Теория бань

Зависимость ощущений от метеоусловий

Любители бань привыкли оценивать жару в бане по времени переносимости. Если время переносимости большое, то говорят «тепло», если время переносимости маленькое — говорят «жара». Например говорят: «Такая жара в бане, что и минуты не выдержать». Зная зависимость тепловых нагрузок от метеоусловий (см., например, рис. 45 и 46) и зависимости переносимости тепловых нагрузок (рис. 49 и 50) можно оценить переносимость конкретных метеоусловий, а затем предсказать и возможные ощущения человека. Низкие тепловые нагрузки (менее 0,2 кВт/м²), отвечающие режимам привыкания и временам переносимости более 1 часа, воспринимаются человеком просто как обычное тепло, например, от одеяла или одежды. Нагрев кожи (и тела) при этом не ощущается поскольку при столь низких тепловых потоках температура кожи не может «оторваться» от температуры тела. Человеку рано или поздно в этих условиях может стать даже жарко (в том числе и в инфракрасных «саунах», имеющих как раз такие тепловые потоки), но ощущения тепла весьма неустойчивы: даже слабое дуновение ветерка или смачивание водой способно полностью изменить всю картину ощущений до тех пор, пока тело человека и его кожа не нагреются до температуры выделения пота.

Чёрные бани

Облик чёрных бань может быть самым разным. Это и пещеры, и норы, и землянки, и шалаши, и плетёные хижины, обмазанные глиной, и юрты, и чумы, и постройки из валунов и глины, и избы, и залы из мрамора (лаконики). И хотя общей характерной особенностью всех этих бань непременно является открытый или закрытый огонь с выпуском дыма в помещение, но и дым выпускался самым разнообразным способом из очагов тоже самых разнообразных конструкций: от простейших грунтовых площадок и ям до весьма сложных кирпичных и глинобитных печей без труб. Численно проанализировать каждое из этих решений просто невозможно. Поэтому обсудим лишь два предельных случая: когда имеется лишь лучистое тепло от очага и когда имеются лишь нагретый воздух и нагретые окружающие конструкции.

Мытьё у костра

Древний человек, конечно же, не понимал сути явления инфракрасного нагрева, но издавна чётко отличал «тепло» от горячего воздуха, равномерно исходящее на тело отовсюду со всех направлений, и «жар», исходящий с одного направления. Тёплая погода становилась жаркой, когда из-за туч выходило солнце. И всегда вдруг ощущался жар, когда человек повёртывался лицом к костру с раскалёнными углями или пламенем. Кроме того, различали жар от углей (от камней очага), называемый «сухим жаром», и жар от пламени, называемый «пылом» (пылким жаром), и жар от свода печи (после её протопки), называемый «вольным жаром».

Бани в пещерах и шалашах

Чтобы защитить огонь от дождя и ветра, древний человек стал разводить костры в укрытиях, которые служили первыми жилищами, и не только для людей. Так, даже в междуречье Оки и Волги (Московский регион) найдены останки поселений древних людей (стоянок каменного века), датируемые 20 тысячелетием до н. э., с очагами-ямами и кострищами, с остатками жердевых настилов, с многочисленными фрагментами обожжённой лепной керамики с ямочным орнаментом. На основе опыта такого курного «жилищного» строительства начали создаваться и курные бани, существующие и поныне. Если в жилом помещении был вполне обычен в быту постоянно поддерживаемый огонь (с постоянным выходом дыма, например, через вход или через верхнее вентиляционное отверстие в чуме или юрте), то в мытном помещении (если оно было специальным) огонь должен был разжигаться лишь периодически, от раза к разу, вследствие чего стены не успевали прогреваться и оставались холодными. Костёр в таком помещении с температурой стен 0°С по тепловому эффекту эквивалентен вышерассмотренному костру на открытом воздухе при отсутствии ветра с температурой окружения (воздуха, облаков, поверхности земли, деревьев), тоже равной 0°С.

Мытные землянки и избы

Первые типы оседлых рукотворных жилищ (вместо нор и пещер) создавались в Северной Европе на базе концепции землянок. Перекрытия землянок выполнялись из древесных материалов. Поэтому потолки в курных землянках, омываемые дымовыми газами, были при протопке горячими. Во времена Западной Римской империи (I век до н. э. - V век н. э.) граница цивилизации шла по рекам Рейн и Дунай, а севернее в дремучих лесах жили полудикие германцы, славяне, балты и финно-угорские племена. Германские завоеватели очень много переняли у побеждённых в V веке н. э. римлян, в частности, приняли латинское название купания (Bad). До сих пор в современном немецком языке поясняется, что если ванна как сосуд (wanne слово чисто германского происхождения) предназначена для купания (мытья), то её следует называть «Badenwanne». Во времена Карла Великого в VIII веке германские паровые бани в курных землянках назывались «badestube» (stube — комната, изба, помещение), «badestove» (древнеголланд.), «badstuga» (древнешвед.), «badstue» (древненорв.), «badestue» (древнедатский). В протестантской Скандинавии до сих пор сохранилось сокращённое простонародное название курной бани «bastu» (в том числе и паровой на камнях). В католической Германии мытные паровые бани (badestube) были запрещены церковью из-за упадка нравов при неизбежном совместном купании (мужчин и женщин), мытьё ушло в домашние купели, и паровая баня забылась.

Белые паровые бани

Паровые бани — это, пожалуй, наиболее сложные для технического анализа объекты банного строительства. Мы рассмотрим их особенности на примере белой бани, исторически возникшей для элитного мытья, но превратившейся потом в наиболее распространённый способ парения. Обычно в популярной литературе заявляют, что белая баня (бездымная сауна), мол, отличается тем, что занимает промежуточное положение между хаммамами и сухими саунами. Так, утверждают, что если в хаммамах температура воздуха составляет 40-50°С при относительной влажности 90-100%, то в паровых банях температура должна достигать 50-70°С при относительной влажности 30-70%, а в сухих саунах 70-100°С при относительной влажности ниже 20%. Причём эти цифры являются не просто ориентировочными (то есть разными у разных авторов), но и весьма условными, поскольку относятся обычно к уровню груди (или зоне дыхания), а во всём объёме бани могут изменяться очень сильно. Так, в сухих саунах температура от пола до потолка может изменяться от 0°С до 200°С.

Особенности конструкций паровых бань

Белые бани зародились в городских зажиточных усадьбах (дворцах), видимо, в виде каменных мытных помещений с русскими печами. В рукописных источниках отмечалось существование бань с отводом дыма в 1634 году, но, видимо, они появились во времена Ивана Грозного в конце XVI века. Для численных оценок и для сопоставления белых и чёрных бань рассмотрим типичную для XX века деревянную конструкцию белой мытной избы (паровой белой бани) русско-финского типа, представлявшую со бой бревенчатое строение с кирпичной печью, имеющей закрытую каменку (засыпку внавал камней в дымовыводящих коммуникациях печи). Первое упоминание о таких печах-каменках «голландского» типа (рис. 11) встречается в 1802 году в описании жизненного уклада зажиточных крестьян подмосковных деревень. В отличие от чёрных (курных) бань (дымных саун), где огонь горел в открытом каменном ограждении (очаге, печи) прямо в помещении и нагревал потолок непосредственно лучистым теплом от углей и камней очага, а также конвективным потоком дымовых газов, в белых банях огонь горел в закрытом каменном (кирпичном) топливнике, а дым выпускался в дымовую трубу наружу, минуя помещение.

Парение веником как опахалом

Ясно, что баня с температурой пола 20°С и температурой полки 40°С не может быть жаркой. Поэтому в народе с незапамятных времён широко используется приём повышения тепловых нагрузок на тело — так называемое «парение веником». Суть его заключается в том, что мощными поддачами сильно разогревают и увлажняют потолок и создают около него горячую «паровую зону», состоящую из горячего влажного воздуха. Веник как опахало «зачерпывает» этот горячий воздух, располагаемый у самого потолка, и экономно направляет его именно туда, куда нужно, например, на спину человека. Иными словами, человек, не имея возможности расположиться в самом тёплом месте бани (у потолка), перемещает веником (ветром) близпотолочные тёплые метеоусловия к себе точно так же, как палкой подталкивал бы к себе труднодоступные удалённые предметы. Прогревшись «веником», человек уже может мыться с комфортом даже в прохладном месте (на нижней полке) и прохладной водой, то есть используя необходимый и неизбежный этап охлаждения разгорячённого тела после прогрева с пользой (для мытья, в том числе и ледяной водой из проруби).

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°С. 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.

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. Имеются приёмы парения, для которых необходим именно мокрый (лучше распаренный) веник, а также необходимы касания тела веником. Суть приёмов заключается в том, что веник поднимают к горячему потолку, где он прогревается. Затем горячий веник прижимают к тому или иному участку тела человека, используя веник в качестве «утюга». Обычно веник настолько горячий, что долго вынести его прикосновение невозможно: чувствуются те же пощипывания и покалывания, что и при контакте кожи с горячей водой, только теперь тепловая нагрузка исходит от горячей воды, располагаемой на венике. Не в силах вынести длительное воздействие горячего веника, любитель бани поднимает его или перемещает на другой участок тела, испытывая удовольствие от прикосновения горячего веника и от его отведения. В результате получаются шлепки и касания, не только прогревающие кожу, но и расчёсывающие, «отдирающие» загрязнения с кожи. Шлепок чересчур горячего веника может привести к ошпариванию (ожогу).

Увлажнение воздуха паром

Вышеописанные способы парения веником, конечно же, являются устаревшими процедурами, представляющие сегодня интерес лишь для любительских бань. Вряд ли они когда-нибудь возродятся в массовом порядке в городах в мытных (гигиенических) и физиотерапевтических (лечебных) целях. Устарела конструктивно и сама русская парная белая баня. Тем не менее, анализ русских способов парения может быть положен в основу разработки современных аппаратов — кондиционеров, вырабатывающих потоки воздуха заданной температуры и влажности, в частности, для парения в банных аттракционах аквапарков. С другой стороны, в любительских банях (как в русских, так и в финских) с вениками связывается порой вся красивая народная мудрость и глубинная суть паровой процедуры. Причём, если декоративная сторона вопроса (в части «правил» манипуляций с веником) вполне ясна (хотя условна и спорна), то более сложные технические аспекты объяснить порой не могут даже самые уважаемые знатоки бань. В первую очередь это касается способов увлажнения воздуха в бане, поскольку без «пара» (так называется в бане горячий влажный воздух) парение (в том числе и веником) невозможно.

Понятие сырого воздуха

Под сыростью в быту обычно понимают наличие компактной (жидкой) воды на поверхности предмета, в том числе в виде «мокроты» — воды, привнесённой извне. Например, свежесрубленная древесина «сырая» потому, что из неё сочится влага, вполне видимая глазом и осязаемая на ощупь как компактная вода. Если оштукатуренную стену (или потолок) до предела намочить водой так, чтобы вода больше не впитывалась, то такая стена будет считаться сырой. Если при отжатии из ткани течёт вода, то ткань сырая. В быту сыростью называют сырые стены помещения, на которых видны капли росы, подтёки конденсата или мокрота от протекающих водопроводных труб.

Понятие «лёгкого пара»

Человек, выдыхая воздух их лёгких, оставляет в носоглотке и трахеях некоторое остаточное количество сырого воздуха, полностью насыщенного паром при температуре 36°С. Рассмотрим, что произойдёт, если человек вдохнёт сырой воздух, но с иной температурой, например, 90°С, и перемешает его со «своим сырым воздухом» в носоглотке с температурой 36°С. 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.

Потолок как парогенератор (кондиционер)

Пар из каменки, поднимаясь вверх, увлажняет преимущественно горячие припотолочные зоны воздуха. При температуре потолка 60°С максимально возможная абсолютная влажность воздуха составит 0,13 кг/м³, при превышении которой начинается конденсация водяных паров либо в виде тумана или, что более вероятно, в виде росы на потолок. Всем любителям бань известно неприятное явление капания горячих капель воды (конденсата) с потолка на тело при сильных поддачах. Это явление наблюдается на зонах потолка, обшитых железом, на каменных (кирпичных, бетонных) оголовках (распушках, разделках) печи, на крашеных досках потолка и даже на головках гвоздей, то есть на всех непористых элементах потолка. Если же потолок бревенчатый (дощатый) или оштукатуренный, то конденсирующаяся влага тотчас впитывается в пористый материал, и капания конденсата с потолка не наблюдается.

Парогенерация и парение

Оценим, на какое время и на сколько взмахов веника хватит пара в бане при парении. Это время определяется, с одной стороны, влагоёмкостью и теплоёмкостью системы воздух-потолок (в том числе и скоростью генерации пара), а с другой стороны — скоростью потребления пара при конкретном виде парения. Наиболее экономным является парение методом поддач при неподвижном положении тела. При мощности теплоотдачи печи 2 кВт характерное время парения в нашем случае составит около 5 минут, но может быть много большим при полной неподвижности воздуха и много меньшим при использовании веника. Достаточно экономным может быть метод парения мокрым веником, поскольку нагрев его у потолка может вестись без существенных перемещений воздуха. При хлестаниях же, а также при парении веником как опахалом потери пара могут оказаться очень большими, так как громадные массы горячего влажного воздуха проходят мимо тела человека на холодный пол и именно там выделяют скрытую теплоту конденсации водяных паров, а не на теле человека.

Страницы