Юрий Хошев - Теория бань

Ясно, что очень большие скорости ветра в бане могут быть реализованы, может быть, лишь в молодёжных банных аттракционах будущего. В реальных банях скорости воздуха не превышают 5–7 м/сек при использовании вентиляторов и 1–3 м/сек при использовании веников. В носоглотке скорость движения воздуха при вдохе составляет 2-10 м/сек. Под напором ветра понимается избыточное статическое давление, образующееся при торможении ветра перед преградой и равное ρV 2/2, где V — скорость ветра. Напомним, что 1 атм= 100000 Па= 750 мм рт. ст.

На рис. 45 представлены тепловые потоки на тело человека в хомотермальных условиях (или в режимах ниже хомотермальной кривой при сухой коже), когда процессы испарения и конденсации невозможны. Все три слагаемых суммарного теплового потока (кондуктивная, конвективная и лучистая составляющие) возрастают с температурой бани и при 100 °C составляют примерно по 0,5 кВт/м 2, а в сумме 1,5 кВт/м 2. Такие тепловые нагрузки превышают энерговыделения от тяжёлой физической работы и находятся на уровне воздействия солнечного излучения. Это означает, что могут быть реализованы жаркие климатические условия, но ни о каких обжигающих эффектах в этих режимах говорить не приходится.

Рис. 45. Тепловой поток на тело человека (безразлично с мокрой или сухой кожей) в изотермической бане с температурой Т и скоростью движения воздуха 1 м/сек в хомотермальном режиме (кривая 1). Зона 2 отвечает вкладу кондуктивной составляющей теплового потока. Зона 3 — вклад конвективной составляющей при скорости движения воздуха 1 м/сек. Зона 4 — вклад лучистой составляющей, равной разнице потоков излучения от стен и от тела человека [σ(Т+273) 4-σ(40+273) 4].

Вклад конвективной составляющей на рис. 45 рассчитан для условного уровня скоростей перемещения воздуха 1 м/сек, характерных для лёгких движений веника и перемещений человека в бане. При отсутствии воздушных потоков конвективная составляющая равна нулю. При больших скоростях потоков воздуха, например, в носоглотке, конвективная составляющая может стать преобладающей.

Вклад лучистой составляющей на рисунке 45 рассчитан для изотермической бани, в которой все стены, потолок и пол имеют температуру, равную температуре воздуха, и только человек имеет температуру отличную от температуры воздуха. Поэтому, приведённые значения вклада лучистой составляющей являются максимально возможными. В реальных условиях пол и стены холодней, чем потолок, поэтому на практике вклад лучистой составляющей является менее значительным.

Теплопередача, связанная с процессами испарения воды и конденсации водяных паров , может происходить кондуктивно (в неподвижном воздухе) и конвективно (при движении воздуха) и в случае теплопередачи на тело человека равна:

q исп(кВт/м 2)=q qисп. конд+q исп. конв.15(d-0,05)+28(d-0,05)V, где d — абсолютная влажность воздуха в кг/м 3, V — скорость движения воздуха в м/сек. Как и в случае конвективной теплопередачи, конвективная составляющая теплового потока, связанного с испарением или конденсацией, значительно меньше (но не в двести, а восемьдесят раз) той величины 2250(d-0,05)V, которая была бы в случае, если бы весь воздух в потоке мог попасть в контакт с телом человека.

Рис. 46. Тепловой поток на тело человека (при произвольной температуре), обусловленный испарением влаги с мокрой кожи человека (поток отрицательный, поскольку тело человека при этом охлаждается) или конденсацией паров воды из воздуха на мокрую или сухую кожу человека (поток положительный). Зона 1 — вклад охлаждения (нагрева) за счёт испарения (конденсации) в неподвижном воздухе (кондуктивная составляющая). Зона 2 — вклад охлаждения (нагрева) за счёт испарения (конденсации) в подвижном воздухе (конвективная составляющая для скорости движения воздуха 1 м/сек). Кривая 3 — суммарный тепловой поток (сумма кондуктивной и конвективной составляющих при скорости воздуха V=1 м/сек).

Если в неподвижном воздухе теплопередача за счёт испарения или конденсации не превышает (0,5–1) кВт/м 2, то появление воздушных потоков даже с умеренными скоростями до 1 м/сек, характерными для перемещения банного веника, позволяет получать тепловые потоки до 2 кВт/м 2и выше (рис. 46). Это означает, что открывается возможность мгновенно кардинально изменять всю тепловую обстановку в бане. Именно эти эффекты положены в основу русских паровых бань, в которых весьма мягкие климатические условия дополняются кратковременными дозированными волнами нестерпимого жара, вызванных движением веника. В сухом же воздухе движения веника, наоборот, приводят к охлаждению мокрой кожи, причём можно добиться столь высоких мощностей охлаждения (более 1 кВт/м 2), что даже в высокотемпературной бане (с температурой порядка 100 °C и выше) можно достичь ощущения холода. Это может быть положено в основу контрастных банных аттракционов.

Таким образом, процессы испарения-конденсации помогают чётко определить климатический тип бани. Для этого достаточно смочить лицо водой и махнуть на него веником (ладонью). Если вы почувствуете волну жара, то вы находитесь в паровой бане. Если вы почувствуете холод, то это сухая баня. Если ваши ощущения не вполне определены (не чувствуете ни холода, ни жары), то это влажная баня. Впрочем, у человека есть ещё одна возможность мгновенного определения климатического типа бани. Надо глубоко вдохнуть воздух. Если при вдохе носоглотка (всегда находящаяся во влажном состоянии) охлаждается, то это сухая баня. Если в носоглотке чувствуется влажное тепло, то это паровая баня. Если носоглотка чувствует «духоту» (ни тепла, ни холода), то это влажная баня. Кстати, именно из-за того, что в сухих банях влага в носоглотке испаряется, происходит не только охлаждение носоглотки, но и её пересыхание. С таким явлением знакомы все водители автомобилей, пользующиеся зимой автомобильными «печками» (калориферными нагревателями потока забортного воздуха с низкой абсолютной влажностью).

Всё это означает, что при 100 °C может стать холодно, а при 40 °C — жарко. Поэтому необходимо учитывать влияние всех без исключения метеорологических параметров. В то же время ясно, что сами по себе метеорологические параметры ничего не значат для организма, для которого важны лишь значения величин тепловых потоков на кожу. Но и тепловые потоки в банях не измеряются ни приборами, ни «кожей». Человек субъективно чувствует климатическую обстановку в бане не тепловыми потоками, а температурой своей кожи, которая зависит не только от метеопараметров, но и от состояния самой кожи (мокрая или сухая, засаленная или чистая, прикрытая одеждой или нет и т. п.).