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.

Однократно увлажнённый воздух в бане сохранял бы свою абсолютную влажность бесконечно (даже при наличии циркуляции воздуха), если бы температуры в бане всюду были бы достаточно высокими и если бы не было вентиляции. Но в том и дело, что в реальных условиях практически всегда находится холодное место (например, пол), где конденсируются пары воды (в том числе гигроскопически в порах древесины или штукатурки), или находятся (а чаще всего специально устраиваются) неплотности, через которые в баню проникает свежий воздух. Поэтому влажность в бане (после однократного увлажнения) обычно снижается — баня, как говорят, «не держит пара». Для обеспечения постоянства абсолютной влажности воздуха приходится увлажнять воздух.

Обычно считается, что основным увлажнителем воздуха (парогенератором) в бане является каменка. Порой даже считают, что паровая баня без каменки немыслима. Это не так. Все знают, насколько сильно может увлажнить воздух в бане (и саму баню) кипящая в баке вода или горячие мокрые стены. Более того, каменка по своей внутренней сущности выдаёт настолько горячий пар, что он тут же конденсируется на потолке и стенах, нагревая и увлажняя их так, что последующее увлажнение воздуха происходит за счёт медленного испарения с них (то есть за счёт осушения нагретых и увлажнённых потолков и стен). Известно также, что горячие массивные стены чёрной бани, сильно разогретые излучением от огня и затем облитые водой («опаренные»), дают превосходный мягкий пар для длительного комфортного парения. Так и в сухой высокотемпературной сауне достаточно спрыснуть раскалённые деревянные стены водой (например, брызгами с веника или пульверизатором), чтобы получить режим паровой бани. Всеми этими приёмами пользуются опытные парильщики, подбирая оптимальный «пар» для парения комплексом различных взаимодополняющих способов.

Очень важным моментом технологии является тот факт, что пар, поступающий из парогенератора любого типа, вовсе не является тем «паром», который нужен парильщику. Пар из парогенератора надо каким-то образом смешать с воздухом бани, чтобы получить горячий высоковлажный воздух, который и называется в бане «паром». Это смешение может происходить и диффузией, и конвективно (циркуляционными потоками от печи или взмахами веника). В ходе этого смешения может даже возникнуть туман (в виде «клубов пара»). Все эти вопросы относятся к умению пользоваться строением и оборудованием, а не вопросам конструирования и строительства, поэтому в этой книге не рассматриваются (см. Ю.М. Хошев, Теория бань, М.: Книга и бизнес, 2006 г.). Напомним однако, что появление тумана легко предугадать, пользуясь простейшей диаграммой (рис. 185). Суть анализа в том, что при смешении пара с воздухом образуется некая паровоздушная смесь со вполне определённой температурой и абсолютной влажностью. Если эта абсолютная влажность смеси оказывается выше плотности насыщенного пара при этой температуре (кривая А), то может выпасть (а термодинамически обязан выпасть) туман. В качестве примера на рис. 185 представлено несколько характерных случаев. Например, обычный пар из чайника (кипятильника) с температурой 100°С и плотностью 0,58 кг/м³ (метеоточка 1) смешивается с сырым воздухом с температурой 30°С и абсолютной влажностью 0,03 кг/м³ с образованием смеси с характеристиками, располагаемыми на прямой (1-4). При этом процедура постепенного подмешивания пара к воздуху отвечает стрелке В, а постепенного подмешивания воздуха к пару — стрелке С. Видно, что вся прямая (1-4) располагается выше кривой А, а это значит, что туман в этом случае выпадает всегда. Но если пар из чайника нагреть до температуры 160°С (метеоточка 2), то прямая (2-4) уже не будет располагаться выше кривой А, то есть туман может образовываться не всегда. Так при подмешивании пара к воздуху сначала появляется туман, а затем при увеличении подачи пара туман исчезает. Такой удивительный результат есть следствие свойств перегретого пара. Если же пар нагреть до температуры 200°С (метеоточка 3), то он будет смешиваться, например, с воздухом с температурой 40°С и абсолютной влажностью 0,025 кг/м³ (метеоточка 5 с относительной влажностью 50%) вообще без образования тумана, поскольку вся прямая (3-5) находится ниже кривой А. Всё это объясняет, почему в банях стремятся получить и подать в воздух как можно более горячий пар. Но имеется и другой путь предотвращения образования тумана: увлажнять воздух в бане не чистым паром (сплошь состоящим только из молекул воды), а паром, разбавленным воздухом, то есть высоковлажным воздухом. Так, влажный воздух с температурой 120°С (метеоточка 6) и даже с температурой 100°С и ниже (метеоточка 7) способен увлажнять воздух в бане без образования тумана. Такой разбавленный пар может быть получен продувом каменок воздухом, использовался ещё в конце XIX века в городских банях по проектам П.Ю. Сюзора, но забылся.

Рис. 185. График для определения возможности выделения тумана при смешении водяного пара с воздухом
Рис. 185. График для определения возможности выделения тумана при смешении водяного пара с воздухом. Кривая А — зависимость плотности насыщенного пара от температуры. Обсуждаемые метеоточки: 1 — пар (1 атм, 100°С), 2 -пар (1 атм, 160°С); 3 — пар (1 атм, 200°С); 4 — воздух (насыщенный водой при 30°С); 5 — воздух (сухой с относительной влажностью 50%, 40°С); 6 — воздух (с абсолютной влажностью 0,3 кг/м³ при температуре 120°С); 7 — воздух (с абсолютной влажностью 0,15 кг/м³ при температуре 100°С). Пояснения в тексте.
Рис. 186. Парообразование в раскалённой фильтрующей каменке футерованной кирпичной печи
Рис. 186. Парообразование в раскалённой фильтрующей каменке футерованной кирпичной печи: 1 — подкидывание воды (поддача), 2 — поток водяного пара перегретого, 3 — брызги воды (кипятка), 4 — подсветка лазерной указкой для наблюдения пыли (в том числе водяной).

Ныне в погоне за экстремальным паром иногда нагревают каменки в футерованных кирпичных печах вплоть до 1000°С (рис. 186). При подкидывании воды 1 на докрасна раскалённые камни происходит хлопок: это вода под напором пара отскакивает от камней и разбрызгивается на мелкие капли (рис. 170). Большая часть капель попадает на стенки и свод каменкии испаряется, давая прозрачный пар 2, вырывающийся под напором из каменки. Но часть брызг не успевает испариться и в виде мелких капель воды 3 выходит из каменки с потоком пара. Хлопки, представляющие собой аэродинамические удары, всегда сопровождаются выбросом капель воды: этот эффект был назван А. Разорёновым неполной «диссоциацией» пара (хотя в физике под диссоциацией понимают не испарение воды, а распад молекул). Вместе с брызгами воды из каменки под действием хлопка вылетают и частицы пепла, а также остаточные количества не полностью выжженой сажи. Наличие в струе пара 2 брызг, пепла и тумана можно наблюдать по рассеянию красного луча лазерной указки 4 (полупроводникового миниатюрного лазера) или в луче света от мощной лампы (рис. 170).

Преодолеть путаницу с популярными ныне терминами типа «сырость пара» (В.Чернышев, Баня. Толковый словарь, М.: Дашков и К, 2005 г.), «диссоциация пара» (А.Разоренов) и «дисперсия пара» (А.Ферингер) можно лишь, осознав разницу понятия «воды» (не имеющей теплоты конденсации, но способной существовать в виде брызг и тумана) и понятия «пара воды» (имеющего теплоту конденсации, существующего только в виде прозрачного газа). При поддачах в объеме бани действительно образуется смесь брызг, тумана (аэрозоля) и пара воды. Брызги воды и пыль (пепел и сажа) постепенно оседают на пол, и воздух в парилке становится чище. Если баня горячая, то часть брызг успевает испариться, тем самым охлаждая воздух в бане. Численные оценки показывают, что воздух охлаждаясь со 150°С до 50°С, способен испарить до 0,03 кг/м³ воды (0,03 кг брызг в 1 м³ исходного воздуха). Это объясняет иногда наблюдающийся в банях с закрытой каменкой феномен снижения температуры воздуха при поддачах. Ещё большее снижение температуры воздуха наблюдается при поддачах на открытые каменки сухих саун, когда снижение температуры воздуха обусловлено также и резким охлаждением каменки, дававшей заметный вклад в нагрев воздуха.

Напомним, что использование для поддач минерализованной воды способно серьёзно запылять воздух в парилке. Так, обычная питьевая вода содержит 0,1-0,5 г/л солей (сухого остатка). Если эти соли не остаются на камнях в виде накипи при относительно спокойном кипении воды, а вылетают при хлопках в объём бани, то при увлажнении воздуха в бане до хомотермального уровня 0,05 кг/м³ запылённость может достичь 5-25 мг/м³ (а при паровых режимах ещё в 2-4 раза выше) при официальных значениях предельно допустимых концентраций солей в воздухе рабочей зоны 5-10 мг/м³. Поэтому при использовании раскалённых каменок желательно использовать дистиллированную воду. Отметим попутно, что брызги воды могут образовываться и при интенсивном кипении (с бурлением) воды, например, как в котлах паровозов.

Источник: health.totalarch.comДачные бани и печи. Принципы конструирования. Хошев Ю.М. 2008

Добавить комментарий

CAPTCHA
Подтвердите, что вы не спамер