Kuka Unto Hakkarainen?

Diplomi-insinööri LVI, parantumaton saunapohdiskelija, eläkeläinen

11

Eräs saunan lämpötila-asioissa usein keskustelua herättävä kysymys on, mitä saunan lämpötilalle tapahtuu löylyä heitettäessä. Asiasta voi spekuloida , mutta jokainen tietää nahoissaan, että kuumemmalle siellä ainakin tuntuu! Mutta miksi, mitä fysiikka sanoo? Saunologian saunavieras DI Unto Hakkarainen on LVI-asiantuntija ja otti toivomuksestani kantaa kysymykseen tiukan insinöörimäisesti ja sen tueksi videoin pienen testin asiasta. Unton selitys on kiinnostava ja selventää, miksei asia ole niin itsestään selvä:

Otetaanpa löylykauhaan vettä ja heitetään se kuumille kiuaskiville. Veden lämpötila nousee kiukaalla ensin 100 °C:een. 100 °C vesi ottaa kiuaskivistä lisää energiaa ja kiehuu 100 °C höyryksi. Kiuaskivien lomaan valunut vesi ja siitä muodostunut 100 °C höyry voi vielä tulistua esim. 50 °C, jolloin kiukaasta saunan ilmatilaan purkautuvan löylyn lämpötila on 150 °C.

Tarkastellaan ensin tapausta, jossa kaikki löylyvesi kiehuu kiuaskivien päällä muodostaen 100 °C höyryä. On helppo päätellä, että jos saunan lämpötila on ennen löylyn heittoa alle 100 °C niin tämä 100 °C höyry nostaa saunan lämpötilaa! Mutta jos saunan lämpötila ennen löylyn heittoa on yli 100 °C, silloin 100 °C höyry jäähdyttää saunailmaa ja saunan lämpötila laskee.

Arvatenkin 100 °C saunailman lämpötilaan ei tällä löylynheitolla ole vaikutusta. Tulistuneen löylyn (150 °C) tapauksessa saunailman lämpötila nousee, koska saunan lämpötila ennen löylynheittoa on aina alle 150 °C!

Saunan ilmatilan muutosta voidaan havainnollistaa tarkemmin KOSTEAN ILMAN h, w PIIRROKSELLA (Nils-Erik Fagerholm, Termodynamiikka, Otakustantamo 1986, liite 9), josta saadaan ilman lämpötila ja kosteus löylynheiton jälkeen. Diagrammeissa ”löylyjanat” on suunnattu valituista alkupisteistä kohti kulloisenkin löylyn entalpiaa pystyakselilla .

2019-Hakkarainen-100c
Lämpötilan ja kosteudne muutos löylynheitossa (100°C vesihöyry). Mollier-diagrammi. Kommentit: Unto Hakkarainen

Löylynheitossahan lisätään höyryä saunailmaan. Em. piirroksessa ilman tilamuutos höyryä lisättäessä saadaan piirtämällä alkutilapisteestä suora oikealla pystyakselilla olevaa lisättävän höyryn entalpiaa kohti.

  • 100 °C höyryn entalpia on 2676 kJ/kg
  • 150 °C höyryn entalpia on 2745 kJ/kg

Valitaan piirrokseen saunailman alkutiloiksi ennen löylynheittoa:

t= 80 °C ; w= 20 g/kg k.i.

t= 120 °C ; w= 20 g/kg k.i.

Piirroksista nähdään, että lämpötilojen muutokset kaikissa tapauksissa ovat pieniä – vain muutama aste - olivatpa ne sitten nousuja tai laskuja. Saunailman kosteus w sitä vastoin kasvaa voimakkaasti kaikissa tapauksissa (piirroksissa 20 g/kg k.i. >> 80 g/kg k.i.).

”Löylyjanan” suunnan määrää löylyn entalpia ja pituuden löylyveden määrä.

2019-Hakkarainen-150c
Lämpötilan ja kosteuden muutos löylynheitossa (150°C vesihöyry). Mollier-diagrammi. Kommentit: Unto Hakkarainen

Laskennallinen esimerkki: löylynheitto 20 m3 saunassa

Vastaan artikkelin otsikossa esitettyyn kysymykseen esimerkin kautta. Saunan alkulämpötila on 80 °C, kosteus 0,02 kg H2O/kg k.i. ja höyryn tiheys 0,0191 kg/m3.

Löylynheiton (tulistunut löyly 150 °C) jälkeen saunan lämpötila on 86 °C, kosteus 0,08 kg H2O/kg k.i. ja höyryn tiheys 0,0688 kg/m3.

Tilamuutokseen tarvittava vesimäärä 20 m3 saunassa on 20m3 x (0,0688 – 0,0191) kg/m3 = 1 kg

Laskelmassa on oletuksena, että löylyn tuottama kosteus täyttää koko saunan tasaisesti, vaikka vertikaalisuunnassa lämpötila onkin kerrostunut. (Prof. Ryti on käyttänyt Tekniikan käsikirjassa saunalaskussaan tilanmuutokseen tarvittavaa löylyveden määrää laskiessaan saunan koko tilavuutta!)

Saunologin kommentaari

Olen pitkään itse ollut siinä (väärässä) uskossa, että tässä esitetty saunan ns. kuivalämpötila ei löylyä heitettäessä muuttuisi. Nyt vaikuttaa kuitenkin tarpeelliselle korjata käsityksiä tämän suhteen! Tämä johtuu myös siitä, että yleisesti saunassa tekemissäni lämpötilamittauksissa ei ole lämpötila-anturissa näkynyt löylynheiton kohdalla vastaavaa muutosta kuin ilmankosteudessa. Syynä tähän taas on todennäköisesti ollut mittarityyppi, joka reagoi ilman lämpötilan muutoksiin turhan hitaasti.

Koska saunologi on empiristi, päätin kokeilla asiaa käytännössä, tällä kertaa hieman paremmin soveltuvalla (joskaan ei missään tapauksessa täydellisessä) termopari-lämpöanturilla. Näin siinä kävi: (katso video)

Unto Hakkaraisen esitys saunan lämpötilan muutoksesta vaikuttaa järkeenkäyvälle. Siihen on lisättävä, että koska saunan lämpötila harvoin on tasainen, ei myöskään löylyn vaikutus kohdistu siihen tasaisesti. Toisaalta löylyt eivät kestä kauaa ja saunan ilmanvaihdon ja pintamateriaalien lähtötilasta riippuu, miten nopeasti löylyjen mukanaan tuoma lisäenergia haihtuu.

Odotan innolla, että pääsen julkaisemaan lisää Unton saunologisia pohdintoja!

Kiitos Unto Hakkaraiselle!