Где изобрели центральное отопление

Что такое отопление?

Отопление — это искусственное обогревание помещений и зданий с возмещением тепловых потерь для поддержания в них температуры на заданном уровне. Температура определяется комфортом находящихся в помещениях людей и требованиями протекающего технологического процесса. Для отопления предусматривают отопительную установку.

Отопление зданий в Древнем мире и средних веках

Отопление гораздо древнее кондиционирования воздуха (напомним, первый кондиционер появился в 1902 году). История отопления восходит к кострам, разведенным первобытными людьми в пещерах и насчитывает уже много тысяч лет.

В Древнем мире в одно и то же время встречались технические устройства отопления, стоящие и на самом низком и на достаточно высоком уровнях. Самый простой и древний способ отопления путем сжигания топлива внутри помещения соседствовал с центральными установками водяного и воздушного отопления. Так, в городе Эфесе, основанном в Х в. до н.э. на территории современной Турции, для отопления уже в то время использовались системы трубок, в которые подавалась горячая вода из закрытых котлов, находящихся в подвалах домов. Римская система воздушного отопления «Хюпокаустум» (=снизу согретый), созданная в Римской империи, была устроена так: наружный воздух нагревался в подпольных каналах, предварительно прогретых горячими газами, и поступал в отапливаемые помещения. По такому же принципу обогревались помещения замков в Германии в Средние века.

Костры, очаги и примитивные печи использовались в жилищах бедняков, водяное и воздушное отопление — в дворцах и банях знати. Это различие в отопительных установках, имевшееся 2000- 3000 лет назад, существовало и в средние века. В течение нескольких тысячелетий для отопления жилищ применялись глинобитные печи, топившиеся «по-черному» с отводом дыма в помещение и через него наружу. В дворцах устраивалось центральное огневоздушное подпольное отопление, обнаруженное при раскопках на территории Хакасии в Сибири, Древних Китая и Греции.

В XVIII в. в Англии и Франции были изобретены (хотя отдельные установки встречались и ранее) системы парового и водяного отопления. Они сначала применялись для отопления оранжерей и теплиц, а потом, с начала следующего столетия, и зданий.

История отопления в России

В Древней Руси широко применялся курной очаг (без дымовой трубы). В России лишь в XV — XVI вв. печи в жилых помещениях были дополнены трубами и стали называться «белыми» или «русскими». Первоначально дымовые трубы, которые назывались дымницами, выполняли из древесины в виде толстого теса, что было пожароопасным. В период интенсивного развития городов в XVI-XVII вв. русская техника достигла высокого уровня. Основным центром печного искусства и выучки мастеров печных дел в период со времени создания Русского государства и до второй половины XVII в. была Москва. Здесь зарождались прогрессивные конструкции и новые архитектурные формы отопительных печей, разрабатывалась технология изготовления печных изразцов, строились кирпичные заводы и чугунолитейные фабрики, изготовляющие печные приборы.

Существенный сдвиг в печном деле произошел во время Петровской эпохи. В 1718 г. указом Петра I было запрещено строительство в Петербурге домов с курными печами и деревянными трубами, а в 1722 г. этот указ распространился и на Москву (непонятно, как люди жили до этого в своих черных, пропитанных сажей избах). Одновременно расширялись существующие и сооружались новые кирпичные заводы. Были изданы обязательные правила кладки наиболее важных элементов печей. В это же время было развито производство печных отделочных материалов. Вместо рельефных тисненых изразцов в печном деле стали применять гладкие расписные изразцы голландского образца. В связи с этим отечественные отопительные толстостенные печи неправильно стали называть голландскими или «голландками». По документальным источникам установлено, что в XVIII и в начале XIX вв. русское печное искусство занимало ключевые позиции в Европе.

Появились системы воздушного отопления. Известно, что в ХV в. такое отопление было устроено в Грановитой палате в Московском Кремле, а затем под названием «русская система» применялось в Германии и Австрии для отопления крупных зданий. После опубликования в России в конце 18 века книг Н. А. Львова («Русская пиростатика», 1795 и 1799 г.) появились системы воздушного топления, совмещенные с вентиляцией. Обобщающий печное отопление труд «Теоретические основания печного дела» был написан И. И. Свиязевым в 1867 г.

В России первая система парового отопления была осуществлена в Петербурге в 1816 г., водяного отопления — в 1834 г. (П. Г. Соболевский). В России паровое отопление высокого давления устраивалось исключительно в производственных зданиях, что свидетельствует о понимании связанных с его применением недостатков. Позднее стали применять системы низкого давления. Водяное же отопление преимущественно распространялось в гражданском строительстве, в первую очередь в больницах.

Остановимся подробнее на истории водяного отопления, широко применяемого в настоящее время. В XIX в. водяное отопление устраивалось с естественной циркуляцией воды. В 50-60-х годах 19 века распространилось более дешевое водяное отопление высокого давления по системе Перкинса (патент 1831 г.). Система составлялась из вертикальных толстостенных трубок (внутренний диаметр 15 мм, наружный 25 мм), со всех сторон замкнутых и заполненных водой. Вода нагревалась в змеевике, помещенном в центральную печь. Такого же рода змеевики («нагревательные спирали»), соединенные одной трубой, размещались в обогреваемых помещениях.

Сейчас подобная связь отопительных приборов именуется однотрубной. В системе циркулировала вода под значительным давлением (до 7 МПа) , нагреваемая до 260-300оС. В системе водяного отопления высокого давления кроме змеевиков в помещениях использовались гладкие трубы большого диаметра, а затем и ребристые трубы — первые специальные отопительные приборы. Применялось также водяное отопление повышенного давления (до 0,8 МПа) с отопительными приборами в виде чугунных цилиндрических печей со сквозным внутренним каналом.

С 70-x годов 19 столетия с водяным отоплением высокого давления стало успешно конкурировать водяное отопление низкого давления, выполняемое заводом Сан-Талли в Петербургe по горизонтальной схеме с отопительными приборами из ребристых труб (фасонные части и арматура ввозились из Германии). В последней трети XIX в. водяное отопление низкого давления осуществлялось в различных городах России в виде вертикальных и горизонтальных однотрубных систем. В 1875 Г. К. Лешевич впервые устроил квартирное водяное отопление низкого давления, действующее самостоятельно или во время топки кухонного очага. В 80-x годах около каждого отопительнoгo прибора стали устанавливать регулирующие краны. В 90-х годах появилось двухтрубное водяное отопление, где по одной из параллельно прокладываемых двух вертикальных труб подавалась в отопительные приборы нагретая вода, по другой отводилась охлажденная. Вертикальные трубы отопления прокладывались скрыто в стенах, ребристые трубы закрывались щитами и декоративными решетками.

Для начала ХХ в. характерно стремление к уменьшению первоначальной стоимости отопительных установок. Водяное отопление устраивается с открытой прокладкой вертикальных труб и открытой установкой отопительных приборов (около 1900 г. появились чугунные радиаторы). Применяются различные решения с целью повышения скорости движения воды для уменьшения диаметра труб. Побуждение циркуляции воды предлагалось осуществлять путем подмешивания к воде в подъемных трубах воздуха, пара, перегретой воды.

В. М. Чаплин разработал и в 1903 г. впервые применил в Москве паро-водо-водяное отопление с побуждением циркуляции воды пароструйным инжектором. Для отопления здания устанавливались два котла: паровой для получения пара под давлением 0,05 — 0,3 МПа (в зависимости от высоты здания) и водогрейный для нагревания воды до температуры от 100 до 150 С, которая, смешиваясь с охлажденной водой, поступала при пониженной температуре (не выше 90 С) для отопления помещений. Предложенное В. М. Чаплиным эжектирование охлажденной воды при подаче снаружи высокотемпературной воды повсеместно используется до настоящего времени для центрального водяного отопления зданий.

В 1905 г. В. А. Яхимович предложил и внедрил «трубчатые приборы с рубашкой из бетона» — паробетонные приборы панельно-лучистого отопления, основанного на заделке нагревательных элементов в толщу ограждающих конструкций помещений. В последующие 10 лет было выполнено свыше 100 таких отопительных установок. В те же годы появилось районное отопление: несколько зданий стали снабжаться тепловой энергией из oднoгo центра. При этом в качестве теплоносителя «дальнего действия» использовался пар, в зданиях устанавливались пароводяные теплообменники (бойлеры) и оборудовалось водяное отопление с естественной циркуляцией. Например, таким пароводяным отоплением в 1903 г. были оборудованы 13 корпусов Петербургской детской больницы (А. К. Павловский).

Начало применения насосов в России для побуждения циркуляции воды с целью не только уменьшения диаметра труб, но и увеличения радиуса действия водяного отопления относится к 1909 г. Осторожное отношение к использованию насосов в водяном отоплении последовало после отрицательного выступления г. Ритшеля на третьем Германском съезде по отоплению и вентиляции в 1901 г. Насосное водяное отопление впервые было осуществлено в Михайловском театре в Петербурге (Н. П. Мельников). В двухтрубной системе отопления каждый радиатор снабжался обходной веткой с переключательным трехходовым краном для возможности использования ее при выключении радиатора. В 1912 г. насосное водяное отопление было запроектировано Н. П. Мельниковым в нескольких крупных зданиях, в том числе в корпусах Института инженеров путей сообщения, где устраивалось впервые районное водо-водяное отопление с радиусом действия около 400 м при давлении, создаваемом насосом, 100 кПа. В здании Эрмитажа пневматическое (воздушное) отопление системы Аммосова было заменено водяным, рассчитанным на поддержание температуры в помещениях с колебанием в пределах 0,5оС.

В общем же в царской России установок центрального водяного отопления было мало и большинство их монтировалось в расчете на гравитационную (естественную) циркуляцию воды. Основная масса зданий, даже в столице, имела печное отопление, что отражалось на структуре и содержании тогдашних учебников по отоплению: они начинались с крупного раздела «Печное отопление».

Развитие систем отопления в СССР

В области водяного отопления период до середины 20 столетия характерен широким применением двухтрубного распределения теплоносителя воды по отопительным приборам здании. Однако с конца 1940-х годов в нашей стране весьма широкое распространение получили однотрубные системы водяного отопления. К настоящему времени этими системами оборудовано большинство зданий и сооружений.

Следует иметь в виду, что однотрубные системы отопления нашли столь широкое распространение не случайно. Во-первых, эти системы были менее металлоемкими по сравнению с двухтрубными. Во-вторых, они оказались гидравлически более устойчивыми (особенно при низких значениях наружной температуры воздуха) по сравнению с двухтрубными. В-третьих, именно эти системы позволили при переменном перепаде температуры воды в стояках максимально индустриализировать их изготовление на заготовительных предприятиях. Их можно было производить (при определенных условиях) еще до возведения обслуживаемого ими здания.

К недостаткам однотрубных систем можно отнести то, что они лишены возможности не только индивидуального регулирования теплоотдачи отопительных приборов, но и индивидуального учета теплоты, расходуемой на отопление того или иного помещения (или комплекса помещений).

Требования к тепловому режиму помещений в СССР постепенно повышались. Были установлены строгие нормативы температуры в помещениях разного назначения. Например, оптимальные температурные условия работы учащихся 22оС и недопустимость заметного отклонения от них (при понижении температуры до 15оС усвоение слушателями излагаемого материала снижается на четверть, а при повышении температуры до 30оС — наполовину).

Современные направления развития систем отопления

Для создания наиболее благоприятных условий труда и быта людей разрабатываются и внедряются технически совершенные, эффективные отопительные установки. Их отдельные элементы (узлы и детали) унифицируются для сокращения затрат труда. Это особенно важно при большом объеме промышленного и гражданского строительства. Эффективность действия отопительных установок обеспечивается путем оптимизации проектных решений с применением ЭВМ, придания установкам надежности в эксплуатации, автоматического поддержания необходимой температуры теплоносителя. Исследуются режимы эксплуатации, ищутся способы управления отопительными установками для экономии тепловой энергии.

Разрабатываются отопительные установки, основанные не на сжигании традиционных видов органического топлива (твердого, жидкого, газообразного), а на использовании сбросной теплоты возобновляемых источников, в том числе низкотемпературных. Одним из возобновляемых теплоисточников для отопления может являться солнечная энергия. Однако малая плотность лучистого потока на поверхности земли в большинстве районов страны ограничивает мощность отопительных гелиоустановок и их распространение.

В отдельных районах для отопления потребляется геотермальная энергия (глубинная теплота Земли) в виде пара и горячей воды, используется теплота грунта. Важным теплоисточником становится атомная энергия из-за известной ограниченности запасов органического топлива. Уже сейчас здания и сооружения, расположенные близ атомных электростанций или специальных атомных станций теплоснабжения, отапливаются водой, нагреваемой при действии атомных реакторов. Для отопления помещений используется также электрическая энергия, в частности в районах расположения гидростанций.

К началу XX века относится создание лучистого и панельного отопления. Но основное направление в развитии отопительных систем было направлено на усовершенствование котлов, печей и радиаторов. Получают свое развитие системы центрального отопления, теплофикации и централизованного теплоснабжения. К концу XX века особую популярность получает новый вид топлива – природный газ.

Современные пути развития отопительных систем направлены на поиск новых источников топлива (например: солнечные коллекторы, тепловые насосы, ветрогенераторы ), использование пеллет и топливных брикетов а так же энергосбережение и учет.

Как появилось центральное отопление?

Первым средством отопления у людей был костер в пещере. В наше время отопление бывает как индивидуальным — на один деревенский дом (печное, электрическое, газовое), так и центральным — на весь дом в сотню квартир или на весь район в сотню тысяч квартир. Как же появилось центральное отопление?

Первое центральное отопление зданий придумали примерно 3000 лет назад. Обнаружили его при раскопках в городе Эфесе. Этот город построили хетты. После заката хеттской цивилизации его заселили греки-ионийцы из Афин. При хеттах город назывался Апаса, это название потом было было переделано в Эфес. В домах существовала система труб, по которым зимой подавалась горячая вода из котлов, находящихся в подвале.

Вслед за хеттами и древними греками начали развивать системы отопления древние римляне. Они использовали систему отопления «хюпокаустум», или «согретый снизу». В подвале разводили огонь, горячие газы согревали воздух в отопительных трубах, разогретый воздух создавал тягу, устремляясь вверх, и там, проходя по подпольным каналам, согревал пол в помещениях.

Закончился век древних цивилизаций — и закончились их достижения, забылись их умения, люди снова начали отапливаться кострами, а освещаться лучинами и факелами. Только в XVIII веке в Англии появились системы парового и водяного отопления. Вначале — для согрева теплиц и оранжерей. А в XIX веке системы отопления начали согревать жилые здания.

Пришел век газа и электричества. Во многих жилых домах разных городов на разных континентах стоит центральное водяное отопление. Причем в разных странах методика отопления разная. В южных странах централизованного городского отопления нет.

В Турции, в Стамбуле, например, отопление у каждого дома свое. Есть автоматический электрический котел (в Стамбуле только последние лет 20 дома обладают подводкой газовых труб), который нагревает воду для отопления. Зимой в определенное время суток он на несколько часов нагревает в доме батареи. Как правило, батареи включают вечером и утром. Ночью надо спать, а когда ты под теплым одеялом, тебе не важно, насколько прохладен воздух в комнате. В Турции у каждого дома свое отопление
Фото: Depositphotos

В Италии зимой тоже включают отопление на несколько часов в день, в другое время надо или спать, или одеваться потеплее. Да и сколько той зимы, если в море купаться заканчивают в декабре, а снова начинают уже в апреле!

В северных городах топить приходится всю зиму, точнее — весь отопительный сезон. У нас, в Питере, это с октября-ноября по апрель, причем круглосуточно.

В других северных странах отопление производится по-разному.

В Исландии 96% домов отапливаются централизованно при помощи геотермального тепла.
Французы стараются одеваться потеплее и укрываться оодеялом
Фото: Depositphotos

В Дании дома в основном в индивидуальном порядке отапливаются электричеством.

Норвегия вырабатывает огромное количество электричества с помощью ГЭС, что позволяет сделать индивидуальное электрическое отопление каждому дому в отдельности.

А вот в Стокгольме три крупных ТЭЦ и одна крупная станция теплоснабжения обеспечивают тепло большей части города, а остальные дома имеют индивидуальное отопление, и в них режим нагрева квартир (сколько часов в день и до какой температуры) решают кондоминиумы.

Кроме того, шведы очень экономно относятся к получаемому теплу. Так, к централизованной сети отопления подключены местные дата-центры, выделяемое их процессорами тепло (а по мощности это десятки, если не сотни, мегаватт) тоже идет для отопления близлежащих домов. Даже местный крематорий вносит свой вклад в теплоснабжение города: подсчитано, что он дает в год 1800 мегаватт-часов, и эта энергия уже несколько лет греет дома Стокгольма. Так сказать, предельно утилитарная полезность — использовать для отопления огонь крематория.

Французская модель отопления типична для стран Евросоюза. Морозов тут не бывает, ну, а все прочее можно и перетерпеть. В домах, построенных в послевоенный период, как правило, есть котельная, одна на весь дом. По осени на собрании членов кондоминиума решается, как этой зимой будут топить и на сколько это потянет для жильцов. Большинство европейцев считают, что мороз можно перетерпеть
Фото: Depositphotos

В старых домах центрального отопления обычно не бывает, тут, как правило, используют индивидуальные электрические нагревательные приборы (или печи). Электричество дорого, потому дешевле может оказаться получше одеваться, ложась в кровать, на голову надевать теплый колпак и укрываться теплым одеялом. А вечерком шарахнуть стакан горячего глинтвейна для пущего сугреву.

В Китае в городах на севере есть централизованное отопление. Остальные жители Поднебесной греют помещения печурками на угле или дереве. В кровати широко применяются электроодеяла.

В России центральное отопление, сегодня столь хорошо знакомое всем, начало массово появляться с 50-х годов прошлого века. До этого дома в основном отапливались печками. У моих деда с бабкой в углу их комнаты в коммуналке стояла печка-голландка, дом подключили к центральному городскому отоплению только в 60-е, а они там жили с послевоенных лет.

Хотя центральное отопление в Ленинграде существовало и намного раньше, в 1924 году к ТЭЦ-3 было подключено отопление дома на набережной Фонтанки, а в 1925 году к ней были подключены Обуховская больница, общественные бани и еще несколько домов. А в России люди привыкли к теплу в квартирах
Фото: Depositphotos

Сегодня в Питере большинство домов отапливаются централизованно — от ТЭЦ, хотя в центре города полно мелких котельных, отапливающих один или несколько домов по соседству. Так сказать, реликты прошлого. В конце прошлого века в северных районах города три крупные ТЭЦ отапливали 95% домов. А еще было около 300 котельных на мазуте, на угле, на газе. Они отапливали остальные 5% домов и давали 98% всего экологического вреда, ядовитых газов, сажи и прочего.

Как выгоднее отапливаться? Тут надо смотреть и много считать. С одной стороны, при массовом производстве тепла отопление отдельно взятого дома обходится дешевле, чем если иметь бойлер в каждом доме (ведь необходимо учитывать и обслуживание систем отопления). А с другой стороны, если экономить на отоплении жилья, как делают в развитых странах, то можно его включать пореже, чтобы у жильцов даже мысли о проветривании комнат не возникало. Да и всегда найдутся люди, которым комфортно при +15. Они просто тепло одеваются и пьют много горячего чая. Или глинтвейна.