Прежде всего рассмотрим простейший банный режим — хомотермальный, отвечающий отсутствию процессов испарения влаги с кожи человека и процессов конденсации паров воды из воздуха на кожу человека (см.: БАНБАС № 5 (23), 2002, с. 46). При хомотермальном режиме человеку не становится ни теплей, ни холодней при смачивании кожи водой (в том числе и при выделении пота) даже при наличии потоков воздуха.
Хомотермальная кривая рассчитывалась нами ранее для температуры прогретой кожи, равной 40 °C (для точки росы воздуха 40 °C и абсолютной влажности воздуха 0,05 кг/м3 соответственно). При входе в баню (парилку) в первый раз человек имеет температуру кожи 36–37 °C и даже ниже (так, например, нормальная температура носа составляет 25 °C). Поэтому для впервые входящего в баню человека определенный нами ранее хомотермальный режим ощущается (прежде всего лицом и носоглоткой) в первые мгновения как паровой конденсационный. Поскольку для эмоциональных людей глубоко субъективное понятие «легкий пар» ассоциируется в первую очередь с ощущениями приятного жара в носоглотке при первых вздохах. Любознательный читатель при анализе первых ощущений в бане должен исходить из хомотермальной кривой для точки росы 37 °C и абсолютной влажности воздуха 0,04 кг/м3 соответственно.
Вместе с тем ни кожа, ни носоглотка, ни расположенные в ней терморецепторы нервной системы ни глаз, ни газоанализаторов не имеют. Кожа (по крайней мере, мокрая) не чувствует, как поступает на нее тепло: из влажного ли воздуха или сухого, с конденсацией ли пара или с испарением пота. А вот человеку как живому существу небезразлично, как поступает на него тепло, потому что с теплом, исходящим из воздуха с абсолютной влажностью ниже 0,05 кг/м3, он может справиться с помощью потоотделения, а с теплом из воздуха с абсолютной влажностью выше 0,05 кг/м3 справиться не в состоянии.
Именно из этого факта мы исходили, вводя в теорию бань термин «хомотермальная кривая». Сейчас мы сделаем следующий важный шаг: впервые введем четкие объективные разграничения понятий сухой, влажной и паровой бань, исходя из хомотермальной кривой (рис. 3). Бани с климатическими режимами выше хомотермальной кривой назовем паровыми (поскольку в них происходит конденсация пара на кожу из воздуха), бани с климатическими режимами ниже хомотермальной кривой — сухими (поскольку в них пот тотчас испаряется и кожа остается сухой), а бани с климатическими режимами вблизи хомотермальной кривой — влажными (поскольку выделяющийся на коже пот не испаряется).
Ранее (БАНБАС № 5 (23), 2002, с. 46) мы называли баню сухой, если воздух в бане по гигрометру сухой, то есть если гигрометр на стене показывает относительную влажность воздуха менее 30–40 %. При этом было трудно объяснить, почему в такой «сухой» бане используемой в сауна-спорте, пот «течет ручьем». Для сохранения традиций такую баню с сухим по гигрометру воздухом будем называть воздушно-сухой. Вводимые названия бань уточняют, что в воздушно-сухой бане сохнут полки, а в сухой бане сохнет увлажненная кожа, причем если сохнут полки, то вовсе не обязательно сохнет кожа. Таким образом, по новой терминологии воздушносухая высокотемпературная сауна может быть и сухой, и влажной, и паровой, что снимает все терминологические трудности. Забегая вперед, укажем, что тип сауны определить очень легко: достаточно махнуть рукой на мокрое лицо.
Если станет прохладнее — то это сухая сауна. Если почувствуете резкий жар с выделением пота (конденсата) — то это паровая сауна. Если станет только чуть-чуть теплее — то это влажная баня.
На рис. 4 представлена хомотермальная кривая 1, построенная в координатах — температура — абсолютная влажность воздуха. Она представляет собой горизонтальную прямую, отвечающую при всех температурах воздуха одной и той же абсолютной влажности воздуха 0,05 кг/м5 (точке росы 40 °C). Режимы вблизи этой горизонтальной прямой отвечают влажной бане. Тепловые нагрузки во влажной бане рассчитываются исходя из коэффициента теплопередачи от воздуха в тело человека 0,01 кВт/м2 град. То есть каждый градус разницы температур кожи и воздуха дает тепловой поток 10 Вт в расчете на все тело человека (при эффективной площади кожи примерно 1 м2), причем численная величина теплового потока не зависит от того, нагревается или охлаждается тело человека. Так, например, человек, выделяющий внутри себя в состоянии полного покоя 50–70 Вт тепла постоянно (70 % за счет работы внутренних органов: сердца, легких, печени, 30 % за счет неощущаемой дрожи мышц), может спать нагишом, не замерзая, при температурах воздуха на 5–7 градусов ниже температуры кожи, а с зябкостью (то есть при легком ознобе) — при еще более низких температурах.
На рис. 5 представлены зависимости тепловых нагрузок на человека от температуры воздуха во влажной бане в состоянии покоя (кривая 1), при легкой физической работе (кривая 2) и при тяжелой физической работе (кривая 3) по ГОСТ 12.1.005-76, а также переносимости этих тепловых нагрузок. Видно, что хомотермальные режимы при низких температурах — 40–50 °C (соответствующие режимам турецких бань), хоть и вызывают неуклонное повышение температуры тела, но тем не менее легко переносимы человеком в течение многих часов. Физическая работа, разогревая человека, может снизить переносимость температуры 40 °C до уровня 20 минут, что, видимо, и использовалось в римских термах при физических упражнениях. При высоких же температурах бань — порядка 100 °C — переносимость хомотермального режима даже без физической работы не превышает 10–20 минут.
Наличие во влажной бане потоков воздуха существенно увеличивает теплопередачу от воздуха на кожу. Так, пользуясь эмпирическими соотношениями для бассейнов (см.: БАНБАС № 5 (23), 2002, с. 96), можно установить, что вне зависимости от того, мокрая ли у человека кожа или сухая, линейные скорости конвективных потоков 1 м/сек приводят к снижению переносимости вдвое (кривая 4).
Сухая баня
Анализ сухой бани намного сложнее, поскольку необходимо учитывать процессы испарения, в том числе в условиях их активизации конвективными потоками.
Кожа человека в сухом состоянии воспринимает и сухую, и влажную баню абсолютно одинаково, поскольку с кожи человека испаряться нечему, а значит, кожа и не охлаждается. Тепловой поток в сухой бане от горячего воздуха к сухой коже (кривая 1 на рис. 6) сохраняется таким же, что и во влажной бане (кривая 1 рис. 5). При этом человеку с сухой кожей тепло при всех температурах выше 40 °C.
Если же кожа человека мокрая (потная или искусственно смоченная), то возникают теплопотери с кожи человека за счет испарения влаги. Величина этих теплопотерь увеличивается пропорционально степени удаления режима от хомотермальной кривой и при абсолютной влажности воздуха 0,015 кг/м3 составляет 0,6 кВт/м2 вне зависимости от температуры воздуха (кривая 2 на рис. 6). Складывая кривые 1 и 2, получаем результирующий тепловой поток (кривая 3), приобретающий положительное значение лишь при температурах выше 95 °C. Таким образом, при абсолютной влажности воздуха 0,015 кг/м3, при температурах ниже 95 °C человеку с мокрой кожей холодно, а выше 95 °C — тепло. К аналогичному заключению можно прийти, построив на рис. 4 кривую 3, соответствующую режимам с температурой по влажному термометру 40 °C. Кривая 3 на рис. 4 отделяет холодные и теплые режимы сухой бани в случае, если кожа человека мокрая.
В сухих банях наличие потоков воздуха приводит одновременно к двум противоположным по результатам процессам. С одной стороны, как и в случае влажных бань, увеличивается теплопередача от горячего воздуха на кожу: появляется конвективный тепловой поток на кожу, величина которого соответствует кривой 4 на рис. 6 для скорости воздуха у кожи 0,15 м/сек. С другой стороны, интенсифицируется процесс испарения влаги с кожи человека, за счет чего появляются дополнительные охлаждающие кожу теплотраты, величина которых иллюстрируется кривой 5 на рис. 6 для той же скорости воздуха 0,15 м/сек. Для сухой кожи теплозатраты на испарение отсутствуют.
