Теория бань

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.

Не обсуждая медицинскую полезность или вредность ингаляций аэрозолей воды, можно предположить, что аэрозоли воды, раздражая дыхательные пути, подавляют желание делать глубокие вдохи, а это как раз бывает и в запылённых помещениях даже при отсутствии явных желаний чихнуть или покашлять. В народе говорят, что туманный воздух «тяжёлый». Очень многие слабые раздражения при длительном воздействии создают ощущения дискомфорта и даже непереносимости. Не являются исключением и слабые раздражения трахеи туманом.

Ну а какой же воздух может быть «лёгким» в том смысле, что его приятно вдыхать, причём вдыхать глубоко, «ненасытно»? Согласно рассмотренной выше модели это воздух, отвечающий метеоточкам 5 (рис. 56), которые будучи соединёнными прямыми 7 с точкой 3, дадут такую прямую 7, которая не пересекает кривую 1, а касается. Область ниже прямой 7 представляет собой воздух, недонасыщенный водяными парами (осушённый). Такой воздух будем называть «лёгким».

Таким образом, воздух с температурой, например, 90 °C при низких абсолютных влажностях менее 0,05 кг/м³ ощущается как свежий («лёгкий дух»), поскольку носоглотка при вдохе охлаждается. При абсолютной влажности порядка 0,05 кг/м³ воздух при вдохе ощущается как «влажный» (ни охлаждающий и не нагревающий заметно носоглотку). Этот «влажный» воздух является «лёгким» в том смысле, что не раздражает трахеи, но поскольку постепенно нагревает лёгкие, то при длительном воздействии ощущается как душный. Духота — это недомогание от недостатка кислорода в крови, в том числе и из-за перегрева лёгких. При абсолютных влажностях (0,05-0,17) кг/м³ воздух при вдохе ощущается как сухой «лёгкий пар», мягко и глубоко прогревающий носоглотку и трахеи. При абсолютных влажностях более 0,17 кг/м³ (и относительных влажностях выше 40 %) воздух начинает раздражать трахеи и сильно обжигать носоглотку, ощущается как сырой обжигающий «тяжёлый» пар. Само собой разумеется, все эти соображения о тумане никак не отменяют обычную конденсацию водяных паров на стенках в дыхательных путях, поэтому-то мы и называем горячий воздух влажностью выше 0,05 кг/м³ «паром». Долгие воздействия «пара» также приводят к перегреву лёгких, и в конце концов «лёгкий пар» становится душным.

В заключение отметим, что, в отличие от русских, у финнов понятие «лёгкого пара» не столь развито и принято. Это объясняется тем, что финны не имеют многовековой истории городских паровых бань. Они быстро перескочили в XX веке с дымных саун на ванны и души. «Бездымные сауны» у финнов были лишь эпизодом, и современные сауны ими воспринимаются скорее как продолжение традиций дымных саун (чёрных курных бань). А понятие «лёгкого пара» относится конечно же в первую очередь к белым баням. Мы здесь не имеем в виду выражение «с лёгким паром», являющееся лишь народным бытовым приветствием-пожеланием типа «как поживаешь» или «будь здоров», не требующее какого-то ни было анализа.

7.8. Потолок как парогенератор (кондиционер)

Пар из каменки, поднимаясь вверх, увлажняет преимущественно горячие припотолочные зоны воздуха. При температуре потолка 60 °C 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.

В том, что деревянный потолок белой бани при поддачах действительно увлажняется, можно легко убедиться, завинтив в потолок рядом в 2 сантиметра друг от друга два самореза вдоль волокон и замеряя электропроводность древесины мегометром до и после поддачи.

Факт увлажняемости пористого потолка имеет два важных следствия. Во-первых, увлажнённый пористый потолок становится резервуаром для хранения воды, которая впоследствии испаряясь, может затем долго увлажнять воздух вблизи потолка. Во-вторых, абсолютная влажность воздуха вблизи пористого потолка неизбежно ниже, чем вблизи непористого потолка по причине гигроскопичности материала — уменьшения давления насыщенных паров при уменьшении радиуса кривизны компактной жидкости в капиллярах древесины (рис. 25).

Паровые бани с непористыми (невлагоёмкими) потолками и стенами называют сырыми, поскольку воздух в них сырой (имеет 100 %-ую относительную влажность у потолка). Паровые бани с пористыми (влагоёмкими) потолками могут иметь воздух «лёгкий», то есть не сырой, осушенный (влажный или даже сухой). Если же пористый потолок увлажнён до предела, то баня сырая.

Оценить субъективную (органолептическую) разницу «пара» (то есть горячего увлажнённого воздуха) около непористого и пористого потолка может каждый с помощью самого обычного домашнего «ингалятора»: кастрюли с горячим содержимым, над которой склоняются и вдыхают «пар», желательно через трубку или воронку (например, обрезанную пластиковую бутылку). Если в кастрюле горячая вода, то воздух в кастрюле сырой «тяжёлый», обжигающий глотку при вдохе и лицо при выдохе. Если же в кастрюле горячая варёная картошка с той же температурой (а вода слита), то «пар» заметно мягче, что и используют часто в быту с пользой для здоровья. Высокая мягкость «лёгкого пара» над картошкой обусловлена гигроскопичностью варёного картофеля, которая снижает абсолютную влажность воздуха в кастрюле. Отметим попутно, что если горячую варёную картошку охладить в кастрюле с закрытой крышкой, то на дне кастрюли мы обязательно обнаружим воду. Это означает, что влага из картошки может испаряться, а затем конденсируется на более холодных стенках кастрюли. То же самое происходит в бане с древесиной.

Гигроскопичность — это способ материала поглощать водяные пары из воздуха при температурах ниже точки росы, то есть тогда, когда на непористом материале (например, стальном листе) не может выделяться влага из воздуха в виде росы. Как уже отмечалось в разделе 4.2, свойство гигроскопичности обусловлено наличием в материале смачивающихся мелких (ультрамикроскопических) капилляров, измеряемых сотыми или тысячными долями микрометра. В таких смачивающихся капиллярах над вогнутой поверхностью менисков давление водяного пара меньше, чем над плоской поверхностью воды. Так, при 20 °C зависимость относительного понижения давления насыщенного водяного пара р/ро от радиуса г (в нанометрах, 10 ⁹ метра) имеет вид: