Lämpö ja ilmanvaihto – hyvien löylyjen tärkeimmät tekijät

Saunafysiikan perusteet

Lampö ja ilmanvaihto ovat saunakokemuskolmioni kaksi tukijalkaa. Lämmön lähteenä on suomalaisessa saunassa kiuas. Ilmanvaihtoa tarvitaan osaltaan lämmön siirtämiseen kiukaalta saunojien iloksi. Toimivan ilmanvaihto tekee saunassa oleilusta miellyttävää tai jopa nautinnollista. Tämä artikkeli taustoittaa kiukaan valinnasta ja ilmanvaihdon suunnittelusta kertovia tulevia artikkeleita.

Miksi saunassa tulee lämmin?

Lämpöä siirtyy saunojaan neljällä eri tavalla. Nämä ovat:

1. Johtuminen
2. Säteily
3. Konvektio
4. Höyrystymislämmön vapautuminen

Lämmön siirtyminen koetaan miellyttävänä, kun se tapahtuu tasaisesti tai ennustettavissa ympäri kehoamme.

Jos puulämmitteisen kiukaan yläosaan koskee lämmittämisen jälkeen, tulee sormi kipeäksi. Johtuminen eli konduktio aiheuttaa pahimmillaan palovammoja. Koska kiuasta ei ole tapana halailla, tulee saunassa johtumisen kautta lämpöä lähinnä istuinpinnoista. Jo 50 asteen yläpuolella alkaa kaipailla takapuolen ja penkin väliin eristettä tai jäähdykettä.

Avotakan edessä on mukava lämmitellä, sillä se säteilee lämpöä. Mitä pienempi sauna ja huonommin eristetty kiuas, sitä enemmän lämpöä suhteellisesti siirtyy säteilyn avulla. Koska en tämän sivuston puitteissa pidä ns. infrapunasaunaa sauna, en myöskään suosittele säteilylämmöllä lämmittämistä ainoaksi lämpölähteeksi. Toisaalta kauttaaltaan mustuneessa ja perusteellisesti lämmitetyssä savusaunassa säteilylämpö voi myös olla miellyttävää, kun sitä saadaan sopivasti joka suunnalta.

Konvektio eli kuljettuminen on saunomisen kannalta keskeinen lämpiämismuoto. Kiuas lämmittää saunan ilmaa ja saunan ilma taas saunojia. Mitä kovempaa ilma liikkuu, sitä tehokkaammin lämpöä siirtyy. Saunasampo-kiukaiden patentoitu idea oli lisätä kiukaaseen puhallin, joka liikuttaa ilmaa kiukaan läpi, siirtäen lämpöä saunaan. Periaate on siis sama kuin auton sisätilalämmittimellä, joka puhaltaa ja lämmittää yhtäaikaa.

Ilman liikettä saunassa saa aikaan myös löylynheitto. Erityisesti jatkuvalämmitteisissä puukiukaissa ja varaavissa kiukaissa ilma kiertää kiukaasta kuin itsestään, sillä lämpimän ilman noustessa ylös, tulee viileämpää ilmaa alas.

Mutta miksi löyly tuntuu kuumalle?

Meteorologian professori Timo Vesala on kirjoittanut löylyn vaikutuksesta. Löyly, eli ilmankosteuden tilapäinen lisääminen, ei suoraan vaikuta saunan lämpötilaan. Lämpömittari ei hievahdakaan löylyn heittämisestä samalla tavalla kuin napakka löyly ajaa saunojan pois ylälauteilta.

Löylyn kuumuuden selitys löytyy veden tiivistymisen luovuttaman lämpöenergian kohdistumisesta iholle. Koska ihminen on saunoessaankin tasalämpöinen, noin 37 asteinen kappale, mutta saunassa lämpötila on jossakin 70 asteen yläpuolella, olemme me saunassa suhteellisin kylmiä olentoja.

Mitä tapahtuu saunaan viedyllä kylmällä ”limsa”tölkille, pöytään pakastimesta nostetulle jäätelöpaketille tai talvella ahkerasti käytössä olevalla vessanpöntön vesisäiliön reunalle? Näihin kaikkiin tiivistyy kosteutta, koska ne ovat ympäristöään viileämpiä.

Kosteuden tiivistymisen myötä siirtyy myös energiaa, joka on aikanaan käänteisessä prosessissa hävinnyt. Ihminen säätelee lämpötilaansa mm. hikoilemalla, sillä hiki haihtuessaan vie lämpöenergiaa pois iholta. Tämän takia kostea iho tuntuu kylmälle. Saunassa hikoilu ei onnistu näin helposti, sillä mikäli kosteus on lämpötilaan nähden riittävän korkea, alkaa vesi höyrystymään iholle haihtumisen sijaan. Tämän takia saunassa tulee kuuma.

Ilmanvaihdon merkitys: hyvää ilmaa tarvitaan

Ilmanvaihtoa tarvitaan osaltaan lämmittämään saunaa, mutta myös pitämään ilma saunomisen kannalta hyvänä. Ilmanvaihdolla on tärkeä rooli saunan tasaisessa lämmittämisessä. Fysiikan lakien mukaan saunan lämpimin paikka on aina sen korkeimmassa pisteessä, sillä lämpö – ja myös löyly- nousee aina ylös. Sitten alaspäin. Sopivalla ilmanvaihdolla saadaan sauna tasaisen lämpimäksi, huonolla ilmanvaihdolla ja laude-kiuas –suunnittelulla tilanne on päinvastainen.

Saunojien hikoillessa lauteilla, erittyy saunailmaan hikeä, tai ainakin sen hajua, sekä hengityksen mukana hiilidioksidia. Sekä hiki että hiilidioksidi pitäisi saada saunailmasta poistettua, jotta oleskelu on miellyttävää. Lisäksi ilmanvaihtoa tarvitaan ilmankosteuden hallitsemiseksi.

Saunassa ilmanvaihdon merkitys korostuu korkean lämpötilan ja kosteusvaihtelun vuoksi. Kuten äsken kerroin, liittyy kosteus olennaisesti lämpökokemukseen. Jos saunassa ei olisi ilmanvaihtoa, mutta löylyä heitettäisiin, kohoaisi saunan kosteus pikku hiljaa hyvin korkeaksi. Tällaisessa saunassa oleskelu olisi hyvin tukalaa. Ilmanvaihdon pitää siis myös poistaa löylyn mukana tulevaa kosteutta. Alla oleva kuva on VTT:n tutkimuksesta, jossa on kaksi toimivaa ja kaksi huonoa ilmanvaihtoratkaisua kosteuden poiston näkökulmasta:

Pelkästään saunan korkea lämpötila, ilman kosteutta, ohentaa ilmaa. Kuumassa saunassa ei siis periaatteessakaan ole yhdessä litrassa ilmaa niin paljon kuin normaalissa ilmanpaineessa. Ääriesimerkkinä täysin kuiva 120 asteinen sauna vastaa happiolosuhteiltaan kolmen kilometrin korkeutta. Koska vesihöyry syrjäyttää happea, muuttuu hengittäminen yhä vaikeammaksi, jos kovissa lämmöissä lyödään löylyä. Jos ilmankosteus nousisi 100%:in RH, niin saunassa ei olisi ollenkaan happea – ja jatkuvalämmitteinen kiuas sammuisi. Palokuntakin sammuttaa tulipaloja tukahduttamalla niitä vesihöyryllä!

Lopputuloksena saunan lämpötilan ja kosteuden suhde hyvin toimivassa saunassa mukailee alla olevan kuvan tilannetta, jossa saunassa vuorotellen hikoillaan ja altistutaan lämpöaalloille:

Tässä lämmön ja ilmanvaihdon perusteet. Palaan tulevissa artikkeleissa siihen, miten kiuas vaikuttaa lämmitykseen ja kuinka ilmanvaihto saadaan toimimaan niin painovoimaisesti kuin koneellisen ilmanvaihdon kohteissa.

Lisää lukemista:

Saunan fysiikasta lisätietoa löytyy mm. Esko V. Mäkelän Sauna-lehteen vuonna 2010 kirjoittamasta artikkelista Löyly fysikaalisena ilmiönä. Linkitetty artikkeli on julkaistu Saunologia-sivustolla. Professori Vesalan artikkeli Arkhimedes-lehdessä kertoo pidemmin lämmön kokemuksen fysikaalisista taustoista: Timo Vesala (2010) Saunomisen sietämätön kuumuus.