Юрий Хошев - Теория бань
Сырой воздух — это не просто максимально влажный воздух, полностью насыщенный водяными парами при какой-то конкретной температуре. Сырой воздух — это обобщенное бытовое понятие воздуха в помещении, остающегося всегда со 100 %-ной относительной влажностью, вне зависимости от характера изменений температуры воздуха (стен). Только владея фундаментальным физическим (а не бытовым) понятием насыщенного пара, можно проанализировать многочисленные бытовые ситуации, связанные с сыростью, поскольку чисто умозрительными житейскими соображениями осознать явление сырости во всём его многобразии в быту зачастую бывает сложно. Сырой воздух и сырые помещения бывают и холодными (промозглыми), и тёплыми (душными), и жаркими (паровыми). Классическим примером тёплого сырого воздуха является воздух в лёгких. И только в лёгких он является сырым по отношению к лёгким с температурой 36 °C (или по отношению к другим помещениям с температурой 36 °C). Если выдох производится в сырое помещение с более низкой температурой (стен), то неизбежно образуется туман («пар изо рта при дыхании») или роса на стенах, поскольку воздух в сыром помещении до предела насыщен водяными парами и больше влаги в виде пара удерживать при этой температуре не может.
Сырой воздух может поддерживаться не только в сыром помещении, но и в тумане. Само существование тумана в воздухе (как и росы на стенах помещения) свидетельствует о том, что воздух некогда прежде остывал, и относительная влажность росла до 100 %, после чего и стал выделяться туман, сохраняющий 100 %-ную относительную влажность воздуха. Но наличие тумана свидетельствует также и о том, что относительная влажность воздуха может остаться на уровне 100 % при повышении температуры за счёт испарения тумана. Иными словами, и роса, и туман обеспечивают постоянный контакт воздуха с компактной водой той же температуры, и вследствие этого обеспечивается предельно высокая относительная влажность воздуха вне зависимости от температуры. При этом отличие росы от тумана для банщиков заключается в том, что роса сохраняется при залповом проветривании помещения, а туман полностью удаляется. Однако при отсутствии вентиляции туман более «оперативно» увеличивает абсолютную влажность воздуха при его нагреве для сохранения 100 %-ной относительной влажности (из-за высокой скорости испарения при большой площади контакта воздуха с водяной поверхностью).
Учёт явления сырости очень важен при анализе белых паровых бань, основанных на увлажнениях и сопровождающихся выделением росы и тумана. Сырые помещения в быту обычно являются холодными, промозглыми. А вот сырые бани с мокрыми потолками и стенами после поддач, как правило становятся, наоборот, очень жаркими. Как будет показано ниже, это объясняется тем, что сырые стены и потолки не могут сорбировать влагу из воздуха гигроскопически, вследствие чего при заданной температуре сырые бани самые влажные, а потому и самые горячие, отвечающие экстремальным режимам (кривым 4 на рис. 32 и рис. 33). В этом легко убедиться, открыв кастрюлю с горячей водой: моментально образующийся в кастрюле туман вовсе не «промозглый», а обжигающий. Ясно при этом, что температура воздуха в кастрюле равна температуре воды, поскольку единственным источником нагрева воздуха является вода. Точно также и в белой бане с кирпичной печью нет мощных источников тепла (кроме пара) и температура воздуха неизбежно стремится после поддач к температуре стен бани. Если бы в бане была металлическая печь, то воздух мог бы быть горячей стен, и понятие сырости воздуха не существовало бы.
7.7. Понятие «лёгкого пара»
Человек, выдыхая воздух их лёгких, оставляет в носоглотке и трахеях некоторое остаточное количество сырого воздуха, полностью насыщенного паром при температуре 36 °C. Рассмотрим, что произойдёт, если человек вдохнёт сырой воздух, но с иной температурой, например, 90 °C, и перемешает его со «своим сырым воздухом» в носоглотке с температурой 36 °C. Для анализа воспользуемся графиком на рисунке 54, ранее оказавшимся полезным для изучения смешивания пара с сухим воздухом, и перестроим его применительно к смешению двух газов с разными абсолютными влажностями (рис. 56).
Сырой воздух — это воздух, до предела насыщенный водяными парами, отвечающий кривой 4 на рис. 33, кривой 1 на рис. 54 и повторенной в виде кривой 1 на рис. 56. На кривой 1 отложим метеоточку 3, отвечающую воздуху в носоглотке, полностью насыщенному водяными парами при температуре носоглотки 40 °C (точнее 36 °C, но как и прежде температуру тела условно примем равной 40 °C без ущерба для качественных выводов). Через метеоточку 3 проходит горизонтальная хомотермальная прямая 2, отвечающая абсолютной влажности воздуха 0,05 кг/м3, в виде кривой на рисунке 56. Через метеоточку 3 проходит горизонтальная хомотермальная прямая 2, отвечающая абсолютной влажности воздуха 0,05 кг/м3, в виде кривой на рисунке 56. На кривой 1 отложим также метеоточку 4, отвечающую сырому вдыхаемому воздуху. Например, с чисто условной экстремально высокой температурой 90 °C (но можно расположить точку 4 при любой иной температуре без малейшего ущерба для качественного результата анализа).
Рис. 56. График для определения возможности выпадения тумана при смешении сырого воздуха с температурой 40 °C и влажного воздуха с иной температурой. 1 — то же, что и кривая 1 на рисунке 54, 2 — хомотермальная прямая, соответствующая постоянной абсолютной влажности воздуха 0,05 кг/м3, 3 — метеоточка, отвечающая сырому воздуху в носоглотке, 4 — метеоточка, отвечающая сырому воздуху при температуре 90 °C, 5 — модельная метеоточка, отвечающая воздуху с относительной влажностью 40 % при температуре 90 °C, 6 и 7 — температуры и влажности смесей газов с разными исходными метеоточками при разных массовых соотношениях газов в смеси, 8 — стрелка, указывающая порядок изменения состава и температуры паровоздушной смеси в носоглотке при всё более глубоком вдохе, 9 — метеоточка, отвечающая одному из типичных режимов сухих саун.
Человек, начиная вдох, подмешивает к воздуху в носоглотке с метеопараметрами 3 воздух с метеопараметрами 4. При этом в носоглотке образуется смесь двух «воздухов» разной влажности и температуры. Метеопараметры смесей располагаются на прямой 6, причём, чем глубже вдох, тем больше внешнего сырого воздуха поступает в носоглотку и тем дальше по стрелке 8 располагается метеоточка смеси. Впрочем количество вдыхаемого воздуха не играет роли, поскольку вся прямая 6 располагается выше кривой 1, а значит малейший вдох приведёт к образованию тумана в носоглотке. Это частный случай самого общего заключения: сырой воздух всегда смешивается с другим сырым воздухом с образованием тумана. В нашем случае это означает, что и при выдохе в сырой воздух бани также образуется туман.
Все знают, что в туманную погоду не очень хорошо дышится. Считается, что капельки тумана каким-то образом раздражают слизистые оболочки носоглотки, трахей, бронхов. Особую роль играет мерцательный эпителий (особые клетки с ресничками), выстилающий слизистую оболочку носовой полости и трахеи. При раздражении эпителия носа возникает чихание, при раздражении эпителия трахеи — кашель. Гортань и глотка эпителия не имеют, а потому и малочувствительны к туману. Этот факт используется в физиотерапии при ингаляционных способах медикаментозного лечения именно через рот.
Водный туман не считается вредным веществом, и ни одна страна не ввела предельно-допустимых концентраций для аэрозолей воды. Более того, растворы на основе воды используются для лечебных ингаляций. В то же время ясно, что для многих людей туман (даже тёплый) оказывает угнетающее действие, а при астме — удушающее. Отметим, что в промсанитарии для самых безвредных веществ типа дорожной пыли установлена предельно-допустимая концентрация (ПДК) аэрозолей на уровне 10 мг/м3 (то есть при такой концентрации человек может работать без респиратора всю жизнь по 8 часов в день без вреда для здоровья). Для гидроаэрозолей оборотной воды на основе очищенных сточных вод ПДК предварительно установлен на уровне 20 мг/м3, для сажи (дыма) 0,15 мг/м3. Примерно такие же уровни концентрации аэрозолей используются в физиотерапии при ингаляциях, а также достигаются в атмосфере: (0,1-10) мг/м3 в туманах-дымках и до 10000 мг/м3 в тучах. Аэрозоли 10 мг/м3 не видны глазом в объёме бани (из-за малости пути рассеивания), а вот порядка 1000 мг/м3 уже заметны, а 10000 мг/м3 явно видны в виде «клубов пара». Для ориентировки напомним, что обычный медицинский аэробаллончик для купирования приступов астмы выдаёт разовую порцию аэрозоля 50 мг в объём порядка 1 литра, что обеспечивает концентрацию до 50000 мг/м3. Такая концентрация аэрозоля вызывает моментальную судорожную приостановку вдоха, но больной астмой, как ни странно, привыкает к процедуре и пользуется ею годами.
