Главная Строительство Строим баню на даче Расчет строительства бани.
Расчет строительства бани.
Простейший расчет строительства бани — сауны.
С целью дальнейшего выбора технических решений по конструкции здания и печи приведем для ориентировки ре зультаты оценочных расчетов параметров предельно большой для рядового садовода бани (с совмещенными помещениями для парения и мойки) длиной 4,0 м, шириной 2,5 м, высотой 3,0 м. Площадь бани при этом составляет 10 квадратных мет ров, объем 30 кубических метров, площадь ограждающих кон струкций (стен, потолка и пола) 60 квадратных метров. Предположим, что топим баню зимой при температуре на ружного воздуха минус 20 С, температуру в бане доводим до 100 С, то есть климатические параметры закладываем пре дельно жесткие, но вполне реальные для современных саун. Что же надо предусмотреть, чтобы такая баня у вас на участке была работоспособной? И к тому же не просто работоспособ ной, а быстро прогреваемой, экономной и дешевой.
Прежде всего оценим уровень теплопотерь наружу на ули цу через ограждающие конструкции в стационарном режиме полностью протопленной бани, то есть в том гипотетическом случае, если баня длительно изо дня в день поддерживается при температуре внутренних поверхностей стен, пола и по толка 100 С (как, например, жилой дом, правда при иной тем пературе). Результаты расчета для типичных материалов ог раждающих конструкций выглядят следующим образом.
брус толщиной 150 мм.
утеплитель 40 мм плюс вагонка 20 мм.
утеплитель 40 мм плюс лист стальной 0,7 мм.
кирпич 500 мм плюс вагонка 20 мм.
Под утеплителем мы понимаем минеральную вату (стек ловату, шлаковату, базальтовую вату), войлок, древесново локнистые плиты мягкие, пенопласт, имеющие близкие ко эффициенты теплопроводности. При этом подразумеваем, что утеплитель уложен изнутри по стенам, изготовленным из любого материала (брус, кирпич, сталь, доски и т. п.). Видно, что дешевая легкая стена с утеплителем обеспечивает те же теплосохраняющие характеристики, что и массивные стены из дорогих материалов. Уровень теплопотерь 6 кВт весьма ве лик. Например, обычные кирпичные печи имеют теплоотда чу в помещение от 4 кВт до 6 кВт (хотя мощность тепловыде ления от горящих дров может достигать сотен кВт), то есть для поддержания высокой температуры в бане требуются кирпичные монстры типа известной банной печи Суздальце- ва мощностью 6 кВт, массой 2500 кг, продолжительность топки которой составляет 12 часов при потреблении дров 14 кг в час. Ясно, что любые кирпичные печи для нашей садо вой бани не годятся вообще из-за низкой мощности теплоот дачи с внешних поверхностей (хотя, повторяем, во время протопки в топливнике выделяются мощности значительно большие). Кроме того, подчеркнем, что для нагрева воздуха до 100 С температура стенок печи должна быть больше 100 С, причем намного больше. А кирпичные печи снаружи прогре ваются по строительным нормам и правилам лишь до 90 С, максимум до 120 С. Следовательно, за основу мы должны при нять концепцию современной финской сауны, то есть бани с ме таллической печью.
В то же время кирпичные печи очень хорошо подходят для постоянного обогрева жилых помещений и именно о них идет в первую очередь речь, когда говорят о печном отоплении зда ний (например, в строительных нормах и правилах). Действи тельно, для вышеприведенных ограждающих конструкций поддержание температуры в помещении порядка 20 С при тем пературе снаружи минус 20 С требует теплоотдачи печи на уровне 2 кВт, что вполне достижимо даже при применении ма леньких кирпичных печей. Именно поэтому такие толщины стен являются наиболее характерными для современных рос сийских условий и отвечают значениям приведенного сопро тивления теплопередаче ограждающих конструкций порядка R0 = 1 м2град/Вт. Отметим, что с 1.09.95 г. Постановлением Минстроя РФ № 18-81 от 11.08.95 г. было внесено изменение № 3 в СНиП II-3-79, повышающее нормативное значение со противления теплопередаче с 0,9 до европейского уровня 3,15 м2град/Вт для жилых домов. При этом кирпичные печи в жилых помещениях хороши тем, что во время короткой про- топки в течение 1 2 часов путем сжигания 5 40 кг дров в час внутри печи развиваются такие высокие тепловые мощности 10 150 кВт, что нагретая за их счет кирпичная кладка еще дол го в течение суток выделяет тепло в помещение с мощностью до 1 6 кВт. Последние цифры называются обычно мощностью теплоотдачи кирпичной печи. Теплоотдача металлических же печей принимается равной мощности тепловыделения внутри печи и обычно составляет 5 50 кВт.
Но нам не надо держать высокую температуру в бане сутка ми, нам надо быстро баню нагреть (протопить), а потом пусть она относительно быстро охладится. В таком случае нам по дойдут металлические печи, которые все тепло, выделяющееся от сжигания дров, тотчас выделяют в воздух, а не в кирпичную кладку печи. При этом для быстрого нагрева бани важно не только значение сопротивления теплопередачи стен R0 = 8Д (где 8 толщина стен, X теплопроводность материала стен), но и теплоемкость материала стен Ср. Оценим, сколько тепла надо, чтобы протопить холодную баню (вернее ограждающие конструкции) от минус 20 С до 100 С (у потолка.
брус толщиной 150 мм.
утеплитель 40 мм.
утеплитель 40 мм плюс лист стальной 0,7 мм.
утеплитель 40 мм плюс вагонка 20 мм.
утеплитель 40 мм плюс вагонка 10 мм.
кирпич 500 мм плюс вагонка 20 мм.
Цифры очень высокие. Чтобы протопить холодную баню из кирпича до рабочей температуры необходимо истратить столько же тепла (и дров соответственно), сколько его хвати ло бы на поддержание тепла в уже прогретой бане в течение 3 суток. Чтобы прогреть каменную баню самой мощной кир пичной печью надо также более трех суток.
Вышеприведенные расчеты свидетельствуют о том, что не только кирпичные печи, но и кирпичные бани (даже обшитые вагонкой) нам совершенно не пригодны. Не подходят даже бревенчатые бани (брусчатые): их в обязательном порядке (так же как и каменные бани) надо утеплять изнутри эффек тивными утеплителями типа минеральной ваты. Без утепли теля бревенчатую баню нам придется топить даже металличе ской печью несколько часов (даже если бревна в бане очень толстые). Более того, даже вагонка в качестве внутреннего об шивочного материала, прикрывающая утеплитель, не вполне подходит, слишком теплоемка: действительно, переход от советской вагонки толщиной 20 мм к евровагонке толщи ной 10 мм приводит к сокращению времени нагрева вдвое. Поэтому современные экологически чистые термостойкие и малотеплоемкие пластмассы в виде высококачественного де коративного листового материала с толщиной 1 2 мм в ком бинации с эффективными утеплителями несомненно сделали бы революцию в банном деле. Пока наиболее удовлетвори тельными характеристиками обладает обшивка утеплитель- сталь, широко применяемая в промышленно-складском стро ительстве в виде панелей типа сэндвич , но для высокотем пературных бань она не совсем подходит: обжигает при соприкосновении, необходимы ограждения.
Остановимся, по случаю, на эффекте обжигания метал лической поверхностью. С первого взгляда это удивительно, поскольку в быту считается, что металл материал холод ный, как говорят, холодит . Доходит до того, что многие уверены, что если теплый деревянный пол застелить листо вым металлом (или линолеумом), то дом сразу станет холод ней. Конечно, это не так. Металлическая поверхность имеет ту же температуру, что и пол в помещении. А рука (или нога) чувствует не температуру пола, а температуру своей кожи. Если приложить руку к металлической поверхности, то ме талл начинает интенсивно отводить тепло с кожи, если тем пература металла ниже температуры кожи, и, наоборот, ин тенсивно нагревать кожу, если температура металла выше температуры кожи. Это вызвано тем, что металлы имеют очень большой коэффициент теплопроводности, то есть очень сильно подводят или отводят тепло вглубь металла и по поверхности металлического листа в стороны. А так как для кожи температура ниже 15 С уже представляется как лю тый холод, а температура выше 55 С как обжигающий жар, то металл с температурой ниже 15 С воспринимается как ле дяной, а с температурой выше 55 С как раскаленный. Но само наличие металла в помещении не приводит ни к сниже нию, ни к повышению температуры в помещении. Чтобы убедиться, что рука чувствует температуру кожи, а не темпе ратуру окружающей среды, достаточно (даже на очень силь ном морозе) приложить руку к листу холодного пенопласта (или еще лучше погрузить руку в сухой перлитовый песок) вы сразу почувствуете, что пенопласт (даже с температурой минус 30 С) очень теплый . Это происходит потому, что пе нопласт очень плохо проводит тепло (имеет низкий коэффи циент теплопроводности), поэтому не может отвести тепло с ладони, и кожа ладони начинает нагреваться изнутри от тела (потоками крови по кровеносным сосудам) от своей обыч ной температуры 22 26 С до 36 С, что воспринимается как явное тепло. Свойство эффективного отвода тепла листовым металлом в стороны широко используется. В частности, пе ред дверцей печи на полу всегда настилается лист стали: если из печки упадет головешка, то тепло от нее сразу распреде лится по всей площади листа и не сможет привести к воспла менению находящегося под листом деревянного пола (а вос пламенение дерева всегда происходит в какой-нибудь одной точке, и если теплоотвод из этой точки велик, то воспламе нение затрудняется). Металлические листы используются также для отвода тепла из труднодоступных (в том числе и для воздуха) мест, например, из зон примыкания кладки пе чей и труб к деревянным конструкциям.
Но вернемся к результатам расчета. Ясно, что для нашей бани подходят только варианты с утеплителем и обшивкой тонким слоем дерева или металла, и при этом необходимо рассчитывать на минимальную мощность металлической пе чи где-то в районе 15 20 кВт для того, чтобы нагреть внутрен ние поверхности стен помещения до заданной температуры за 1 час. Но ведь нам надо нагреть и саму печь и воду для мытья. Оценим, сколько для этого нам надо добавочного тепла.
кирпичная печь, 300 штук кирпича, масса.
1000 кг до 400 С внутри, до 50 С снаружи 50 кВт.час.
Видно, что кирпичная печь слишком теплоемкая: факти чески она не в состоянии нагреть ни баню (что мы отмечали и выше), ни саму себя: при мощности тепловыделения от горя щих дров 15 20 кВт (по пламени) на ее прогрев (протопку) понадобится около 3 часов (что слишком много), и только по сле этого она сможет начать нагрев бани. С другой стороны, кирпичная печь, запасая при протопке 50 кВт час тепла, охла дится не ранее, чем через 10 часов, то есть и на следующий день будет еще теплой. Нам это не нужно, это просто растран жиривание дров: баня высохнет и за 2 часа от тепла 15 кВт.час, запасенного стенами (если к тому же предотвратить излишнее намокание полов). То же самое относится и к каменной за сыпке тоже нужно много энергии на ее нагрев. Но оставим этот вопрос на решение любителя бани: если кто хочет па риться путем поддачи , пусть на полчаса дольше топит печь, только и всего.
Что же касается воды, то достаточное количество кипятка на мойку в шайке составляет 10 литров (одно ведро) на одно го моющегося, что требует затраты небольшого количества энергии порядка 1,2 кВт.час это эквивалентно работе стан дартного электрокипятильника или электроплитки мощнос тью 1,3 кВт (6 ампер, 220 в) в течение 1 часа (при этом ведро желательно теплоизолировать). Нагрев воды для ванны (200 литров при температуре 40 С) потребует в 7 8 раз большей энергии.
Суммируя вышеприведенные соображения, приведем зна чения минимальных энергозатрат для запуска бани с темпе ратурой 100 С с утепленными и обшитыми евровагонкой стенами, с металлической печью без каменки и объемом на греваемой воды 20 литров (на двух человек) при различных температурах снаружи.
Энергозатраты в кВт.час на нагрев.
ограждающих конструкций.
с утеплителем и обшивкой.
металлической печи.
воздуха 40 кг.
воды 20 литров.
Суммарные для всей бани.
Таким образом, чтобы натопить баню зимой за 1 час дейст вительно требуется металлическая печь мощностью порядка 20 кВт. В таблице приведены также данные о необходимом количестве сухих дров калорийностью 3300 ккал/кг (3,8 кВтчас/кг) по ГОСТ 12.1.004-91 для обеспечения суммар ных энергозатрат на нагрев бани при коэффициенте полезно го действия печи 50%. Тепловая мощность печи при этом со ставляет 1,9 М (кВт час/кг) при расходе дров М (кг/час.
Что еще следует из таблицы? Во-первых, такие уровни энергоподачи с помощью электропечей доступной для садо водов мощности реализовать невозможно. Что касается дро вяных печей, то цифры вполне доступные для любой круп ной буржуйки , которая легко может сжечь десяток кило граммов дров в час и натопить за 1 час рассмотренную нами баню предельных размеров до температур порядка 100 С. Для примера приведем параметры дровяных печей для саун фин ских фирм Кастор и Харвия . Реально эти печи могут дать мощность в два раза большую при временном перегреве стенок. Интересно отметить, что рекомендуемые фирмой объемы саун и мощности печей близки к нашим расчетным данным.
Технические характеристики банных дровяных печей фирмы Харвия (X) и фирмы Кастор (К.
Подчеркиваем, что нашей задачей является определение необходимой мощности печей, а не реклама продукции ка- ких-либо фирм. Кстати, все эти печи для гигиенических бань неудобны.
Во-вторых, удивительно все-таки как много тепла идет на нагрев воздуха. Мы привели результат расчета без воздухооб мена, но он необходим и даже неизбежен в бане. Так вот, если воздухообмен в бане составляет 6 крат (т.е. в течение часа воз дух 6 раз заменится свежим с улицы), то теплопотери на на грев воздуха превысят теплопотери через стены бани. Так что надо по возможности реже открывать двери.
В-третьих, неожиданным результатом является слабая за висимость энергозатрат от внешней температуры. Казалось бы, зима и минус 20 С сильно отличаются от лета и плюс 20 С; однако для того, чтобы протапливать баню в лютый мороз на до лишь в полтора раза больше дров, нежели теплым летом. Объясняется это тем, что мы приняли температуру в бане очень высокую 100 С. Ну а как таблица будет выглядеть при температурах бани 40 С.
Энергозатраты в кВт.час на нагрев.
ограждающих конструкций с.
утеплителем и обшивкой.
металлической печи.
воздуха 40 кг.
воды 20 литров.
Суммарные для всей бани.
Необходимое количество дров, кг.
Здесь уже разница между летом и зимой составляет два ра за, а без учета нагрева воды в три раза. Аналогично, сравнивая две последние таблицы результатов расчетов, видим, что ле том, чтобы натопить баню до 40 С, требуется в три раза мень ше дров, нежели чтобы натопить до 100 С, а без учета воды (которую можно нагреть на газу или электрокипятильником) в четыре раза. Невольно задумаешься, какая баня больше под ходит садоводу: турецкая при 40 С или финская при 100 С? Ведь чтобы попариться летом по-турецки надо ис тратить всего лишь около 3 кг дров, причем баня будет готова через 15 20 минут. Впрочем, при 40 С что баня, что душ в принципе одно и то же, данные таблицы для бани в этом слу чае соответствуют душу (без учета затрат на нагрев воды). По этому среди садоводов так широко распространены душевые дровяные водонагревные колонки, которые зимой, к сожале нию, абсолютно неработоспособны.
Говоря о том, что в бане воздух и стены нагреваются, на пример, до 100 С, мы должны отчетливо понимать, что где-то должны развиваться гораздо более высокие температуры, так как нагрев идет от более горячих к более холодным объектам. Если кирпичная печь снаружи нагрета до 90 С, то воздух до 100 С она никак не нагреет, да и до 90 С не нагреет тоже, от силы до 80 С. Давайте посмотрим, как формируется темпера тура в бане, и какие при этом возникают тепловые потоки, на гревающие стены, воздух и воду.
Передача тепла в природе может осуществляться кондук- тивно, конвективно и световым излучением.
Воздух, как и все газы, имеет очень низкий коэффициент теплопроводности, то есть кондуктивно (за счет встречного движения молекул, а не масс газа) не пропускает тепло, являет ся теплоизолятором, утеплителем. Если бы воздух не двигался, то нагреть баню печкой нам удалось разве что инфракрасным излучением. Теплоизолирующие свойства воздуха используют в оконных рамах. Утеплители типа минеральной ваты (минва- ты) тоже фактически являются воздухом, но помещенным в сетку волокон, которые тормозят перемещение воздуха.
Однако воздух, как и все газы, нагреваясь, расширяется, становится легче и начинает, если имеется возможность, пе ремещаться вверх, унося с собой тепло, которое вызвало его расширение. Такой унос тепла называется конвективным (конвекцией называется движение газа), в отличие от кондук- тивного, который мы имели в виду в предыдущем абзаце. В твердых материалах, таких, как например кирпич или дре весина, внутренние перемещения массы невозможны, и пере нос тепла является полностью кондуктивным.
Перенос тепла конвективными потоками весьма велик (ввиду высокой теплоемкости воздуха и больших расстояний его быстрого перемещения из горячих зон в удаленные холод ные). Для теплопередачи от печи в помещение он равен, ори ентировочно, произведению разности температур (печи и воздуха) на коэффициент теплопередачи порядка 0,01 кВт/м2 град.
Разность температур печи и.
Горячий воздух стремится вверх к потолку, нагревая его, затем охлаждаясь на стенах, спускается к полу и затем, вновь нагреваясь на стенах печи, вновь поднимается к потолку, за мыкая циркуляционную линию. Циркуляция воздуха порой определяет всю климатическую картину в бане.
Таким образом, хотя печь находится внизу (установлена на полу), противоположные стены нагреваются сверху вниз ни сходящим потоком горячего воздуха. Если установить у проти воположной стены полок, то нагрев стены под полком будет затруднен, но сам полок будет нагреваться сильно, если он смонтирован вплотную к стене. Если между печью и потолком расположить горизонтальные экраны (например, металличес кие подвесные потолки), то нагрев основного вышележащего потолка будет затруднен. Влияя на траекторию циркуляцион ных воздушных потоков, можно изменять тепловые нагрузки на те или иные элементы бани. Отметим попутно, что если на стенках печи установить горизонтальные ребра (полки), за трудняющие движение воздуха, то они будут играть роль теп лоизоляции и тем более эффективно, чем чаще эти ребра будут установлены и чем эти ребра будут выше выступать над по верхностью стенок. Это фактически модель меха кошки, кото рый не допускает потоков воздуха к коже животного. Если ус тановить на стенках печи вертикальные ребра (радиаторы), то они увеличат теплоотдачу печи, но если их расположить очень близко друг к другу (например, с зазором менее 1 мм), то со противление зазора движению воздуха будет значительным, и теплоотдача от печи резко уменьшится. И, наконец, если печь утыкать очень часто приваренными (перпендикулярно боко вой поверхности печи) стержнями-иголками так, что движе ние газа между иголками будет затруднено газодинамическим сопротивлением, то эти иголки будут играть роль теплоизоля ции и полностью имитировать мех кошки. И, наконец, если на некотором расстоянии от поверхности печи установить верти кальный металлический экран, параллельный поверхности печи, то при большом зазоре он не будет влиять на теплоотда чу печи (но будет играть положительную роль как устройство, засасывающее холодный воздух с пола). Но если зазор уменьшить до 1 мм, то он будет играть роль теплоизоляции, так как сопротивление движению воздуха в нем будет велико, и воздух практически не будет двигаться, а неподвижный воз дух является теплоизолятором. Заметим, что на практике эти часто расположенные экраны для обеспечения теплоизоляции (если она нужна) технически выполняются в виде минераль ной ваты (металлической, стеклянной, шлаковой), смятой фольги (при низких температурах мятой бумаги), вспенен ных пластмасс, вспученных минералов типа вермикулита и перлита и т. д.
Третий механизм передачи тепла световыми лучами, обычным излучением от нагретой поверхности, называемый тепловым излучением, лучистым теплопереносом или радиа ционной составляющей теплового потока. Увеличение температуры нагретой поверхности ведет к сдвигу максимума излучения в видимую область. При низкой температуре по верхности световое излучение находится в инфракрасной области и невидимо, но при температурах выше 600 С оно воспринимается глазом в желто-красном цвете.
темно-коричневый (заметен в темноте.
ослепительно белый.
1300 С и выше.
Мощность светового излучения определяется целиком температурой поверхности (например, печи) и для абсолютно черной поверхности равна.
Температура печи, С.
100 200 300 400 500 600 700 800.
Теплопередача радиацион ная, кВт/м 2.
1 3 7 13 22 36 55 81.
Отметим попутно, что интенсивность солнечного излуче ния на плоскость, ориентированную строго на Солнце у по верхности Земли, равна 1,4 кВт/м2 (вне атмосферы и зимой, и летом). Это очень большая величина. Так, зимой на ваш садо вый участок в 6 соток в солнечный день даже с учетом сильно го поглощения излучения земной атмосферой поступает до 200 кВт солнечной энергии (260 лошадиных сил!). Если бы люди умели дешевыми способами переводить энергию сол нечного излучения в другие высокотемпературные виды энер гии, то садоводам, видимо, не нужны были бы печки в бане даже зимой. Подчеркнем, что такой уровень солнечного излу чения обеспечивает не просто нагрев тела человека на пляже, но и нагрев всей поверхности планеты целиком.
Но вернемся к таблице. Видно, что мощность излучения очень быстро растет с температурой и уже при 100 С начина ет превосходить величину конвективной теплопередачи. Все знают, как горячо стоять у раскаленной печки или у сильно разгоревшегося костра. Световое излучение практически не поглощается воздухом и не разогревает его, излучение рас пространяется прямолинейно и поступает непосредственно на стены, пол и потолок, разогревая их. Казалось бы, что это очень удобный вид нагрева. Но в быту, в том числе и в бан ном деле, световые источники излучения большой мощнос ти считаются нежелательными по климатическим и проти вопожарным соображениям. Поэтому металлическую печь обычно загораживают металлическими экранами, которые, нагреваясь от излучения, тотчас отдают энергию воздуху че рез конвективный теплообмен. Таким образом, экраны мо гут полностью изменить конвективную и радиационную об становку в бане. Более того, печь можно вынести вообще за пределы бани и, закрыв ее экранами (и другими видами теп лоизоляции), направить тепло в баню в виде горячего возду ха с помощью вентиляторов или естественной конвекцией. Этот принцип называется воздушным отоплением, он ши роко используется в современном промышленном и граж данском строительстве. Использовался он и в банях даже в глубокой древности в Риме в парилках сухого жара. Но для садовода воздушное отопление бань чересчур непривычная идея, хотя электрические воздушные завесы и тепловые пушки все больше и больше входят в загородный быт дачни ков и садоводов.
Остановимся вкратце на важном вопросе о физическом воздействии светового излучения на организм человека. Световое излучение представляет собой обычные электромаг нитные волны светового диапазона (которые называют и све том, и световой радиацией, и лучами, и излучением, и волна ми, и квантами, кому как нравится.
радиоволны в диапазоне волн от 103 до Ю-4 метра (длин ные, средние, короткие, УКВ, СВЧ.
световые волны с длинами волн от Ю-4 до Ю-9 метров.
рентгеновское излучение и гамма-излучение с длинами волн от Ю-9 до 10 14 метров.
Световое, в том числе и инфракрасное, излучение является основой любых форм жизни на Земле, поскольку солнечное излучение является в основном световым. Световое излуче ние не опасно для человека, более того, необходимо. Оно по глощается телом человека с ощущениями и эффектами обыч ного тепла, например, от горячего воздуха. При высоких интенсивностях, естественно, световое излучение может вы звать перегревы, в том числе и ожоги чисто термического пла на, как, например, при ядерных взрывах.
Световое излучение подразделяется на.
инфракрасные (ПК) лучи (волны, излучение) с длиной волны более 0,8 мкм (8-10.
видимые лучи, в том числе красные 0,7 0,8 мкм, оран жевые 0,65 0,70 мкм, желтые 0,60 0,65 мкм, зеленые 0,55 0,60 мкм, голубые 0,50 0,55 мкм, синие 0,45 0,50 мкм, фиолетовые 0,40 0,45 мкм.
ультрафиолетовые лучи с длиной волны менее 0,4 мкм.
Ультрафиолетовые лучи вызывают фотохимические про цессы (загар кожи, образование озона в воздухе), они очень вредны при чрезмерных интенсивностях излучения. Видимые световые лучи являются основой зрения, причем человек для искусственного освещения испокон веков использовал осве тительные приборы накаливания (факелы, лучины, свечи, га зовые горелки, электрические лампочки), максимум излуче ния которых приходится на инфракрасные лучи, которые он глазами никак не ощущал и о существовании которых долгое время даже и не догадывался.
Так вот оказывается, что изо всех этих лучей ощутимо глу боко (на несколько сантиметров) могут проникать только лу чи с длиной волны 0,7 1,5 мкм, то есть красные и ближние инфракрасные. Только они могут прогреть глубинные зоны под кожей, и так как поглощение тепла размыто на большой объем подкожной ткани, оно особенно и не ощущается. Все другие световые лучи (волны) поглощаются в тонком поверх ностном слое кожи, где и находится основное количество тер морецепторов, поэтому действие их некомфортное, похожее на ожог. Грубо говоря, излучение с длиной волны 0,7 1,5 мкм действует как СВЧ-печь, глубоко прогревая ткани, а осталь ное излучение как сковородка обжигает кожу. Становит ся ясным, что именно красная составляющая солнечного из лучения глубоко проникает под кожу, что является основой комфортного курортного светолечения и солнечных ванн, для которых спектральный состав солнечного излучения очень важен. Так и в бане красное излучение от ярких углей откры того горящего очага (камина) дает приятное глубинное тепло. Вместе с тем, если излучатель по цвету красный или желтый, то доля красной составляющей в нем в действительности очень мала. Красную составляющую по закону Вина дают ос лепительно белые излучатели. Для ориентировки укажем, что максимум солнечного излучения приходится на 0,46 мкм (си ний цвет), излучения от электрической лампочки при 2000 С.
на 1 2 мкм, от оранжевых углей при 1000 С на 3 5 мкм, от горячей каменки и от стальной поверхности печи при 400 С.
на 5 10 мкм. Таким образом, наиболее комфортное тепло дают осветители с элементами накаливания при 2000 3000 С (вольфрамовые нити, металлокерамические штифты и т. п.), то есть ослепительно белые юпитеры (прожекторы), осве щающие сценические площадки и кинофотостудии. Пот на лице телевизионного диктора это тот самый пот, что должен струиться в инфракрасной бане. Чем меньше в таком освети теле доли излучения с длинами волн больше, чем 1,5 мкм, тем легче он будет переноситься освещаемым субъектом. Мы не говорим про глаза (их надо защищать очками), мы говорим о глубине проникновения излучения в тело. Проверить истин ность вышесказанного очень просто. Сомкните пальцы рук и загородитесь ими от яркого света обычной лампочки накали вания. Вы увидите, что промежутки между пальцами красные, то есть красный свет проходит легко через ткани (и через кос ти тоже), причем много света и рассеянного (направленного перпендикулярно первичному световому потоку от лампоч ки). Глубоко проникая под кожу, красные (а еще лучше ближние инфракрасные) лучи там рассеиваются (идут вдоль кожи) и постепенно поглощаются в большом объеме мышеч ной ткани, нагревая ее и интенсифицируя тем самым процес сы обмена. Именно этот принцип используется в лазерной терапии теплолечении красным когерентным светом. Про зрачность тканей для электромагнитных волн используется также в рентгенографии и рентгеноскопии (правда в другом, причем вредном, диапазоне длин волн электромагнитного излучения.
Таким образом, при желании лечебный комфортный эф фект нагрева тела можно получить в бане с помощью исполь зования обычных направленных ламп-рефлекторов накали вания типа юпитеров , лучше со светофильтрами. Причем, это будет в сотни и тысячи раз дешевле и более эффективно, нежели использование иных импортных инфракрасных ИК- кабин (по крайней мере, японских с длинами волн 2 6 мкм, пригодных более для сушки лакокрасочных покрытий авто мобилей) или аппаратов лазерной терапии. Достаточно вспомнить незаслуженно забытые примитивные синие лампы с рефлекторами. Неплохо также погреться от добела раска ленных углей дров в печи через термостойкое керамическое стекло. Убедиться в должном качестве ПК излучателя очень просто: надо просто закрыть глаза инфракрасное излучение 0,7 1,5 мкм проходит через закрытые веки и ощущается гла зом как свет, при котором трудно уснуть.
В быту и на рабочих местах мы сталкиваемся с инфракрас ным излучением не реже, чем на открытом солнце. Интерес но сопоставить реальные уровни интенсивности теплового излучения, которые может выдержать человек, с его обыч ным тепловым балансом. Известно, что в состоянии покоя человек выделяет в мышцах 50 70 вт тепла, при легкой физи ческой работе до 172 вт (нормативные данные по ГОСТ 12.1.005-76), при физической работе средней тяжести до 293 вт, при тяжелой физической работе свыше 293 вт. От метим, что механическая мощность самой работы не более четверти указанных величин. За счет потоотделения человек в состоянии сбросить до 1200 1500 вт кратковременно. Офи циальная нормативная медицинская оценка уровня теплово го облучения персонала на рабочих местах доменных, марте новских и кузнечных производств часто достигает 14 кВт/м2. Цифра громадная, без спецодежды не обойтись. Но ведь и в случае раскаленных металлических банных печей уровень теплового излучения приближается к этому уровню, спец одежду заменяют экранами, окружающими печь.
Приведем в таблице научные данные по тепловой перено симости человеком инфракрасного излучения (без учета эф фектов на глаза) от поверхности металлургических печей с температурой 1000 1800 С (то есть с малой долей красного и ближнего инфракрасного излучения.
Отметим кстати, что величина плотности лучистого потока 13,9 кВт/м2 является по НПБ 105-95 критической для древе сины от очагов пожара из твердых материалов, то есть при облучении таким лучистым потоком древесина может само воспламениться. Поэтому в целях пожарной безопасности участки, содержащие древесину (дома, штабеля) располагают друг от друга на расстоянии не менее 6 метров, а в помещени ях не менее 14 м при высоте потолка 3 м.
Что еще следует из таблицы? Во-первых, даже при весьма умеренных уровнях излучения, близких к солнечной посто янной 1400 вт/м2, переносимость составляет не более не скольких минут. Поэтому так жарко на пляже в солнечную погоду даже при низких по банным меркам температурах воздуха. Во-вторых, чем больше интенсивность, тем мень шую теплоту способен вынести организм, то есть, чем быст рее происходит нагрев кожи, тем сильнее проявляются дей ствия терморецепторов. Здесь сказывается обычная реакция человека на резкие изменения параметров среды. Так, если вы сразу опустите ногу в воду с температурой 50 С, то полу чите ожог. Если постепенно будете нагревать воду, то ноги постепенно привыкают и температуру 50 С переносят нор мально. В-третьих, указанные интенсивности излучения (даже при действии на малую площадь) значительно превы шают мощности тепловыделения при физической работе. Никакое потоотделение спасти от таких уровней излучения не в состоянии.
При уменьшении температуры излучателя (вплоть до 100 С, характерных для бытовых радиаторов) переносимость инфракрасного излучения ухудшается ввиду уменьшения глу бины проникновения излучения вглубь тела. Так, строитель ные нормы и правила СНиП 2.04.05-91* рекомендуют на по стоянных рабочих местах не использовать потоки лучистого тепла более 35 вт/м2, а при величинах лучистого потока более 140 вт/м2 (одна десятая от солнечной постоянной) применять воздушное душирование. Например, при облучении мощнос тью 1400 вт/м2 при 28 С рекомендуется обдув персонала воз духом со скоростью 3 м/сек. Этот эффект душирования очень ценен в инфракрасных банях, поскольку позволяет реализо вать значительные мощности излучения. При этом обдув воз духом препятствует длинноволновой составляющей излуче ния перегревать кожу, но не препятствует красной составляю щей глубоко прогревать тело.
Поскольку мы обсуждаем роль высокотемпературных по верхностей в бане, отметим эффект, который зачастую непра вильно называют в быту выжиганием кислорода . Конечно, никакого выжигания кислорода ни металлические печи, ни электрические нагреватели не дают. Кислород вообще не мо жет гореть, это в нем могут гореть горючие вещества. Дело в том, что в воздухе всегда присутствует пыль, в том числе и пы линки органического происхождения, которые могут сгорать в воздухе при соприкосновении с горячими раскаленными поверхностями. При этом возникают характерные запахи раскаленного металла или горячего утюга . Запах особенно усиливается при выжигании слоя осевшей пыли во время дли тельного простоя печи. Сколько-нибудь заметного снижения содержания кислорода при этом не происходит ввиду малого количества пыли. Действительно, если в реакцию окисления вступит большое количество кислорода это уже будет горе ние слоя пыли или воспламенение газовзвеси пыли. По суще ству это пожар или даже взрыв с повышением температуры воздушной среды за счет теплоты сгорания. Такое, конечно, может произойти, но только в том случае, если всю баню за дымить плотной завесой горючей пыли (например, древес- но-мучной), чего никогда не бывает. Запахи могут усиливать ся или изменяться за счет использования в бане стиральных порошков, шампуней, заваров-настоек (попадающих на печь в виде брызг растворов или пылинок, смоченных раствором), веников, сена, смолы, листвы, дров, а также при соприкосно вении горячих элементов печи с пахучими веществами или материалами, в том числе и теплоизолирующими.
Теперь перейдем к каменкам: нужны ли они, и если нуж ны, то для чего и какие у них должны быть параметры. Как мы оценили выше, каменка предельных, как мы считали, для нашей бани размеров 100 кг требует для своего нагрева от ми нус 20 С до 400 С (а это общепризнанная оптимальная тем пература каменок для русской и финской бань, хотя низ ка менки может прогреваться и до 1000 С) примерно 6,5 кВт.час энергии. Естественно, после протопки бани такая каменка будет способствовать более длительному удержанию высокой температуры в бане (например, чтобы баня просохла). Одна ко учитывая, что баня теряет в час через стены 6 кВт.час, а са ми стены запасли энергии порядка 15 кВт.час и более, трудно ожидать что влияние каменки даже таких крупных размеров будет определяющим. То есть на просушку бани такая камен ка сильно не повлияет: при необходимости на практике про ще бросить в печь после мытья пару поленьев, которые дадут столько же тепла, если не больше.
Но сколько же водяного пара может дать такая каменка? Исходя из скрытой теплоты испарения воды 0,63 кВт.час/кг получается около 7 кг пара. А нам надо на объем бани 30 м3 (исходя из максимальной абсолютной влажности 0,05кг/м3) около 1,5 кг пара, то есть такая каменка рассчитана на не сколько солидных поддач пара. Возможен и такой случай: вы входите в баню, а там температура 40 С, слишком уж провет ривали баню перед мойкой, к примеру. Тогда можно перевес ти всю энергию из 100 кг камней в воздух; причем быстро это можно сделать только одним способом поддав воды на кам ни, например, постепенно все 7 литров кипятка, которые сможет испарить каменка. Тогда пар, конденсируясь в возду хе и на стенах, передаст все тепло камней в баню. Расчет пока зывает, что воздух в бане и стены нагреются при этом конден сатом с 40 С до 70 80 С (в бане с тонкой деревянной обшив кой по утеплителю). То есть каменка массой 100 кг способна сыграть роль мгновенного нагревателя, но ясно, что человеку в этом режиме при поддаче очень большого количества воды находиться в бане невозможно, придется выходить, пока не сконденсируются пары воды. При этом в бане будет очень вы сокая влажность стен, так как все 7 литров воды попадут на стены и даже внутрь их, и необходимы специальные меры по предотвращению их глубокого намокания и обеспечению высушивания. Все это крайне неудобно для садовой гигиени ческой бани и нежизнеспособно. Во всяком случае нам со вершенно непонятны имеющиеся в серьезной литературе ре комендации использовать дачные каменки массой 60 кг в расчете на 1 м3 бани. Столь большие массы засыпок возмож ны лишь в черной бане или большой печи городской кирпич ной бани для непрерывной суточной работы по обслужива нию сотен людей.
Вопрос о резком изменении климата в бане в момент под дач в литературе почему-то детально не обсуждается, хотя именно в поддачах кроется основное отличие русской бани от финской и турецкой. Дело в том, что цель поддачи не просто в повышении жара за счет повышения влажности воздуха, а в повышении абсолютной влажности до 0,05 кг/м3 и даже вы ше, что обеспечивает перевод тела человека не просто в режим потения, а в режим конденсации пара из воздуха на кожу (см. раздел 2). Вырывающийся из каменки водяной пар имеет тем пературу много выше 100 С. Если стены и пол бани были бы нагреты до температур 100 С и выше, то вырывающийся пар не мог бы конденсироваться, заполнял бы постепенно весь объем бани и вытеснил бы весь воздух: для этого в нашей бане объемом 30 м3 потребовалось бы испарить 17 литров воды. Но мы столько воды не испаряем, да и стены бани имеют темпе ратуру ниже 100 С. В таком случае пар, вырывающийся из ка менки, начинает конденсироваться в воздухе отчасти в виде тумана, а в основной своей массе в виде росы на стенах, по толке, полах, полках, а также на теле человека, то есть на всех элементах с температурой ниже 100 С. Эта волна резко обжи- тающего жара сопровождается пощипыванием кожи и ручь ями пота (который на самом деле оказывается горячей ро сой, конденсатом дистиллированной водой, выпадающей из воздуха). Эта волна жара относительно быстро (за 10 40 сек) спадает, и может случиться, что через 1 2 минуты ба ня становится вновь не очень жаркой (то есть баня не держит пара ). Это означает, что весь пар сконденсировался на эле ментах с температурой ниже температуры кожи человека 40 С (на полах, нижних частях стен, на ведрах с холодной водой). Ну а если весь пар сконденсировался на стенах и потолке с температурой выше 40 С? Тогда вода на потолке начинает по тихоньку вновь испаряться и потихоньку вновь конденсиро ваться на более холодную, чем потолок, кожу человека. При чем этот процесс не столь энергичен, как непосредственно при поддаче, но зато дает в бане умеренный жар с легкой кон денсацией, что обеспечивает постоянное смачивание веника при ударах по потеющей коже. Важно, чтобы циркуляция (скорость кружения) воздуха в бане была низкая, а потолок был теплоемким, пористым и имел температуру от 40 до 80 С: чем выше температура, тем выше жар, но тем и быстрее высы хает потолок. Впрочем, увлажнение стен и потолка конденса цией пара из каменки можно заменить простым смачиванием (пульверизацией) капельной водой эффект будет близким. Чтобы пояснить, как все это можно организовать на практи ке, опишем процедуру получения острого пара московскими татарами в некоторых городских банях в 1940 1960 гг. (может быть, и сейчас и не только в Москве). Татары по четвергам просили всех выйти из парной, тщательно ее проветривали (а на самом деле охлаждали), затем по мусульманским обыча ям мыли (а на самом деле увлажняли) горячий потолок и сте ны горячей водой из шланга, окна закрывали, слегка поддава ли по чуть-чуть на камни и разгоняли пар по потолку и стенам развернутой простыней, удерживаемой за углы, снова чуть- чуть поддавали и снова разгоняли, пока жар не становился невыносимым. Затем желающих просили входить, но таких оказывалось среди горожан мало, так как сразу выскакивали. Такой жар держался долго, пока не высохнет потолок: если циркуляция воздуха сильная и если потолок горячий, то вы сыхал быстро.
Посмотрим, как выглядит все это в цифрах. Разберемся при этом, как можно париться в бане с металлической печкой. В этом вопросе даже среди профессионалов царит полная рас терянность: все учат, что мол надо знать, как, куда и сколько поддавать, но никто не знает, что же конкретно надо знать и что можно порекомендовать, тем более для получения никому не ведомого приятного легкого пара.
Напомним, что париться означает прогреться в горячем воздухе с температурой выше 40 С при абсолютной влажнос ти порядка 0,05 кг/м3. Теоретически вроде бы все ясно: надо просто-напросто испарить до 1,5 литров воды в парилке объ емом 30 м3, причем количество испаряющейся воды не зави сит от температуры в парилке. Для испарения 1,5 кг воды тре буется около 3600 кдж энергии: кипятильник бытового типа мощностью 1 кВт даст столько тепла за 1 час, печь мощностью 20 кВт за три минуты, каменка мощностью 600 кВт за 6 се кунд. Так что с получением пара проблем нет. Но представьте себе ситуацию, когда пар (а вернее, увлажненный воздух) из каменки подают сразу на холодный пол с температурой 20 С. Ясно, что пар в парилке в этом случае не накопишь : увлаж ненный воздух тотчас охладится до температуры пола и осу шится до 0,017 кг/м3. Пар из каменки может быть направлен по разному: опахалом (веником), вентилятором, а также кон векцией (движением воздуха), обусловленной наличием рас каленной печи. При мощности 20 кВт металлическая печь, забирая воздух у пола с температурой 20 С, нагревает его до температуры 100 С и направляет его к потолку, создавая цир куляционный поток воздуха с расходом, как нетрудно посчи тать, порядка 900 кг/час. Ау нас в парилке всего-то навсего 30 кг воздуха. Это означает, что кратность циркуляции воздуха в парилке составляет 30 раз в час (30 крат). Весь воздух в парил ке 30 раз в час проходит около печи, нагревается до 100 С, за тем проходит по потолку, опускается у стен, проходит 30 раз мимо холодного пола, естественно охлаждается и осушается (или увлажняется) до 0,017 кг/м3 и попадает вновь на нагрев в калориферную систему печи. Иными словами, как ни увлаж няй воздух кратковременными поддачами воды на каменку, все равно воздух через две минуты вновь станет сухим. Этот режим называется в России режимом современной сухой финской сауны, а саму баню с металлической печью называют в быту сауной в отличие от русской бани с кирпичной печью.
Сухой банный режим получился как бы сам собой, когда финн Харвия широко внедрил в банный быт мощные метал лические печи. Это самый простой режим для металлических печей. Этот режим хорош тем, что никогда не бывает душно, никогда не бывает текущего по телу пота. Можно еще сильнее снизить влажность путем использования еще более холодных полов: если на полу тающий лед с температурой 0 С, то абсо лютная влажность в сауне установится на уровне 0,005 кг/м3. Идеальный режим для спортсменов, желающих сбросить вес, причем тренированный человек легко переносит температуру до 200 С при абсолютной влажности ниже 0,01 кг/м3 (что со ответствует относительной влажности ниже 2%). Пойдем еще дальше: раз воздух в процессе циркуляции (кружения) в бане все равно, проходя у пола, охлаждается, то будем его сбрасы вать наружу и полностью заменять его на холодный свежий воздух снаружи. Это сразу снимет два вопроса: пол не будет намокать из-за выделения воды-конденсата (так как весь влажный воздух, в том числе увлажненный потом человека, удаляется наружу, может быть с образованием тумана клу бов пара ), а воздух в бане не будет содержать вредные и паху чие примеси, столь характерные для обычной бани. Этот су хой банный режим с сильной вентиляцией лег в основу кон струкций сухих квартирных саун, в которых не только не мо ются, но даже кафельный пол поддерживают сухим. Обычно финны рекомендуют кратность вентиляции саун 6 раз в час, что соответствует при нашем объеме бани скорости приточ- но-вытяжной вентиляции 180 кг/час. Величина очень боль шая, она соответствует теплопотерям на уровне 4 6 кВт, это плата за свежий сухой воздух в бане. Для ориентировки отме тим, что горящая печь требует для своего горения воздуха до 100 кг/час при мощности до 20 кВт.
Баня с раскаленной металлической печью (сауна) предназна чена в основном для получения именно сухого режима, при кото ром потовыделение сопровождается потоотделением, а не поте нием. Но можно получить и режим потения, и даже режим конденсации с влажностью более 0,05 кг/м3. Для этого потре буется мощная каменка со скоростью испарения 0,75 кг воды в минуту. Поддав на камни, надо сесть именно под нисходя щий поток воздуха, и вы почувствуете кратковременную вол ну жара . Непрерывное же увлажнение воздуха при сохране нии сильной циркуляции воздуха в бане потребует огромных тепловых затрат на испарение больших количеств воды и, со ответственно, мероприятий по удалению этой воды из бани. Например, при мощности печи 20 кВт и скорости циркуляции воздуха 900 кг/час для обеспечения влажности воздуха на уровне 0,05 кг/м3 понадобится испарять до 45 кг воды в час, что потребует дополнительной мощности порядка 28 кВт (и еще 5 кВт на нагрев воды до температуры кипения). Иными словами, рядом с печью надо поставить парогенератор боль шой мощности. Печь и парогенератор должны работать одно временно фактически в режиме конденсатора. Отметим, что именно этот бессмысленный с экономической точки зрения режим получения конденсационной бани использован фин нами в процедуре сауна-спорта: через каждые 30 секунд на ка менку подается 0,5 литра воды с получением 60 кг пара в час! И это при том, что для конденсационного режима в бане тре буется всего лишь 1,5 кг пара.
Пойдем по другому пути, более пригодному для бытовых целей: будем снижать скорость циркуляции воздуха. Напри мер, протопив баню, погасим металлическую печь. Раскален ной остается лишь каменка, дающая мощность тепловыделе ния до 2 кВт. При этом кратность циркуляции воздуха соста вит 3 раза в час (90 кг/час,) то есть, поддав на камни, мы можем рассчитывать на длительность режима потения 10 20 минут. Больше нам и не надо. К сожалению, потоки воздуха в бане сохраняются, может быть не столь упорядоченные и вы сокоскоростные до 2 м/сек, что были при раскаленной печи, но вполне ощутимые до 1 м/сек не только от горячей камен ки, но и от перемещений человека, вентиляции, открывания дверей. Кроме того, воздух осушается на коже человека, а так же за счет диффузии паров воды в холодные зоны бани. По этому сразу же после поддачи воды необходимо непрерывно поддерживать достигнутую влажность, компенсируя потери воды из воздуха. Мощность парогенератора при этом составит 3 кВт при производительности по пару 4,5 кг/час. Это харак терный режим для влажной сауны с открытой каменкой. Эле ктрические парогенераторы такой мощности имеются в про даже. Хороший парогенератор не только испаряет (кипятит) воду, но и пропускает через нее воздух так, чтобы в парилку поступал не пар, а смесь пара с воздухом (то есть увлажнен ный воздух). Такой парогенератор правильней было бы на звать кондиционером и использовать не только для увлажне ния воздуха, но и для нагрева помещения, как это, например, делается в квартирных пластиковых пародушевых кабинах. В то же время необходимый расход пара 4,5 кг/час является очень большим, на каменку надо подавать ежеминутно по 75 г воды. Так что для садовода такие постоянные увлажнения мощными каменками или дорогостоящими импортными па рогенераторами не подходят.
Поэтому прикроем раскаленные камни (каменку) метал лической, лучше утепленной, крышкой. Скорость циркуля ции снизится еще в 10 раз, необходимая мощность парогене ратора снизится до 0,3 кВт при производительности по пару 0,45 кг/час, то есть надо испарять три капли воды в секунду. Это режим паровой сауны, поскольку любое увлажнение воз духа уже не может быть уменьшено за счет столь малой цирку ляции воздуха 0,3 крат, обеспечиваемой печью. Будучи увлаж ненной, такая сауна может быть осушена лишь опахалами (вениками), направляющими воздух к холодному полу (тра диционная русская посадка пара на пол ). Если пол теплый с температурой 40 С, то опахала (веники) могут осушить воздух лишь на теле человека с выделением пота конденсата.
Естественно, подача вентиляции тотчас полностью нару шит влажную атмосферу в паровой сауне. А так как металли ческая печь и сильная вентиляция являются настолько харак терными чертами современной финской сауны, что без вен тиляции сауну вообще не воспринимают, то во избежание путаницы в понятиях будем называть этот режим не влажной сауной, а русской паровой баней. Иными словами, если в сау не до предела снизить скорость циркуляции воздуха и скорость приточно-вытяжной вентиляции, то фактически получится рус ская паровая баня. В русской бане однократная поддача при водит к длительному влажному режиму с параметрами, близ кими к хомотермальным, то есть с абсолютной влажностью порядка 0,05 кг/м3. Если же при поддаче влажность быстро сни жается (баня не держит пар ), то русская баня построена не правильно , а точнее это не русская баня, а сауна.
Для русской бани характерна возможность длительного конденсационного режима с абсолютной влажностью выше 0,05 кг/м3, когда пот течет ручьем . После однократной под дачи этот режим можно поддерживать многими методами, в том числе и парогенераторами (даже в виде самодельных ки пятильников). но только не за счет потения человека (в этом и заключается экзотичность режима). Но традиционно рус ским парогенератором остается горячий влажный потолок. Пар направляют из каменки на потолок, где пар быстро кон денсируется, а затем конденсат медленно испаряется, поддер живая высокую влажность в бане. Деревянный потолок может поглотить (в том числе и в гигроскопической форме, рис. 5) при температуре 60 С (нагреваясь до 100 С) до 1 кг воды на 1 м2, отштукатуренный до 2 3 кг на 1 м2. А это значит, что увлажненный потолок площадью Юм2 может теоретически поддерживать конденсационный режим до 2 часов (деревян ный) и до 4 часов (оштукатуренный). В реальности эти време на гораздо меньше, причем быстро уменьшаются с уменьше нием размеров бани как по причине уменьшения удельной влагоемкости потолка, так и за счет увеличения кратности циркуляции воздуха и повышения скорости массообмена в малых помещениях. Поэтому режим саун удобней реализо вать в маленьких помещениях, а режим русской бани в больших.
Мы рассматривали случай, когда первичный уровень абсо лютной влажности 0,05 кг/м3 достигается однократной подда чей, а потом постоянным дополнительным увлажнением до стигается длительное переувлажнение воздуха свыше 0,05 кг/м3 (длительный конденсационный режим для вени ка ), Часто, однако, в русских банях используется и иной ре жим: увлажнением потолка и стен (в том числе просто водой, лучше пульверизованной) или мокрых тканевых материалов достигается постоянная влажность 0,05 кг/м3, а поддачами добиваются кратковременных волн нестерпимого жара.
Так или иначе, чтобы перевести сухую циркуляционную сауну в режим паровой бани надо.
прогреть помещение, погасить металлическую печь.
по возможности прикрыть камни крышкой (чтобы еще сильнее ограничить циркуляцию.
исключить возможность приточно-вытяжной вентиля ции (по крайней мере, не допускать уровней 6 крат, рекомен дуемых финнами), прикрыть щели в дверях и окнах.
смочить горячей водой все, что можно намочить (потол ки, стены, пол), развесить (если можно) мокрые простыни повыше к потолку, температуру потолков желательно снизить до 50 70 С.
легкими по 100 200 грамм поддачами воды на прикры тые камни, разгоняя пар по верхним частям стен и потолку, довести влажность до необходимого вам уровня.
для парения необходимо движениями веника сверху вниз направить горячий влажный воздух с потолка к телу (можно даже не касаться тела), для хлестания (горячего расче сывания тела) повертеть веник у потолка, чтобы он нагрелся за счет конденсации пара, а затем ударить по телу.
прогревшись и пропотев, проветрите помещение бани, открыв нараспашку дверь на улицу, после чего можете при ступать к мойке.
Конечно, процедура русской парной бани особенно ценна при необходимости хорошенько прогреться после того, как сильно промерзли. На этот случай у вас всегда должны быть в запасе камни набросайте их побольше на печь перед про- топкой. Но русская парная баня является и хорошим спосо бом отдыха и развлечения.
В белых банях кирпичные печи с закрытой каменкой, к со жалению, не способны дать мощную циркуляцию воздуха и мощный нагрев воздуха выше 2 3 кВт, не могут прогреть па рилку до приличных температур даже за несколько часов. Да же будучи докрасна протоплены внутри, кирпичные печи по сле протопки долго зреют , прогревая свои наружные стены от горячих внутренних. Лишь при наличии чугунных дверок топливника, дверок каменки или чугунной плиты температу ра воздуха в бане может быть повышена до 60 С. В этих усло виях каменка незаменима и как средство подогрева помеще ния, и как средство исправления недостатков кирпичных пе чей. Пар при этом транжирится, но и транжирить можно с умом. Поддавая, пар надо направлять только вверх. Потолок при этом не только прогревается за счет конденсации пара, но и увлажняется. Получаем наверху паровой колпак из-за горя чего влажного потолка и стен (парниковый эффект). Иногда говорят, что пар наверху копится . Но мы-то знаем, что на копиться сверх плотности насыщенного пара он не может, так как неминуемо сконденсируется на потолке. Если у потолка воздух имеет точку росы порядка 40 С и выше, то это и назы вается русской паровой баней. Такая баня держит пар , так как воздух даже при наличии циркуляции (хотя бы за счет движения человека) и потерь пара постоянно вновь увлажня ется за счет испарений с горячих влажных потолков и стен. Вот в таких-то условиях без шапочки на голове может быть трудновато. Действительно, в отличие от сухой сауны в паро вой бане волосы не сохнут (и поэтому не охлаждаются). В объ еме волос при этом создается зона горячего влажного воздуха (как и у потолка бани), и пар имеет возможность моменталь но конденсироваться на рядом расположенную и относитель но холодную (не выше 40 С) кожу человека, интенсивно на гревая ее вплоть до теплового удара. Если становится совсем уж душно и жарко (а пар при хороших поддачах так жжет, что легким его никак не назовешь), то применяют прием опуска ния пара: полотенцами или вениками пар гонят вниз к холод ному полу, и тотчас духота из бани уходит, а пар становится легким (а на самом деле воздух просто-напросто осушается). Становится ясным, почему в русских банях применяют толь ко периодическую вентиляцию, но никогда не делают посто янно действующую.
Мы рассмотрели два противоположных случая: влажную неподвижную русскую баню и сухую циркуляционную финскую сауну. В русской парилке жар должен стоять неподвижно, как знойное марево, а влажным должен быть не столько воздух, сколько потолок, причем он должен быть по выше и подальше от холодного пола. Испарения в такой бане идут сверху вниз, конденсируясь на полу, поэтому и все запа хи конденсируются у пола. Такую баню при температуре вы ше 60 65 С (а в конденсационном режиме выше 50 55 С) не выдержать, но ее и не делают русской при высоких темпе ратурах бани. Ее делают русской , когда баня холодная, ког да ее прогреть печкой до высоких температур, к сожалению, невозможно, и жар в ней повышают за счет большой влажно сти. В этом смысле русская баня вплотную подходит по кли матическим параметрам к турецкой бане влажного горячего типа кальдарию. В финской же парилке температуры на столько высоки, что повышенная влажность воздуха не толь ко не нужна, но даже создать ее не удается из-за циркуляции воздуха и быстрой просушки потолка. Но при циркуляции ниже 5 10 крат можно и поддать на камни. Сесть при этом надо именно у стены под нисходящую волну жара. Если при 80 С и относительной влажности 10% прохладно, то после поддачи посильнее относительную влажность 17% вам уже не выдержать, начнется конденсация.
Иногда удивляются, неужели простое изменение режима испарения пота из-за изменения влажности воздуха может мгновенно и очень сильно дать ощущение жара. Может быть при увлажнении воздух просто становится горячей , а испаре ние пота и выделение конденсата здесь не причем? Нет. Воздух горячей не становится. Теплопроводность, теплоемкость и температура воздуха конечно изменяются, но несущественно.
В состоянии покоя на кожу человека из тела поступает до 50 100 вт тепла, при физической нагрузке до 300 400 вт теп ла. В турецкой бане на кожу человека из горячего неподвижно го воздуха любой влажности поступает 0 200 вт тепла, в рус ской 200 400 вт, в финской 400 600 вт. Обдувом горячим воздухом можно повысить указанные нагрузки в 2 3 раза. Ин фракрасное излучение в бане достигает величин 1000 вт и вы ше. И все это тепло, поступающее на кожу, уходит на испаре ние пота мощность охлаждения в режима потоотделения достигает 1500 вт. Отсюда видно, что если баня холодная, то разогреться можно и физическими упражнениями, что и де лали в римских термах. Физическая нагрузка в русской бане (работа с веником) может вдвое повысить тепловую нагрузку на кожу. Но все эти цифры ничтожны по сравнению с тепло емкостью тела: чтобы нагреть тело человека на 1 градус надо 10 15 минут заниматься физической работой на пределе человеческих возможностей или 5 10 минут сидеть в суперго рячей сауне (в обоих случаях в режиме потения, а режиме по тоотделения еще в несколько раз дольше). И тем не менее, из менение теплового потока на кожу всего на 50 вт кожей ощу щается за 2 3 секунды, что легко проверить, опустив ладонь на колено: через 2 3 секунды вы почувствуете в колене явное тепло, обусловленное выделением тепла из тела в состоянии покоя. Если же тепловой поток на кожу в десять раз больше (например, в сауне) и весь он снимается испарением пота, то мгновенное прекращение испарения ощущается как тепло вой импульс мощностью 500 вт. Такая мощность, кстати, ха рактерна не только переходам в режим потения, но и в режим конденсации: при обычных скоростях конденсации пара на тело 0,1 1 кг/час выделяющаяся мощность тепла конденса ции составляет 70 700 вт. Такие мощности потоков тепла ощущаются кожей мгновенно, а выше 1000 вт в виде покалы ваний, пощипываний . Действительно, лучистое тепло от пе чи мы чувствуем мгновенно.
Реальные русско-финские бани занимают промежуточное положение между русской и финской . Действительно, ни в черной бане, ни в белой бане с открытой каменкой от цирку ляции воздуха не избавиться, ее можно только уменьшить до определенного предела. Можно попытаться помешать цирку лирующему воздуху достигать холодного пола и баков с холод ной водой (установкой полок, дощатых щитов на полу). Но в любой бане в условиях длительной циркуляции воздуха удер жать полы холодными не удается: они начнут нагреваться, осо бенно при мойке, и влажность воздуха полезет вверх так, что через час-второй в любой сауне впору будет париться по-рус- ски (лишь бы полы были утепленными, да и вентиляция не работала). Можно и помочь полам нагреться: поставить венти лятор так, чтобы гнал горячий воздух от потолка к полу. Ну а потом, если плеснуть кипятком на прогретые полы, получит ся, хоть и не надолго, турецкая баня. Кстати, горячий влажный потолок русской паровой бани фактически выполняет ту же роль, что и горячий влажный пол турецкой бани. Русская паровая баня это перевернутая вверх ногами турецкая влажная баня.
Таким образом, реальные бани плавно переходят из одного режима в другой. Действительно, при протопке стремятся по быстрее прогреть помещение большой мощностью печи, ко торая передает свое тепло стенам за счет интенсивно цирку лирующего воздуха. Постепенно прогреваются не только сте ны, но и полы. Если полы утеплены, специально не охлажда ются (например вентиляцией) или на них не стоят бачки с хо лодной водой, то их температура может достигать критичес кого значения 40 С и выше, после чего какая-либо дальней шая протопка лишается смысла. Печку гасят, циркуляция воздуха пропадает. Если во время протопки мы имели фин скую баню, то после такой протопки русскую или ту рецкую в зависимости от того, как вы увлажнили воздух. Ес ли просто надышите или плеснете на теплый пол воду бу дет турецкая баня. Если плеснете воду на горячий потолок или просто развесите наверху мокрые простыни или полотен ца русская . Тут даже никакие камни не нужны. А если и нужны для жара , то в очень небольшом количестве, только чтобы испарить 100 200 г воды.
Если вы не являетесь ярым любителем паровой бани, то в качестве каменки вполне можно взять всего 20 килограм мов камней, да и то скорее для соблюдения ритуала и созда ния интерьера: ведь и в современных финских саунах камен ная насыпка во многом обусловлена повышением эстетичес ких свойств изделия и предотвращения выделения чрезмер ного тепла с верхней поверхности металлической печи. Для эстетики ведь не положишь на верх элитной финской пе чи фарфоровые электроизоляторы, которые в основном ис пользуют наши дачники и садоводы в кирпичных печах ка менках. Отсюда и специальные изыскания финнов в области термостойких и действительно очень красивых натуральных и синтетических камней. Отметим, что бытующие в литерату ре заключения о невозможности использования вместо кам ней металлических чушек, якобы ввиду их малой теплоемкос ти, неверны. Металлические засыпки, в том числе коррозион- ностойкие, имеют много большую объемную теплоемкость и много большую теплопроводность, нежели каменные, и в принципе очень хороши для засыпок. Их даже широко ис пользовали еще в далекие петровские времена (бани-чугунки, в том числе и с чугунными пушечными ядрами). Используют и ныне в быту, чаще вперемешку с камнями. Основным недо статком металлических засыпок является слишком интенсив ное испарение воды с поверхности металла. Капельки воды, бегая по чушкам как на сковородке, отталкиваются паром с горячей металлической поверхности и брызжутся, так что наряду со слишком мощной струей острого пара в лицо могут попасть и капельки кипятка. Поэтому от металлических чу шек надо просто отгородиться (листом металла, каменной за сыпкой) и поддавать воду осторожно, понемножку. То же са мое относится и к металлическим поверхностям, например, верху печи, если вы прольете на него воду.
Мы все время говорили об энергетических параметрах, не затрагивая вопроса о продолжительности процессов нагрева различных элементов бани. Мы молчаливо предполагали, что раз печь отдала тепло, то тепло сразу же должно потребитъся всей баней целиком. Но ведь ясно, что ведро с водой закипит на печи через один час, а на полу (или даже на полке у потол ка) не закипит и через сутки. То есть тепло-то от печки в баню будет передано, причем в достаточном количестве для прогре ва всех без исключения элементов бани, но одни элементы прогреются быстро и крайне чрезмерно, а другие не прогре ются вовсе. В быту при постройке бань именно в этом вопро се делается особенно много ошибок. Например, руководству ясь некоторыми литературными рекомендациями, в том чис ле и финскими, устанавливают между металлической печью и скамейками или стеной бани кирпичную низенькую стенку. Рассуждают так: нагреется излучением стенка, будет допол нительно нагревать воздух внизу помещения. Нагреется она, конечно, но не так быстро (может быть через несколько часов или несколько суток) и причем только с одной стороны. Вто рая сторона (тыльная от печки) может нагреться только возду хом, а он внизу помещения и так холодный. Так и остается она холодной, сколько ни топи. Наверху горячий воздух уже прогрел до предела все стены и потолок, тепло уже стало вы ходить через стены бани наружу на улицу, а стенка все созда ет холод у ног и к тому же намокает. Что это означает? А то, что мы направляем тепло не туда, где оно нужно. Надо или печку придвинуть к стенке, или стенку к печке, а еще лучше тыльную сторону стенки утеплить (обшить доской) или кир пичную стенку вообще снести и поставить вместо нее метал лический лист, или даже металлический лист не устанавли вать вовсе. Аналогичная картина, но еще более критическая, возникает при использовании высоких кирпичных печей, кирпичных труб или при обкладке кирпичом всей стены у пе чи до потолка, причем по наивности порой между кирпичом и стеной бани специально для тепла оставляют открытый вентилируемый зазор, который в действительности никогда не прогревается. Коэффициент теплопередачи от горячего воздуха к стенке невелик, приемлемый уровень теплопереда чи для быстрого нагрева кирпича достигался бы при темпера туре воздуха несколько сот градусов, как например, в топке печи. А температура воздуха 100 С не обеспечивает нагрев кирпича за приемлемые времена. Так что получается такая картина: топишь жарко, температура воздуха у потолка 100 С; кончил топить моментально за секунды температура в бане снижается до 20 30 С (а то и ниже, особенно зимой) за счет охлаждения воздуха холодным кирпичным верхом печи.
Принцип правильного построения бани пусть длитель ный, но одновременный нагрев всех элементов бани до необ ходимой температуры. Что перегревается убрать подальше от печки, что недогревается (например, бак с холодной водой на полу) либо придвинуть поближе к печке, либо убрать во все. Но к сожалению, многие так и не хотят понимать этих не достатков своей бани, страдают, мучаются, но ничего не пере делывают. Тут уж ничего не поделаешь.
Для быстрой протопки баня (даже деревянная любой тол щины) должна быть в обязательном порядке утеплена изнут ри эффективными утеплителями типа минеральной ваты тол щиной не менее 40 мм с облицовкой тонкой вагонкой, тонкой сталью или тонким термостойким пластиком.
Обогрев бани должен осуществляться стальной печью с теп ловой мощностью не менее 20 кВт (то есть печь должна быть способна сжечь 10 кг дров в режиме максимального горения). Печь должна быть в обязательном порядке огорожена металли ческими экранами для уменьшения уровня инфракрасного из лучения.
Холодная вода в бане допускается в минимальных количест вах, доставлять ее в баню желательно по мере возникновения надобности. Кирпич и каменные материалы в бане должны быть исключены полностью. При необходимости допускается использовать кирпич для футеровки печи изнутри, а также применять каменные засыпки для организации поддач пара. Приточно-вытяжная вентиляция должна быть уменьшена до минимума, но необходимо предусмотреть возможность залпового полного проветривания бани.
Похожие материалы.
