Юрий Хошев - Теория бань
Рис. 43. Коэффициент поглощения к, определяющий ослабление интенсивности луча света Ι=Ι0·ехр(-кх), где Ι0 — интенсивность света, падающего на слой вещества толщиной х, I — интенсивность света прошедшего слой вещества толщиной х. 1 — спектральная зависимость коэффициента поглощения света мягкими тканями организма человека, 2 — спектральная зависимость коэффициента поглощения света водой, V — спектральный интервал видимого излучения, А — спектральный интервал А-диапазо-на инфракрасного излучения (см. В.И. Карандашов и др., Фототерапия, М.: Медицина, 2001 г.).
Японские производители инфракрасных саун (ИК-кабин) в целях рекламы беспочвенно утверждают, что длинноволновое ИК-излучение С-диапазона с длиной волны порядка 10 мкм, испускаемое кожей человека, якобы обладает способностью глубоко проникать в ткани организма человека в силу каких-то особых «резонансных свойств», присущих «живому» излучению. Эти особые свойства обуславливают якобы «полезный» эффект чудотворного глубокого прогрева тканей методом «возложения рук» колдунами-целителями при приближении ладоней без касания к телу. Кроме того, такое излучение якобы жизненно необходимо человеку, так как именно им он согревается с момента зачатия в утробе матери. Поэтому такое длинноволновое излучение в рекламе ИК-саун названо «лучами жизни». Безусловно, все эти красивые утверждения являются крайне удачной находкой рекламы, но не имеют ничего общего с фундаментальной истиной. Каждый вправе верить или не верить в колдовские возможности «лучей жизни», чудотворных «возложений рук» и «объятий» ИК-саун. Но отметим, что в ИК-кабинах речь идёт о самом обычном нагреве, таком же, как от обычных печей. Кроме того, согласно физическому закону Кирхгофа, если какая-либо (любая) поверхность сильно излучает в каком-либо спектральном диапазоне, то она и сильно поглощает в этом диапазоне (и плохо отражает). Поэтому если понимать «резонанс» в обычном смысле как пик поглощения, то кожа ребёнка как раз и не даёт «лучам жизни» пройти через себя вглубь тела. Более того температуры трубчатых (в том числе керамических) электронагревателей — инфракрасных излучателей японских ИК-саун — вовсе не равны температуре человеческого тела и достигают 500 °C, что полностью перечёркивает все рекламные «доводы» производителей. Если бы были справедливы утверждения рекламы о «лучах жизни», то более полезными были бы обычные бани с температурой стен и потолка 40-100 °C, особенно турецкие хаммамы. К сожалению, доказательств высокой прозрачности тела человека в длинноволновой области спектра нет (см. рис. 43).
Вслед за японскими фирмами выпуск ИК-саун (как новой престижной продукции) наладили фирмы США, Германии, Финляндии, Нидерландов и России, и, что характерно, с излучателями самых разных температур (и соответственно, совсем разных спектральных составов), причём каждая фирма утверждает, что её спектральный состав наиболее полезен для здоровья. Если отбросить псевдомедицинские доводы, то можно сообразить, что все эти ИК-кабины являются, по-существу, аналогами ИК-камер (сушилок) для полимеризационного отверждения («сушки») лакокрасочных автомобильных покрытий.
Малая мощность ИК-облучения, присущая всем этим кабинам, не превышает энергетический уровень привыкания 0,2 кВт/м2. При таких мощностях облучения всё равно, нагревается ли только кожа или вся подкожная ткань (см. раздел 5.3). Так что в ИК-саунах речь идёт о самом обычном нагреве, иногда, может быть, и полезном (как и любой иной нагрев, например, обогрев у батареи центрального отопления).
Вместе с тем отметим, что некоторые нагретые керамические материалы на самом деле имеют спектр излучения, отличный от спектра излучения абсолютно чёрного тела. Так, известные штифты Нернста с температурой более 2000 °C дают белое излучение с весьма резкими максимумами в области длин волн 2 и 6 мкм, что определяется спектральной зависимостью черноты керамики. Биологических особенностей воздействия штифтов Нернста на человека не отмечалось.
4.7. Тепловое воздействие метеопараметров
Таким образом, человек в бане находится под воздействием очень большого количества внешних факторов. Если в ванне всё тело человека погружено в однородную теплоёмкую и высокотеплопроводную массу воды и термостатировано «от головы до ног», то в бане тело человека находится в воздухе со сложным пространственным и временным распределением скоростей потоков, температур и влажностей, в окружении различных излучающих поверхностей (стенок печей, полов, окон, стен) с различными температурами и степенями черноты, в контакте с водой различной температуры, полами и полками с различной температурой и различных материалов и т. п. В этом плане баня много сложней и «богаче» ванн и душей по ассортименту воздействий, вследствие чего человеку порой приходится «крепко думать головой» как добиться в реальной бане желаемого комфорта или желательного лечебного последствия. Но тем баня и интересней ванн — живей, разнообразней, многогранней и увлекательней. Вместе с тем, людям, равнодушным к банному творчеству, баня готова предложить пусть более скучные, но зато надёжные и предсказуемые изотермальные условия, имитирующие тёплую ванну, но сохраняющие достоинства бань в части удобства мытья, лёгкости перемещения тела, возможности нанесения на кожу лечебных и косметических препаратов и т. п.
В предыдущем разделе на основе самых общих житейских представлений о воздействии солнечного излучения мы чисто гипотетически предположили, что мощность нагрева тела на уровне 0,5–1,0 кВт/м2 уже, видимо, заведомо достаточна для создания банных условий. Именно этот интервал мощностей ИК-излучения А-диапазона используется и в физиотерапии: до 0,4 кВт/м2 для аппарата «Биотрон» и до 1 кВт/м2 для гелий-неоновой лазерной терапии. Для ориентировки приведём данные по энергозатратам человека по ГОСТ 12.1.005-75 и СНиП 11-90-81:
Поскольку тепловыделение внутри организма составляет не менее 75–90 % от энергозатрат (и только 10–25 % энергозатрат преобразуется в полезную работу), то человеку становится жарко от тяжёлой физической работы при тепловыделении порядка 0,2–0,3 кВт/м2 (площадь поверхности человека условно принята на уровне 1 м2). Характерные механизмы теплоотдачи одетого человека, ведущего обычную деятельность, приведены на рис. 44.
Таким образом, можно предположить, что тепловые потоки на тело ниже 0,1–0,2 кВт/м2 человек ощущает как незначительные, влияющие на ощущения человека лишь при длительных экспозициях, например, на рабочих местах на производствах, в турецких банях или ИК-кабинах. Тепловые потоки выше 1 кВт/м2 человек ощущает как значительные (тотчас ощущаемые). Напомним, что в официальной медицинской фототерапии потоки тепла подразделяются на мягкие 1-20 Вт/м2, средние 20-300 Вт/м2 и жёсткие 300- 5000 Вт/м2.
Нагрев (или охлаждение) тела человека (или отдельных его частей) происходит за счёт следующих механизмов:
— лучистой теплопередачи,
— кондуктивной теплопередачи (теплопроводности),
— конвективной теплопередачи,
— испарения влаги с поверхности тела или конденсации паров воды на поверхность тела из воздуха.
Лучистая теплопередача и её особенности уже рассмотрены в предыдущем разделе (рис. 42). Выполним аналогичный анализ и для других процессов теплопередачи.
Кондуктивная теплопередача обусловлена движением молекул и может наблюдаться и в подвижном (даже навстречу газовому потоку), и в абсолютно неподвижном воздухе в случае наличия зон воздуха с различной температурой. В горячих зонах молекулы более энергичны (имеют большую скорость), чем в холодных зонах. Поэтому в процессе взаимной диффузии (миграции) молекулы из горячих зон приносят добавочное тепло, а молекулы, прибывшие в горячие зоны из холодных, приносят холод. Величина кондуктивного теплового потока равна qконд=λΔТ/σ, где λ — коэффициент теплопроводности среды, ΔТ — перепад температуры на слое среды толщиной σ. Величина ΔТ /σ называется градиентом температуры в среде. Величина αк=λ/σ называется коэффициентом кондуктивной передачи. Для оценочных расчётов можно принять αк =10 Вт/(м2 град) для любых поверхностей (для раздетого ли человека, нагретых или охлаждённых стен, батарей отопления и других условно плоских поверхностей в неподвижном воздухе). Так, например, человек, выделяющий внутри себя в состояний покоя 60 Вт тепла постоянно, сбрасывает это тепло излучением αл(Тк-Т), где αл=7 Вт/(м2 град) — коэффициент бытовой лучистой теплопередачи, и теплопроводностью воздуха αк(Тк-Т), где αк =10 Вт/(м2 град), вследствии чего раздетый человек с температурой кожи Тк =30 °C не мёрзнет в состоянии покоя при температуре воздуха и стен 26 °C. Действительно, в соответствии с исследованиями Кричагина (1966 г.) термический комфорт раздетого лежачего человека достигается при 25–27 °C. Но если человек находится на ярком солнце, например, в высокогорных Альпах, где уровень солнечного излучения достигает 1,05 кВт/м2 (причём за счёт отражения от снега излучение исходит со всех сторон), то раздетый человек с сухой кожей в окружении деревьев не мёрзнет в абсолютно полный штиль даже при температуре воздуха снега и деревьев на уровне минус 30 °C. Но малейшие дуновения воздуха изменяют всю картину, поскольку добавляется теплоотвод за счёт конвекции (движения) воздуха. При скорости ветра 3 м/сек человек с сухой кожей на солнце в условиях высокогорья мёрзнет уже при 0 °C. Если вокруг деревьев нет, то заметным становится и вклад потери излучения в ясное небо (космос). Ещё серьёзней будут последствия увлажнения кожи раздетого человека.
