Лекция №3 выбираем печь, изучаем, как нагревается воздух

Выбираем печь для русской парилки и изучаем, как нагревается воздух. Итак, сегодня нам предстоит решить непростую задачу - изучить, потрогать, понюхать и даже заглянуть внутрь огромному разнообразию банных печей и в конце концов из всего этого многообразия выбрать самую лучшую и самую подходящую для русской парилки. Да, задача эта действительно непростая. На сегодняшний день существует масса современных магазинов банных принадлежностей, предлагающих невообразимое разнообразие печей, множество книг, описывающих десятки самых разнообразных и непохожих друг на друга банных печей, сотни интернет-сайтов, наперебой, стараясь перекричать друг друга, расхваливающих самые лучшие, патентованные и не имеющие аналогов в мире супер-печи... К тому же у многих есть свой личный опыт визуального и даже осязательного, если можно так сказать, контакта с банными печами в общественных банях, коммерческих, клубных и прочих банях, а также в многочисленных на сегодняшний день банях у соседей, друзей и знакомых. Если собрать все конструкции и варианты конструкций из всех вышеуказанных источников воедино, получится невообразимый музей в десятки тысяч экспонатов, отыскать среди которых непосвященному человеку одну-единственную, нужную только для его парилки, печь оказывается совершенно невозможно. Чтобы упростить нашу задачу, для начала попробуем разложить все эти печи на большие и маленькие кучи, в каждую из которых мы будем помещать печи, исходя из несложных и умозрительно понятных критериев, чтобы потом не тратить время и не рассматривать те кучи, которые для нашей влажной парилки не подойдут абсолютно. В конце нашей работы у каждой кучи повесим плакат, на котором напишем последовательно весь список критериев, по которым печи попадали в эту кучу. Итак, давайте мысленно вспомним все банные печи, которые мы когда-либо видели, о которых слышали или о которых что-то где-то читали и начнем рассуждать. Начнем с самого главного - с материала из которого печь изготовлена. Перебрав все печи, мы увидим, что банные печи бывают либо кирпичные, просто сложенные, как дома, из кирпича, либо металлические, склепанные, сваренные, отлитые из чугуна, простой и ржавой стали или супердорогой космической жаропрочной нержавейки, но все-таки из металла. Какую бы причудливую и совершенно невероятную форму не принимали банные печи, все они сделаны либо из кирпича, либо из металла. Итак, вооружившись первыми знаниями, растащим печи на две огромные кучи - кирпичные и металлические. Отдышавшись немного после тяжкого труда, будем смотреть, изучать и рассуждать дальше. И в металлической, и в кирпичной куче мы можем увидеть, что часть печей совершенно глуха, замкнута, лишена дырок, полостей и впадин и снаружи имеет только несколько дверок. Заглянув в пару из них, тех, что снизу, мы обнаружим топку и поддувало, а заглянув в ту, что повыше, мы обнаружим спрятанную внутри массу камней. В то время, как у остальной части печей, также и среди металлических, и среди кирпичных, камни лежат горкой или кучкой сверху, прямо на виду или же насыпаны в открытый металлический чан. Поискав другие варианты расположения камней в печи и не найдя их, совершим следующую работу: разложим каждую кучу на две. В одну стащим печи с закрытой каменкой, те, у которых вся конструкция, как единое целое, а камни спрятаны внутрь за металлической дверкой, а в другую все остальные печи, у которых камни либо торчат наружу, либо лежат в открытом всем взорам и ветрам чане. Такие печи будем называть ПЕЧАМИ С ОТКРЫТОЙ КАМЕНКОЙ. Теперь пройдемся по куче кирпичных печей с закрытой каменкой, откроем в каждой из них дверцу, за которой лежат камни, и внимательно заглянем внутрь. У части печей камни будут лежать над топкой, просто наваленные внутрь печи к внутренней стороне ее стенок. Камни буду издавать легкий запах печного дымка и будет совершенно очевидно, что когда печь топилась, пламя нещадно лизало своими огненными языками эти камни. А у других печей за такой же точно дверкой мы обнаружим внутри не очень уж и большой металлический ящик, в который и насыпаны на вид совершенно стерильные камни. Сразу станет ясно, что никогда открытое пламя не касалось этих камней. Что ж, растащим кучу кирпичных печей с закрытой каменкой еще на две и подпишем ПЕЧИ ПРЯМОГО НАГРЕВА КАМНЕЙ и ПЕЧИ КОСВЕНОГО НАГРЕВА КАМНЕЙ. Теперь проделаем ту же работу с металлическими печами. Сначала также поделим все металлические печи на печи с открытой каменкой и печи с закрытой каменкой. Нас ждет интересное открытие - оказывается типов металлических печей с закрытой каменкой в сотни раз меньше, чем печей с открытой каменкой. А уж когда начнем делить печи с закрытой каменкой на печи прямого нагрева и косвенного нагрева, то увидим совсем странную картину - металлических печей прямого нагрева набирается буквально единицы из и так немногочисленного семейства металлических печей с закрытой каменкой. Почему так? Отложим пока ответ на этот вопрос, чуть позже, когда мы начнем изучать и проектировать другие типы парилок, мы вернемся к нему, и нам все станет очевидно и ясно. Тогда же еще раз покопаемся в большой куче металлических печей, выискивая нюансы, не нужные нам в настоящий момент. Ну а теперь вернемся к четырем условиям, логически выведенных нами в предыдущей лекции, которые мы должны соблюсти в русской парилке, и попробуем разобраться, какая же из только что упорядоченных нами печей обеспечит данные условия наилучшим образом. Итак, условие первое - длительная стабильная температура в парилке от 45 до 55 градусов. Очевидно, можно сказать, что если мы не хотим превысить температуру в помещении выше, скажем, 55 градусов, то все предметы в этом помещении не должны иметь температуру выше этих самые 55 градусов. А если мы хотим иметь ровно 55 градусов, то все предметы должны иметь температуру ровно в 55 градусов. Да, в идеале это так, но только в идеале, то есть когда мы имеем идеальную теплоизоляцию стен, потолка и пола нашей парилки и она закрыта герметично. Тогда, нагрев печку и от нее стены, пол и потолок строго до 55 градусов через какое-то время воздух в нашей парилке будет иметь ровно 55, не более и не менее. Но в реальной парилке всегда происходит, скажем, постоянный прогрев стен, как бы не были они теплоизолированы, в парилку поступает воздух и также покидает ее, то есть идеального равновесия просто не существует. Поэтому, чтобы в реальной парилке, чтобы воздух в ней имел стабильную температуру, скажем, в 50 градусов, печка должна быть нагрета до несколько большей температуры. Насколько большей? Чтобы ответить на этот вопрос, давайте попробуем найти ответ на еще один очень важный вопрос: А как, собственно, нагревается воздух в парилке и в русской парилке, в частности? Очевидно, что воздух сам по себе прозрачен и инфракрасное, ну или, проще говоря, тепловое, излучение на него никак не действует, поскольку из житейского опыта мы знаем, что от этого излучения хорошо нагреваются только темные предметы, плохо светлые и совершенно никак - прозрачные. Чисто вымытое стекло, как мы все знаем, даже на самом солнцепеке всегда прохладное. Также очевидно, что воздух нагревается только за счет контакта с нагретыми поверхностями. Вспомним домашний электрообогреватель с его многочисленными металлическими ребрами и, очевидно согласимся, с таким утверждением - чем больше нагретая поверхность, с которой контактирует воздух, чем она горячее и чем лучше это поверхность отдает воздуху тепло, то есть, вспоминая школьный курс физики, чем выше ее теплопроводность, тем быстрее и сильнее воздух нагревается. А если теперь вспомним тепловентилятор, в котором вентилятор прогоняет воздух мимо нагретой спирали, то можно вывести еще одно утверждение - чем выше скорость прохождения воздуха вдоль нагретой поверхности, тем более эффективно проходит его нагрев. Очевидно, что кроме печи, в которой горят дрова, в нашей парилке ничего само по себе не нагревается и воздух нагревать больше нечему. казалось бы решение по нагреву воздуха очень простое - насади на печь множество стальных, а еще лучше алюминиевых и даже медных, у которых теплопроводность ну очень высокая, ребер, организуй хорошую прокачку воздуха сквозь них и это будет самым лучшим решением. Но тут возникают две проблемы - нагреть до невысокой температуры металлические поверхности в дровяной печи очень проблематично, а с другой стороны любая нагретая металлическая поверхность будет создавать вокруг себя сильный конвекционный поток. Стоп - конвекционный поток. Смотрим пункт 3 наших условий - в русской парилке не должно быть сильных конвекционных потоков. Так что же нам тогда делать? Немного обдумав только что услышанное, можно, очевидно, прийти к такому решению - увеличить площадь поверхности нагрева, при этом уменьшить ее температуру и снизить теплопроводность, чтобы нагрев проходил медленно... Площадь поверхности печи увеличить трудно, но в парилке есть стены, пол, потолок, полки, наконец. Если все это сделать из материала с невысокой теплопроводностью, нагреть до температуры, немногим выше, чем требуется для температуры воздуха, поставить печку с невысокой теплопроводность стенок, также несильно нагретую, то мы получим очень равномерное и практически бесконвективное нагревание воздуха в нашей парилке. Хорошо, мы поставим такую печь, сделаем всю парилку из дерева, а как же нагреть стены и все остальные предметы? Очевидно, это сделает инфракрасное излучение нашей печи. Итак, теперь попробуем прикинуть, что у нас должно получиться? Должна получиться печь, у которой внешние стенки а - имеют низкую теплопроводность, б - имеют невысокую температуру. Не вдаваясь в сложные физические процессы, примем, как аксиому, что если поверхность печи будет нагрета в среднем до температуры в 90 градусов (рука недолго, но терпит прикосновение к такой печи), то ее ИК излучение прогреет деревянную поверхность стен парилки в такой степени, что температура воздуха, нагревающегося от такой печи и таких стен, будет всегда находиться в требуемом нам диапазоне. Ну а теперь у нас есть все данные, чтобы начать выбирать нужную нам печь. Конечно совершенно очевидно, что кирпич имеет намного меньшую теплопроводность, чем метал и если начать топить кирпичную печь, то даже через два-три часа топки температура ее внешних стенок не превысит тех самых 90 градусов. Ну а с металлической. Надеюсь, многие из вас топили на даче так называемые "буржуйки" и знают, как раскаляется поверхность такой печи. Что ж, делаем вывод - первое условие, длительное поддержание в парилке температуры в 50+-5 градусов нам может обеспечить только печь из кирпича. Рассмотрим второе условие - длительное поддержание естественной влажности воздуха в парилке без пересушивания. Конечно сразу встает резонный вопрос - а при чем здесь печь? Не вдаваясь в физику вопроса можно принять на веру такое утверждение - чем выше температура поверхности, от которой нагревается воздух и чем сильнее конвективный поток воздуха у этой поверхности, тем больше и сильнее воздух теряет влажность во время нагрева. Выводы, исходя из вышесказанного, надеюсь ясны всем. Условие третье - отсутствие сильной конвекции. Подробно разбирая первое условие, мы уже только что нашли ответ на этот вопрос. И, наконец, последнее четвертое условие - в парилке должен присутствовать источник сильно перегретого "легкого" пара в объеме, достаточном для заполнения подпотолочного пространства нашей парилки. Мы уже выяснили на предыдущей лекции, что для получения легкого пара нам надо испарить крутой кипяток с достаточно большой поверхности, имеющей температуру более 300 градусов. Как легче всего получить эту испаряющую поверхность в парилке, в которой установлена печь? Очевидно, нагреть большую массу камней или металла пламенем печи. Что ж камни и каменки присутствуют во всех наших банных печках. Так какая же из них наиболее всего подойдет для русской парилки? После тяжкого труда по растаскиванию печей на кучи, мы узнали, что все печи делятся на печи с открытой каменкой и печи с закрытой каменкой. Попробуем рассмотреть каждый из них. Возьмем печь с открытой каменкой. Наверняка каждый, кто был не только в старой городской общественной бане, но и в модных саунах, "русских банях на дровах" и большом множестве индивидуальных бань, наверняка заметил, что все они имеют печи с открытыми каменками. Если подойти к такой каменке и просто протянуть к ней руку можно ощутить следующее - от каменки идет сильный жар и вокруг над ней тянется постоянный и весьма ощутимый конвективный поток очень горячего воздуха. Так что какая бы печь не была - кирпичная или металлическая, открытая каменка для русской парилки, очевидн,о не подойдет совершенно. Итак, отбросив печи металлические и печи с открытой каменкой, у нас осталась только два очень похожих кандидата - это кирпичная печь с закрытой каменкой и прямым нагревом камней и кирпичная печь с закрытой каменкой и косвенным нагревом камней. Если еще раз внимательно три рассмотренные сегодня условия, то, очевидно, можно сделать простой вывод - оба типа печи им полностью соответствуют. Да, действительно, оба варианта кирпичных печей с закрытой каменкой, как мы можем теперь смело утверждать, идеально подходят для русской парилки. Ну а теперь просто посмотрим, в чем разница между этими типами или, если выражаться точнее, в чем особенности применения каждого типа печи в русской парилке. Очевидно, что печь с прямым нагревом нагревает камни непосредственно пламенем горящих дров. Значит, пока горит пламя в печи, пользоваться парилкой нельзя. Пожалуй, это единственный недостаток такой печи. Надо ждать, пока полностью прогорят дрова, чтобы начать пользоваться парилкой, в то время, как в печах косвенного нагрева камни отделены от пламени полностью и поэтому топить печь и пользоваться парилкой можно вне зависимости от того, прогорели дрова в печи или нет. Но... есть одно принципиальное "но". Вспомним предыдущую лекцию и способ получения легкого пара - чем сильнее нагреты камни, тем более качественный и легкий пар можно получить. Далее совершенно очевидно, что если, скажем, положить кирпич непосредственно на горелку газовой плиты и погреть один час, то края его уже начнут светиться, т.е. он прогреется достаточно сильно. А если взять тот же кирпич, положить его в обычную кастрюлю и поставить на туже горелку? Очевидно, что через час красной будет кастрюля, а кирпич, хоть и будет шипеть при поливании его водой, но температура его будет довольно низкая. Конечно, тут же у многих возникает резонный вопрос - ну и пусть кирпич недогрелся, зато кастрюля красная, с нее тоже легкий пар получится? Да, суть верная, но площадь поверхности контейнера для камней, то есть нашей образной "кастрюли", на порядок меньше суммарной площади камней в каменке и несколько плесканий воды на эти стенки быстро охлаждают их. Но все равно печи с камнями в металлическом контейнере популярны также, как печи прямого нагрева и существует несколько технологических способов повысить эффективность нагрева камней в таких контейнерах. Что ж, наша сегодняшняя лекция была довольно объемной, но мы сделали очень важный и, что самое важное, логически осмысленный вывод - наилучшей печью для русской парилки является КИРПИЧНАЯ ПЕЧЬ С ЗАКРЫТОЙ КАМЕНКОЙ. На этом можно было бы остановиться, формально отбросив ВСЕ металлические печи, как непригодные именно для русской парилки. Но среди невообразимого многообразия металлических печей есть несколько типов, попавших при разборке в наши кучки металлических печей с закрытой каменкой, как с косвенным нагревом камней, так и прямым нагревом. Их немного, но они есть. Не беря пока во внимание самодельные печи, в нашей таблице, как мы видим присутствую две промышленные печи с закрытой каменкой - это печь "Теклар" с косвенным нагревом камней и финская печь "Aito" с прямым нагревом. Не смотря на то, что формально они относятся к металлическим печам, они изначально проектировались именно для использования в русской парилке. Так печи Теклар обязательно должны обкладываться кирпичным экраном при эксплуатации, а печь Аито под металлической обшивкой имеет относительно толстую кирпичную конструкцию. Подобные печи, хотя и с некоторыми технологическими оговорками, как некоторое количество самодельных металлических печей при условии кругового обкладывания металлических стенок кирпичным экраном и организации полностью закрытой каменки, также могу с успехом использоваться в русской парилке. Но подробнее об этом мы поговорим немного позже. Итак, мы выбрали наилучшую печь и теперь у нас есть все необходимые знания, чтобы начать проектировать непосредственно помещение самой парилки.