Очаг в пещерах и шалашах

Чтобы защитить огонь от дождя и ветра, древний человек стал разводить костры в укрытиях, которые служили первыми жилищами, и не только для людей. Так, даже в междуречье Оки и Волги (Московский регион) найдены останки поселений древних людей (стоянок каменного века), датируемые 20 тысячелетием до н. э., с очагами‑ямами и кострищами, с остатками жердевых настилов, с многочисленными фрагментами обожжённой лепной керамики с ямочным орнаментом. На основе опыта такого курного «жилищного» строительства начали создаваться и курные бани, существующие и поныне.

Если в жилом помещении был вполне обычен в быту постоянно поддерживаемый огонь (с постоянным выходом дыма, например, через вход или через верхнее вентиляционное отверстие в чуме или юрте), то в мытном помещении (если оно было специальным) огонь должен был разжигаться лишь периодически, от раза к разу, вследствие чего стены не успевали прогреваться и оставались холодными. Костёр в таком помещении с температурой стен 0 °C по тепловому эффекту эквивалентен вышерассмотренному костру на открытом воздухе при отсутствии ветра с температурой окружения (воздуха, облаков, поверхности земли, деревьев), тоже равной 0 °C.

Большой практический интерес представляет случай, когда сначала при открытых проёмах (дверях) прогревают костром камни очага, после чего костёр тушат (или костёр прогорает сам), а проёмы (двери) закрывают (занавешивают). В таком бездымном помещении остаются лишь раскалённые камни очага, которые, во‑первых, создают упорядоченные циркуляционные потоки теплого воздуха (см. рис. 34), а во‑вторых, создают потоки лучистого тепла во все стороны. Такие раскалённые камни с незапамятных времён использовались повсюду для поддержания тепла в курных строениях. Точно такой же случай с тепловой точки зрения возникает в современных проектах при использовании металлических печей: раскалённые металлические стенки топливника горящей печи имитируют раскалённые камни очага.

Во всех этих случаях возникает непростой и далеко не праздный методический вопрос, как лучше согревать человека: лучистым ли теплом (сухим жаром от камней очага или стенок металлической печи) или конвективным теплом от горячего воздуха, образующегося при экранировании очага или печи, или тёплым паром, образующимся при поливе раскалённых камней водой. Любой турист и любой фронтовик, пожалуй, скажет, что от жара «буржуйки» в палатке отказываться глупо, этот жар и согреет быстро, и одежду высушит. В то же время все финские банные печники уверены, что металлические печи надо обязательно экранировать (отгораживать для предотвращения распространения инфракрасного излучения) и не только в целях пожарной безопасности и дизайна, но и для устранения малокомфортного действия обжигающего лучистого жара.

Сразу оговоримся, что без указания назначения нагрева ответ не может быть однозначным, что и объясняет противоречивость и путаность мнений. Если вы в мокрой одежде и хотите быстро согреться, то лучше поддать на камни. Но если вы хотите быстро согреться так, чтобы и одежда просохла, необходим лучистый нагрев. Если у вас сухая одежда и сухая кожа, то для длительного комфортного пребывания лучше иметь тёплый или горячий воздух (без сухого жара и без пара – «влажного жара»), причём в горячем воздухе с сухой кожей можно перегреть тело так, что можно потом помыться даже на холоде. Всё это говорит о чрезвычайной многоликости бань, в том числе и чёрных, проистекающей из‑за того, что человек имеет возможность прогреться самым различным образом. Так что мнения о том, что, мол, чёрные бани должны быть непременно сухими или непременно паровыми, являются наивными. Главное в чёрных банях – выпуск дыма от очага в помещение, а всё остальное – производное.

В этом разделе мы рассматриваем только случай, когда стены пещеры (норы) или палатки (шалаша) при прогреве камней остаются холодными. Это вполне реальная ситуация, имеющая место тогда, когда стены и потолок либо очень высокотеплоёмки (пещеры) и не успевают нагреваться за время горения костра, либо очень теплопроводны (палатки, шалаши) и не могут нагреться никогда. Примем условно, что мощность излучения камней очага (или стенок топливника горящей металлической печи) составляет те же 20 кВт, а температура стен составляет 0 °C. В таком случае, как и в предыдущем разделе, раздетому человеку с сухой кожей становится тепло в 1,5 метрах от очага, с мокрой кожей – в 0,7 метрах от очага.

Если такой очаг (или металлическую печь) экранировать (загородить) и тем самым перевести 20 кВт лучистой энергии в тепло воздуха, то при коэффициенте теплопередачи α=10 Вт/(м² град) и площади стен 20 м² воздух нагреется до 100 °C, хотя температура стен останется на уровне 0 °C. Тепловой баланс раздетого человека с сухой кожей будет включать нагрев за счёт кондуктивного теплообмена 0,7 кВт/м² и за счёт конвективного теплообмена 0,4 кВт/м², а также охлаждение за счёт лучистой теплоотдачи 0,2 кВт/м². Таким образом, сухому человеку при экранировании очага (печи) становится тепло всегда (при любом расстоянии от очага, хотя лучистый поток от очага исчезает). Это очень важный результат, показывающий, что в жилых палатках целесообразно использовать экранированные металлические печи. Физический смысл этого результата заключается в том, что лучистое тепло от неэкранированного очага (печи) тотчас попадает на холодные стены и сразу же отводится, и лишь незначительная доля лучистого потока попадает на человека. Экранированный очаг (печь) нагревает воздух, и человек оказывается в тёплом «коконе».

Если же у раздетого человека мокрая кожа, то ситуация в корне меняется, поскольку появляются теплопотери за счёт испарения воды с кожи 2 кВт/м² (при скорости воздуха 1 м/сек). При экранированном очаге (печи) человеку с мокрой кожей всегда холодно, и только из‑за того, что воздух сухой (абсолютная влажность воздуха при 0 °C не может превышать 0,005 кг/м³). Так что в банях с экранированным очагом, расположенных в пещерах и палатках, без пара не обойтись. Если при поддаче абсолютная влажность повышается до 0,025 кг/м³ и выше, то можно ожидать, что станет тепло, а при абсолютной влажности выше 0,05 кг/м³ тепло станет наверняка, даже жарко. К сожалению, удержать высокую влажность воздуха в помещении с холодными стенами невозможно. Бани в пещерах и палатках неминуемо имеют мокрые стены и выделяют «клубы пара». Поэтому стены бань необходимо утеплить с целью повышения температуры внутренних поверхностей стен, например, применением шкур в чумах и ковров в юртах и шатрах. В оседлых банях стали применять бревенчатые стены. Это предотвратило образование росы и одновременно снизило лучистые потери с тела на стены.