Теория бань

В предыдущем разделе мы рассмотрели высокотеплоёмкую баню с кирпичной печью, обладающей низкой теплоотдачей. В этом разделе мы рассмотрим противоположный случай — низкотеплоёмкую баню с металлической печью, обладающей высокой теплоотдачей.

Сразу подчеркнём, что оба эти типа бань имеют одинаково большую практическую ценность. Высокотеплоёмкие бани с отопительным узлом малой мощности долго прогреваются, но зато хорошо «держат» температуру на заданном уровне и очень ценны при постоянной эксплуатации. Низкотеплоёмкие бани с отопительным узлом большой мощности быстро прогреваются, но в них трудно удержать температуру на строго заданном уровне, так что они удобны для кратковременной эпизодической эксплуатации (например, на дачах).

В идейном плане современные низкотеплоёмкие бани с отопительным узлом большой мощности являются развитием курных бань в шалашах с костром. Но в техническом плане металлические печи (впервые изготовленные в нашей стране на тульских заводах при Петре I) явились развитием идей кирпичных печей. С появлением в XX веке дешёвого и доступного для населения чугунного литья, а затем стального проката и сварочного оборудования в кирпичные печи-каменки стали вводить металлические элементы (дверки топливников, варочные плиты, водогрейные котлы, контейнеры-поддоны для открытых каменок и т. п.), что существенно увеличивало теплоотдачу печей и повышало температуру бани. Революционный скачок был достигнут при внедрении в банный быт цельнометаллического печного оборудования (колосниковых и подовых металлических топок на различных видах топлива, паровых и водогрейных котлов, напорного водопровода). Кроме того, бани стали в обязательном порядке утепляться высокоэффективными искусственными утеплителями (вспененными полимерами, стеклянной и базальтовой ватой, пеностеклом и т. п.) и обшиваются внутри малотеплоёмкими покрытиями (евровагонкой, сталью).

Утеплённые современными утеплителями малотеплоёмкие бани с экранированными металлическими печами (с каменками и без каменок) получили название «современных высокотемпературных финских саун». В России с 60-х годов XX века прижилось бытовое название просто «сауна» (в отличие от дымных саун-чёрных бань и бездымных саун-белых бань). Такую условную терминологию мы используем и в этой книге, адресованной в первую очередь именно русскому читателю. Подобная практика терминологического обобщения в России не нова. Так, в XVII–XVIII веках все отопительные многооборотные печи в народе стали называть «голландками», а все отопительно-варочные многооборотные печи с металлической плитой — «шведками» (в отличие от русских печей с дымовыми трубами, но без дымооборотов). Фактически это являлось в те годы признанием лидирующих позиций финнов в области бань с металлическими печами и, кроме того, свидетельством того, что русский банный люд сразу чётко понял техническую обособленность бань с металлическими печами (особенно электрическими) и их расширенные технические возможности. Во всяком случае в СССР сауна понималась и в идейном, и в техническом плане значительно шире, нежели в среде финских физиотерапевтов и финских коммерсантов. Русские в саунах и мылись, и парились, и стирались, а финны — преимущественно лишь потели перед душем. Для полноты картины отметим, что ряд отечественных производителей саун ввёл в обиход понятие «русских саун» как изделий, конструктивно идентичных современным финским саунам, но с заменой северной еловой и африканской древесины на липу и осину. Ясно, что такое понятие является чисто столярным уточнением.

Металлическая печь на любом виде топлива (дрова, уголь, соляр, газ, электричество) как огонь: загорелась — сразу тепло, только потухла — сразу холодно. Поэтому неэкранированные металлические печи обеспечивают имитацию открытого очага в части мощного конвективного и лучистого нагрева помещения и, вообще говоря, идеально подходят для современных проектов «бездымных чёрных» бань (деревянных) и лаконикумов (каменных). Однако высокая пожарная опасность мощных лучистых потоков привела к тому, что сначала в Финляндии, а затем и в России, в деревянных банях (саунах) стали использоваться исключительно экранированные металлические печи. При этом экран в виде металлического кожуха, охватывающего наиболее горячие (сильно излучающие) части печи (топливника), загораживает лучистый поток, поглощает его и рассеивает в виде тепла восходящего (конвективного) потока нагретого воздуха. Поэтому экранированная металлическая печь имитирует фактически мощную кирпичную печь. Вследствие этого, сауна с экранированной печью по духу ближе к белой бане, чем к чёрной, и не только потому, что в помещении нет дыма, а главным образом потому, что отсутствуют мощные лучистые потоки тепла от источника нагрева.

Нетрудно представить себе, как изменится белая паровая баня, если заменить кирпичную печь, с теплоотдачей 2 кВт на много более мощную печь с теплоотдачей, скажем, 20 кВт, тем более, если ещё заменить высокотеплоёмкие бревенчатые стены на малотеплоёмкие. Температура сразу подскочит у потолка до 100 °C и выше, станет жарко даже без поддач.

При этом в зависимости от скорости циркуляции воздуха (вентиляции) и температуры полов могут реализоваться самые разнообразные климатические режимы, в том числе и сухие динамические (суховеи), и застойные паровые.

8.1. Высокоциркуляционные сауны

Циркуляционные сауны характерны тем, что ввиду мощной циркуляции воздуха величины абсолютной влажности перемешиваемого воздуха во всех точках сауны практически одинаковы. А это означает, что в районе горячего потолка относительная влажность горячего воздуха низка, а в районе холодного пола, наоборот, велика и близка к 100 %. Так что, например, в сухой сауне (то есть в которой кожа сохнет в любой точке сауны) у потолка находится сухой воздух (то есть суховоздушная баня, в которой сохнут полки и листья веника), а у холодного пола находится влажный воздух (то есть влажновоздушная или даже сырая баня, в которой мокрый пол и нижние полки не сохнут вообще и даже могут увлажняться росой, но кожа тем не менее сохнет).

Понятие «сухой сауны» даже у финнов не является технологически чётким. Одни называют сухой такую сауну, в которой нет воды. Другие считают, что сухая сауна — это сауна с сухим воздухом, в которой сохнет веник и сохнут полки. Третьи полагают, что сухая сауна — это сауна с абсолютной влажностью воздуха ниже 0,05 кг/м³, в которой испаряется вода (пот) на теле человека. Мы будем придерживаться последней точки зрения.

Как уже было показано ранее в разделе 4.5, сухость циркуляционной бани обуславливается, в частности, наличием холодных полов. Сауны с быстрой циркуляцией воздуха и холодным полом нашли широкое распространение, поскольку могут с успехом эксплуатироваться в обычных бытовых помещениях, в том числе жилых, особо не увлажняя их. Полы в таких встроенных (в другое помещение) саун обычно делают массивными каменными, но и они в процессе циркуляционного осушения воздуха постепенно нагреваются, что приводит к повышению влажности воздуха в сауне по мере её протопки. Поэтому необходимо искусственное охлаждение полов трубами с проточной водой или обливание холодной водой, в том числе из шланга. Можно использовать промышленные осушители воздуха, работающие также на принципе пропускания воздуха над охлаждаемыми пластинами (панелями) и широко применяемые для осушки воздуха в помещениях бассейнов. Однако имеется более простой способ избежать нагрева полов — вентиляционный. Действительно, если спускающийся по стенам к полу воздух всё равно будет охлаждён при контакте с полом, не проще ли весь этот ещё горячий и увлажнённый воздух полностью или частично выпустить наружу и заменить его холодным, сухим и к тому же свежим с улицы? Тогда и пол не будет нагреваться и намокать.

Конечно же, вентиляционный процесс является частным случаем циркуляционного, поскольку охлаждение и осушка циркуляционного воздуха в этом случае происходит вне помещения (в случае вентиляции циркуляционная кривая замыкается на улице). Но как бы то ни было, охлаждённый ли циркуляционный, холодный ли приточный вентиляционный поток воздуха необходимо нагревать, и на это требуется немало тепла. Нагрев воздуха с 20 °C до 100 °C при обеспечении кратности циркуляции (вентиляции) N раз в час в сауне с объёмом циркулирующего воздуха V (м³) требует мощности 0,022 N V (кВт). Например, при кратности обмена 120 раз в час печь должна иметь мощность как раз 20 кВт для обеспечения должного нагрева вентиляционного приточного воздуха. То есть печь превращается при этом в нагреватель приточного воздуха (типа фена или автомобильной печки), а принцип нагрева сауны становится эквивалентным принципу воздушного отопления зданий, когда отопительные элементы нагревают только вентиляционный (или рециркулирующий) воздух. Ясно, что если вентиляция организована по принципу идеального вытеснения, то любые, сколь угодно значительные разовые увлажнения воздуха практически тотчас (в пределах полминуты) исчезают, поскольку каждые полминуты воздух заменяется на свежий с абсолютной влажностью, например, 0,01 кг/м³, соответствующей нормальной относительной влажности 60 % приточного воздуха с температурой 20 °C.

В то же время, если постоянно увлажнять приточный воздух, то можно в принципе получить в сауне сколь угодно высокую влажность. Иными словами, высокоциркуляционные сауны могут быть не только сухими, но и влажными и даже паровыми. Например, если непрерывно подавать в сауну 60 кг пара в час, то при кратности циркуляции 120 раз в час абсолютная влажность воздуха в сауне составит 0,06- 0,08 кг/м³, что соответствует паровому режиму с конденсацией влаги из воздуха на кожу человека. При этом из 60 кг пара на кожу сконденсируется не более 1–3 кг пара, а остальной пар будет выброшен на улицу. Безусловно, в быту столь энергоёмкие режимы никто не использует, но при проведении соревнований по сауна-спорту на мощную каменку как раз и льют 0,5 литра воды каждые полминуты. В целом же с точки зрения энергетики паровые режимы целесообразней реализовать в сауне с неподвижным воздухом, а сухие режимы — в циркуляционных саунах.

Рис. 65. Тепловые потоки на мокрую кожу (с учётом потерь на испарение влаги с тела человека) при температуре воздуха 100 °C (см. рис. 30, 45, 46) в предположении отсутствия лучистых потоков. 1 — при отсутствии потоков воздуха, 2 — при скорости движения воздуха V=1 м/сек, 3 — при скорости движения воздуха V=0,15 м/сек. Точка 4 соответствует точке 6 на рис. 33.

Несмотря на столь значительные кратности циркуляции (вентиляции) на уровне 120 раз в час, соответствующие им линейные скорости упорядоченного движения воздуха в сауне составляют 0,1–1,0 м/сек и практически неощутимы человеком (полный штиль). На рисунке 65 приведены зависимости тепловых нагрузок на мокрое тело человека при при различных скоростях движения воздуха. При абсолютных влажностях воздуха более 0,037 кг/м³ (при температуре 100 °C) тепловые нагрузки растут с увеличением скорости движения воздуха (влажная баня). При абсолютных же влажностях воздуха ниже 0,037 кг/м³ тепловые нагрузки уменьшаются с увеличением скорости движения воздуха (сухая баня), причём могут даже стать отрицательными. Это происходит потому, что охлаждение мокрого тела человека за счёт испарения воды (пота) с тела оказывается более существенным, чем нагрев тела за счёт набегающего горячего воздуха (см. раздел 4.7). Так, при скорости движения воздуха 0,15 м/сек, абсолютной влажности воздуха 0,012 кг/м³ (соответствующей относительной влажности воздуха 2 % при температуре 100 °C) тепловой поток на мокрую кожу человека становится равным нулю (см. метеоточку 4 на рисунке 65 и соответствующую метеоточку 6 на рисунке 33). Это значит, что при указанных метеопараметрах в сухой сауне процессы нагрева и охлаждения тела полностью компенсируют друг друга.

Рис. 66. Результаты измерений хода изменений температур кожи и тела (внутренних органов) человека при входе в сухую сауну с температурой 100 °C, абсолютной влажностью воздуха 0,012 кг/м³ (относительной влажностью 2 %) и скоростью перемещения воздуха около тела человека 0,15 м/сек (для метеоточки 6 рис. 33).

Это находится в противоречии с экспериментальными фактами. Замеры температуры кожи и тела (внутренних органов, мышц) человека после его захода с сухой кожей в сауну с температурой воздуха 100 °C, со скоростью движения воздуха 0,15 м/сек и с относительной влажностью 2 % (метеоточка 4 на рисунке 65) представлены на рисунке 66. В первые 5 минут происходит быстрый рост температуры кожи до 40 °C, после чего наблюдается расширение кровеносных микрососудов (покраснение кожи — гиперемия), и темп роста температуры кожи приостанавливается. Гиперемия несколько повышает темп роста температуры тела, но начинающееся на 18-й минуте потоотделение замедляет скорость нагрева тела. Из рисунка 66 нетрудно посчитать, что тепловой поток на сухое тело (без потоотделения) составляет 1 кВт/м², а на потное тело (с потоотделением) — 0,4 кВт/м². Это привело к величине времени переносимости 35 минут, что хорошо согласуется с данными на рис. 49.

Единственным объяснением факта нагрева потеющего тела человека в рассмотренной нами сухой сауне является наличие лучистого потока тепла с потолка (рис. 45). Мощность инфракрасного излучения при температуре 100 °C действительно равна как раз 0,4 кВт/м² (при степени черноты потолка 0,8). А это означает, что сухая сауна с метеоусловиями, соответствующими метеоточке 6 на рисунке 33, фактически является баней лучистого нагрева («инфракрасной» сауной). Это надо понимать в том смысле, что в условиях равенства теплопритока за счёт конвекции и теплопотерь за счёт испарения единственным некомпенсированным тепловым потоком оказывается лучистый, который воздействует на тело вне зависимости от того, мокрая ли кожа или нет.

Таким образом, инфракрасное излучение коренным образом влияет на климатические характеристики сухих саун. Каждый знает, что первое ощущение человека, входящего в хорошо протопленную сухую сауну, это тепло, исходящее от потолка. При этом очень важно, чтобы тело при входе в сауну было сухим, в противном случае сухая сауна будет казаться не очень тёплой. Если же потолок в циркуляционной сауне загородить или охладить (искусственными методами), то в такой сауне с мокрой кожей тотчас станет прохладно. Действительно, если сауна выполнена, например, в виде укрупнённого электрического фена (электрической тепловой пушки-электронагревательной воздуходувки), смонтированного в крупном помещении, то человек может находиться в горячем обжигающем воздухе, но тем не менее, воздействия лучистых потоков не испытывать, поскольку потолок, стены и пол помещения не имеют непосредственного контакта с горячим воздухом и до поры до времени остаются холодными. Кроме того, потолок, в принципе, может и принудительно охлаждаться, например, трубами с холодной проточной водой или выполняться из тонкой оболочки (мембраны, тента типа палатки, металлического листа), охлаждаемого воздухом. Аналогичный режим наблюдается и при протопке сауны, когда воздух уже прогрелся до 100–140 °C, а потолок ещё холодный, и человеку пока холодно с мокрой кожей. А если в сухой сауне организовать мощный поток воздуха со скоростью 1–2 м/сек (махнуть веником), то несмотря на температуру воздуха и потолка 100 °C, в такой сауне будет даже холодно с мокрой кожей.

Сухие сауны в основном благодаря энтузиазму финских коммерческих фирм, нашли широкое мировое распространение в большом спорте (для физиологической реабилитации спортсменов после соревнований и тренировок, для сброса веса спортсменов и т. п.), в общеоздоровительной медицине, а затем в повседневном быту. Сухие сауны (и даже сверхсухие) нашли признание (порой нелегальное) и в СССР, в основном в 1960–1980 гг. в составе спорткомплексов и оздоровительных пунктов многочисленных промышленных предприятий (в профилакториях, санпропускниках, домах отдыха, санаториях и даже душевых в цеховых раздевалках). Сухие сауны, безусловно, менее развлекательны, чем русские паровые бани, но в строительной и эксплуатационной частях более технологичны, хорошо вписываются в инженерную инфраструктуру промзданий и удачно сочетаются с душевой техникой. В последние десятилетия сухие сауны уступили свои позиции влажным и паровым саунам (низкоциркуляционным) по причинам энергоёмкости и пожароопасности.

Именно в сухих саунах происходит наиболее комфортное потоотделение (как в сухой пустыне). Если организм конкретного человека устроен так, что не в состоянии выделять много пота, то кожа остаётся сухой, и тело перегревается. Перегрев и пересыхание наиболее характерны для слизистых оболочек носоглотки, находящихся в движущемся воздухе, и это создаёт порой крайний дискомфорт в сухих саунах. Каждый автомобилист знает, как тяжело дышать зимой сухим горячим воздухом от автомобильной печки. Во всяком случае курортными или развлекательными эти условия нагрева не назовёшь. В паровых же банях и в горячих ваннах проблем с пересыханием носоглотки нет, а тепловой поток вообще не зависит от того, выделяет человек пот или нет, мокрая у него кожа или нет.

Широкое распространение сухих саун привело к разработке многочисленных «научных» методик парения, в том числе и чисто ритуальных, а также догматических. Так, значение времени переносимости 35 минут из рисунка 66 внесено без каких-либо обоснований во множество методик как максимально разрешённое время нахождения в саунах (и даже в банях) вне зависимости от их конструкций и метеопараметров. В действительности же, в некоторых сухих саунах можно с комфортом просидеть и 2 часа, а в иных — всего 5-10 минут. Во многих методиках запрещено входить в сухую высокотемпературную сауну без головного убора (шерстяной шапочки, фетровой шляпы, чалмы из полотенца и т. п.) или мокрыми волосами во избежание теплового удара. В действительности же эти рекомендации должны относиться к паровым низкотемпературным саунам, а в сухих саунах мокрое тело и мокрые волосы приводят лишь к охлаждению тела. Поэтому, конструируя сауну, очень важно понимать механизм и особенности перехода саун из сухого во влажный, а потом и в паровой режим.

8.2. Низкоциркуляционные сауны

Сверхсухие сауны с высокой кратностью циркуляции (вентиляции) воздуха можно создавать лишь на основе мощных металлических печей, доступных в быту в основном на твёрдом топливе. Такие печи в обиходе не очень удобны по многим причинам, особенно во встроенном варианте в квартирах и коттеджах, требуют согласования в противопожарном отношении и получения разрешения на выбросы в атмосферу городов и населённых пунктов. Значительно более перспективны электрические печи, но они имеют меньшие возможности по установочной мощности. В этих условиях в Финляндии нашли распространение менее энергоёмкие бытовые электрообогреваемые сауны, в которых предусмотрена возможность циркуляции (вентиляции) воздуха до 10 раз в час (чаще всего номинально 6 раз в час), что соответствует нормам гигиенической вентиляции жилых и бытовых помещений постоянного пребывания. За счёт пониженной скорости вентиляции высокие температуры в сауне (до 140 °C) могут быть получены при умеренных мощностях электропечей до 10 кВт. Такие сауны могут стать влажными (с абсолютной влажностью воздуха 0,037-0,05 кг/м³) и даже паровыми. А это значит, что сауны с менее мощной печью способны обеспечить большую тепловую нагрузку на тело (до 1,0–1,5 кВт с учётом лучистого нагрева), чем сухие сауны с более мощной печью (рис. 65).

Оценить абсолютную влажность воздуха в сауне можно исходя из скорости выделения паров воды в воздух сауны. Человек при дыхании выделяет 0,5 м³, то есть 0,025 кг водяных паров в час. В процессе же потоотделения в сауне человек выделяет до 2 кг пота в час, и весь этот пот может испариться с кожи и увлажнить воздух бани. Таким образом, если человек входит в сауну сухим, то в первые, скажем, 5-20 минут (пока не начнётся потение) человек выделит не более 0,01 кг водяных паров. При объёме сауны 10 м³ и исходной абсолютной влажности воздуха 0,010 кг/м³ (соответствующей 60 %-ной относительной влажности внешнего воздуха при температуре 20 °C, то есть нормальной для жилых помещений) это соответствует увлажнению воздуха всего лишь до 0,011 кг/м³ даже при полном отсутствии циркуляции (вентиляции) воздуха в сауне. Кстати говоря, имеются методики парения в саунах, использующие как раз этот сухой непродолжительный режим для лечения лёгочных и кожных заболеваний. Человек заходит (обязательно с сухой кожей) в хорошо протопленную и проветренную сауну (даже не имеющую вентиляции) и находится там до появления первых признаков потоотделения, после чего покидает сауну и проветривает её. Охладив кожу, человек снова заходит в сауну и вновь прогревается пока не начнётся потоотделение. И так несколько раз. Этим достигается прогрев кожи без прогрева внутренних органов, без воздействия на сердечно-сосудистую систему (см. рис. 66).

Но большинство оздоровительных методик предусматривает как раз тренировку сердца и потовых желёз с существенным воздействием на состав крови. Поэтому начало потоотделения чаще считают началом банной процедуры, нежели её концом. Предполагая, что потоотделение сразу же начинает поставлять в воздух 1 кг водяных паров в час, нетрудно посчитать, что при нахождении в невентилируемой сауне объёмом 10 м³ одного человека абсолютная влажность воздуха повысится с 0,010 кг/м³ до 0,037 кг/м³ (влажный режим) за 15 минут, а до 0,050 кг/м³ (хомотермальный режим) за 23 минуты. Таким образом, в достаточно просторной сауне сухой режим парения сохраняется весьма долго даже без вентиляции.

Если же сауна имеет небольшие размеры и в ней находятся несколько человек, то влажный режим достигается значительно быстрей. В этих условиях, а тем более при постоянной работе сауны на вход и выход людей, например, в аквапарке, сауна должна иметь постоянно действующую приточно-вытяжную вентиляцию. Оценим расчётным путём абсолютную влажность воздуха в сауне объёмом 10 м³ при постоянном нахождении в ней 3 человек, каждый из которых непрерывно выделяет по 2 кг водяных паров в 1 час:

Сразу оговоримся, что абсолютная влажность воздуха свыше 0,05 кг/м³ (хомотермальный уровень) при потоотделении достигнута быть не может (пот просто перестанет испаряться). С учётом этой оговорки при кратности обмена свыше 12 раз в час реализуется режим сухой сауны, при 8-12 раз в час — режим влажной сауны, а при кратности обмена менее 8 раз в час имеем духоту — хомотермальный режим чистого потения. Таким образом, номинальная (принятая финнами) кратность воздухообмена в саунах 6 раз в час может оказаться достаточной для обеспечения влажного режима сауны даже за счёт потоотделения людей.

На практике же воздух в личных низкоциркуляционных саунах зачастую увлажняют с помощью каменки или парогенератора (кипятильника). При этом могут быть получены и кратковременные паровые режимы. Полы во влажной сауне лучше поддерживать тёплыми или недоступными для циркуляционного воздушного потока. Так, если в сухой сауне полки и деревянные решётки на полах должны иметь достаточно широкие щели, то во влажной сауне, наоборот, щели нежелательны. Вместе с тем, всем режимам низкоциркуляционной сауны (сухому, влажному и даже паровому при сильных поддачах) соответствует сухой воздух (с относительной влажностью менее 40–50 %). Напомним, что суховоздушная баня гарантирует сухость стен и полок, но не может гарантировать (в отличие от сухой бани) сухость кожи (см. рис. 32 и 33).

Приведём для сведения ряд ориентировочных численных данных для бани (сауны) принятого размера (см. раздел 4.5). Во-первых, в установившемся режиме протопленной встроенной в жилое помещение сауны с кратностью вентиляции 6 раз в час теплопотери через стены из вагонки толщиной 10 мм по слою утеплителя толщиной 5 см составляют 2,0 кВт, на вентиляцию 1 кВт, на нагрев тела человека 0,5 кВт, через стеклянные двери и окна (при наличии) — до 10 кВт. Так что, при кратности вентиляции 6 раз в час потери тепла на прогрев приточного воздуха уже не являются определяющими. Во-вторых, при первичной протопке сауны необходимо затратить 2 кВт час энергии для прогрева стен, 4 кВт час для прогрева каменки в 50 кг до 400 °C и 0,5 кВт час для нагрева 10 литров воды до 40 °C. Анализ приведённых данных показывает, что для эксплуатации сауны во влажном режиме необходима электропечь мощностью не менее 4 кВт. Использовать стеклянную дверь во влажном режиме, а тем более в паровом режиме крайне нежелательно.

8.3. Бесциркуляционные сауны

Бесциркуляционные сауны характерны тем, что в неподвижном воздухе могут одновременно существовать разные застойные зоны с разными абсолютными влажностями воздуха (как и в белой паровой бане).

Бесциркуляционные сауны сначала практически никогда не имели каменок (по крайней мере, предназначенных для полива). При этом бесциркуляционный режим возникал тотчас после погасания дров в печи или после выключения электропитания. Появление каменок в финских электропечах было воспринято сначала скорей как декоративное украшательство стальных банных печей. Тем не менее наличие таких каменок дало возможность не только увлажнять воздух для увеличения тепловой нагрузки, но и получить в сауне самый настоящий паровой режим с пощипываниями и покалываниями кожи, причём в режиме циркуляции воздуха кратковременно, а неподвижном воздухе длительно.

Наличие циркуляции воздуха означает, что в бане работает мощная экранированная печь (или работает принудительная рециркулирующая вентиляция). Если же печь выключена, то естественная циркуляция воздуха исчезает, сауна становится бесциркуляционной. В связи с этим отметим, что среди россиян очень часто встречается неожиданно категорическое мнение, что сауны — это бани, в которых нет движения воздуха. Под этим подразумевалось, что в саунах нагрев тела человека осуществляется в основном за счёт лучистого тепла с горячего потолка, и никакие веники для парения не требуются. Дело в том, что в 1960–1970 гг. в СССР появилось несметно большое количество «саун», большей частью полулегальных, построенных энтузиастами на стадионах и в цеховых бытовках (раздевалках-душевых), в которых мощная электропечь (чаще всего самодельная без каменки) нагревала парилку до 120–160 °C у потолка, после чего выключалась. Получалась застойная баня, во влажном воздухе которой действительно нельзя было ни шевельнуться (сразу обжигает тело), ни глубоко вздохнуть (сразу обжигает горло). Ясно, что в таких «саунах» (которые мы называем бесциркуляционными), во-первых нет источника нагрева (поскольку печь выключена), во-вторых, потолок прогрет до высокой температуры и является мощным инфракрасным обогревателем, в-третьих, пошевелиться нельзя из-за того, что воздух горячий и влажный, поэтому ни о венике, ни о добавочном паре из каменки мысль даже не приходит.

Но при умеренных температурах потолка порядка 100 °C поддать на каменку можно. Высокие температуры потолка препятствуют увлажнению древесины и не дают возможности обеспечить длительность парового режима даже в отсутствии движения воздуха. Внутренняя обшивка саун, в том числе и на потолке, выполняется обычно из тонкой вагонки толщиной 10 мм. Так что масса потолка редко превышает 20 кг, и такой потолок имеет малую теплоёмкость и влагоёмкость. Кроме того, ввиду высокой температуры потолка и невозможности каплеобразования, потолок сауны нередко изготавливается металлическим. Поэтому для увлажнения воздуха в саунах требуются небольшие поддачи воды на каменку.

Несмотря на высокую температуру потолка и низкую его теплоёмкость, отличие паровых климатических режимов в саунах с сухим (и не только с сухим) пористым и непористым потолком может быть весьма существенным. Рассмотрим для примера случай, когда потолок массой 20 кг имеет исходную температуру 100 °C, а воздух в сауне имеет исходную абсолютную влажность 0,01 кг/м³. Предположим, что при поддаче на каменку 0,2 кг воды полученный пар достигает потолка с температурой 160 °C. В таком случае около непористого потолка образуется зона высоковлажного воздуха («паровой слой») с температурой 101 °C и абсолютной влажностью 0,06 кг/м³ при толщине слоя условно 1 м. Конденсат (роса) на непористый потолок выпасть не может, поскольку при 100 °C он тотчас бы выкипел. Если же потолок пористый (деревянный гигроскопический), то конденсат на поверхности потолка тоже не появляется, но влага из воздуха поглощается (конденсируется) гигроскопически внутри пор (рис. 58). Вследствие выделения скрытой теплоты конденсации потолок (и воздух около него) нагревается до 106 °C, «паровой слой» той же условной толщины 1 м увлажняется до 0,035 кг/м³, а относительная влажность древесины возрастает с 1,05 до 1,5 %.

После второй поддачи около непористого потолка образуется «паровой слой» с температурой 102 °C и абсолютной влажностью воздуха 0,11 кг/м³. Около пористого потолка температура «парового слоя» возрастёт до 112 °C и абсолютная влажность воздуха повышается до 0,06 кг/м³. Относительная влажность древесины потолка возрастает до 2 %. Таким образом при каждой поддаче половина пара уходит в пористый потолок, тем самым нагревая его за счёт скрытой теплоты конденсации. В результате «пар» в деревянной сауне более горячий и более сухой (мягкий), чем в сауне с потолком из непористого материала (стали, пластика, стекла).

Тем не менее, паровые режимы с температурой у потолка свыше 100 °C, а на уровне груди свыше 60 °C не пригодны ни для длительного, ни для комфортного парения, тем более с веником и с учётом того, что сауны редко имеют высоту потолка более 2,0–2,5 метров. Поэтому в последние годы наметилась отчётливая тенденция расширения коммерческих предложений в области саун, предназначенных именно для парения в паровом режиме, характерном для белых бань. Специализированные паровые сауны представляют собой брусовое строение (даже в варианте встроенной сауны) с массивным потолком и стенами толщиной от 50 мм до 150 мм. В качестве печи-парогенератора используется металлическая дровяная печь с утеплённой закрытой каменкой (например, «Saunatec» или «Ферингер») или трубчатый электронагреватель, обложенный камнями и взятый в закрытый, утеплённый базальтовой ватой металлический корпус (термос) с утеплённой дверцей сверху (например, «Helo»). Фактически такие закрытые каменки отличаются тем, что тщательно теплоизолированы, не дают заметной циркуляции воздуха в сауне и тем самым имитируют каменку белой бани, а сама паровая сауна в этом случае (при достатке камней в каменке) превращается в белую баню.

В некоторых конструкциях отечественных банных печей с открытой каменкой (например, «Вулкан») устанавливается специальная заслонка, открывающая доступ воздуха в каменку. Считается, что без доступа воздуха в каменку реализуется режим паровой бани, а с доступом воздуха — сухой сауны. К сожалению, это красивое по задумке решение (близкое к идее «лёгкого пара») на практике может оказать влияние на климатологию бани лишь при расходах воздуха через каменку более 1 м³/сек, а не 0,05 м³/сек, как есть в действительности.

8.4. Мытные сауны

Благодаря усилиям рекламы и физиотерапевтов, понятие «сауна» в умах миллионов людей накрепко связалось с лечебным потением перед душем. Но с инженерной точки зрения сауна (в российском понимании этого слова) как малотеплоёмкое утеплённое строение с малотеплоёмкой мощной печью есть лишь средство для нагрева тела, а дальнейшая процедура может быть абсолютно произвольной. Во всяком случае российские дачники уже десятилетиями используют каркасные утеплённые строения с металлической печью в качестве бань для мытья, и наиболее «грамотные» называют эти бани «саунами», чтобы отличить их от традиционных бревенчатых бань с кирпичными печами (пусть даже имеющих варочную плиту и металлический дымоход).

Действительно, ничто не препятствует использованию саун как бань для мытья. Надо только сделать сток для воды и поудобней мебель. Достоинства же мытных саун налицо: протапливаются быстро и экономно, воздух в них посуше и погорячей, строятся и ремонтируются быстрей и дешевле. Каких-либо концептуальных договорных «правил» постройки мытных саун среди дачников нет: дачная банная сфера лишена заорганизованности и догматизма, присущих современной финской сауне фабричного производства. Встречаются на дачах и рубленые (брусовые) бани с металлической печью, нередки и варианты каркасных бань с кирпичной печью. Каждый строит из того, что ему доступно, и так, как ему удобней. Это создаёт ощущение безликости современной русской дачной бани. Но суть у неё безусловно есть — в подавляющем большинстве случаев дачная баня является всё же мытной в отличие от финских воззрений.

В популярной литературе преобладает мнение, что высокотемпературные сауны совершенно не годятся для мытья, гигиенические процедуры мыслятся исключительно в отдалённо располагаемой душевой кабине. Действительно, если речь идёт об общественной сауне с постоянным потоком людей или об индивидуальной квартирной сауне с элитной суперотделкой, то вода в сауне крайне нежелательна. Но если говорят, что в сухой сауне мыться нельзя из-за того, что тотчас у человека случится тепловой удар, то это заблуждение. Как раз мыться лучше всего при высокой температуре потолка порядка 100 °C, но при очень низкой абсолютной влажности воздуха порядка 0,02 кг/м³ (и соответственно при очень низкой относительной влажности ниже 4 %). В этих условиях очень легко дышится, но вся беда в том, что удержать при мытье столь низкую влажность воздуха очень трудно. Вместе с тем, ничего не стоит снизить температуру сауны до приемлемого уровня при повышении влажности воздуха так, чтобы сохранялась тепловая комфортность мытья.

Самой обычной баней у дачников и садоводов сейчас становится каркасно-утеплённое строение с металлической печью-каменкой, имеющей и бак для нагрева воды. Такая баня прогревается в течение часа даже зимой. В половине случаев обустраивают отдельную парилку, в другой половине случаев — где парятся, там и моются. Сначала используют сухой высокотемпературный или паровой режим для прогрева тела, затем температуру снижают и во влажном режиме моются в тазу. Причём часто вообще не используют поддачу на каменку, а в банях только для мытья каменку даже и не предусматривают за ненадобностью. Такая конструкция хоть и не содержит душа, но тоже может называться сауной (хотя официально называется баней в «режиме сауны»). Идея такого «режима сауны» очень далека от идеи официальной коммерческой финской сауны.