8(918)434-32-63
г. Краснодар
8(918)485-42-63
г. Анапа
Печи в Краснодаре
Главная Баня Баня по науке Пар в русской бане

Пар в русской бане

Самой главной особенностью русских бань была жара. И достигалась эта жара паром, образующимся  при поливе воды на раскаленные камни. Поэтому люди в банях испокон веков не переставали обсуждать вопросы получения и использования банного пара.
   В глубокой древности, когда люди уже научились нагревать помещение костром, но не имели еще посуды для транспортировки и нагрева воды, существовали способы горячего мытья,  совсем не похожие на ванны и души. Назовем эти способы мытья условно банями (в русском понимании этого слова).

Сущность бань

   Известно три этапа развития  бань. В потовой бане люди  грелись у огня и, обильно потея, чесались, в том числе и одеждой из шкур, удаляя вместе с потом загрязнения с кожи .  В паровой бане люди лили воду на раскаленные камни, образующийся при этом водяной пар конденсировался на теле в виде горячей жгучей росы, которой и мылись хлестаниями веника. В классической русской бане люди  уже нагревали воду /пусть в небольшом количестве примитивными методами, например, путем сброса горячих камней в деревянные колоды или углубления с водой/, и мылись плесканиями-обмываниями всего тела целиком, но последовательно по частям.  В реальных банях все эти признаки  могли произвольно  /осознанно или неосознанно/ смешиваться. 

   Все указанные  виды бань требовали жары  - в отличие от не требующих жары ванн и душей, в которых люди погружаются в теплую воду целиком большей частью тела. Действительно, если протереть голое тело на открытом воздухе даже тёплой мокрой мочалкой,  человеку тотчас станет холодно из-за испарения влаги с кожи. Значит, надо нагревать воздух, чтобы не замерзнуть во время мытья. 

    Иными словами, с климатической точки зрения,  баня — это нечто вроде рукотворного знойного тропического пляжа, когда, плескаясь водой, совсем не ощущаешь холода на мокрой /и именно мокрой/ коже. 

   С санитарно-технической  точки зрения, бани – это все те виды купаний /мытья/, что совсем не похожи на ванны и души. 

Климат бань

     Нетрудно сообразить, что если абсолютная влажность  воздуха   /то есть массовая концентрация водяных паров в воздухе / равна абсолютной влажности  воздуха вблизи мокрой кожи человека 50 г/м3 /при температуре кожи условно 40оС/, то диффузия водяных паров, а значит и  испарение воды с кожи, становятся невозможными. Такие климатические условия описываются  так называемой  хомотермальной линией  Х  / прямой на рис.1 в координатах «абсолютная влажность воздуха – температура»,  кривой на рис.2 в координатах «относительная влажность воздуха – температура»/. 

   Хомотермальная линия имеет фундаментальный характер -  все бани  /«всех времен и народов»/ имели климатические условия, близкие к хомотермальной линии.


Рис. 1. Абсолютная влажность воздуха

 

Рис. 2. Относительная влажность воздуха

   Хомотермальная линия  Х  разделяет все бани на «сухие», когда вода /пот/ на коже может испаряться и охлаждать тело человека, и на «паровые», когда на кожу выпадает горячая роса из воздуха. Бани с климатическими режимами вблизи хомотермальной  линии обычно называются «влажными». 

Климатическая переносимость

   На рисунке 3 приведены результаты расчетов тепловых нагрузок на кожу человека в различных климатических условиях /без учета внутренних тепловыделений, в том числе из-за физических нагрузок, достигающих при трудной работе 0,3 кВт/м2/. 

  

Рис. 3. Абсолютная влажность воздуха

    Рисунок 3а отвечает случаю отсутствия воздушных потоков в бане и отсутствия лучистого нагрева кожи от потолка  / температура потолка бани принята равной 40оС  -  здесь и далее по сухому термометру/. Рисунок 3б отвечает случаю наличия  в бане воздушных потоков со скоростью 1 м/сек  /например, от взмахов веника/ и отсутствия лучистого нагрева кожи от потолка. Рисунок 3в  отвечает случаю отсутствия воздушных потоков в бане, но наличия  лучистого нагрева кожи от потолка /температура потолка бани принята равной температуре воздуха/. Рисунок  3г отвечает случаю наличия в бане воздушных потоков со скоростью 1 м/сек  и  наличию лучистого нагрева кожи  от потолка /температура потолка бани принята равной температуре воздуха. 

   Из рисунка 3 следует, что в «сухой» бане  /ниже штрихпунктирной хомотермальной прямой/ потоки воздуха усиливают охлаждение мокрой кожи и могут даже  «продуть человека», например, аналогично случаю возможной простуды потного водителя автомобиля при езде даже в неимоверной жаре Сахары. Действительно, если в жаркой сухой финской сауне смочить кожу водой и направить на себя струю обжигающе горячего воздуха от электрофена, то можно  с  удивлением  почувствовать холод. Наличие  теплового излучения с нагретого потолка бани способно скомпенсировать потери тепла на испарение воды с кожи. 

 

Рис. 4. Время переносимости

     В  паровых же банях  /выше штрихпунктирной хомотермальной прямой/ потоки воздуха, например, от взмахов веника, увеличивают поток тепла на тело всегда, вплоть до непереносимости  /рис.4/.   

    Напомним, что человек как живое существо  не может позволить себе  нагреться выше  40оС  -  из-за перегрева  человек попросту покидает  помещение /выскакивает из бани/. А вот листья веника в бане способны нагреваться до любой температуры .  При этом веник может быстро сохнуть  в «суховоздушном» режиме, отвечающем относительной влажности  воздуха менее 50% .  Это очень важное обстоятельство, зачастую обескураживающее любителей бань  -  «суховоздушные» банные режимы /с испарением воды с веника и с полков бани/ при температурах бани выше 60оС могут быть одновременно и  «паровыми» банными режимами  /с выделением росы на кожу человека/.    

   В  оздоровительных и развлекательных /досуговых/  банях могут использоваться любые климатические режимы  в зависимости от личных пристрастий  потребителя. А вот в мытейных паровых банях  требования к климату более четкие и более строгие  -  необходим именно паровой режим, причем  такой, при котором выделяется как можно больше росы на кожу  человека  при вполне переносимых тепловых нагрузках при взмахах веника. К тому же, желательно иметь невысыхающий веник. Легко видеть, что эти требования  выполняются при температурах 50-60оС и абсолютных влажностях воздуха на уровне  70-100 г/м3. 

   Таким образом,  для получения парового режима в мытейной бане при обычных исходных абсолютных влажностях воздуха  / 10 г/м3 на улице при 20оС/ необходимо испарить никак  не меньше  полулитра воды в бане объемом 10 м3. 

Увлажнение  паром

   Увлажняют воздух в бане обычно с помощью каменки. Испарившаяся на раскаленных камнях вода в виде струи горячего водяного пара устремляется в объем бани и смешивается с воздухом.  Получившийся увлажненный воздух  /смесь воздуха с водяными парами/  и называется в быту « банным паром». 

    Процесс смешения струи  водяного пара  с воздухом неизбежно сопровождается охлаждением водяного пара. При этом  водяной пар может  конденсироваться  - либо в объеме бани с образованием  тумана или на потолке и стенах бани с образованием росы.  При любом виде конденсации выделяется скрытая теплота конденсации 539 кал/г, намного превышающая теплоту нагрева воды 100 кал/г от температуры 0оС до температуры 100оС. Так что нагрев паром /воздуха или стен/ происходит преимущественно за счет конденсации пара. При образовании тумана теплота конденсации выделяется в воздух /нагревая его/, а воздух при этом становится сырым /до предела насыщенным водяными парами/.  При образовании же росы теплота конденсации выделяется  в потолок и стены, воздух при этом может увлажняться не столь сильно. 

   При  увлажнении воздуха паром  необходимо прежде всего  предотвратить образование тумана.  Дело в том, что туман  до предела увлажняет воздух, делает его «душным», а при высоких температурах  и  «жгучим». Кроме того, туман может механически раздражать дыхательные пути  и делать воздух «тяжелым» для дыхания. 

   Численно оценить последствия смешения пара с воздухом довольно легко. Учитывая, что теплоемкости воздуха и водяного пара  близки между собой, достаточно соединить прямой линией климатические точки П и В, описывающие исходные состояния пара и воздуха /рис. 5/. Соединительная штрихпунктирная прямая ВП описывает состояния /температуру и влажность/ получаемых паровоздушных смесей. Если прямая ВП пересечет кривую  насыщенного пара /и попадет в «зону тумана» на рис. 5, совпадающую с «зоной сырой бани» на рис.1/, то значит, возможно появление тумана. Видно, что при смешении холодного воздуха В с паром  П /«из чайника» с температурой 100оС/ туман образуется всегда.  Ясно, что для полного предотвращения туманообразования  необходимы очень высокие температуры пара из каменки / не менее 250оС для модельной пунктирной прямой из метеоточки О/. 

 

Рис. 5. Кривая насыщенности пара

Аэродинамика бани

   При увлажнении воздуха в бане  возникают и аэродинамические особенности.  Поясним это на примере черной бани /рис.6/. При протопке черной бани  холодный воздух из открытой двери 1 по полу поступает в зону очага 2, нагревается и в виде смеси с дымовыми газами поднимается вверх, расстилается по потолку и выходит наружу через верхний срез двери . Такая аэродинамическая траектория 3 называется вентиляционной приточно-вытяжной  и является разомкнутой /вернее, замыкающейся вне помещения бани/. После протопки бани при закрытии двери движения воздуха не прекращаются, поскольку раскаленные камни очага продолжают нагревать воздух. Но разомкнутый вентиляционный поток 3 преобразуется в замкнутый  циркуляционный поток 4. Именно замкнутый циркуляционный поток приводит к задымлению всего помещения бани, а также к нагреву стен и пола бани нисходящими потоками горячего воздуха. Если при этом плеснуть воду на раскаленные камни, то образующийся увлажненный воздух  /«банный пар» / будет двигаться по циркуляционной траектории 4 . Достигнув холодного пола, увлажненный воздух неизбежно осушится за счет выделения конденсата-росы на полу или тумана. Поэтому как ни увлажняй однократными поддачами  /«паровыми толчками»/ циркулирующий воздух, все равно он неминуемо осушится через два-три циркуляционных оборота. Такая баня «не держит пар» и может быть только сухой. Именно такой принцип и используется в сухих финских саунах.
Рис. 6. На примере черной бани

   Таким образом, для получения высоковлажного парового режима  необходимо предотвратить вентиляцию, до предела снизить скорость циркуляции воздуха в бане /в том числе путем теплоизоляции каменки и снижения температуры стенок печи/,  затруднить доступ  потоков воздуха от взмахов веника к холодному полу, организовать парение на высоком полке-эстакаде, нагреть пол до температур не ниже 40оС. 

Гигроскопичность стен

  Но даже при отсутствии заметной циркуляции  высоковлажный воздух может осушаться  на деревянном потолке и стенах бани. Дело в том, что древесина является гигроскопичным материалом, способным поглощать влагу из воздуха.  На рисунке 7 приведены  диаграммы  равновесной влажности древесины  для  температур  40оС, 50оС и 60оС соответственно. Видно, что деревянный потолок с температурой 60оС и с относительной влажностью 6% осушает /или увлажняет/ воздух при температуре 60оС до абсолютной влажности 50 г/м3. И только повышая  относительную влажность древесины /то есть увлажняя ее/,  можно повысить влажность воздуха в бане.


Рис. 7. Диаграммы  равновесной влажности древесины

    Необходимость увлажнения  массивного деревянного потолка требует повышенного расхода пара на увлажнение воздуха в бане.  Зато « запас пара» в бане увеличивается  - непрерывные «потери пара» на полу и на коже человека  непрерывно  компенсируются испарениями с влажного потолка. 

   Увлажнение древесины осуществляют не только многократной подачей пара именно на потолок бани, но и обрызгиванием  водой потолка и стен бани. 

Паровые бани

   Русскую паровую баню чаще всего связывают с так называемой «белой баней» -  бревенчатой мытейной избой с кирпичной /или глинобитной/ печью-каменкой.  Кирпичная печь /в том числе и русского типа/ имеет температуру стенок не выше 100оС и не в состоянии прогреть потолок избы до температур выше 40-50оС. 

   Поэтому  белую баню не только увлажняют паром, но и дополнительно подогревают паром. Струю пара из каменки направляют преимущественно вверх на потолок так, чтобы пар лишь частично увлажнял воздух, а в основном конденсировался на гигроскопичном деревянном потолке. При конденсации пара нагрев потолка может оказаться существенным  -   конденсационное увлажнение древесины  всего на 2%  приводит к нагреву древесины на 25оС. Например, при испарении на камнях 2,5 литров воды  0,5 кг пара может пойти  на увлажнение воздуха в бане до абсолютной влажности 70-100 г/м3, а 2,0 кг пара пойдет на увлажнение и нагревание потолка, имеющего массу 100 кг, до температуры 65-75оС.  В результате, около потолка бани образуется паровая зона – устойчивый слой горячего влажного воздуха /рис.8/. Эта паровая зона должна быть  неподвижной  как «колышащееся жаркое марево».   И именно из этой зоны захватывают веником горячий  «банный пар»  и направляют его на тело человека. 

   Такой метод получения «банного пара» обеспечивает удивительную гибкость  климатических режимов. При сухом потолке можно получить столь любимый современными парильщиками «лечебный» режим с температурой 65оС и с относительной влажностью воздуха 65%, который дает сухой жаркий воздух, удивительно приятный для дыхания при парении. А при предварительно увлажненном потолке /а также в сочетании с баками с горячей водой/ можно получить «мытейный» режим  с температурой 55оС и относительной влажностью 90%,  который дает «ручьи пота» /а в действительности «ручьи росы»/ при взмахах веника. 

     Так или иначе, не только сам по себе пар из каменки, но и  горячий влажный деревянный массивный потолок /желательно с развитой поверхностью – со щелями и трещинами/ создает в русской бане необходимый паровой климат.


Рис. 8. Банный пар

Литература. 

1. Ю.М.Хошев, Сауна. Гигиеническая баня для дачника и садовода, М.: Астрель, 2004 (400стр.). 

2. Ю.М.Хошев, Теория бань, М.: Книга и бизнес, 2006 (232стр.). 

3. Ю.М.Хошев, Дачные бани и печи, М.: Книга и бизнес, 2008 (640стр.).

Похожие материалы:

Информация