8(918)434-32-63
г. Краснодар
8(918)485-42-63
г. Анапа
Печи в Краснодаре
Главная Баня Баня по науке Тепловое воздействие бани

Тепловое воздействие бани

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, 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 18-2б°С (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°С 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°С, 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°С, сразу всем телом не войдешь: тут же срабатывают защитные системы организма, и человек тотчас выскакивает. Даже факт термического ожога (нагрева кожи до 55°С 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°С, 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°С, а на руках и ногах и до 55°С 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°С. 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.
Кривая переносимости кожей тепловых потоков

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 5x10~4 кВт/м град, перепада температуры на дерме 4°С 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 не перепад температуры кожи. Терморецепторы сравнивают температуру на поверхности кожи с температурой тела, которая является изотермической из за быстрой 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°С). 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 , 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 tj 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.

Кривая переносимости кожей тепловых потоков

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 гр. С (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.

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°С (для точки росы воздуха 40°С и абсолютной влажности воздуха 0,05 кг/м3 соответственно). При входе в баню (парилку) в первый раз человек имеет температуру кожи Зб-37°С и даже ниже (так, например, нормальная температура носа составляет 25°С). 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 хомотерма

Хомотермальная кривая

льной кривой для точки росы 37°С 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 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 воздушно-сухая 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 хомо-термальная 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/м3 (точке росы 40°С). 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, 3096 за счет не-ощущаемой 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.

Хомотермальная кривая

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°С (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°С до уровня 20 минут, что, видимо, и использовалось в римских термах при физических упражнениях. При высоких же температурах бань - порядка 100°С - 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°С.

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°С. Таким образом, при абсолютной влажности воздуха 0,015 кг/м3, при температурах ниже 95°С человеку с мокрой кожей холодно, а выше 95°С - тепло. К аналогичному заключению можно прийти, построив на рис. 4 кривую 3, соответствующую режимам с температурой по влажному термометру 40°С. 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 теп-лотраты, величина которых иллюстрируется кривой 5 на рис. 6 для той же скорости воздуха 0,15 м/сек. Для сухой кожи теплозатраты на испарение отсутствуют.  


Хомотермальная кривая

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°С нагревается всегда. Кривая 6 рассчитана нами по формулам для теплопотоков в бассейнах 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°С. 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°С, 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., Строй-издат, 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°С 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°С. 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.

Хомотермальная кривая

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 потовых желез там мало). Опрыскивание 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/мэ, 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).

Хомотермальная кривая

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°С, а также соответствующей тепловой нагрузке при хомотермальном режиме при 100°С. 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.  

Похожие материалы:

Информация