EA007441B1

EA007441B1 - Баня

Info

Publication number: EA007441B1
Application number: EA200401429A
Authority: EA
Inventors: Виктор Валентинович МАСЛОВ
Original assignee: Виктор Валентинович МАСЛОВ
Priority date: 2002-03-25
Filing date: 2003-03-24
Publication date: 2006-10-27
Also published as: AU2003227397A8; UA80825C2; WO2003086265A2; RU2226382C2; WO2003086265A3; EA200401429A1; AU2003227397A1

Abstract

Предложена «Русская Баня Маслова», выполненная в виде индивидуального помещения, ограниченного полом, стенами и потолком и содержащего один или несколько встроенных сидений-лежаков, парогенератор, душевую установку, приточно-вытяжную вентиляцию и сливной трап, а также систему электрического обогрева, включающую в себя плоские электронагревательные панели, датчики температуры и систему автоматического регулирования температуры. Поверхности стен, пола и лежака выполнены подогреваемыми в интервале температур от 20 до 60°С при помощи плоских электронагревательных панелей, облицованных керамической плиткой или природным камнем. Для обеспечения требований по электробезопасности и выполнения экологических требований по экранировке от электромагнитных полей промышленной частоты каждая плоская электронагревательная панель выполнена в стальном экране, который при подключении панели к питающей сети заземляется. Температура поверхностей пола, стен и сидений-лежаков контролируется датчиками температуры многоканальной системы автоматического управления, служащей для регулирования и автоматического поддержания заданной температуры электронагревательных панелей в интервале от 20 до 60°С.

Description

Изобретение относится к строительству и предназначено для удовлетворения жизненных потребностей человека. Оно может быть использовано при проектировании и строительстве общественных и индивидуальных бань.

Уровень техники

Известна финская сауна, которая характеризуется низкой влажностью (порядка 10%) воздуха с температурой от 80 до 120°С. Нагрев в ней осуществляется одним или несколькими локальными источниками тепла, имеющими температуру в несколько сотен градусов. Организм человека в сауне разогревается благодаря непосредственному воздействию горячего воздуха на кожные покровы. Так как сухой воздух обладает низкой теплоёмкостью и теплопроводностью, эффективный прогрев организма до потоотделения возможен только при высоких температурах, экстремальных для организма человека.

Недостатки финской сауны обусловлены непосредственным воздействием на организм человека экстремальной температуры, превышающей нормальную температуру тела более чем в 3 раза. Особенно страдают при этом слизистые оболочки дыхательных путей и кожные покровы. Кроме того, в результате поверхностного характера взаимодействия горячего воздуха с кожей, в частности, вследствие эффективного отбора тепла с поверхности кожи при интенсивном испарении пота в сухом воздухе, значительно увеличивается время, необходимое для прогрева внутренних органов. Следовательно, увеличивается время пребывания человека в условиях воздействия на организм экстремальной температуры.

Известна русская парная баня. В ней обогрев внутреннего пространства парного отделения осуществляется, как правило, локальным источником тепла. Отличие от финской сауны заключается в том, что воздух нагревается до температуры от 50 до 80°С при высокой влажности - до 80%.

Так как влажный воздух имеет повышенную теплоемкость и теплопроводность по сравнению с сухим воздухом, интенсивность испарения пота уменьшается. Вследствие этого время, необходимое для прогревания внутренних органов человека, уменьшается, а сама процедура воздействия повышенной температуры на организм человека переносится легче.

К существенным недостаткам русской парной бани относится сложность поддержания наиболее благоприятного температурного и влажностного режимов в течение сравнительно длительного времени, а также опасность угореть из-за несоблюдения режима топки.

Сведения об особенностях финской сауны и русской парной бани содержатся в статье А. Разорёнова Русская баня - традиции и новшества в журнале Бани и бассейны, 2001, № 1 (13), стр. 70-73.

Как в финской сауне, так и в русской парной бане, как правило, реализуется конвективный способ отопления. В предлагаемой «Русской бане Маслова» использован инфракрасный (ИК) лучевой (радиационный) способ отопления. Сравнительный анализ показал, что лучевой способ отопления помещений имеет значительные преимущества перед конвективным (Справочник «Строитель», изд. ИА «ΝΌΗΜΑ», 2000, № 4, стр. 192, 193). Как будет показано ниже, применительно к условиям бани большое значение имеет также спектральный состав инфракрасного излучения источника тепла.

Известна сауна «ΗΑΚΜΘΝΎ», обогреваемая высокотемпературными (более 400°С) локальными источниками ИК излучения на длинах волн в диапазоне от 2,0 до 5,5 мкм. Размерный ряд саун рассчитан на одновременное обслуживание 1-го, 2-х, 3-х и 4-х человек. Габаритные размеры саун определяют количество установленных в них ИК нагревателей.

Наиболее близким аналогом (прототипом) предлагаемой «Русской бани Маслова» является инфракрасная кабина « СНАМР» (журнал Бани и бассейны, 2001, № 1(13), стр.75), обогреваемая высокотемпературными (более 400°С) локальными источниками ИК излучения. Кабина СНАМР выпускается в нескольких размерных вариантах, в которых число локальных ИК нагревателей, используемых для обогрева, варьируется от 5 до 8, а мощность - от 1650 до 2850 Вт. Длина волны ИК излучения нагревателей лежит в диапазоне от 2,0 до 5,5 мкм. По основным техническим характеристикам инфракрасная кабина «СНАМР» и сауна «ΗΑΚΜΘΝΎ» практически не отличаются.

Недостатком принятого в них технического решения является низкая эффективность использования ИК нагревателей, обусловленная неравномерным распределением в пространстве ИК излучения локальных ИК нагревателей, а также тем, что значительная доля мощности ИК нагревателей приходится на ИК излучение на длинах волн вплоть до видимого света, которые лежат за пределами ИК диапазона длин волн, на которых имеет место интенсивное поглощение ИК излучения телом человека. Кроме того, пол, стены и сидения-лежаки сауны «ΗΑΚΜΘΝΎ» и инфракрасной кабины «СНАМР» облицованы деревом, которое по условиям гигиенических требований должно заменяться через каждые пять лет.

Сущность изобретения

Целью изобретения является повышение эффективности воздействия инфракрасного излучения в наиболее благоприятном для человека диапазоне длин волн непосредственно на организм человека и повышение уровня комфортности банной процедуры путём создания наиболее благоприятных температурных и экологических условий для прогревания организма человека и принятия контрастных водных процедур.

Указанная цель достигается тем, что формирование теплового поля ИК излучения в «Русской бане Маслова», выполненной в виде отдельного помещения, ограниченного полом, стенами и потолком и со

- 1 007441 держащего встроенные в нем одно или несколько сидений-лежаков, осуществляется поверхностями пола, стен и сидений-лежаков, которые выполнены подогреваемыми в интервале температур от 20 до 60°С с помощью плоских электронагревательных панелей, облицованных плитками из керамики или природным камнем. При этом электронагревательные панели объединены в группы, содержащие одну или несколько панелей, причем каждая группа снабжена устройством регулировки и автоматического поддержания заданной температуры в интервале от 20 до 60°С.

Для обеспечения требований по электробезопасности и выполнения экологических требований по экранировке от электромагнитных полей промышленной частоты каждая плоская электронагревательная панель выполнена в стальном экране, который при подключении панели к питающей электрической сети заземляется.

Для расширения функциональных возможностей путём реализации режима русской парной бани и обеспечения контрастных водных процедур предлагаемая баня снабжена электрическим генератором пара (парогенератором) и управляемой приточно-вытяжной вентиляцией, а также душевой установкой с горячей и холодной водой и оборудована сливным трапом. При этом потолок выполнен сводчатым и облицован теплоизолирующим и теплоотражающим материалом, например деревом.

Контроль температуры поверхностей пола, стен и сидений-лежаков, осуществляется датчиками температуры многоканальной системы автоматического управления.

Выбор параметров температурного режима поверхностей стен, пола и лежака основан на использовании следующих физических явлений.

Эффективность взаимодействия ИК излучения с организмом человека зависит от длины волны ИК излучения. По данным биофизических исследований она достигает максимального значения при длине волны ИК излучения в диапазоне 9,3-9,5 мкм. На этой длине волны имеет место наибольшая глубина проникновения ИК излучения в тело человека, в результате чего происходит объёмный прогрев внутренних органов и тканей организма человека (Боголюбов В.М., Пономаренко Г.Н., Общая физиотерапия, Москва, Медицина, 1999, стр. 148-151; Физическая энциклопедия, Москва, 1998, том 2, стр.182). Эффективность взаимодействия ИК излучения с организмом человека уменьшается как с уменьшением, так и с увеличением длины волны ИК излучения относительно значений 9,3-9,5 мкм, приближаясь к минимальным значениям на длинах волн короче 8,0 и длиннее 12,0 мкм. Наиболее благоприятным для организма человека является ИК излучение в диапазоне длин волн от 8,5 до 10,5 мкм с максимумом интенсивности на длине волны в диапазоне 9,3-9,5 мкм.

Как известно, диапазон длин волн ИК излучения ИК обогревателей зависит от температуры излучающей поверхности. ИК обогреватели с температурой излучающей поверхности выше 100°С обладают ИК излучением, которое лежит в диапазоне длин волн короче 8,0 мкм и характеризуется малой глубиной проникновения в организм человека и соответственно весьма низкой эффективностью взаимодействия с организмом человека, поскольку в этом случае взаимодействие ограничено тонким поверхностным слоем кожи человека. Вследствие этого вся энергия ИК излучения расходуется на нагревание тонкого поверхностного слоя кожи, что может вызвать покраснение открытых участков кожи и другие нежелательные последствия. Прогрев подкожных слоев организма происходит по мере прогревания и повышения температуры слоев, расположенных ближе к поверхности кожи.

Высокотемпературные ИК обогреватели не удовлетворяют также экологическим требованиям, поскольку их использование сопряжено с воздействием на организм человека ИК излучения в диапазоне длин волн короче 8,0 мкм. Как известно, солнечное ИК излучение в этом диапазоне длин волн частично поглощается парами воды, содержащимися в атмосфере, и достигает поверхности Земли только в узких окнах прозрачности (Физическая энциклопедия, Москва, 1998, т. 2, стр.182). Вследствие этого организм человека на протяжении процесса биологической эволюции не имел возможности адаптироваться к ИК излучениям, для которых атмосфера Земли непрозрачна. Например, у людей, греющихся у костра, наблюдается покраснение лица и других открытых участков тела, что является признаком начальной стадии ожога. Замечено также, что лица людей, систематически проводящих много времени у костра, преждевременно стареют и увядают. С другой стороны, организм человека хорошо адаптирован к ИК излучениям, исходящим от нагретых солнцем поверхностей земли, песка и камней и характеризующимся длиной волны в диапазоне 9-11 мкм.

Таким образом, основные достоинства высокотемпературных ИК обогревателей, выражающиеся в сравнительно небольших габаритных размерах и высокой удельной плотности энергии ИК излучения, обесцениваются их недостатками, имеющими принципиальный характер.

Указанными недостатками не обладают низкотемпературные ИК обогреватели, которые при температуре излучающей поверхности в пределах 40-55°С обеспечивают ИК излучение в диапазоне длин волн 8,5-11,5 мкм с максимумом интенсивности на длине волны 9,3-9,5 мкм. Неизбежное при этом уменьшение удельной плотности энергии ИК излучения может быть скомпенсировано соответствующим увеличением площади излучающей поверхности ИК обогревателя, чтобы обеспечить суммарную мощность ИК излучения, необходимую для создания заданного температурного режима в помещении.

Эти свойства низкотемпературных ИК обогревателей позволили успешно использовать их для создания бани с качественно новыми характеристиками.

- 2 007441

Отличительной особенностью прогрева организма человека в предложенной «Русской бане Маслова» является то, что тело человека окружено со всех сторон излучающими тепло поверхностями, температура которых незначительно превышает температуру тела человека. В результате этого обеспечивается равномерность формирования теплового поля ИК излучения и его высокая эффективность, так как оно реализуется в диапазоне длин волн, на которых поглощение ИК излучения телом человека является максимальным. При этом организм человека прогревается не за счёт контакта горячего воздуха с кожей человека, а преимущественно в результате глубокого проникновения ИК излучения со всех сторон и интенсивного поглощения организмом. При этом быстрый прогрев организма обеспечивается при невысокой и комфортной температуре окружающего воздуха. Вследствие этого предложенная баня может быть рекомендована не только для здоровых людей, но и для широкого круга пользователей с различными нарушениями здоровья, для которых противопоказаны как сауна, так и русская парная баня. Дополнительные устройства (парогенератор и душ) позволяют пользователю реализовать режим русской парной бани и провести контрастные водные процедуры.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

Физические явления, реализация которых в предложенной бане позволила повысить эффективность непосредственного воздействия на организм человека ИК излучения в наиболее благоприятном для человека диапазоне длин волн, а также комфортность банной процедуры, ставшей доступной для людей с ослабленным здоровьем, рассмотрены выше.

Предложенная баня содержит пол, стены, потолок, сидение-лежак, парогенератор, душевую установку, приточно-вытяжную вентиляцию и сливной трап, а также систему электрического обогрева, включающую в себя плоские электронагревательные панели, датчики температуры и систему автоматического регулирования температуры. Поверхности стен, пола и лежака выполнены подогреваемыми в интервале температур от 20 до 60°С с использованием плоских электронагревательных панелей, облицованных плитками из керамики или природным камнем. При этом плоские электронагревательные панели объединены в группы, содержащие одну или несколько панелей, причем каждая группа снабжена устройством регулировки и автоматического поддержания заданной температуры в интервале от 20 до 60°С.

Для обеспечения требований по электробезопасности и выполнения экологических требований по экранировке от электромагнитных полей промышленной частоты каждая электронагревательная панель выполнена в стальном экране, который при подключении панели к питающей электрической сети заземляется.

Электрический парогенератор, установленный в бане, предназначен для получения обычного и ароматизированного пара при реализации режима русской парной бани. Он содержит открытый сверху корпус, имеющий герметичные стенки и днище, резистивный электронагревательный элемент, выполненный в виде ТЭНов и расположенный в нижней части корпуса над днищем, и теплоаккумулирующий материал, выполненный, например, из базальтовых камней. Боковые стенки и днище корпуса с внешней стороны покрыты теплоизолирующим и теплоотражающим покрытием. Корпус вместе с покрытием заключен в защитный кожух. В верхней части корпуса над теплоаккумулирующим материалом размещена подключённая к дозатору ароматизаторов и дозатору воды трубка с отверстиями - форсунками для впрыскивания жидкости.

С целью повышения эффективности использования ароматизаторов и улучшения экологии, теплоаккумулирующий материал разделен на дискретные слои, первый из которых заполняет зону размещения электронагревательного элемента, а каждый из остальных слоев, начиная снизу со второго, размещен на своей горизонтальной решетке, опирающейся по краям на кронштейны, размещенные на внутренней стороне стенок корпуса парогенератора. Чтобы исключить контактную передачу тепла от одного слоя другому, расстояние по вертикали между поверхностью каждого слоя теплоаккумулирующего материала и расположенной выше решеткой составляет не менее 5 мм. При этом температура электронагревательного элемента поддерживается на уровне, близком к 300°С, а температура поверхности самого верхнего слоя теплоаккумулирующего материала выбирается не более 90°С.

При впрыскивании в парогенератор смеси воды и мелких капель ароматизатора последние оседают на поверхности камней верхнего слоя теплоаккумулирующего материала вследствие того, что по адгезионным свойствам ароматические масла значительно превосходят воду. Вода проливается к нижним более горячим слоям теплоаккумулирующего материала, нагревается и превращается в перегретый пар, который стремительно поднимается вверх, захватывая по пути мельчайшие частички вещества ароматизаторов на выходе из парогенератора. В результате этого практически всё вещество ароматизаторов участвует в образовании ароматизированного пара, что обуславливает существенное повышение эффектив- 3 007441 ности использования вещества ароматизаторов и благоприятно влияет на состояние экологии в бане.

В известных парогенераторах значительная часть ароматизаторов выгорает с образованием вредных веществ в результате попадания вместе с водой в самую горячую зону, в которой непосредственно происходит образование пара.

Работа бани и её использование потребителем реализуются следующим образом.

Сначала, используя систему автоматического регулирования, устанавливают по желанию предельные значения температур в интервале от 20 до 60°С, до которых должны быть нагреты поверхности пола, стен и сидений-лежаков, и заправляют дозатор ароматическими маслами. Затем включают нагрев обогревателей и парогенератора и через 30-45 мин приступают к непосредственному проведению банных процедур. Начинают с прогревания до обильного выделения пота и токсинов в режиме русской печи или сухой турецкой бани. После этого в зависимости от состояния здоровья либо принимают душ и заканчивают банные процедуры, либо переходят в режим парной русской бани, для чего нагоняют пар, поднимают температуру до терпимой величины (порядка 80-90°С) и массируют тело веником, как в обычной парной русской бане. Пар может быть простым или ароматизированным, обладающим дополнительными оздоровительными и целебными свойствами. После этого принимают контрастный душ и заканчивают банные процедуры.

Таким образом, технические решения, использованные' в предложенной бане, позволяют реализовать различные режимы её использования и обеспечивают высокую эффективность воздействия ИК излучения в наиболее благоприятном для человека диапазоне длин волн непосредственно на организм человека, а также повышение уровня комфортности банной процедуры путём создания наиболее благоприятных температурных и экологических условий для прогревания организма человека и принятия контрастных водных процедур.

Техническая возможность изготовления и тиражирования предложенной бани не вызывает сомнений. Она сводится к возможности реализации обогреваемых поверхностей стен, пола и сидения-лежака, а также системы автоматического управления температурой нагрева этих поверхностей и парогенератора. Технологические процессы изготовления этих устройств хорошо известны и освоены промышленностью. Поэтому производство бани может быть организовано на любом предприятии строительного комплекса.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Баня, выполненная в виде отдельного помещения, ограниченного полом, стенами и потолком и содержащего встроенные в нем одно или несколько сидений-лежаков, отличающаяся тем, что для обеспечения гигиеничности и создания наиболее благоприятных температурных и экологических условий для прогревания организма человека поверхности пола, стен и сидений-лежаков выполнены подогреваемыми в интервале температур от 20 до 60°С при помощи плоских электронагревательных панелей, облицованных плитками из керамики или природным камнем.
2. Баня по п.1, отличающаяся тем, что электронагревательные панели объединены в группы, содержащие одну или несколько панелей, причем каждая группа снабжена устройством регулировки и автоматического поддержания заданной температуры в интервале от 20 до 60°С.
3. Баня по пп.1, 2, отличающаяся тем, что для обеспечения электробезопасности и экранировки от электромагнитных полей промышленной частоты каждая плоская электронагревательная панель выполнена в стальном экране, который при подключении панели к питающей электрической сети заземляется.
4. Баня по пп.1-3, отличающаяся тем, что для реализации режима русской парной бани она снабжена электрическим парогенератором и управляемой приточно-вытяжной вентиляцией, при этом потолок выполнен сводчатым и облицован теплоизолирующим и теплоотражающим материалом, например деревом.
5. Баня по пп.1-4, отличающаяся тем, что для обеспечения контрастных водных процедур она снабжена душевой установкой с горячей и холодной водой и оборудована сливным трапом.