохлорита, диабаза, габбро и, наконец, полудрагоценного камня для императорских бань жадеита) теплоёмкость лежит в пределах 860 - 980 Дж/(кг•К). Плотность камня соответственно меняется в пределах 3.5 – 2,9 кг/дм3 . Поэтому количество аккумулируемого тепла определяется вместимостью корпуса каменки и температурой камня, и лишь на 10 – 15 % - его породой.
Теплопроводность камня тоже важна для парообразования. Чем она больше, тем быстрее восстанавливается температура поверхности камня, и могут испариться следующие порции воды.
Камень обязательно должен иметь непористую структуру (плотный) и низкий коэффициент теплового расширения, быть не хрупким, но вязким. Иначе регулярное циклическое резкое охлаждение водой нагретого до 400 – 500ºС камня приведёт к его растрескиванию и быстрому разрушению. Кстати, перекладывать камни надо ежегодно, а в коммерческой парилке – ежемесячно. Камни, имеющие скрытые трещины, можно отбраковать по глухому отклику при простукивании. Эксплуатационная стойкость камня обычно составляет от 300 до 1500 термоциклов (теплосмен).
Запах серы. И, наконец, самым главным в камне является его состав. Очень часто камень, например, габбро-диабаз содержит серу, которая при нагреве в каменке даёт свой запах. Проверить камень можно при покупке - надо взять два камня и пощёлкать ими друг об друга, а потом понюхать. Если в камне есть сера, то почувствуем запах спичек. Жадеит не пахнет, но дороже всех камней для бань. Малиновый кварцит и белый кварц трескаются от нагрева и крошатся.
Учитывая недостатки камней и чугуна для каменки поневоле придёшь к мысли, что пар от кипящей воды самый чистый. В своей книге «Теория бань» Хошев Ю.М. предлагает пар от кипящей воды сдувать горячей струёй фена. Это и будет экологический кондиционер для парной с более или менее чистым паром.
12. Фильтрующие каменки. Теплоотдача «от огня и дыма» стала доминирующей в фильтрующих насыпных каменках чёрных и белых бань. Такие фильтрующие каменки стали родоначальником широчайшего класса промышленных технологических аппаратов насыпным зернистым слоем, подробно изучавшихся в самых разных областях техники и для сжигания топлива, и для с сушки, и для проведения химических реакций (М.Э. Аэров, О.М. Тодес, Гидравлические и тепловые основы работы аппаратов со стационарным и кипящим зернистым слоем, Ленинград: Химия, 1968 г.). «Камни в огне» сейчас преимущественно используются лишь в элитных общественных и любительских дачных банях, имеют сложные особые конструкции (М.А.Соколов). Чугунные решётки при высоких температурах могут коробиться, поэтому камни лучше укладывать на арки или «колосники» из огнеупорного кирпича. Горячие продукты сгорания имеют высокую вязкость. С целью снижения сопротивления, нижние слои фильтрующей каменки, контактирующие с горячими газами (с большой вязкостью) , выкладывают из более крупных камней, чтобы каналы между камнями были наиболее широкими. Газодинамическое сопротивление одного широкого отверстия (канала) намного меньше, чем сопротивление множества мелких отверстий (каналов) даже в том случае, если общее проходное сечение остаётся неизменным. Нижние камни подвергаются наибольшей тепловой нагрузке, поэтому их большой размер предупреждает их быстрый перегрев (благодаря высокой тепловой инерции таких камней и повышенному коэффициенту лучистой теплопроводности каменки из таких камней). Напомним к тому же, что нагревающиеся камни, уложенные в распор, при термическом расширении способны разрушить корпус каменки.


13. Металлический бункер для камней. С целью сохранения чистоты камней (от сажи и пепла) в современных банных печах камни иногда укладывают в металлический бункер. В этом случае дымовым газам не приходится проходить через камни, и вопрос о необходимости снижения газодинамического сопротивления каменки не возникает. Такая конструкция каменки уже может оснащаться теплозащитной крышкой.
Самым горячим элементом каменки является дно металлического контейнера для камней. В связи с этим, напомним, что теплопроводность металлов очень высока: в 10 раз выше теплопроводности камней и в 1000 раз выше теплопроводности воздуха. С увеличением температуры теплопроводность металлов снижается, но незначительно, а теплоёмкость возрастает до уровня теплоёмкости камней (рис. П7.4). Это значит, что массивное дно контейнера каменки может существенно накапливать тепло. Более того, каменка, набранная из стальных пластин или выполненная в виде единого стального сердечника, погружённого в пламя, является самой легкопрогреваемой и самой теплоёмкой из всех возможных каменок того же объёма.
Металлическое дно бункера каменки (плита, поддон) нагревается под камнями до более высоких температур, чем свободное (без камней) так что корпус контейнера каменки должен изготавливаться из жаростойких металлов, причём с достаточной толщиной для предотвращения прогибов под тяжестью каменки при высоких температурах. В связи с этим отметим, что все стальные изделия теряют прочностные свойства при высоких температурах (размягчаются, «плывут»), что наряду с термическим расширением используется в металлообработке, в частности, в кузнечных производствах. Факт уменьшения прочности (сопротивления) наиболее ярко проявляется в случае термически упрочненных (закаленных) сталей (в частности, арматурной), претерпевающих при 200-550°С отпуск, а при 850°С отжиг (рис. П7.5). Поскольку сварка легированных жаростойких (в первую очередь, хромистых) сталей возможна лишь в заводских условиях, в быту самостоятельно изготавливаются печи из горячекатаной стали Ст. 3, надёжно работающей лишь до 400°С. При этом, если свободные от нагрузки стенки печи из стали Ст. 3 вполне надёжны при разогреве докрасна даже при толщинах 2 мм, то дно крупной каменки во избежание прогибов следует делать толщиной не менее 5 мм (лучше 10 мм или усиливать рёбрами жёсткости).
Прогибы стали за счёт её размягчения наносят намного больший вред, чем коррозия (прогары), но ещё опасней коробления за счёт термического расширения стали. Этот вопрос важен и для контейнеров каменок, и для стенок топливника металлической печи. Каждый, кто имел дело с газовой или электрической сваркой, знает, что металл при нагреве «ведёт». Так, направляя пламя газовой горелки в центр стального листа, можно видеть, как металл, расширяясь, выгибается «горкой». Если металл охладить строго в той же последовательности, в которой он был нагрет, то он «сядет» без деформации. Но если при охлаждении последовательность не соблюдена (а это случается практически всегда, например, при проходе сварочной газовой горелкой шва или при прогорании рядом с металлом полена от одного конца до другого), то металлический лист коробится, становится волнистым. Особо неприятны последствия с образованием резких изломов (как при смятии бумаги), поскольку из-за хрупкости металла могут образоваться сквозные трещины, которые со временем в процессе эксплуатации только расширяются, в том числе и за счёт прогорания металла. Чем тоньше лист металла, тем более неоднородно он может быть нагрет, а затем охлаждён. При толщине листа металла, например 1 мм, топливник или близко расположенный к углям контейнер для камней наверняка рано или поздно искорёжится и треснет, даже если металл будет выбран жаростойкий, например, хромистая с (11-13)%Сг или хромо-никелевая с (15-22)% Сг и (8-15)% Ni (в частности, известная нержавеющая сталь 1Х18Н10Т). При толщине металла 2 мм коробление металла будет наблюдаться наверняка, но трещин можно избежать, а при толщине металла 3 мм и более состояние металлических стенок топливника печи может оставаться удовлетворительным, особенно если стенки будут сварены с рёбрами жёсткости.
Заключение. Без учёта свойств материалов трудно построить правильную печь и парную (Рис. П7.6). При нагреве кирпичи и металл по-разному расширяются и нужны правильные «тепловые» зазоры. Накопление тепла, проведение или изоляция его - одни из основных вопросов в парной для правильного управления теплом и правильного прогрева человека.

------------ конец -Гл. П.7.----------------