Понятие сырого воздуха

Под сыростью в быту обычно понимают наличие компактной (жидкой) воды на поверхности предмета, в том числе в виде «мокроты» – воды, привнесённой извне. Например, свежесрубленная древесина «сырая» потому, что из неё сочится влага, вполне видимая глазом и осязаемая на ощупь как компактная вода. Если оштукатуренную стену (или потолок) до предела намочить водой так, чтобы вода больше не впитывалась, то такая стена будет считаться сырой. Если при отжатии из ткани течёт вода, то ткань сырая. В быту сыростью называют сырые стены помещения, на которых видны капли росы, подтёки конденсата или мокрота от протекающих водопроводных труб.

Но если на поверхности предмета вода не обнаруживается и тем не менее предмет содержит воду в порах, такой предмет называют влажным, а воду, которая содержится в порах, называют влагой. Если влага из предмета сочится (вытекает) в виде компактной воды, то эту воду в быту называют соком. Так, мокрая земля (то есть намокшая под дождём, намоченная или смоченная) может быть либо сырой (то есть с лужами), либо влажной (то есть содержащей внутри себя влагу, которая может сочиться, просачиваться, например, в колодцы или канавы).

Примерно такая же терминология применяется в отношении воздуха. Вода, испарённая в воздухе в виде водяных паров, называется влагой. Эта влага может выделяться из воздуха при охлаждении в виде конденсата (росы или тумана). Воздух называют влажным, если он имеет высокую относительную влажность, например, условно более 60 % (см. раздел 4.2). При этом важно ещё раз подчеркнуть, что понятие «влажный воздух» является условным: при нагреве (в отсутствии компактной воды) влажный воздух (даже со 100 % относительной влажностью) «осушается» сам собой (вплоть до сухого) в том смысле, что его относительная влажность как расчётная величина снижается (и только из‑за повышения потенциальной способности воздуха поглотить больше воды в виде паров), хотя массовое количество самой влаги в воздухе вовсе не уменьшается.

Сырым воздухом в быту называется воздух в сырых помещениях. Сырой воздух – это высоковлажный воздух, строго поддерживающий 100 %‑ную относительную влажность, который «не осушается» при подъёме или снижении температуры стен помещения. Дело в том, что сырой воздух – это такой воздух, который постоянно контактирует с компактной водой в виде сырости на стенах. И при нагреве (стен и воздуха одновременно) в воздух поступает дополнительная влага, испаряющаяся со стен, повышающая абсолютную влажность воздуха и тем самым сохраняющая 100 %‑ную относительную влажность воздуха. Сырые помещения – это плохо вентилируемые помещения, поэтому в них накапливаются характерные запахи «затхлости», по которым люди обычно тотчас определяют наличие сырости. Очень часто любители бань заявляют, что реальный «пар» (то есть горячий влажный воздух) в бане складывается из «сырого пара» от холодных элементов бани (полов, нижних полок, листьев на полу и т. п.) и «сухого горячего пара», исходящего из каменки. Конечно же, это только субъективные ощущения, вызванные наличием запахов затхлости, в основном на полах. Человеческий организм не в состоянии воспринимать реальный воздух как сумму двух воздухов разной температуры и влажности, точно также как сухой горячий воздух не может приобрести сырость от добавления в него холодного сырого воздуха. Воздух в любой точке бани всегда характеризуется единой температурой и единой абсолютной влажностью.

Температура воздуха в сырых помещениях строго равна температуре стен (также по причине плохой вентилируемости). Кроме того, в быту какой‑то абстрактной сырости не бывает, сырость воздуха всегда конкретна и относится к сырости конкретного помещения. Это главное бытовое условие понимания сырости. Если сырой воздух вывести из сырого помещения, то он может тотчас перестать быть сырым. Точно также, если воздух в сыром помещении нагреть, например, печью, а стены оставить при прежней температуре (из‑за высокой теплоёмкости), то воздух тотчас перестанет быть сырым, хотя стены остаются сырыми. Человек может ошибочно посчитать этот нагревшийся воздух сырым только по сохранившемуся запаху. Около стен нагревающийся в объёме помещения воздух всё равно остаётся с температурой, равной температуре стен, и этот воздух остаётся сырым. Поэтому в народе говорят, что «стало посуше», но всё равно от стен «тянет сыростью». Если нагретый воздух (без вентиляции) долго держать в помещении именно нагретым, то рано или поздно и стены нагреются до температуры воздуха, увлажнят воздух своей сыростью, и воздух вновь станет сырым, но при повышенной температуре. Но если стены во время подъёма температуры высохнут, то уж воздух никогда не станет сырым, разве что только при понижении температуры. Так, если дождливым жарким летом вы наглухо запираете дачу без вентиляции и отопления и уезжаете, то осенью (или следующей весной) вы наверняка найдёте свои помещения сырыми и затхлыми от плесени. Точно также, если в сыром помещении вы включаете общеобменную приточно‑вытяжную вентиляцию, то воздух в помещении тотчас перестаёт быть сырым, но со стен «тянет» сыростью. Если в результате долгой вентиляции стены высохнут, то после выключения вентиляции помещение и воздух перестанут быть сырыми, а если стены не просохнут, то после выключения вентиляции помещение так и останется сырым.

Сырой воздух – это не просто максимально влажный воздух, полностью насыщенный водяными парами при какой‑то конкретной температуре. Сырой воздух – это обобщенное бытовое понятие воздуха в помещении, остающегося всегда со 100 %‑ной относительной влажностью, вне зависимости от характера изменений температуры воздуха (стен). Только владея фундаментальным физическим (а не бытовым) понятием насыщенного пара, можно проанализировать многочисленные бытовые ситуации, связанные с сыростью, поскольку чисто умозрительными житейскими соображениями осознать явление сырости во всём его многобразии в быту зачастую бывает сложно. Сырой воздух и сырые помещения бывают и холодными (промозглыми), и тёплыми (душными), и жаркими (паровыми). Классическим примером тёплого сырого воздуха является воздух в лёгких. И только в лёгких он является сырым по отношению к лёгким с температурой 36 °C (или по отношению к другим помещениям с температурой 36 °C). Если выдох производится в сырое помещение с более низкой температурой (стен), то неизбежно образуется туман («пар изо рта при дыхании») или роса на стенах, поскольку воздух в сыром помещении до предела насыщен водяными парами и больше влаги в виде пара удерживать при этой температуре не может.

Сырой воздух может поддерживаться не только в сыром помещении, но и в тумане. Само существование тумана в воздухе (как и росы на стенах помещения) свидетельствует о том, что воздух некогда прежде остывал, и относительная влажность росла до 100 %, после чего и стал выделяться туман, сохраняющий 100 %‑ную относительную влажность воздуха. Но наличие тумана свидетельствует также и о том, что относительная влажность воздуха может остаться на уровне 100 % при повышении температуры за счёт испарения тумана. Иными словами, и роса, и туман обеспечивают постоянный контакт воздуха с компактной водой той же температуры, и вследствие этого обеспечивается предельно высокая относительная влажность воздуха вне зависимости от температуры. При этом отличие росы от тумана для банщиков заключается в том, что роса сохраняется при залповом проветривании помещения, а туман полностью удаляется. Однако при отсутствии вентиляции туман более «оперативно» увеличивает абсолютную влажность воздуха при его нагреве для сохранения 100 %‑ной относительной влажности (из‑за высокой скорости испарения при большой площади контакта воздуха с водяной поверхностью).

Учёт явления сырости очень важен при анализе белых паровых бань, основанных на увлажнениях и сопровождающихся выделением росы и тумана. Сырые помещения в быту обычно являются холодными, промозглыми. А вот сырые бани с мокрыми потолками и стенами после поддач, как правило становятся, наоборот, очень жаркими. Как будет показано ниже, это объясняется тем, что сырые стены и потолки не могут сорбировать влагу из воздуха гигроскопически, вследствие чего при заданной температуре сырые бани самые влажные, а потому и самые горячие, отвечающие экстремальным режимам (кривым 4 на рис. 32 и рис. 33). В этом легко убедиться, открыв кастрюлю с горячей водой: моментально образующийся в кастрюле туман вовсе не «промозглый», а обжигающий. Ясно при этом, что температура воздуха в кастрюле равна температуре воды, поскольку единственным источником нагрева воздуха является вода. Точно также и в белой бане с кирпичной печью нет мощных источников тепла (кроме пара) и температура воздуха неизбежно стремится после поддач к температуре стен бани. Если бы в бане была металлическая печь, то воздух мог бы быть горячей стен, и понятие сырости воздуха не существовало бы.

7.7. Понятие «лёгкого пара»

Человек, выдыхая воздух их лёгких, оставляет в носоглотке и трахеях некоторое остаточное количество сырого воздуха, полностью насыщенного паром при температуре 36 °C. Рассмотрим, что произойдёт, если человек вдохнёт сырой воздух, но с иной температурой, например, 90 °C, и перемешает его со «своим сырым воздухом» в носоглотке с температурой 36 °C. Для анализа воспользуемся графиком на рисунке 54, ранее оказавшимся полезным для изучения смешивания пара с сухим воздухом, и перестроим его применительно к смешению двух газов с разными абсолютными влажностями (рис. 56).

Сырой воздух – это воздух, до предела насыщенный водяными парами, отвечающий кривой 4 на рис. 33, кривой 1 на рис. 54 и повторенной в виде кривой 1 на рис. 56. На кривой 1 отложим метеоточку 3, отвечающую воздуху в носоглотке, полностью насыщенному водяными парами при температуре носоглотки 40 °C (точнее 36 °C, но как и прежде температуру тела условно примем равной 40 °C без ущерба для качественных выводов). Через метеоточку 3 проходит горизонтальная хомотермальная прямая 2, отвечающая абсолютной влажности воздуха 0,05 кг/м³, в виде кривой на рисунке 56. Через метеоточку 3 проходит горизонтальная хомотермальная прямая 2, отвечающая абсолютной влажности воздуха 0,05 кг/м³, в виде кривой на рисунке 56. На кривой 1 отложим также метеоточку 4, отвечающую сырому вдыхаемому воздуху. Например, с чисто условной экстремально высокой температурой 90 °C (но можно расположить точку 4 при любой иной температуре без малейшего ущерба для качественного результата анализа).

Рис. 56. График для определения возможности выпадения тумана при смешении сырого воздуха с температурой 40 °C и влажного воздуха с иной температурой. 1 – то же, что и кривая 1 на рисунке 54, 2 – хомотермальная прямая, соответствующая постоянной абсолютной влажности воздуха 0,05 кг/м3, 3 – метеоточка, отвечающая сырому воздуху в носоглотке, 4 – метеоточка, отвечающая сырому воздуху при температуре 90 °C, 5 – модельная метеоточка, отвечающая воздуху с относительной влажностью 40 % при температуре 90 °C, 6 и 7 – температуры и влажности смесей газов с разными исходными метеоточками при разных массовых соотношениях газов в смеси, 8 – стрелка, указывающая порядок изменения состава и температуры паровоздушной смеси в носоглотке при всё более глубоком вдохе, 9 – метеоточка, отвечающая одному из типичных режимов сухих саун.

Человек, начиная вдох, подмешивает к воздуху в носоглотке с метеопараметрами 3 воздух с метеопараметрами 4. При этом в носоглотке образуется смесь двух «воздухов» разной влажности и температуры. Метеопараметры смесей располагаются на прямой 6, причём, чем глубже вдох, тем больше внешнего сырого воздуха поступает в носоглотку и тем дальше по стрелке 8 располагается метеоточка смеси. Впрочем количество вдыхаемого воздуха не играет роли, поскольку вся прямая 6 располагается выше кривой 1, а значит малейший вдох приведёт к образованию тумана в носоглотке. Это частный случай самого общего заключения: сырой воздух всегда смешивается с другим сырым воздухом с образованием тумана. В нашем случае это означает, что и при выдохе в сырой воздух бани также образуется туман.

Все знают, что в туманную погоду не очень хорошо дышится. Считается, что капельки тумана каким‑то образом раздражают слизистые оболочки носоглотки, трахей, бронхов. Особую роль играет мерцательный эпителий (особые клетки с ресничками), выстилающий слизистую оболочку носовой полости и трахеи. При раздражении эпителия носа возникает чихание, при раздражении эпителия трахеи – кашель. Гортань и глотка эпителия не имеют, а потому и малочувствительны к туману. Этот факт используется в физиотерапии при ингаляционных способах медикаментозного лечения именно через рот.

Водный туман не считается вредным веществом, и ни одна страна не ввела предельно‑допустимых концентраций для аэрозолей воды. Более того, растворы на основе воды используются для лечебных ингаляций. В то же время ясно, что для многих людей туман (даже тёплый) оказывает угнетающее действие, а при астме – удушающее. Отметим, что в промсанитарии для самых безвредных веществ типа дорожной пыли установлена предельно‑допустимая концентрация (ПДК) аэрозолей на уровне 10 мг/м³ (то есть при такой концентрации человек может работать без респиратора всю жизнь по 8 часов в день без вреда для здоровья). Для гидроаэрозолей оборотной воды на основе очищенных сточных вод ПДК предварительно установлен на уровне 20 мг/м³, для сажи (дыма) 0,15 мг/м³. Примерно такие же уровни концентрации аэрозолей используются в физиотерапии при ингаляциях, а также достигаются в атмосфере: (0,1‑10) мг/м³ в туманах‑дымках и до 10000 мг/м³ в тучах. Аэрозоли 10 мг/м³ не видны глазом в объёме бани (из‑за малости пути рассеивания), а вот порядка 1000 мг/м³ уже заметны, а 10000 мг/м³ явно видны в виде «клубов пара». Для ориентировки напомним, что обычный медицинский аэробаллончик для купирования приступов астмы выдаёт разовую порцию аэрозоля 50 мг в объём порядка 1 литра, что обеспечивает концентрацию до 50000 мг/м³. Такая концентрация аэрозоля вызывает моментальную судорожную приостановку вдоха, но больной астмой, как ни странно, привыкает к процедуре и пользуется ею годами.

Не обсуждая медицинскую полезность или вредность ингаляций аэрозолей воды, можно предположить, что аэрозоли воды, раздражая дыхательные пути, подавляют желание делать глубокие вдохи, а это как раз бывает и в запылённых помещениях даже при отсутствии явных желаний чихнуть или покашлять. В народе говорят, что туманный воздух «тяжёлый». Очень многие слабые раздражения при длительном воздействии создают ощущения дискомфорта и даже непереносимости. Не являются исключением и слабые раздражения трахеи туманом.

Ну а какой же воздух может быть «лёгким» в том смысле, что его приятно вдыхать, причём вдыхать глубоко, «ненасытно»? Согласно рассмотренной выше модели это воздух, отвечающий метеоточкам 5 (рис. 56), которые будучи соединёнными прямыми 7 с точкой 3, дадут такую прямую 7, которая не пересекает кривую 1, а касается. Область ниже прямой 7 представляет собой воздух, недонасыщенный водяными парами (осушённый). Такой воздух будем называть «лёгким».

Таким образом, воздух с температурой, например, 90 °C при низких абсолютных влажностях менее 0,05 кг/м³ ощущается как свежий («лёгкий дух»), поскольку носоглотка при вдохе охлаждается. При абсолютной влажности порядка 0,05 кг/м³ воздух при вдохе ощущается как «влажный» (ни охлаждающий и не нагревающий заметно носоглотку). Этот «влажный» воздух является «лёгким» в том смысле, что не раздражает трахеи, но поскольку постепенно нагревает лёгкие, то при длительном воздействии ощущается как душный. Духота – это недомогание от недостатка кислорода в крови, в том числе и из‑за перегрева лёгких. При абсолютных влажностях (0,05‑0,17) кг/м³ воздух при вдохе ощущается как сухой «лёгкий пар», мягко и глубоко прогревающий носоглотку и трахеи. При абсолютных влажностях более 0,17 кг/м³ (и относительных влажностях выше 40 %) воздух начинает раздражать трахеи и сильно обжигать носоглотку, ощущается как сырой обжигающий «тяжёлый» пар. Само собой разумеется, все эти соображения о тумане никак не отменяют обычную конденсацию водяных паров на стенках в дыхательных путях, поэтому‑то мы и называем горячий воздух влажностью выше 0,05 кг/м³ «паром». Долгие воздействия «пара» также приводят к перегреву лёгких, и в конце концов «лёгкий пар» становится душным.

В заключение отметим, что, в отличие от русских, у финнов понятие «лёгкого пара» не столь развито и принято. Это объясняется тем, что финны не имеют многовековой истории городских паровых бань. Они быстро перескочили в XX веке с дымных саун на ванны и души. «Бездымные сауны» у финнов были лишь эпизодом, и современные сауны ими воспринимаются скорее как продолжение традиций дымных саун (чёрных курных бань). А понятие «лёгкого пара» относится конечно же в первую очередь к белым баням. Мы здесь не имеем в виду выражение «с лёгким паром», являющееся лишь народным бытовым приветствием‑пожеланием типа «как поживаешь» или «будь здоров», не требующее какого‑то ни было анализа.