Юрий Хошев - Теория бань
В любительских банях, которые во всяком случае протапливаются очень тепло без строгой экономии дров и времени для будущего неспешного удовольствия (в отличие от иных простонародных мытных бань), парение веником приобретает дополнительный смысл. Дело в том, что любители парных бань на то и любители, что любят «погорячее».
Рис. 52. Тепловые потоки на мокрую кожу (кривые 1 и 2) и времена переносимости соответствующих метеорологических условий (кривая 3) при температуре 60 °C (см. рис. 45, 46). Кривая 1 — при отсутствии движений воздуха, кривые 2 и 3 — при скорости движения воздуха V=1 м/сек. Точка 4 соответствует насыщенному пару при 60 °C, то есть максимально возможной при 60 °C абсолютной влажности воздуха 0,13 кг/м3.
Но вбежать на 10–20 сек в жаркую до предела баню и тотчас выскочить, не выдержав неимоверного жара, занятие не столь увлекательное. Поэтому любители бани располагаются на полке (лёжа или сидя) с таким расчётом, чтобы телу было тепло, может быть, даже жарко, но терпимо. При этом желательна низкая влажность воздуха (ниже 0,05 кг/м3), чтобы носоглотка не нагревалась, а ещё лучше, чтобы привычно охлаждалась при вдохе («лёгкий дух»). Затем веником гонят на тело горячий влажный воздух с потолка с таким расчётом, чтобы тепловой поток на тело стал на пределе возможности вытерпеть за время взмаха веником, то есть с переносимостью для кожи порядка 10 сек. Поскольку веником гонят воздух порциями, тепловые импульсы на тело имеют небольшую продолжительность, заведомо меньшую времени переносимости кожей. Таким образом, процесс парения веником имитирует периодическое размещение отдельных частей тела человека на короткое время в экстремальную климатическую зону горячего воздуха у потолка. При этом человеку не надо никуда «вбегать и выбегать», «влезать и вылезать», он комфортно лежит или сидит на полке и самостоятельно регулирует уровень и длительность тепловых импульсов с потолка скоростью движения веника.
Так, если у потолка воздух прогрет до 60 °C и имеет максимальную для этой температуры влажность 0,13 кг/м3 (то есть потолок мокрый), то движением веника от потолка вниз можно получить мощный импульс тепла на тело человека. Например, если скорость нисходящего потока воздуха составит величину порядка 1 м/сек, то тепловой поток на тело человека может мгновенно повыситься до 3–4 кВт/м2, что соответствует временам переносимости на уровне 10 сек (рис. 52). Поэтому температура у мокрого потолка русских паровых бань для любительского парения должна быть не ниже 60 °C. На практике часто потолок прогревается до ещё более высоких температур 70–90 °C, а полки (на уровне колен и груди) — до 50–60 °C. В этих условиях тепловые потоки от веника могут стать запредельными для кожи человека, и для того, чтобы не ошпариться, любитель парной бани должен крайне внимательно следить за тем, чтобы метеоусловия у потолка не стали бы чрезмерно жёсткими. Контроль метеоусловий обычно осуществляется помахиванием рукой у потолка, лёгкими пробными движениями веника и т. п., то есть без применения термометров и гигрометров чисто житейскими приёмами.
7.3. Парение методом поддач
Если в бане тепло (например, если печь имеет чугунный настил или стены уже прогрелись от поддач), то горячий влажный воздух, пригодный для парения, можно приготовить и на уровне полка. Человек при этом сидит (или лежит) на полке, подбрасывает воду в каменку, разгоняет пар веником и, почувствовав, что кожу начинает покалывать от горячей росы, может похлопывать себя веником. Такая процедура характерна и для современных саун при поддачах.
Пар, вырывающийся из дверцы закрытой каменки, имеет форму невидимой глазом струи, которая затем смешивается с воздухом в бане. Начальная абсолютная влажность в струе 0,58 кг/м3 означает, что пар при выходе из каменки вначале способен сконденсироваться в бане на всём, что имеет температуру ниже 100 °C. Несмотря на малую продолжительность воздействия, паровая струя обычно ошпаривает человека, если он попадает непосредственно в зону её распространения. Поэтому любитель бань крайне внимательно выбирает количество воды для поддач и местоположение своего тела относительно ожидаемой траектории движения струи пара.
Так, подав 0,5 кг горячей воды в каменку с массой 50 кг с температурой 400 °C, получаем (в зависимости от конструкции каменки) от 1 м3 пара при температуре 100 °C до 2 м3 пара при температуре 400 °C с влагосодержанием (абсолютной влажностью) от 0,58 кг/м3 до 0,3 кг/м3. При мощности каменки (по получению пара) на уровне 600–800 кВт испарение порции воды 0,5 кг происходит за 2–3 сек (хлопком). Образовавшаяся струя прозрачного пара объёмом 1–2 м3 поднимается преимущественно вверх и, смешиваясь с воздухом, достигает потолка. В бане объёмом 10 м3 человек может уклониться от непосредственного контакта со струёй, но в целях безопасности чаще всего поддают более мелкими порциями. Причём каждый раз струю обмахивают веником (опахалом, полотенцем, простынёй), чтобы она быстрее перемешалась со всем воздухом в бане. Эта операция перемешивания называется «разгоном пара». Можно направить струю с помощью веника вниз к полу («посадить на пол»), при этом почти наверняка весь пар сконденсируется на полу, подогрев его.
Если удачно «разогнать пар» равномерно по всему объёму бани, то при исходной абсолютной влажности воздуха в бане, например, 0,03 кг/м3 получим в объёме бани конечную абсолютную влажность воздуха порядка 0,08 кг/м3, что соответствует точке росы 50 °C. Это значит, что водяные пары из такого воздуха уже не могут конденсироваться на потолке с температурой 60 °C. Но конденсироваться на стенах, полках и полах могут. Будут конденсироваться водяные пары и на теле человека, нагревая кожу и вызывая приятные ощущения пощипывания и покалывания в первую очередь на ушах, особенно при обмахивании веником. Быстро образовавшись, повышенная влажность воздуха довольно быстро и исчезает за счёт диффузии пара на стены и конденсации на них, а также за счёт упорядоченных конвективных потоков воздуха во всей бане в целом, вызванных, в частности, нагревом воздуха печью. Так, если в нашем случае мощность теплопередачи печи в воздух составляет 2 кВт, то время осушения воздуха не превышает 5 минут (см. раздел 5.5), а при обмахивании бани веником ещё меньше. Таким образом, при поддаче и последующем разгоне пара любитель бани, сидя на полке, получает непродолжительный импульс нагрева, после которого метеоусловия в бане возвращаются практически на прежний уровень.
Важно подчеркнуть, что энергетическая мощь струи пара из каменки практически полностью определяется количеством пара, а не его температурой (вопреки мнению многих любителей бань). Действительно, энергосодержание 0,5 кг пара при температуре 100 °C (при объёме пара 1 м3) составляет 0,32 кВт час, а при температуре 400 °C (при объёме пара 2 м3) -0,38 кВт час. Иными словами, разогрев пара, исходящего из каменки, от 100 °C до 400 °C даёт прибавку к энергосодержанию пара в струе не более, чем 15 %. Так что, тепловые ощущения человека в бане не столь уж сильно зависят от степени нагрева пара в каменке. Получение как можно более перегретого пара (как можно более сухого пара) в каменке важно по другой причине: запас тепла за счёт повышения температуры струи, равный 0,06 кВт час, позволяет во многих случаях предотвратить объёмную конденсацию пара с образованием тумана при резком смешивании пара со значительно более холодным воздухом в бане. Действительно, пар при 100 °C достаточно охладить хотя бы на один градус, и тотчас появится туман в виде «клубов пара». А пар при 400 °C можно охлаждать на 300 °C (до 100 °C) без опасения образования тумана. Перегретый до 400 °C пар имеет не только более высокую температуру (позволяющую подогревать подмешивающийся воздух), но и более низкую плотность 0,3 кг/м3 (вместо 0,58 кг/м3), что обеспечивает возможность быстрого подъёма пара к потолку. В результате пар конденсируется не в воздухе в виде тумана, а на потолке в виде росы. Это очень важно для рассматриваемых ниже процессов получения влажного потолка в бане, играющего роль постоянно действующего парогенератора, а также для нагрева веника в зоне у потолка.
Вместе с тем ясно, что появление тумана в воздухе прямо указывает на высокую эффективность передачи тепла от струи пара в воздух. Так, нагрев совсем холодной бани паром из каменки (или из магистрали со сжатым паром от парового котла) всегда неминуемо сопровождается появлением «клубов пара». А вот в прогретой бане «клубов пара» уже нет, и роль пара заключается не столько в нагреве воздуха, сколько в увлажнении его.
7.4. Парение горячим мокрым веником (касаниями или хлестаниями)
Выше мы рассмотрели приёмы парения, в которых веник используется как опахало, причём в своих движениях веник может и не касаться тела человека. Ясно, что для этих целей веник может использоваться даже сухим, а также может быть заменён любым иным движителем воздуха (вентилятором, феном, полотенцем, простынёй, опахалом и т. п.), в том числе циркуляционным конвективным потоком, создаваемым в бане за счёт горячих стенок печи.
