Механизм испарения воды в бане

Основы процесса испарения воды

Начальным этапом (первичным этапом) испарения становится явление газификации воды (процесс превращения жидкости в газ). В этом случае вода, находящаяся на эмалированной поверхности душевого поддона, или же вода, впитавшаяся в древесину, газифицируется аналогично воде, налитой в ванну или распределённой по коже человека. Самые быстрые молекулы воды, преодолевая энергетический барьер, равный скрытой теплоте испарения (конденсации) 539 ккал/кг, вырываются с поверхности жидкости и могут исчезнуть, например, в вакууме, если не произойдет их возвращение в жидкое состояние в результате столкновения с молекулами в газовой фазе.

Скорость газификации и её зависимость от температуры

Скорости газификации воды могут достигать значительно больших значений — нескольких килограммов в секунду с 1м² при температуре 40°С (что эквивалентно нескольким тоннам воды в час с 1м² поверхности!) и увеличиваются с температурой в экспоненциальной зависимosti. При этом давление водяных паров, а фактически концентрация молекул воды, у поверхности воды довольно мало, так как молекулы тут же удаляются от поверхности. При высоких скоростях газификации вода сильно охлаждается, так как наиболее энергичные молекулы покидают её, что приводит к снижению средней энергии оставшихся молекул, что и характеризует температуру.

Использование в технологии сушки

Это явление активно применяется в сублимационной сушке, когда охлаждение приводит к образованию льда.

Рис. 56. Режимы испарения с поверхности чистой воды: а — кинетический режим, в котором скорость испарения равна скорости газификации; б — диффузионный режим, где скорость испарения определяет скорость диффузии молекул воды в воздухе; в — режим кипения (факельный режим), при котором водяные пары удаляются газодинамически (струей пара).

Баланс газификации и конденсации

Когда газификация осуществляется в воздухе, например, в банях, необходимо учитывать обратный процесс — конденсацию водяных паров, приходящих из воздуха на поверхность воды. Молекулы воды из воздуха, представляя собой водяной пар, «влетают» в поверхность и «застревают» из-за межмолекулярных сил. Таким образом, процесс газификации и конденсации становится взаимозависимым: количество молекул газифицирующихся равно количеству конденсирующихся.

Режимы сушки

Можно выделить два характерных предельных режима сушки. Первый — кинетический режим, при малом противодействии молекул воздуха, где скорость испарения близка к скорости газификации. Второй — диффузионный режим, когда воздух начинает существенно влиять на движение молекул воды, а скорость испарения определяется диффузией.

Увеличение скорости испарения

Увеличить скорость испарения в диффузионном режиме можно, повышая температуру воды или используя обдув сухим воздухом. Однако температура воздуха в бане не влияет на скорость испарения; её нужно контролировать и поддерживать низкой для эффективной сушки.

Для эффективной сушки необходимо применять горячие поверхности полов, а не только горячий воздух. Нагревая полы, мы также увлажняем их, если точка росы выше температуры поверхности. Кроме того, важным аспектом является низкая абсолютная влажность воздуха, достигаемая при низкой температуре.

Заключение

Таким образом, эффективная сушка в бане требует особого внимания к условиям окружающей среды и механике испарения. Специальное оборудование, как тепловентиляторы, может помочь достичь желаемых результатов и предотвратить увлажнение полов.

Источник: health.totalarch.com. Дачные бани и печи. Принципы конструирования. Хошев Ю.М. 2008