Что такое пар? Его идеальные кондиции для бани

Интересное практическое наблюдение. Ответ на вопрос, что такое пар, как правило, не вызывает особых трудностей у респондентов с любым уровнем образования. Люди с профессионально-технической базой, в качестве основной ассоциации, сразу вспоминают кипящий чайник, носители диплома о высшем образовании — обращают свой взор на кучевые облака и поднимают из глубин сознания базовые знания, в части испарения и круговорота воды в природе. Самые продвинутые те, у кого за плечами полновесные 8 классов советской общеобразовательной школы. У этой категории лиц, понятие парообразования непосредственно связывается с процессами дистилляции и ректификации спиртосодержащей жидкости, причем, приводимые тонкости динамики процессов настолько подробны и точны, что так и хочется посоветовать опрашиваемому основательно сесть — за написание докторской… Но это все лирика. Нас, в большей степени, интересует пар, как субстанция прикладного использования, в сугубо банном обиходе и здесь, как ни странно, уместно вспомнить и кипящий чайник, и кучевое облако, и работающий самогонный аппарат. Сегодня, в зоне нашего пристального внимания — правильный банный пар и способы и хитрости его получения.

Физика процесса парообразования

Теория гласит, что пар это газообразное состояние вещества, в таких условиях, когда газовая фаза находится в равновесии с жидкой или твердой, при температурах ниже критической температуры этого вещества. Само явление образования пара из жидкого или твердого состояния вещества называется процессом парообразования. Его суть в том, что отдельные молекулы вещества отрываются от основной массы, за счет полученного запаса кинетической энергии, достаточной для преодоления притяжения соседних молекул — и устремляются в окружающее пространство. При этом скорость и активность процессов протекающих у разнообразных веществ, при одинаковых условиях, может кардинально различаться.

Примером может служить парообразование у металлической ртути и высоколетучего эфира. Чем стабильнее и крепче межмолекулярные связи — тем сложнее происходит отрыв отдельных молекул от жидкой фазы, тем медленнее идет процесс парообразования. Соответственно и кинетическая энергия молекулы, должна превосходить силы противодействия. В физике это отображается таким понятием, как тепловое движение молекул и его интенсивность.

К слову! У процесса парообразования существует и обратное явление — конденсация. При нем, вещество переходит из газообразного состояния — в жидкое. В условиях бани, наиболее активно процесс конденсации происходит к восточных банях — хамам. Поднимающийся к потолку нагретый пар, соприкасается с его поверхностью, которая имеет более низкую температуру, нежели точка испарения, и пар превращается во влагу, которая крупными каплями стекает вниз. Именно поэтому в турецких банях потолок имеет форму свода — он не дает каплям влаги срываться вниз — на посетителей, а плавно отводит их на стены и далее, на пол.

Собственно, от динамики парообразования зависит и непосредственно вид образующегося пара. А их бывает несколько:

• Ненасыщенный пар — такое состояние, при котором не достигается динамическое равновесие с жидкостью. При наличии над поверхностью жидкости ненасыщенного пара, парообразование превалирует над процессом конденсации, поэтому с течением времени уровень жидкости по сравнению с первоначальным объемом уменьшается, в результате банального ее испарения. В качестве примера из банной практики можно привести открытый водогрейный котел, вмонтированный в тело банной печи. Температура воды в нем поднимается, вплоть до точки кипения, которое будет продолжаться до тех пор, пока количество тепловой энергии печи будет достаточным для поддержания значения указанной температуры. При этом показатель абсолютного значения влажности помещения будет расти прямо пропорционально количеству испарившейся из емкости воды, с учетом потерь на конденсацию влаги, на поверхностях имеющих температуру точки росы. При данных условиях — давление ненасыщенного пара, меньше давления насыщенного пара;
• Насыщенный пар — находиться в точке динамического равновесия с жидкостью, то есть скорость парообразования равна скорости обратного процесса — конденсации. При такой температуре, в объеме помещения не может находиться большее количество пара;
• Пересыщенный пар — может быть получен только в условиях максимально чистого внутреннего объема, лишенного точек конденсации пара. Давление пересыщенного пара превышает давление насыщенного пара и, как мы понимаем, в обычных условиях бани — получение пересыщенного пара малореально.

Важно! Не стоит путать понятие водяного пара — газообразного агрегатного состояния жидкости, с туманом — явлением, при котором в воздухе присутствует взвесь мельчайших капель воды. То есть, в состоянии тумана вода не изменяла своего агрегатного состояния — из жидкого в газообразное.

Водяной пар — как основа традиционной русской бани

Водяной пар образуется молекулами воды при ее естественном испарении с поверхности, или принудительного нагрева и кипения в водогрейных емкостях. Особняком от указанных процессов, стоит парообразование при сублимации льда. Но, к банным делам, он прямого отношения не имеет.

Насыщение водяным паром атмосферы помещения влечет за собой рост парциального давления в нем. При этом, стоит упомянуть и такой показатель, как абсолютная влажность воздуха, которая отражает количество граммов водяного пара в кубическом метре атмосферы.

От чего зависит скорость и интенсивность испарения воды:

1. Площади поверхности, с которой оно происходит. Если рядом в абсолютно одинаковых условиях поместить тарелку, наполненную водой и графин с узким горлышком, то за одинаковый промежуток времени из тарелки воды испарится больше, нежели из графина. Именно по этой причине старые казацкие бани в нижнем течении Дона и на Тереке оснащались массивными медными клепаными котлами с максимально широким горлом и толстым дном, вделанными в банную печь. При ее нагреве, не только подогревалась вода, а еще атмосфера бани насыщалась умеренной температуры паром. В принципе такой механизм напоминает очень упрощенную турецкую баню, с ее низкой температурой и высокой влажностью.
2. Интенсивности теплового движения молекул, которое напрямую зависит от количества тепловой энергии, направленной на нагрев определенного объема воды.

Особенности кондиций пара в русской бане

Так называемые — «микроклиматические режимы» русской паровой бани, лежат в пределах средних температур воздушной среды и высокой влажности. В числовом исчислении температура колеблется от 45 до 80 градусов Цельсия, а абсолютная влажность воздуха, в среднем, — составляет 50 грамм на 1 кубометр внутреннего пространства парной. Точка росы в воздухе, при этом, лежит на отметке более 40 градусов Цельсия.

Собственно, исходя из этих параметров, можно создать своеобразную градацию различных паровых режимов русской бани — и по температуре и по влажности:

• Экстремальный пар — при неизменной температуре, атмосфера парной имеет более высокую абсолютную влажность: от 70 до 100 гр. воды/куб.м. При этом, растет температура точки росы в воздухе, что обуславливает и более высокую температуру конденсата и, соответственные «жесткие» вербальные ощущения парящихся;
• Веничный пар — температура воздуха 60 градусов Цельсия, относительная влажность не ниже 50%, при этом — достаточное количество влаги в воздухе, естественным путем поддерживает влажность веника, без его смачивания;
• Подсушенный пар — при повышении температуры до 80 градусов Цельсия, веник уже не может увлажняться естественным путем, поэтому банщики старой школы называют такое парение — «работой шелестящим веником». При этом, движения парящего становятся более мягкими и деликатными, а тело парящегося, в большей степени, обрабатывается потоками разогретого воздуха, нежели побегами веника.

Принципы получения правильного пара

Одной из наиболее неприятных кондиций пара в парном помещении — является сырой и тяжелый обжигающий пар. Он сильно сушит и обжигает губы и его невозможно вдохнуть полной грудью. Как правило, такой пар имеет невысокую температуру и образуется при нестабильном и неровном испарении с камней или чугунных чушек с хлопками и «шкворчанием». Последнее указывает на то, что в атмосферу попадают мелкие брызги кипящей воды, а вот температура непосредственно пара недостаточная — она редко превышает показатель 105-115 градусов Цельсия.

Получить качественный легкий пар с высокими тепловыми кондициями — а таковой генерируется с температурой порядка 205 — 475 градусов Цельсия, возможно при испарении воды в каменке «закрытого объема». То есть, нужно не только произвести возгонку пара с поверхности раскаленных камней, его еще необходимо осушить, то есть испарить мельчайшие брызги воды и дополнительно нагреть уже осушенный пар до требуемой температуры.

На практике это реализуется применением каменок с углубленным каменным ложем, когда по периметру устанавливаются массивные ограждающие камни, на которых и происходит испарение брызг и догревание пара. Еще одним вариантом выступает применение лабиринтовых каменок, в которых основное испарение происходит на массивных камнях нижнего яруса, а далее — паровая возгонка досушивается в протяженных лабиринтовых ходах.

Заключение

Правильный пар, а точнее — пар с оптимальными кондициями — залог создания комфортного микроклимата, в парном помещении традиционной русской бани. Зная принципы формирования оптимальных кондиций, можно стараться получить генерацию пара даже на каменках, которые не в полной мере соответствуют оптимальной конструкции. По крайней мере, можно исходить из следующей стратегии — интенсивно формировать под потолком «пирог» и использовать его как паровой резерв, постепенно используя его части на нужды парения. «Созревание пирога» сопровождается кондинсированием его тяжелой влагонасыщенной фракции, а более легкая, высокотемпературная и осушенная часть пара — будет оставаться в припотолочном пространстве.