Принципы конструирования бань

Трубчатые электронагреватели для обогрева бань

Наибольшие неудобства электрических спиралей проявлялись при нагреве воды. Решение было найдено с помощью трубчатых электронагревателей (ТЭНов), изготовляемых в виде стальных или алюминиевых трубок, внутрь которых вдевались спирали с керамическими бусами (рис. 172,а), или со слюдой, асбестом и т. д. Такие ТЭНы ещё и сейчас можно встретить в эксплуатации и даже в продаже. Несмотря на сложность сборки (особенно при сложных формах трубки, сгибавшейся в основном до закладки в неё спирали с бусами), такие ТЭНы в ряде случаев были очень удобны из-за того, что допускали разборку, сборку и ремонт на месте. В последние десятилетия разборные ТЭНы были вытеснены неразборными конструкциями (рис. 172,б), которые стали основной покупной элементной базой вместо спиралей. Суть технического решения состоит в следующем. В вертикально удерживаемую металлическую трубку вдевают и точно центрируют по оси (в том числе дополнительной вспомогательной трубкой, временно вставляемой в трубку) металлическую проволоку или спираль так, чтобы проволока или спираль не касались трубки. Затем трубку с виброутряской засыпают некомкующимся, хорошо сыпучим (лучше сфероидизированным и суспендированным в воде) диэлектрическим тугоплавким порошком.

Токопроводящая керамика для обогрева бань

Очень перспективными инфракрасными источниками являются керамические токопроводящие элементы (в том числе стержневые штифты), имеющие чрезвычайно большой ресурс работы при большой светоотдаче. Эти достоинства обуславливаются тем, что керамика состоит из частиц окислов или из частиц, покрытых окисью, обладающих высокой термостойкостью из-за невозможности окисления кислородом воздуха. Технология производства керамических изделий включает стадию изготовления искусственных или добычи натуральных (природных) исходных порошков, их размола и рассева, стадию формирования изделия (мокрым способом замачивания и лепки, влажным способом с трамбовкой — «битьём», сухим способом с уплотнением под прессом) и стадию обжига-спекания. В основе технологии лежит свойство мелких порошков спекаться (сцепливаться) при температурах ниже температуры плавления за счёт «диффузионной сварки».

Электронагревательные кабели для обогрева бань

ТЭНы могут мыслиться и с пластмассовой электроизоляцией. Такие ТЭНы называются нагревательными (греющими резистивными) кабелями и работают при температурах 65-130°С в обычных исполнениях и до 350°С в особых термостойких моделях в зависимости от свойств применяемой полимерной изоляции (рис. 178). Простейший нагревательный кабель (рис. 178,а) состоит из центральной нагревательной жилы 4 из нихрома (или из особо тонкой стали или меди), выполненной в виде проволоки или ленты (полосы), из электроизоляционного слоя 3 из пластмассы (полиэтилена, полипропилена, фторполимера, силикона и т. п.), из оплётки из медной проволоки (но иногда её нет) для механической (обрыв) и электрической (заземляющей, экранирующей) защиты 2 и из наружной оболочки из ПВХ-пластиката, полиэтилена, каучука, силикона, фторполимера. Кабели обычно выпускаются кусками мерной длины под заданную мощность, причём концы нагревательной жилы монолитно соединены с помощью встроенной соединительной муфты с «холодными концами» из медного экранированного провода для подключения к электросети здания.

Тонкоплёночные и ленточные электронагреватели для обогрева бань

Мощность, выделяющаяся в тепловыделяющем проводнике при протекании по нему тока, равна u²/R (где R — сопротивление проводника), а мощность отвода тепла пропорциональна площади поверхности проводника. Поэтому круглые проводники (проволока) являются самыми неудачными видами тепловыделяющих элементов. Наибольшую эффективность имеют тонкие плёнки и ленты (полосы), сочетающие малое поперечное сечение проводника и большую поверхность теплоотдачи. Тонкие токопроводящие плёнки наносятся на диэлектрические подложки (стеклянные, керамические, пластмассовые) методами металлизации благородными металлами (золото, серебро, платина), тугоплавкими (вольфрам, молибден, тантал, хром), сплавами на основе железа. Толщина металлических плёнок изменяется от долей микрона до сотен микрон. Применяются и керамические токопроводные покрытия, лакокрасочные, металлополимерные и др.

Низкотемпературные нагреватели для обогрева бань

В последние годы резко повысился интерес к низкотемпературным электронагревателям, в частности, из-за того, что нагретые до температур не более 200-300°С элементы пожаробезопасны и «не выжигают кислород». Последний профессионально-бытовой термин неточен: кислород «выжигаться» не может никогда, это в кислороде могут «выжигаться» органические и неорганические вещества. Под «выжиганием кислорода» понимается то, что при высоких температурах пыль (взвешенная в воздухе и осевшая на нагреваемой поверхности) окисляется (сгорает, выжигается) в кислороде воздуха с возможным образованием токсичных и пахучих продуктов сгорания. Всем известны характерные «запахи утюга», «запахи духовки», «запахи раскалённого металла и т. п. Эти запахи возникают уже при температурах 150°С, а при температурах утюга 180-220°С проявляются очень отчётливо. Так что для предотвращения «выжигания кислорода» температуры должны быть не выше 100-150°С. Наиболее сложно обеспечить это требование в электронагревательных воздуходувках (фенах) типа известного советского «Ветерка».

Водяное отопление бань

Водяное отопление с котлами на твёрдом топливе, газе или электричестве, крайне малодоступное рядовым садоводам, является сейчас основным видом отопления жилых домов в сельской местности и крупных дач в пригородах. Тем не менее, и в сельских банях водяное отопление практически не используется. Это обусловлено тем, что удельная мощность тепловыделения от тепловых приборов с температурой поверхности 50-90°С весьма мала. Типичная номинальная мощность теплоотдачи стандартной чугунной семисекционной «батареи» типа М-140 составляет порядка 1 кВт. По данным НИИ санитарной техники реальная теплоотдача ещё меньше: для радиаторов чугунных секционных МС-90 — 790 Вт/м², для радиаторов стальных панельных — 730 Вт/м², для радиаторов чугунных секционных М-140 — 595 Вт/м², для конвекторов с кожухом — 357 Вт/м², для ребристой чугунной трубы — 388 Вт/м² при температурах входящей воды 105°С, выходящей 70°С, воздуха в помещении 18°С. Поэтому для прогрева холодной бани с мощностью 10-20 кВт придётся поставить 20-40 батарей-радиаторов. Кроме того, горячая вода с температурой 50-90°С никак не сможет нагреть каменку с камнями даже до 100°С, не говоря о требуемых температурах 300-700°С.

Проблемы выбора банного элекроотопительного оборудования

Осмысленный подбор банного элекроотопительного оборудования обычно бывает намного сложней, чем выбор банных печей на твёрдом топливе. Это обусловлено, прежде всего тем, что электрическое оборудование для бань воспринимается в народе порой чересчур прогрессивным индустриальным решением, убивающим исконную прелесть традиций.  Действительно, любительские или представительские русские бани «без живого огня и запаха дыма» немыслимы точно также, как немыслимо скрыть сущностную скудость идеи сухой потельной электросауны переводом её на дровяное отопление. Во всяком случае, русский мужик никогда не отождествлял баню с просто потением голым у огня. Тем не менее, до сих пор ни в одной из стран не выпускаются электропечи, полностью имитирующие банные печи на дровах в части одновременного нагрева и воздуха, и воды, и камней. Чтобы собрать некое подобие русской белой бани придётся приобрести целый комплект отдельных узлов, включая теплоаккумулирующую электропечь-каменку (типа термоса), воздухонагреватель и проточно-накопительный водонагреватель, а это уже весьма сложно для рядового дачника.

Баланс влаги в воздухе бани

Температура воздуха в бане формируется процессами подвода и отвода тепла. Точно так же абсолютная влажность воздуха в бане формируется процессами подвода и отвода влаги из воздуха бани. При этом под влагой будем понимать водяной пар в виде газа (отдельных молекул воды), который присутствует в воздухе в виде примеси, формируя влажный воздух. Водяной пар образуется и поступает в воздух бани многими путями. Во-первых, это пар из каменки, вырывающийся горячей турбулентной струёй подчас в больших количествах и с огромным расходом. Во-вторых, это пар из кипятильников, например, из бачков (кастрюль, баков) с подогреваемой (кипящей) водой. В-третьих, это пар с горячих увлажнённых поверхностей потолков, стен, полов, полок, с кожи и лёгких человека. В-четвёртых, это пар, образующийся при испарении аэрозолей воды (брызг, водной пыли, тумана), попавших в горячий воздух бани.

Каменки в паровых банях

И каменки, и паровые котлы вырабатывают именно чистый водяной пар — газ, состоящий целиком из молекул воды. Такой пар в бане вообще не нужен. Нужен горячий воздух, увлажнённый парами воды, то есть газ, состоящий из молекул воздуха и молекул воды в заданном соотношении. Именно такой горячий влажный воздух в народе называют «банным паром», в отличие от пара из каменки или «клубов пара» (а фактически тумана) из чайника. Так что каменка по существу является лишь частью некого генератора «банного пара», включающего и устройство смешения, роль которого играет само помещение парилки. Пар, поступающий в помещение бани, тотчас «забывает» о каменке и начинает «подстраиваться» к новым условиям. Во-первых, он имеет повышенную температуру и способен нагреть воздух и саму баню. Так, например, полкилограмма пара с температурой 200°С, перемешавшись с помощью веника с 10 кг воздуха с температурой 40°С, поднимает температуру воздуха до 47,6°С. Но этот резкий скачок температуры (в общем-то не очень значительный при быстром перемешивании - «разгоне пара по сторонам») тут же исчезает, поскольку тепло тотчас идёт на нагрев стен, масса которых велика.

Горячие полы и потолки в банях

Если на горячей поверхности располагается вода, то над поверхностью образуется воздушная среда, полностью насыщенная парами воды. Такой воздух является сырым и неблагоприятным для человека. В хаммамах с мокрыми каменными полами сырой воздух (как более лёгкий) всплывает вверх (см. рис. 187), разбавляется более сухим воздухом и как следствие может «осушиться» в том смысле, что может снижать свою относительную влажность. При этом необходимо, чтобы более высокорасположенные слои воздуха были достаточно прогреты, но такое в хаммамах обеспечивается далеко не всегда (ввиду отсутствия иных подогревателей, кроме полов), вследствие чего для хаммамов характерны туманы («тяжёлый пар»). Для устранения туманов и получения «лёгкого пара» практикуется способ подвода тёплого сухого воздуха через пол или в область над полом, чаще всего подогретого вентиляционного (приточного) воздуха (ирландские бани).

Парогенераторы-бойлеры

Чаще всего под банным парогенератором понимают каменку, но это не единственный способ увлажнения воздуха. В промышленности водяной пар производится в паровых котлах — в закрытых (герметичных) металлических сосудах (автоклавах), в которых вода перегревается выше 100°С под избыточным давлением. Нагрев котла может осуществляться любым источником тепла — дровами, углём, жидким или газообразным органическим топливом, электричеством, солнечной энергией, атомной энергией и т. п. При открывании котла пар над жидкостью (например, с температурой 150°С при давлении 5 атм) вырывается наружу, давление пара в котле снижается, вода вскипает, выделяя пар, который стремится восстановить равновесное давление пара над жидкостью. В предельном частном случае постоянно открытого на атмосферу котла имеем обычный кипятильник, бойлер (от английского слова «boil» — кипение), «титан» (по названию первой фирмы-производителя), чайник, кастрюлю, в которых возникающий при кипении пар тотчас удаляется в атмосферу и в которых количество пара строго соответствует количеству подведённого тепла. Для получения пара в кастрюле абсолютно безразлично, сколько воды в кастрюле, лишь бы вода закрывала дно кастрюли. Так что генератором пара может быть любая мокрая поверхность, причём не только при температуре кипения воды.

Водотранспортирующие системы

Когда-то человек совсем не умел транспортировать воду кроме как на своём теле (волосяном покрове). Поэтому в период появления первых примитивных бань (как жарко натопленных жилищ) человек мылся (обтирался) своим потом или намоченными пучками травы, комками мха, вениками, шкурками. Затем распространился паровой принцип нагрева мытья, когда испарённая на раскалённых камнях вода осаждалась в виде конденсата (горячей росы) на теле человека, нагревая и увлажняя кожу. Воду на камни отжимали из пучков травы или брызгали с веников (пучков ветвей), увлажнённых дождём или в водоёмах.

Водопроводное оборудование

Общегородские (районные) схемы предусматривают предварительную закачку воды в накопительные резервуары, расположенные на возвышенностях или специальных водонапорных башнях. Затем вода самотёком по герметичным стальным, чугунным или асбоцементным трубам поступает в низкие строения. Однако имеются и высокие (высотные) дома, на все этажи которых вода поступать не может. В этом случае на чердаках высотных зданий располагают напорно-накопительные ёмкости, в которые закачивается вода насосами. Для получения горячей воды, холодную воду пропускают через теплообменник 6, обогреваемый горячей водой (или паром) от городской (районной) теплоцентрали. Горячая вода в зданиях постоянно (непрерывно) циркулирует по всему контуру труб горячего водоснабжения с помощью циркуляционного насоса так, чтобы горячая вода тотчас бы поступала потребителю при открытии соответствующего вентиля.

Источники водоснабжения

Дачники потребляют воду либо из колодцев (родников, скважин), либо из рек (озёр, прудов, водохранилищ). Вода из колодцев, как правило, содержит мало взвешенных частиц (мути, грязи), но часто сильно минерализована, то есть содержит много солей, в том числе солей жёсткости (гидрокарбонатов щелочноземельных металлов). Поэтому колодезная вода часто бывает вкусной и предпочтительна для приготовления пищи. Иногда колодезная вода (и особенно из глубоких скважин) бывает чересчур минерализована (содержит солей более 0,5 г/литр). Глубинные воды часто содержат соединения двухвалентного железа (обычно бесцветные и хорошо растворимые типа Fe(OH)2), быстро окисляющиеся в ведре (открытом баке) до труднорастворимых соединений типа Fe(OH)3, выпадающих в бурый осадок (ржавчину). Поэтому глубинную воду обычно очищают от солей (деминерализуют).

Очистка воды

Напомним основные способы очистки добываемой воды. Во-первых, это возможные отстойники, где твёрдые частицы оседают на дно под действием силы тяжести. На очистных станциях применяют коагуляционные методы, основанные на эффектах объединения (слипания) частиц в крупные агрегаты, которые оседают значительно быстрее. В большинстве случаев в мутную воду добавляют сернокислый алюминий и небольшое количество гашёной извести. В результате реакции Al₂(SO₄)₃+3Ca(OH)₂ → 2Al(OH)₃+3CaSO₄ в отстойнике образуется коллоидный раствор Аl(ОН)₃, который коагулирует (укрупняется) с образованием геля (студня), захватывающего взвешенные в воде частицы (и даже бактерии) и увлекающего их затем на дно отстойника. Для лучшего отделения осадка можно использовать песчаный фильтр. Кстати такие песчаные фильтры малого размера (10-100 литров) сейчас широко используются в плавательных и бытовых бассейнах (в том числе банных) для очистки циркулирующей воды.

Страницы