Человек устроен так, что выдыхает воздух именно туда, откуда тотчас его и вдыхает. Поэтому очень важна не столько вентиляция всего помещения и даже не вентиляция места пребывания людей, сколько подача свежего воздуха именно в зону дыхания каждого конкретного человека около рта. Это может быть достигнуто либо естественной конвекцией (всплыванием) тёплого выдыхаемого с ускорением воздуха, либо перемешиванием воздуха за счёт циркуляции и вентиляции в помещении, либо движениями самого человека. Например, в современном автомобиле правильно сконструированная вентиляция не просто вентилирует кабину водителя, а подаёт свежий воздух непосредственно в зону дыхания к лицу неподвижно сидящего водителя.

Вдыхаемый человеком свежий воздух содержит по объёму 21% кислорода и 0,03% углекислого газа СО₂ (в том числе и в виде углекислоты Н₂СО₃↔ Н₂О+СО₂), а выдыхаемый — 16% кислорода и 4% углекислого газа (табл. 10). То есть в лёгких происходит потребление 5% об. кислорода и выделение вместо него 4% об. углекислого газа (оставшийся в организме 1% об. кислорода выводится иными путями без участия дыхания). Концентрация углекислого газа в воздухе лёгких, равная 4% об., является критической для нормального вывода из крови накапливающегося (и хорошо растворимого) углекислого газа (см. таблицу 11). Поэтому нервные рецепторы в стенках аорты, реагирующие на большие концентрации углекислоты в крови, дают сигнал в нервный дыхательный центр, в результате чего у человека при такой концентрации углекислого газа в лёгких возникает непреодолимое желание выдохнуть отработанный воздух и вдохнуть свежий (ощущение удушья). Если при этом человек вдохнёт тот же воздух, что только что выдохнул, то он и на самом деле начнёт задыхаться, испытывать головную боль, появляется шум в ушах, замедляется пульс. Потеря сознания и смерть наступает при концентрации углекислого газа в воздухе порядка 10%. Вместе с тем, концентрацию углекислого газа 4% об. нельзя назвать уровнем токсичности углекислого газа в воздухе (предельно допустимой концентрацией ПДК), так как этот уровень человек сам себе специально создаёт в лёгких несколько раз в минуту и по существу считает его необходимым для жизни. В этом и заключается парадокс: уровень концентрации углекислого газа более 4% об. является уже недопустимым для лёгких, но в то же время жизненно необходим на короткие промежутки времени. Если начать дышать чаще, то происходит гипервентиляция лёгких, и человек может потерять сознание от недостатка углекислого газа в лёгких (точно так же, как и от его избытка). Этот парадокс, видимо, как-то связан с доисторическими условиями обитания млекопитающих. В частности, достоверно известно, что атмосфера Земли когда-то содержала больше углекислого газа. Как нетрудно подсчитать из объёма лёгких и объёма вдоха, нормальная концентрация кислорода и углекислого газа в лёгких колеблется в пределах 16,0-16,3% об. и 3,7-4,0% об. соответственно. Концентрация же кислорода в альвеолах лёгких ещё ниже (до 12% об.), её человек устанавливает самостоятельно частотой и глубиной дыхания в зависимости от текущего состава атмосферы в среде обитания (нахождения). 

Отметим попутно ряд интересных медицинских фактов. Вдыхание воздуха с (1-3) % об. углекислого газа в течение 10-14 минут в спокойном состоянии несколько повышает процент насыщения крови кислородом. При этом кратковременная физическая работа выполняется легче, утомление наступает позже, пульс и артериальное давление остаются в норме (Воронин, 1963 г.). Вдыхание воздуха с (5-15)% об. углекислого газа повышает содержание кислорода в мышце сердца (Саноцкая, 1966 г.). Так, в медицине при затруднённом дыхании используют смесь кислорода с 5% об. СО₂ («карбоген»). В то же время постоянное избыточное количество углекислого газа оказывает токсическое действие, а недостаток углекислого газа в организме (гипокапния) сопровождается нарушением дыхания.

Таблица 10. Состав атмосферного воздуха (Краткий справочник химика, М.-Л.: Химия, 1964)

Примечания (к табл.10): 
1) Объёмное содержание газа Х% об. соответствует парциальному давлению газа 
р (атм) = 10-2.Х% об. 
2) Объёмный состав воздуха, выдыхаемого человеком: 79,8% об. азота; 16,4% об. кислорода; 3,8% об. углекислого газа; водяные пары 6% об. сверх 100%.

Таблица 11. Растворимость газов в воде при 20°С (при парциальном давлении рассматриваемого газа, равном 1 атм)

Человек в нормальных условиях покоя пропускает через лёгкие около 0,5 м³ воздуха в час, необратимо потребляя примерно 20 литров кислорода в час. Поэтому, если бы мы вдыхали воздух из бани, а выдыхали наружу, то кислорода в бане объёмом 10 м³ нам хватило бы на 20 часов. Но человек выдыхает из лёгких воздух прямо в баню, и концентрация углекислого газа (в объёме бани 10 м³ на одного человека) начинает расти со скоростью 0,2% об. СО₂ в час. Уровень концентрации 0,1% об. СО₂, считающийся ещё как абсолютно свежий воздух, будет достигнут через полчаса, после чего для обеспечения особо комфортных условий воздух в бане можно полностью сменить. Скорость воздухообмена в бане составит при этом 20 м³/час (а кратность воздухообмена 2 раза в час) в расчёте на одного человека. 

Помимо углекислого газа человек выделяет в бане до 1 литра пота в час, который может испаряться, увлажняя воздух и выделяя нежелательные запахи. Повышенная влажность создаёт духоту (перегрев лёгких с ухудшением связывания кислорода гемоглобином крови) и малокомфортную жару. Для достижения хомотермального режима захочется сменить воздух. Скорость воздухообмена при этом состоит те же 20 м³/час на одного человека. 

Что касается запахов (именно запахов), то они не расцениваются гигиенической наукой как вредные для здоровья факторы. По крайней мере, ни одна страна не умеет измерять запахи и не лимитирует пока количественно предельно допустимый уровень запаха. Вместе с тем, общеизвестна невыносимость (для обычного человека) характерных запахов скученных масс людей (в том числе и в лечебно-медицинских стационарах — проктологических, психоневрологических, травматических и др.). Но тем не менее никто не контролирует там уровень запаха иначе как органами чувств (обонянием). Именно появление духоты и неприятных запахов чаще всего заставляет вентилировать помещение. Однако запахи легче предупреждать, чем устранять вентиляцией, тем более общеобменной. 

Вредные вещества (в том числе и пахучие) в воздухе закрытых помещений методически подразделяются на две многочисленные группы: обусловленные самим помещением (выделениями из строительных материалов, бытовых препаратов, продуктов питания, их разрушения и разложения) и обусловленные самим человеком (так называемые антропотоксины). Антропотоксины подразделяются на первичные (выдыхаемые из лёгких, носоглотки и рта, выделяемые с потом и кишечными газами, мочой и фекалиями) и вторичные (образующиеся при микробиологическом разложении первичных антропотоксинов). Первичные антропотоксины (двууглекислый газ; гидриды — аммиак, сероводород, фосфин; амины; фенолы и т. п.) различны для разных людей (в том числе из-за индивидуальных заболеваний, например, кариеса зубов или грибковых заболеваний кожи), не столь уж токсичны (как бы «привычны», хоть и неприятны), изменчивы (в том числе за счёт духов, пудры, табака и т. п.). Вторичные антропотоксины могут стать очень опасными для здоровья. Так застарелый пот с сальными отложениями (кисло-солёный пот, а тем более пот бомжей) может быть ядовитым. Процессы гниения в тёплой застоявшейся воде душей, ванн, в конденсате кондиционеров вызывают развитие ряда опасных бактерий, типа легионеллы, вызывающей пневмонию («болезнь легионеров»). 

Опытом многих тысячелетий установлено, что человек в бане (и не только в бане), хоть и поглощает кислород и выделяет антропотоксины и запахи, тем не менее не создаёт за время банной процедуры сколько-нибудь серьезно угрожающую его жизни и здоровью воздушную обстановку. Во всяком случае медиков больше беспокоят вещества, выделяемые строительными материалами. В таблице 12 приведены для сведений предельно допустимые концентрации (ПДК) наиболее опасных, а потому нормируемых веществ, в контакте с которыми современный человек вынужден существовать всю жизнь. 

Таблица 12: Перечень наиболее гигиенически значимых веществ, загрязняющих воздушную среду помещений жилых зданий (полный текст Приложения 2 к СанПиН2.1.2.1002-00 «Санитарно-эпидемиологические требования к жилым зданиям и помещениям»)

Как и тысячи лет назад, в индивидуальных (посемейных) загородных банях непрерывная вентиляция бывает нужна вовсе не для сохранения жизни и здоровья (т. е. не для подачи кислорода для дыхания), а для сохранения комфортности за счёт снижения температуры и/или влажности воздуха и/или устранения запахов. В то же время для предотвращения действительно опасных для здоровья задымлений бани необходима возможность быстрых залповых проветриваний: угарность воздуха (загрязненность окисью углерода) длительным лёгким проветриванием не устраняется. 

В крупных банях, в том числе общественных, где залповые проветривания больших помещений невозможны, необходимо руководствоваться требованиями официальных нормативных документов. Так, в соответствии со СНиП41-01-2003 «Отопление, вентиляция и кондиционирование» (взамен бывших СНиП2.04.05-91) минимальный расход наружного воздуха на 1 человека в жилых помещениях должен составлять при естественном проветривании 30 м³/час при площадях более 20 м² и 3м³/час на 1 м² жилой площади при площадях менее 20 м², а при отсутствии естественного проветривания — 60 м³/час принудительного притока при любой величине площадей. Указанные нормы установлены на 1 человека, находящегося в помещении более двух часов непрерывно, то есть в условиях бань эти нормы применимы лишь для зон отдыха досуговых бань, а для парилок и мытейных комнат могут оказаться чрезмерными. Само собой разумеется, при наличии факторов повышенной опасности, способных загазовать помещение бани (печей на твёрдом, жидком и газообразном топливе, газовых аппаратов, угарных каменок и т. п.), необходима возможность немедленной эвакуации людей с последующим проветриванием, в том числе с помощью местных отсосов.

В сухих саунах и помещениях бассейнов, ванн и душей задачей приточно-вытяжной вентиляции тоже является отнюдь не подача кислорода и вывод углекислого газа, а вывод избыточной влажности воздуха, но в разных целях. В помещениях бассейнов, ванн и душей избыточную влажность необходимо устранять для предотвращения осаждения росы на стенах и окнах, а в сухих саунах — для предотвращения возникновения духоты и чрезмерной жары. Причём в сухих саунах можно вполне чётко оценить необходимую скорость смены воздуха. Как мы рассчитали выше, она равна как минимум 20 м³/час на одного человека. При объёме сухой сауны 10 м³ и одновременном нахождении трёх человек необходимая кратность обмена воздуха должна составить не менее 6 раз в час, что соответствует финским рекомендациям. В нашей же стране правилами СанПиН 2.1.2.568-96 «Гигиенические требования к устройству, эксплуатации и качеству воды плавательных бассейнов» установлена нормативная кратность воздухообмена в саунах 5 раз в час по вытяжке периодического действия при отсутствии людей (?!) и без специального притока, в массажных комнатах — 5 раз в час, в душевых — 10 раз в час, в раздевалках — 2 раза в час. Ранее долгие годы городские бани предусматривали по СНиП II-Л.8-62 (ныне отменённом) восьмикратный приток и девятикратную вытяжку в мыльных отделениях, что обычно составляло 55-85 м³/час воздухообмена на одного человека. 

В особо сухих спортивных саунах кратность обмена воздуха повышают порой до десятков раз в час (для реализации «сухого потения» в целях быстрого сброса веса). В паровых же парилках повышенная влажность воздуха является самой сутью процедуры. Поэтому столь высокую кратность воздухообмена, как в сухих банях, применять нельзя. В СНиП2.08.02-89 «Общественные здания и сооружения» установлена кратность вентиляции в парилках встроенных бань, равная единице. 

Все эти нормативные величины являются столь значительными ввиду применения смесительной схемы вентиляции (см. далее) и в этом плане их следует неукоснительно учитывать при проектировании систем вентиляции, по крайней мере, при выпуске официальных проектов (во избежание нареканий со стороны заказчиков и контролирующих инстанций). В то же время все понимают, что это условные цифры, используемые для выбора проектной мощности вентагрегатов и площади вентиляционных проёмов. А вот будут ли эти вентагрегаты потом реально монтироваться, будут ли они включаться, будут ли они использоваться лишь периодически при необходимости или работать постоянно, будут ли открываться окна и форточки или нет — все эти вопросы будут решаться дачником самостоятельно по собственному разумению. Поэтому бояться слишком высоких кратностей вентиляции (именно регулируемой вентиляции, а не неуправляемой инфильтрации воздуха через щели и неплотности), заложенных в проект, не стоит. Высокая проектная кратность вентиляции указывает лишь на большие возможности проектируемого объекта, и в этом вопросе лучше перестраховаться, особенно во встроенных банях, чем потом мучиться в раздумьях, как всё же сделать вентиляцию помощней. 

В рядовых отдельно стоящих дачных банях вопросы необходимой кратности вентиляции никогда не были и не будут определяющими. Если становится душно, дачник просто напросто приоткрывает дверь или окно бани. Поэтому значительно большее влияние на комфортность банной процедуры оказывают вопросы равномерности вентиляции по объёму бани, отсутствия сквозняков и другие чисто аэродинамические аспекты. 

Во многих публикациях по саунам специально и совершенно необоснованно подчёркивается, что высокая температура воздуха в сочетании с высокой влажностью обусловливает низкое содержание кислорода в воздухе и, как следствие, плохое самочувствие человека. Поэтому, мол, и следует получше вентилировать баню. При этом пребывание в парной с температурой 100°С приравнивается (якобы в части нехватки кислорода для дыхания) к условиям высокогорья на высоте 2000 м. Подобные высказывания путают понятия объемов воздуха и объемов пространства. 

Действительно, за счёт термического расширения воздуха при нагреве до температур порядка 100°С массовое (но не объёмное!) содержание кислорода (а также и азота) в 1 м³ пространства снижается на 20-25%. Тем не менее, человек это не чувствует, поскольку при вдохе воздух охлаждается в гортани до 36°С, а потому и сжимается, массовое содержание кислорода в 1м³ пространства возвращается на нормальный уровень. В гортани и трахее банный воздух всегда охлаждается или нагревается, осушается или увлажняется (в зависимости от своего состояния) так, чтобы температура стала равна 36°С, а абсолютная влажность воздуха (массовое содержание водяных паров) — 0,04 кг/м³. А вот в условиях высокогорья человек своим дыханием не в состоянии сжать воздух и повысить его давление в альвеолах лёгких до нормального уровня и на самом деле может почувствовать недомогание из-за нехватки кислорода. 

В заключение отметим, что в быту часто ошибочно отождествляют двуокись углерода СО₂ (углекислый, двууглекислый газ) с окисью углерода СО (угарным газом). Например, говорят, что, мол, так «надышали, что угорели совсем». На самом же деле, человек не выделяет окись углерода ни при дыхании, ни с потом. Угарный газ содержится в дымовых газах печей, в табачном дыму (до 0,5%), в выхлопах автомобилей (до 3%). Окись углерода ( в отличие от двуокиси) очень токсична, поскольку намного лучше кислорода связывается с гемоглобином крови, что ведёт к потере сознания. Предельно допустимая концентрация СО в воздухе жилой зоны составляет 5 мг/м³ (0,0005% об.), в то время как в составе атмосферы его содержится в 50 раз меньше. Окись углерода не имеет ни цвета, ни запаха, очень плохо поглощается активированным углем обычного противогаза и требует использования спецпротивогазов со смесью окислов МnО₂+СuО («гопкалитом») для каталитического окисления кислородом воздуха. Если появляется в бане запах дыма, надо не вентилировать баню, а покинуть её и залповым образом проветрить.

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