Развитие техники отопления
Состояние отопительной техники, как и любой другой отрасли, определяется уровнем развития производительных сил и характером производственных отношений общества.
Процесс перехода от очагов для отопления помещений к жаровням, печам, каминам, конвекторам, излучателям и другим отопительным приборам сопровождался улучшением способа сжигания топлива и совершенствованием их конструкции.
Вместе с тем различные способы отопления помещения трудно отнести к определенным этапам исторического общественного развития.
В одно и то же время встречалось техническое устройство отопления, стоящее и на самом низком и на достаточно высоком уровне. Самый простой и древний способ отопления путем сжигания топлива внутри помещения без специального устройства для удаления продуктов сгорания соседствовал с центральными установками водяного и воздушного отопления. Так, в г. Эфесе, основанном в X в. до н. э. на территории современной Турции, для отопления уже в то время использовалась система трубок, в которые подавалась горячая вода из котлов, находящихся в подвалах домов. В Хакассии и многих других местах еще до нашей эры применялось центральное напольное отопление с использованием дымовых газов.
Одновременное использование различных по совершенству отопительных установок отражало классовый характер общества. Костры, очаги и примитивные печи применялись в жилищах бедняков, водяное и воздушное отопление — в дворцах и банях знати. Это различие в отопительных установках, имевшееся 2000—3000 лет назад, существовало в средние века, сохранилось и в современных капиталистических странах. Уровень технического совершенства отопительных установок в зданиях массового строительства уступает уровню отопления особняков, в которых создаются особо комфортные условия жизни. Лишь в производственных помещениях владельцы их, стремясь увеличить прибыль, внедряют новые отопительно-вентиляционные системы, способствующие повышению производительности труда и качества продукции.
В настоящее время направление и темп развития отопительной техники определяются общими задачами. С целью создания наиболее благоприятных условий труда и быта разрабатываются и внедряются системы отопления, унифицированные по конструкциям и надежные в действии. Унификация отдельных элементов (узлов и деталей) связывается с экономикой — стремлением сократить затраты труда и материалов, а также механизировать процессы заготовки и сборки систем отопления в условиях гигантского объема промышленного и гражданского строительства. Тепловая надежность систем, влияющая на тепловой комфорт помещений, предопределяется оптимизацией проектных решений и машинизацией трудоемких расчетов.
На развитие отопительной техники оказывал влияние вид применяемого топлива Многие столетия система отопления приспосабливалась к использованию энергии твердого топлива (дров, угля и др ). Твердое топливо сжигалось непосредственно в помещении в костре и жаровне, в очаге и курной печи, в печи с дымовой трубой. Отопительные печи часто применяются и сейчас. Затем твердое топливо стало сжигаться в центральной тепловой станции (котельной) здания и группы зданий, квартала и района города для нагревания промежуточного теплоносителя, переносящего тепло в помещения. С получением новых видов топлива твердое топливо, используемое в центральной тепловой станции, постепенно заменялось жидким и газообразным. Подобное устройство отопительных установок широко распространено в настоящее время.
Одним из источников тепла на Земле является солнечная энергия. Однако малая плотность лучистого потока на поверхности Земли ограничивает мощность отопительных гелиоустановок. В отдельных районах для отопления потребляется геотермическая энергия (глубинное тепло Земли) в виде пара и горячей воды.
Из-за известной ограниченности запасов топлива важным источником тепла становится атомная энергия. Уже сейчас здания и сооружения, расположенные близ атомных электростанций, отапливаются водой, нагреваемой при действии атомных реакторов.
Для отопления помещений используется также электрическая энергия, в частности в районах расположения крупных электрических станций Можно предположить, что развитие энергетики с использованием атомной энергии и созданием избытка энергии существенно повлияет на дальнейшее развитие отопительной техники, которая, возможно, расширит свое назначение вплоть до изменения местных зимних климатических условий на территории поселений и заводов.
История и эволюция систем отопления
На протяжении многих лет первой отопительной установкой считается костёр, разведённый внутри жилища.
В Древнем Риме в I веке до н. э. уже существовало развитое отопительное устройство «гипокауст», где воздух в помещении получал теплоту от полов, которые нагревались печными дымовыми газами, проходящими в подпольных полостях. Такая система позволяла получать «чистую» теплоту, без контакта человека с продуктами сгорания. Кроме этого, каменный пол, обладая большой тепловой инерцией, долго ещё после потухания огня отдавал теплоту помещению. Гипокауст описывается Марком Витрувием Поллионом в трактате «Об архитектуре». Схожая система, «ондоль», появившаяся предположительно в I в. до н. э. — VII в. н. э., используется до сих пор в Корее. Аналогичная система обогреваемого пола известна и в северных районах Китая, где она известна как «дикан» где обогревалась лишь широкая лежанка, где люди спали, сидели и сушили вещи.
Также ещё в Древнем Риме принял свой современный облик камин. Термин и происходит от латинского «caminus» — открытый очаг. Он устанавливался в центре помещения и максимального окружался теплоаккумулирующими материалами — каменный портал, каменный дымоход, каменная противоложная стена. Таким образом, удавалось избежать перегрева во время топки (камень «впитывал» теплоту) и резкого охлаждения после потухания огня (теперь камень «отдавал» тепло), а благодаря тяге в дымоходе, камин также осуществлял и вентиляцию.
А в средней Европе, судя по археологическим раскопкам, и в IX веке жилища отапливались печами-каменками и курными печами. Печь-каменка представляла собой очаг, сложенный из булыжников и валунов, курная печь — вырытую в земле яму с глиняным сводом. Это было уже большим шагом после костра — такая печь аккумулировала теплоту и продолжала отдавать её долгое время после прогорания топлива, что позволяло тратить меньше дров и сил. Но всё равно эти печи ещё топились «по чёрному» — продукты сгорания выходили сперва прямо в жилище и уже после в атмосферу через специальное отверстие в потолке, а то и вовсе через дверь. В XV веке существовали печи с дымоходными трубами, тогда деревянными — «дымницами».
XV веку система «гипокауста» в Европе была практически утрачена (за исключением Испании, где изменённая версия, называемая «глорией», существовала до начала XX века), а потому появление огневоздушной системы, называемой «русской системой», произвело небольшую революцию. Устройство отопления было такое: холодный воздух через воздухозаборную шахту подводился к установленной на первом или цокольном этаже печи, где, касаясь её раскалённой поверхности, нагревался, а после по горизонтальным и вертикальным кирпичным воздухораспределяющим каналам подводился в обогреваемые помещения. Оттуда через вытяжные каналы отдавший теплоту воздух выводился обратно в атмосферу. За счёт разности плотностей горячего и холодного воздуха циркуляция была естественной. Такая система не только обеспечивала жильё «чистой» теплотой, но и осуществляла вентиляцию. «Русской системой» была оборудована, к примеру, Грановитая палата в Кремле.
Печи в XV—XVIII веках были глиняные, кирпичные или даже изразцовые, что было большой роскошью — изразцовую печь можно было встретить только в богато украшенных дворцовых помещениях и изредка у зажиточных горожан. Также на Тульском заводе выпускались чугунные и стальные нетеплоёмкие печи. В 1709 году по указу Петра I были созданы первые десять «шведских» печей с более дешёвыми изразцами (синяя роспись по гладкому белому основанию). «Шведская» печь популярна и до сих пор, бывает различных конструкций, но по сути представляет собой печь с оснащённой вытяжкой варочной камерой в «теле» печи и «кухонной плитой» на ней. В 1736 году в Петербурге были широко распространены «дровосберегающие» печи, оснащённые горизонтальным змеевиком дымохода, в 1742 её уже успешно вытесняла печь с «колодцами» — вертикальным змеевиком.
Российский инженер и архитектор Н. А. Львов в 1795 году издал первую оригинальную русскую работу по отоплению, свою книгу «Русская пиростатика». В издании Львов представил изобретённые им усовершенствования отопительных установок, а также основы конструирования и расчёты систем огневоздушного отопления.
В это время всё больше и больше распространялись многоэтажные здания, поэтому появляется тенденция к централизованному отоплению. Тут и пригодится «русская система», выполняемая раньше в основном для двухэтажных зданий. Тогда же в 1799 году Николай Львов опубликовал свою вторую книгу «Русская пиростатика, или употребленiе испытанныхъ каминовъ и печей», где есть раздел «О духовыхъ печахъ верхнiя или соседственные комнаты нагревающiхъ». Там он предложил конструкцию наподобие калорифера, но малоэффективную.
В 1821 году в Вене была издана книга немецкого профессора Мейснера «Руководство к отоплению зданий гретым воздухом» — также сделавшая значительный вклад в развитие огневоздушного отопления.
Николай Аммосов, обобщив идеи Львова и Мейснера, представил в 1835 году первый в мире эффективный калорифер — свою систему «пневматического» отопления, позже и названную «аммосовской печью». Работала система вполне аналогично «русской» — нагретый печью воздух под действием разности плотностей поднимался по «жаровым» металлическим каналам в парадные залы и жилые комнаты. Представление печи было не простое — её впервые установили в помещениях Императорской Академии художеств, где система хорошо себя показала. В 1838 году, после трёхдневного пожара в Зимнем дворце, печное отопление заменили на аммосовские пневмопечи. К 1841 году «аммосовские печи» были установлены в зданиях Эрмитажа, Придворном Манеже — в общей сложности в 100 крупных зданий в Петербурге и других крупных городах России, насчитывалось в общей сложности свыше 420 «больших и малых пневматических печей».
И только теперь стали заметны существенные недостатки. То, что система издавала низкий гул при топке, пересушивала воздух, потрескивала во время грозы, было заметно сразу и терпимо (впрочем, именно поэтому Александр II в 1860-х добавил ей «в помощь» локальные системы водяного отопления, но главный недостаток заключался в раскалённых «жаровых» воздуховодах, которые перегревали оказавшиеся рядом стены, уничтожая драгоценные росписи, а пыль на них пригорала, издавая неприятный запах, или, что еще хуже, взлетала и покрывала понемногу сажей стены, картины — словом, весь интерьер.
Паровая система отопления
Грядущий XIX век дал широкое распространение водяным и паровым системам отопления. Собственно, толчок паровым системам отопления дало повсеместное применение паровых машин. Промышленные помещения были велики, и отапливать их было сложно, так что отработанный пар пришёлся кстати.
В 1802 году в Российской империи впервые появились статьи о возможности отопления паром, а в 1816 г. в Петербурге уже существовала теплица, отапливаемая таким способом.
В отличие от водяной или огневоздушной систем отопления, теплоносителем является водяной пар. Иногда в быту водяное отопление зданий неправильно называют «паровым», хотя в жилых и общественных зданиях применение парового отопления сейчас запрещено строительными нормами и правилами.
Водяная система отопления
В 1777 году французский инженер М. Боннеман изобрёл и применил для обогрева инкубаторов первую водную систему отопления с естественной циркуляцией, основные принципы и инженерные решения которой нашли применение в отоплении жилищ тогда и применяются до сих пор.
В 1834 первой в России системой водяного отопления с естественной циркуляцией стала система горного инженера, профессора П. Г. Соболевского. В 1875 году появилась первая не только в России, но и в Западной Европе квартира с отдельной системой водяного отопления с использованием плоских отопительных приборов, сделанных в виде пилястр. Подогрев воды происходил в небольшом нагревателе, установленном в кухонном очаге.
XX век дал начало системам отопления с принудительной циркуляцией, осуществляемой с помощью насосов. Это осуществилось с промышленным выпуском электродвигателей.
В отличие от паровой системы отопления, вода находится в жидком состоянии, а значит, имеет более низкую температуру. Благодаря этому, водяное отопление более безопасно. Однако радиаторы для водяного отопления имеют большие габариты, чем для парового.
В системах водяного отопления циркуляция воды может быть как естественной, так и искусственной (с использованием водяного насоса, который гонит теплоноситель от котла к радиаторам и обратно от радиаторов к котлу). Системы с естественной циркуляцией воды просты и относительно надёжны, но имеют невысокую эффективность, которая зависит от правильного проектирования системы. Системы же с принудительной циркуляцией теплоносителя более современны, эффективны и к настоящему времени более популярны.
Водяная система отопления является самой распространенной на сегодняшний день в мире. Как и раньше вода (теплоноситель) подогревается в нагревателе (котле) и посредством циркуляционного насоса гонится по всей системе, доходя до отопительных приборов (радиаторов), происходит теплоотдача, и уже остывший теплоноситель (вода или антифриз на водяной основе) возвращается обратно в нагреватель (котел) и процесс повторяется снова и снова.
Узнать более подробно о видах и типах водяных систем отопления можно обратившись к другому разделу нашего сайта «Система отопления»
Большой энциклопедический словарь
Большая Советская энциклопедия
Белоусов В. В. Отопление и вентиляция, ч. 1 Отопление. — Москва, 1967.
Андреевский А. К. Отопление. — Минск, 1982
Леонид Большаков Комментарий к дневнику Т. Шевченко. — Оренбург, 1993.
История отопления
Здраствуйте, уважаемые друзья! Сегодня решил открыть новую рубрику на своем сайте — «История теплотехники». В этой рубрике я буду писать про историю открытий в теплотехнике, про становление и развитие отопительной техники. А также про ярких, неординарных личностей, которые совершали открытия и изобретения, и остались в памяти людей. И сегодня первая статья про историю отопления.
Первые системы отопления, которые можно назвать таковыми, появились в Древнем Риме. Называлась она «гипокауст». Это значит «снизу согретый». Это можно сказать, аналог современных «теплых полов» и «теплых стен». Воздух с улицы поступал в здание и прогревался в особых каналах. Каналы располагались в полу и стенах здания и прогревались от печи, которая располагалась в подвале здания. Но такое отопление в основном было в богатых домах. У людей победнее отопление осуществлялось с помощью обычных печей, которые топились по «черному», то есть без отвода печных дымовых газов. И такая картина наблюдалась в течение многих веков.
Лишь в XV веке, впервые кстати в России, печь стали топить по «белому», то есть появились дополнительные трубы, которые отводили уходящие дымовые газы в атмосферу. Эта система получила в Европе название «русской» и действовала вкратце так: холодный наружный воздух подводился к находящейся чаще в подвальном помещении печи, нагревался от нее, отапливал помещения здания и удалялся через через вытяжные каналы. Циркуляция происходила естественным путем, за счет разности плотностей холодного и теплого воздуха. Дымовые же газы в этой системе, как я уже писал выше, удалялись наружу через дымовую трубу, и не попадали в помещение. Такая система совмещала отопление с вентиляцией и была революционной для того времени.
В XVIII веке появилось паровое и водяное отопление (в Англии и Франции). В России интенсивнее стало развиваться водяное отопление (паровое использовалось преимущественно для производства, промышленности). В 90х г.г. XIX века появилось центральное водяное отопление. В качестве нагревательных приборов использовались чугунные радиаторы, которые были соединены трубами с котлом. В котле топливом служил уголь, циркулирующая вода нагревалась и самотеком поступала к чугунным радиаторам. После отдачи тепла через стенки радиатора, вода вновь направлялась в котел для последующего нагрева.
В 1903 году произошло знаковое для последующей истории отопления в России событие, профессором В.М.Чаплиным был запатентован водоструйный насос для систем отопления, получивший название гидравлического элеватора. Элеваторная схема подключения внутренних систем отопления очень широко использовалась в советское время при строительстве многоквартирных домов.
После Октябрьской революции, в советское время, теплоснабжение стало развиваться в сторону применения систем отопления с насосным побуждением циркуляции воды. Также повсеместно строились крупные источники теплоснабжение — ТЭЦ (теплоэлектроцентрали). Где то до середины XX века в строительстве при монтаже внутренних систем отопления применялась в основном двухтрубная система отопления.
С развитием массового крупнопанельного строительства в основном стала применяться вертикальная однотрубная система. За счет этого обеспечивалась высокая степень механизации работ, снижение трудозатрат при монтаже отопления. Тогда это было оправдано. И такая вертикальная однотрубная система (чаще с нижней разводкой) досталась современной стране от советских времен. Сейчас теплоснабжение в основном развивается в сторону все большего применения всевозможных методов автоматизации и регулирования расхода теплопотребления.
Буду рад комментариям к статье.
