Hikisen kesän 2021 päätteeksi Saunologia julkaisee kaksi hikoiluun liittyvää artikkelia saunavierailta. Ensimmäinen näistä on tutun saunavieraan Unto Hakkaraisen teoreettinen tutkielma siitä miten päteviä saksalaisten yritykset tutkia hien ja iholle tiivistyvän löylyveden suhdetta ovat. Tämän rinnalla ilmestyy Vesa Hatakan käynnöllinen, hikoilun lainalaisuuksiin perustuva ohjeistus mukavampaan saunomiseen taloyhtiön tiloissa.
Unton yksityiskohtaisen työn tiivistelmänä voidaan todeta, että suomalaisessa saunomistavasssa hikoilun määrä riippuu löylynheitosta, saunan ilmanvaihdosta ja erityisesti siitä kuinka pitkä on oleskeluaika saunassa. Saunojan hikoilu käynnistyy viiveellä. Saunomisen alussa iholle muodostuva kondensointi vaihtuu hikoiluksi kun ihon lämpötilan ylittää kastepisteen. Lue koko kommentaari:
Kondenssia vai hikoilua saunakokeessa
Saksassa tehtyjen tutkimusten perusteella on esitetty, että jopa puolet saunojan iholle ilmestyvästä kosteudesta johtuisi kondensoitumisesta, eli löylyn tiivistymisestä vedeksi. Kondensoitumista saunassa kyllä tapahtuu, mutta tutkimus antaa harhaanjohtavan kuvan sen määrästä perinteisessä suomalaisessa saunomistavassa!
Michael Zechin ja kumppanien tutkimuksessa Sauna, sweat and science – quantifying the proportion of condensation water versus sweat using a stable water isotope (2H/1H and 18O/16O) tracer experiment, on ”korvamerkityllä” vedellä tehty mittauksia kondensoinnin ja hikoilun erottamiseksi.
Tutkijat ovat kuvailleet mittausten koejärjestelyjä seuraavasti:
- koesaunan tilavuus noin 16 m3
- saunan lämpötila noin 90 °C
- saunan suhteellinen kosteus ≤ 10 % (ennen löylyn heittoa)
- neljä koehenkilöä
- jäävedellä täytetty testipullo (0 °C), ”aidon kondensoinnin osoittamiseksi”
- hanavedellä täytetty testipullo (20 °C), ”aidon kondensoinnin osoittamiseksi”
- yhden löylykokeen kesto max. 8 min
Tutkijoiden mukaan :
Pre-test showed that botles filled with warm water of around 40 °C grow damp, too, however not enough to be sampled.
Eli suomeksi: esitesti osoitti myös, että pullot jotka oli täytetty noin 40 °C vedellä kondensoivat myös vähän, mutta eivät riittävästi talteenotettavaksi!
Koetilanteita kuvataan seuraavasti:
Kun tarkoituksena oli tuottaa pelkkää hikeä, koehenkilöt vietiin kuivaan saunaan. Vettä ei valeltu esilämmitetyn saunan kiukaalle ja tarkoituksena oli pitää ilman kosteus mahdollisimman alhaisena. Neljän koehenkilön hiki (1 – 2 ml, vastaten noin 30 – 50 pisaraa) koottiin näytepulloihin.
Ensimmäisessä löylykokeessa noin 500 ml ”korvamerkittyä” vettä valeltiin kiukaan kiville. Seuraavina minuutteina (max 8 min) koehenkilöiden ja testipullojen vesipisarat koottiin tutkittavaksi.
Toisessa löylykokeessa kun sauna oli välillä tuuletettu perusteellisesti, noin 500 ml ”korvamerkittyä” vettä valeltiin kiukaan kiville. Seuraavina minuutteina (max 8 min) koehenkilöiden ja testipullojen vesipisarat koottiin tutkittavaksi (ensimmäisen löylykokeen toistaminen).
Yleisiä huomioita kokeista
Tarkastellaan tehtyjä löylykokeita pelkästään kostean ilman lainalaisuuksien kannalta, ottamatta kantaa kokeissa käytettyyn ”korvamerkittyyn” veteen!
On täysin varmaa, että kokeissa käytetyt (0 °C) ja (20 °C) vesipullot kondensoivat. Miten ne kymmeniä asteita kylpijän ihoa kylmempinä voisivat mitenkään simuloida saunojia ja heidän iholle muodostuvaa kondenssia!
Kondenssin muodostumisessa on täysin ratkaisevaa sen pinnan lämpötila, jolle ilmasta alkaa kosteutta tiivistyä. Ko. ylintä lämpötilaa kutsutaan ilman kastepisteeksi. Luonto ei tunnetusti ole lineaarinen tässäkään kohtaa. Pinnan (ihon) lämpötilan ollessa ympäröivän ilman kastepistelämpötilan yläpuolella kondessia ei muodostu yhtään – ei pisaraakaan!
Saunomisen alussa ihon lämpötila on noin 32 - 33 °C ja noin 4 minuutin kuluttua se on noin 42 °C. (Äikäs, E. & Piironen, P., Thermal Exchanges of the Human Body in extreme Heat. Saunailman lämpötila ja kosteus sekä niiden vaikutus ihmisen lämmönvaihtoon, LVI-lehti 8/1970, VTT & Työterveyslaitos) [1]
Laskennallinen arviointi
Lasketaan löylykokeen alkutilanteen (lämmittämätön sauna, normaali sisäilma) ilmatilan suureet. Laskennassa on käytetty Vaisala Humidity Calculator 5.0 -laskentaohjelmaa.
Tilapisteet on lisäksi merkitty oheiseen Mollier-diagrammiin.
Laskennan tulokset korostettu lihavoidulla fontilla:
- alkulämpötila 22 °C
- suhteellinen kosteus 40 %
- ilmanpaine 1013,3 mbar (normaali ilmanpaine)
- kastepiste 7,8 °C
- absoluuttinen kosteus 6,6 g/kg (sekoitussuhde)
- märkälämpötila 14,0 °C (jäähtymisraja)
- entalpia 38,9 kJ/kg
- tiheys 1,19 kg/m3
Kondensointi
- 0 °C vesipullo kondensoi
- 20 °C vesipullo ei kondensoi
- koehenkilöt eivät kondensoi
Vaikka märkälämpötila ja jäähtymisraja (= adiabaattinen kyllästyslämpötila) ovat fysikaalisesti erilaisia käsitteitä, niin ilmalle voidaan asettaa märkälämpötila ≈ jäähtymisraja. Tämä johtuu pelkästä yhteensattumasta lämmönsiirto- ja diffuusio-ominaisuuksien suhteen (Nils-Erik Fagerholm Termodynamiikka s.196, Otakustantamo 1986).
Saunan lämmitys alkulämpötilasta löylykoelämpötilaan.
- löylykoelämpötila 90 °C
- suhteellinen kosteus 1,5 %
- ilmanpaine 1013,3 mbar (normaali ilmanpaine)
- kastepiste 7,8 °C
- absoluuttinen kosteus 6,6 g/kg (sekoitussuhde)
- märkälämpötila 32,5°C (jäähtymisraja)
- entalpia 108,1 kJ/kg
- tiheys 0,97 kg/m3
Kondensointi
- 0 °C vesipullo kondensoi
- 20 °C vesipullo ei kondensoi
- koehenkilöt eivät kondensoi
Ilmaa lämmitettäessä siitä ei poisteta eikä siihen lisätä kosteutta, joten abs.kosteus säilyy vakiona (kuten kastepistekin), suhteellinen kosteus pienenee.
Löylykokeet
Molemmissa kokeissa kiukaalle valellaan 500 ml (500 g) ”korvamerkittyä vettä”. Oletetaan, että kaikki löylyvesi kiehuu kiuaskivien päällä ja muodostuu 100 °C höyryä (löylyä), joka täyttää tasaisesti koesaunan. Saunan lämpötila nousee noin 1°C. Ilmanvaihtoa ei mainita, joten sitä ei ilmeisimmin ole.
Kosteuden lisäys (laskettuna koko 16 m3 saunatilavuudelle) on 500 g/16 m3 = 31,3 g/m3 = (31,3/0,95) g/kg = 32,9 g/kg. Kosteus löylynheiton jälkeen 6,6 g/kg + 32,9 g/kg = 39,5 g/kg.
Löyly (100 °C, 500 g) nostaa saunan lämpötilan 91 °C:een. Löylyä heitettäessä tilapiste Mollier-diagrammilla siirtyy höyryn entalpian osoittamaan suuntaan löylyvesimäärästä ja löylyn vaikutustilavuudesta laskettavan janan verran (ks.”Muuttuuko saunan lämpötila löylyn vaikutuksesta… ja mihin suuntaan”).
Laskennan tulokset merkitty lihavoidulla fontilla.
- koelämpötila 91 °C
- suhteellinen kosteus 8,3 %
- ilmanpaine 1013,3 mbar (normaali ilmanpaine)
- kastepiste 36,3 °C
- absoluuttinen kosteus 39,5 g/kg (sekoitussuhde)
- märkälämpötila 44,1°C (jäähtymisraja)
- entalpia 197,0 kJ/kg
- tiheys 0,95 kg/m3
Kondensointi
- 0 °C vesipullo kondensoi
- 20 °C vesipullo kondensoi
- koehenkilöt kondensoivat siihen saakka kunnes ihon lämpötila ylittää kastepisteen 36,3 °C
Sakari Pälsin löylynlaki
Jos kosteuden lisäys (löylyn vaikutus) lasketaan vain ”Sakari Pälsin löylynlakitilavuudelle” = kiukaan kivipinnan tason yläpuolelle olevalle saunatilavuudelle, on löylyn vaikutustilavuus silloin noin 11,5 m3 (kuuma ilma on kevyempää kuin kylmä ilma ja kostea ilma on kevyempää kuin kuiva ilma)!
500 g/11,5 m3 = 43,5 g/m3 = (43,5/0,94) g/kg = 46,3 g/kg. Löylynheiton jälkeen kosteus on 6,6 g/kg + 46,3 g/kg = 52,9 g/kg.
Löyly (100 °C, 500 g) nostaa nyt saunan lämpötilan 91,5 °C:een.
Laskennan tulokset merkitty lihavoidulla fontilla.
- koelämpötila 91,5 °C
- suhteellinen kosteus 10,7 %
- ilmanpaine 1013,3 mbar (normaali ilmanpaine)
- kastepiste 41,3 °C
- absoluuttinen kosteus 52,9 g/kg (sekoitussuhde)
- märkälämpötila 47,5°C (jäähtymisraja)
- entalpia 233,3 kJ/kg
- tiheys 0,94 kg/m3
Kondensointi
- 0 °C vesipullo kondensoi
- 20 °C vesipullo kondensoi
- koehenkilöt kondensoivat siihen saakka kunnes ihon lämpötila ylittää kastepisteen 41,3 °C
Yhteenveto
Suoritetuissa ajallisesti lyhyissä löylykokeissa on normaalista suomalaisesta saunomisesta poikkeava tilanne - löylyä heitetään vain kerran (yksi runsas löylyannos). Koska kylpijät ovat kokeen alussa saunaan tullessaan ”kylmiä” (iholämpötila n. 32 – 33 °C), ennättää löyly hyvin kondensoida iholle. Kondensointiaika on noin 3 - 4 min., jonka jälkeen alkaa hikoilu 4 – 5 min, joka kestää kokeen loppuun saakka.
Lähteen [1] kuvasta 6. on nähtävissä miten kokeen alussa (saunan lämpötila 88 °C ja abs.kosteus 45 g/kg) kylpijän iholle tapahtuva kondensointi vaihtuu noin 3 min. kuluttua hikoiluksi. Vaihtumishetki nähdään kuvassa lämpövirran suunnan vaihtumisena, kun kylpijää lämmittävä kondensointi muuttuu kylpijää jäähdyttäväksi hikoiluksi.
Kuvasta nähdään myös, että kun hikoilu on kerran alkanut, jatkuu se kokeen loppuun saakka. Kylpijän ihon lämpötila hakeutuu jäähtymisrajaan (≈ märkälämpötila).
Löylynheiton jälkeen kondensointia tapahtuu, mikäli uuden ilmatilapisteen kastepiste on löylynheittoa edeltävän tilapisteen jäähtymisrajan yläpuolella!
Mikäli saunan lämpötila ja kosteus pidetään vakioina, tai löylyä lisätään vähitellen, ei kondensointia tapahdu. Kaikki iholle ilmestyvä kosteus on tuolloin hikeä!
Jos löylykokeen kesto olisi valittu sopivan lyhyeksi ajaksi (3 – 4 minuutiksi) olisi kokeen tulkinta voinut olla esimerkiksi seuraava:
Havaittiin, että saunottaessa kylpijän iholle muodostuva kosteus on kaikki kondensoitunutta löylyvettä, eikä saunassa todellisuudessa hikoilla lainkaan!
Tai sensaatiolehden lööppi olisi voinut kirkua:
Uusin tutkimus paljastaa – Suomen kansalla on saunahikoilusta vuosisatainen väärinkäsitys – saunassa ei hikoilla lainkaan!
Saksalaisista mittaustuloksista on mielestäni vedetty hätiköity johtopäätös koskemaan myös normaalia suomalaista saunomista väittämällä, että puolet kosteudesta on kondenssia ja puolet hikeä!
