Санітарні норми СанПіН 2.1.2.1002-00 встановлюють температуру повітря в квартирних ванних кімнатах на рівні 17-270 С при допустимих швидкостях руху повітря до 0,2 м / сек і при ненормований рівні відносної вологості повітря. Такі температури недостатні для бань - людині в лазні не повинно бути холодно з мокрою шкірою (причому, людині в звичайному неразгоряченном стані). Для численних оцінок необхідних банних метеопараметров будемо виходити з того, що людина на повітрі теплоізольовані (оскільки теплопровідність повітря мала), але зате може може випаровувати воду з мокрої шкіри, при етомохлаждаясь. Тому в звичайній ванній кімнаті людині не холодно з сухою шкірою, але одразу стає холодно при змочуванні шкіри водою. Значить, основним фактором при розрахунках повинен стати облік тепловтрат за рахунок випарів води з шкіри.
Перш за все згадаємо, що процес випаровування води є сумарний результат двох протилежних процесів. З одного боку, смокрой шкіри газифіковане вода (тобто «розчиняється» в повітрі, «відлітає» в повітря у вигляді молекул), і швидкість газифікації залежить тільки від температури води. З іншого боку з повітря на шкіру надходять молекули води і ожіжающего (влітають в воду), і швидкість зрідження залежить тільки від абсолютнойвлажностівоздуха (тобто від вмісту вологи в повітрі в грамах на кубометр). Якщо швидкість газифікації більше швидкості зрідження, то такий процес називається випаровуванням. І навпаки, якщо швидкість газифікації менше швидкості зрідження, то такий процес називається конденсацією. Це означає, по-перше, що швидкість випаровування води залежить від температури води і абсолютної вологості повітря, а по-друге, що можуть виникати умови, коли досягається конденсація і мокрому людині стає не холодно надворі, а жарко.Человек як жива істота підтримує своє тіло при постійній температурі - при перегревах людина просто вискакує з лазні.
Приймемо умовно температуру шкіри людини в лазні рівній 400С, при такій температурі шкіри людині свідомо не холодно, більш того він неухильно розігрівається. При цьому повітря близько шкіри може зволожувати максимально до 50 г / м3 (в умовах насиченого пара, тобто рівності швидкостей газифікації і зрідження). Повітря ж в лазні може зволожувати значно сильніше - теоретично аж до щільності насиченої пари при банної температурі:
Температура води і повітря, С 40 50 60 70 80 90 100
Щільність насиченої пари, г / м3 50 83 130 198 293 423 585
Якщо повітря в лазні має абсолютну вологість менше 50 г / м3, то вода з шкіри буде випаровуватися, темсамимохлаждая шкіру за рахунок прихованої теплоти випаровування 539 кал / г = 2260 кДж / кг (і якщо при цьому температура повітря буде нижче 400С, то в воздухеможет випасти туман - «піт» над гарячою вологою поверхнею). Якщо повітря в лазні має абсолютну вологість вище 50 г / м3, то на шкіру випадає конденсат (роса), що нагріває шкіру за рахунок прихованої теплоти конденсації, що дорівнює прихованої теплоті випаровування.
Якщо повітря в лазні має абсолютну вологість на рівні 50 г / м3, то ні випаровування води, ні конденсації водяної пари не відбувається - роздягненому людині в цих умовах все одно, мокра унего шкіра або суха ( «хомотермальний» режим теплушки-тепляка). Саме ці умови найбільш характерні для всіх лазень світу. Абсолютна вологість повітря 50 г / м3 може бути досягнута при будь-якій температурі вище 400С, оскільки повітря здатний зволожувати до рівня щільності насиченої пари. Розрахункова величина, що дорівнює відношенню конкретної (поточної-сьогочасної) величини абсолютної вологості до величини щільності насиченої пари при конкретної (поточної) температурі повітря, називається відносною вологістю повітря. Відносна вологість є абстрактною величиною, що вказує, якою мірою зволожений повітря щодо максимально можливого для заданої температури рівня (а тому без вказівки температури безглузда). Проте величина відносної вологості може вимірюватися в побуті стандартними приладами - гігрометрами (правда з невисокою точністю побічно за ступенем зволоження і подовження гігроскопічних ниток), а тому величина відносної вологості зручна в повсякденному використанні. Абсолютної вологості 50 г / м3 (точці роси 400С) відповідають наступні значення величин відносної вологості:
Температура, С 40 50 60 70 80 90 100
Відносна вологість 100 62 39 26 17 12 9
повітря при абсолютній
вологості 50 г / м3,%
Ця залежність (хомотермальная крива) описує характерні (приблизні, середні) кліматичні умови лазень російського типу. Кліматичні условіямогут бути уточненисіспользованіемпонятія вологого (мокрого) термометра.Есліколбу (резервуар) рідинного капілярного термометра обмотати вологою ватою (тампоном), то термометр буде вказувати, до якої температури буде прагнути мокра шкіра в тих чи інших кліматичних умовах. Якщо вологий термометр в лазні показує 400 С і вище, то людині напевно буде не холодно з мокрою кожей.Тіпічние лазневі режими відповідають температурам по вологому термометру від Тв = (35-40) 0С (для тривалого перебування, наприклад, для миття) до Тв = (50-60) 0С (для екстремально прискореного прогрівання тіла, наприклад, для аматорського ширяння). Ця кліматична зона розділена хомотермальной кривої В на парові режими з конденсацією пара на шкіру і на сухі режими з іспареніемвлагі з шкіри. Величини температур по сухому Тс і вологому Тв термометрам пов'язані строгими термодинамическими співвідношеннями через точку роси Тр (температуру, при якій з повітря починає випадати роса) .Значенія Тр при різних значеннях Тс і Тв представлені в психрометричні таблиці (Довідник хіміка, М-Л. Хімія , 1966р.):
Різниця показань Показання по сухому термометру Тс, С
(Тс-Тв), С 40 50 60 70 80 90 100
0 40 50 60 70 80 90 100
5 33,9 44,1 54,3 64,5 74,6 84,7 94,7
10 26,9 38,1 48,5 58,8 69,0 79,2 89,3
15 18,6 31,0 42,4 52,8 63,3 73,9 84,1
20 6,4 22,4 35,2 46,7 57,5 68,2 78,5
25 - 12,2 27,1 39,9 51,5 62,2 73,0
30 - - 16,6 32,3 44,7 56,5 67,0
Точки роси, представлені всередині таблиці, можна перерахувати в абсолютні вологості повітря, а потім і в відносні вологості повітря за допомогою вищенаведених табліц.Фізіологіческая переносимість кліматичних режимів визначається сумарним тепловим навантаженням на тіло людини. Орієнтовно вважається, що тепловий потік близько 0,5 кВт / м2 (характерний рівень для пляжу в Сочі в жарку погоду) людина переносить легко протягом 30 хвилин, але через перегрів всього тіла (цілком до 390С і вище) рано чи пізно може наступити загальне нездужання (тепловий удар) .Тепловой потік близько 1 кВт / м2 (характерний рівень для тропічного пляжу) людина переносить легко протягом 10 хвилин, але починає відчувати печіння шкіри.
Тепловий потік близько 2 кВт / м2 (характерний рівень для екстремальних режимів парових бань) людина терпить протягом 1-3 хвилин і залишає парилку швидше через паління (пощипування) шкіри, ніж через перегрів тіла. На ріс.пріведени результати теоретичних розрахунків теплових навантажень на тіло людини (що складаються з кондуктивних, конвективних, променистих, конденсаційних теплопритоков мінус тепловтрати за рахунок випаровування вологи з шкіри без урахування внутрішніх тепловиділень всередині організму). Видно, що теплове навантаження на тіло людини сильно залежить від температури стелі і від величини швидкості повітряних потоків (наприклад, при помахах віника).
Зіставляючи значення температур по вологому термометру з тепловими навантаженнями в нерухомому повітрі і при температурі стелі 400С, можна переконатися, що в цих умовах температура по вологому термометруТв = 400С (при будь-яких температурах по сухому термометру) відповідає нульовому результуючому тепловому потоку на тіло людини. При Тв = 400 С людині ні тепло, ні холодно з мокрою шкірою, але він все ж нагрівається за рахунок внутрішніх тепловиділень в організмі: 100 Вт в стані спокою, 200 Вт при легкій роботі, 300 Вт і більше при важкій фізичній роботі (ГОСТ 12.1 .005-75 і СНиП II-90-81). Це типовий режим для миття в російських і турецьких лазнях з довгим перебуванням в банної зоні.
Для росіян же парилень найбільший інтерес представляє малюнок, що описує процес ширяння помахами віника зі швидкістю 1 м / сек. Видно, що всі режими екстремального ширяння з тепловим навантаженням 2,5 кВт / м2 досягаються при температурі по вологому термометру Тв = 550С незалежно від температури по сухому термометру. Всі ці режими відповідають часу переносимості умовно 1 хвилина при безперервному охолодженні всього тіла (одночасно і цілком) потокомвисоковлажного воздуха.Все етірежіми (з тепловим навантаженням 2,5 кВт / м2 при помахах віників) відповідають в перерахунку наступній послідовності метеопараметров:
Температура повітря, С 55 60 65 70 75 80 90 100
повітря в лазні,% 100 75 58 45 36 29 18 13
Це типові условіяпаренія віником, хоча інші любителі воліють попаритися міцніше. Незважаючи на те, що всі ці умови відповідають одним і тим же екстремальним тепловим навантаженням від віника 2,5 кВт / м2, проте досвідчені парильники легко відчувають різницю цих режимів за швидкістю висихання віника. Нагадаємо, що низька відносна вологість повітря означає швидку просушку мокрих поверхонь, що знаходяться при температурі повітря (наприклад, листя віника, стін, полків), але тим не менше при цьому можуть, навпаки, зволожувати конденсатом (росою) поверхні, що мають температури нижче температури повітря (наприклад, шкіра людини або
холодну підлогу в лазні). Так, в сухому повітрі (з відносною вологістю 13%) при температурі 1000С мокрий віник висихає «миттєво» (сухий шелестить удар віника по тілу). У вологому же повітрі (сотносітельной вологістю 100%) при температурі 550 С віник не висихала зовсім (мокрий шльопати удар віника по тілу). Розрізняються всі ці режими і відчуттями в носоглотці, і переважною спрямованістю променистого тепла саме зі стелі (імітація сонячного випромінювання). Проте, всі ці режими забезпечують однаковий темп нагріву шкіри, причому у всіх цих режимах шкіра не пересихає (але сухий віник при ударах може «витирати» потіють і зволожує росою шкіру).
У нинішніх розважальних дачних лазнях з металевими печами ( «під сауну») для екстремального ширяння найчастіше воліють температури вище 70-1000С (а то і вище «для куражу») зі зниженими відносна вологість повітря 13-45%, обмежуючись ритуальними пошлепиваніе розпареним в окропі віником. Цей режим дозволяє зберігати від впливів води і забруднень дерев'яну обшивку стін парилки. Але цей режим ширяння фактично відповідає «фінському паровому ширяння» в сауні-спорті (при якому, помахи віника не призводять до суттєвого збільшення теплового потоку на тіло).
Тому «справжні знавці лазень» відстоюють «справжній російський режим легкої пари» 60-700 С з відносною вологістю повітря 45 75%, прікоторомвзмах віника вже помітно підвищує тепловий потік на тіло людини з 1,5 кВт / м2 до 2,5 кВт / м2 (що вже цілком відчутно і дозволяє «прожарювати» шкіру помахами віника). До речі, такі температури найскладніше отримувати в лазнях, оскільки цегляні печі в стані прогріти приміщення лише до рівня 400С, а металеві печі занадто перегрівають стелю приміщення до 1000С.
Доводиться використовувати цеглу печі з потужними каменками (не тільки для зволоження повітря, але і для нагріву приміщення) або металеві печі з одночасним охолодженням і зволоженням стін водою (см.далее), що вимагає певної майстерності. Тому цей режим умовно відносять до міських парилка з легким паром.В сільських же побутових лазнях окремих парилень немає - де миються, там і паряться. Причому ширяння і є самою суттю стародавнього парового методу миття віником. Для максимального виділення гарячої роси при помахах віника необхідні високі абсолютні вологості повітря. З рис. видно, що при фіксованій тепловим навантаженням на організм максимальна абсолютна вологість повітря відповідає низьких температур 50-600С. Саме в цьому режимі відбувається найбільш різке збільшення теплового потоку на тіло при змаху віника з 1кВт / м2 до 2,5 кВт / м2. Ісаме в цьому режимі відбувається максимальне виділення роси на тіло, що забезпечує можливість миття. Ясно, що в умовах високої відносної вологості повітря 75-100% віники і полки в митейних хатах невисихають навіть при підвищених температурах 50-600С. Це, мабуть, і є «справжнісінька парова лазня», хоч і задушлива, але комфортно тепла для миття (добре переноситься людиною в нерухомому повітрі без помахів віника) і в той же час тут же перетворюються на екстремальну при змаху віника.
Таким чином, ми встановили, що метеообстановки в паровій бані можна об'єктивно оцінювати (при необхідності) по одному-єдиному параметру, легко вимірюваного навіть в автономному деревенскомбиту - за показаннями вологого капілярного термометра. При тим пературі по вологому термометру 350С можна комфортно митися в тазу, при 400С можна довго комфортно прогріватися, при 550С можна екстремально паритися і митися росой.Но на практиці часто виникають труднощі з методів достиже-
ня зазначених параметрів, особливо при суб'єктивному контролі метеообстановки тільки за допомогою органів почуттів. Що краще - підігріти повітря в лазні за допомогою печі або зволожити повітря за допомогою поливу води на кам'янку?
Попробуемохарактерізовать результат нагріву або зволоження таким собі «вектором У» - стрілкою, що вказує, як змінюється метеообстановка в лазні (як зміщується метеоточка) при тому чи іншому впливі. Напрямок вектора У будемо пояснювати становищем стрілки на циферблаті годинника. Так, вектор У на рис. спрямований на «пів на другу» і відповідає найшвидшому зміни теплової навантаж на тіло при зміні параметрів лазні. А ось якщо вектор У спрямований приблизно на «пів на одинадцяту» илина «пів на п'яту» (вздовж прямих на ріс.отвечающіх сталості теплового навантаження або температури по вологому термометру), то теплове навантаження змінюється слабо.
Якщо нагрівати баню без зволоження повітря, то вектор У буде направлений горизонтально на «три» (а якщо охолоджувати - на «дев'ять»), оскільки абсолютна вологість повітря при цьому не змінюється. Якщо не нагрівати баню, а тільки зволожувати повітря паромтак, щоб не випадав конденсат, то вектор У буде спрямований вертикально вгору на «дванадцять» (а якщо осушувати повітря - на «шість»). Видно, що для суттєвого збільшення теплового навантаження на тіло краще було б одночасно і нагрівати, і зволожувати повітря.
Якщо сильно зволожити повітря (потужної поддача на кам'янку) так, щоб пар Сконденсована на стелі і стінах, то вектор У буде спрямований на «годину» при непористих стінах і на «два» при пористих гігроскопічних (дерев'яних) стінах, оскільки теплота конденсації нагріває стелю . При абсолютній сухості гигроскопического стелі, вектор До може бути направлений навіть практично на «три», оскільки весь пар тут же вбирається в стелю (режим легкої пари) .Якщо гарячий стелю в лазні зволожують НЕ паром, а водою (опаріваніем), то векторУнаправлен на «пів на дванадцяту» при легких змочування (оскільки стеля не охолоджується помітно) і на «десять -Одинадцять» при сильних змочування, оскільки випаровування води зі стін супроводжується їх охлажденіем.Методи опаріванія зараз широко використовуються в лазнях з металевими печ ми, не дивлячись на розтріскування і забруднення дерев'яної обшивки парної. Метод опаріванія традиційно використовувався і при митті-ширянні в топці російської печі.