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.

Любопытные факты из истории отопления

Еще сто лет назад немногие могли похвастаться тем, что, придя с мороза, грели руки у батареи центрального отопления. А сегодня без него трудно представить себе современный город.

Но некоторые исследователи античности, ссылаясь на труды Геродота, Плиния и Сенеки, утверждают, что римские термы обогревались иначе – с помощью горячей воды, протекавшей по медным трубам, то есть прототипа водяной системы отопления!

А следующий шаг в нашей истории был сделан уже в средние века.

С XV века для обогрева больших зданий (например, церквей и дворцов) применялось воздушное отопление с подачей в помещение горячего воздуха, нагревавшегося при соприкосновении с поверхностями печи. Установлено, что так отапливались русские царские хоромы XVI‑XVII веков – например, Грановитая палата Московского Кремля.

Такая печь одновременно была и котлом (топка – камера, где сжигалось топливо), и радиатором (стенки печи, излучающие тепло и нагревающие помещение).

Разделение этих двух функций произошло только в XVII веке благодаря развитию технологий обработки металлов.

Тепло для оранжерей

В 1675 году английский инженер Евелин для обогрева оранжереи впервые сконструировал систему водяного отопления, в которой вода нагревалась в котле и затем циркулировала по стальным трубам, постепенно отдавая тепло.

С начала XVIII века на волне интереса к новейшим техническим разработкам из Европы водяные системы начали разрабатываться и русскими инженерами. Самым ярким примером успехов отечественных мастеров стала система отопления Летнего дворца Петра I, построенного в 1714 году в Санкт-Петербурге.

Первые водяные системы отопления использовали так называемую гравитационную схему (с естественным побуждением циркуляции). Теплоноситель в замкнутом контуре труб циркулировал благодаря разной плотности горячей и холодной воды. Для того чтобы система работала, требовалось использовать трубы большого диаметра. И она была инерционной – то есть медленно нагревалась и столь же медленно остывала. Сейчас такую схему изредка еще используют для отопления небольших частных домов.

Поначалу теплоотдача в водяных отопительных системах осуществлялась через обычные или оребренные трубы. Из-за сравнительно небольшой площади контакта с воздухом они не отличались большой эффективностью.

В XVIII веке появились системы парового отопления. Первые примеры применения водяного пара для обогрева помещений в России приводятся в книге Николая Львова «Русская пиростатика», вышедшей в 1799 году.

В целом, в течение XVIII века в Европе разного рода водяные и паровые отопительные системы чаще всего применялись для обогрева оранжерей и зимних садов, и только начиная с 30‑х годов XIX века водяное отопление начало все шире применяться для обогрева жилых помещений.

А во второй половине XIX века появился и первый отопительный радиатор. Выглядел он как прямоугольная коробка из толстых металлических труб с вертикальными дисками. Его изобретателем был немец итальянского происхождения Франц Карлович Сан-Галли (1824‑1908), живший в то время в Санкт-Петербурге. В 1855 году этот талантливый инженер представил общественности революционную по тем временам систему водяного отопления. Радиатор получил название «хайцкерпер» (в переводе – «горячая коробка»).

Несмотря на громоздкость и странный вид, изобретение Сан-Галли быстро нашло широкое применение. «Горячие коробки» экспортировались в США и Европу. Такие батареи использовались не только в водяных системах, но и в параллельно развивавшемся паровом отоплении, где температура перегретого пара достигала 150‑200 ºС, а давление составляло несколько атмосфер.

Любопытно, что один из таких радиаторов до сих пор работает на бывшей даче великого князя Бориса Владимировича в Царском Селе! А еще один «долгожитель» до сих пор функционирует в Самарском художественном музее.

В начале XX века производство чугунных радиаторов наладили и в других странах. Они уже имели форму современных и украшались литьем. И только через полвека чугунные радиаторы отопления стали теснить конкуренты – алюминиевые, стальные и биметаллические батареи, а также конвекторы.

Впрочем, до сих пор немалая часть продаж приходится именно на чугунные радиаторы. Все дело в их уникальных свойствах. Они отличаются значительной тепловой мощностью на единицу длины прибора (компактностью) и стойкостью против коррозии, а также практически невосприимчивы к плохому качеству теплоносителя. Это и определяет позитивное к ним отношение. А учитывая, что такие радиаторы зачастую имеют, при относительно невысокой цене, высокое качество литья и оригинальный дизайн – можно рассчитывать на интерес к ним и в будущем.

Однако чугунные батареи имеют и свои недостатки. Это, в первую очередь, большая масса и связанные с ней трудности при монтаже и обслуживании, ненадежность межсекционных прокладок, пористая внутренняя поверхность (что приводит к ускоренному образованию внутреннего налета и падению теплоотдачи), «ржавление» и необходимость постоянной окраски.

Тепло таких приборов отводится излучением, конвекцией и теплопроводностью. Любопытно, что при окраске в темный цвет часть тепла, отводимая излучением, увеличивается.

К концу XIX века водяные системы отопления с гравитационной схемой циркуляции теплоносителя получили широкое распространение. Но уже в то время были видны все их недостатки – неэффективность распределения тепла, ограничения на отапливаемую площадь, инертность и высокая стоимость. Поэтому усилия инженеров привели к созданию систем с искусственным побуждением. Для этого пробовали использовать перегретый пар или воздух, но наиболее рациональным оказалось применение насосов. Именно водяное отопление с насосным побуждением впоследствии прижилось повсеместно благодаря его универсальности и эффективности.

В России новый тип отопления был впервые осуществлен в 1909 году в здании петербургского Михайловского театра. Автором проекта стал инженер Н. Мельников. После этого удачного опыта насосно-водяное отопление сразу же нашло применение и во многих других крупных зданиях Петербурга: в Мариинском театре, в здании Эрмитажа, в новых корпусах Института инженеров путей сообщения, в корпусах Орудийного завода и др.

Поскольку для работы насосов требовалось электричество, распространение систем отопления с насосным побуждением тормозилось недостаточной электрификацией страны. По сути, только с приходом советской власти и началом реализации плана ГОЭЛРО в 1920 году стало возможным развитие подобных систем. С 1920‑х годов началась и история отечественного централизованного теплоснабжения. Строились первые ТЭЦ, где использовался метод когенерации тепла и электричества как наиболее экономически оправданный, прокладывались первые теплотрассы. И к началу 1940‑х чугунные радиаторы-гармошки, подключенные к системам централизованного теплоснабжения, появились не только в госучреждениях, но и во многих жилых домах.

Решающим моментом для водяного отопления стало изобретение в 1928 году известным немецким инженером Вильгельмом Оплендером первого циркуляционного насоса с мокрым ротором. Эти агрегаты быстро стали незаменимым элементом централизованных и автономных систем теплоснабжения, позволяя максимально эффективно использовать тепло, вырабатываемое отопительным котлом. Для таких систем чугунные радиаторы уже не казались оптимальным решением – здесь стала проявляться высокая тепловая инерционность чугуна, затруднявшая регуляцию теплоотдачи. Так что если с момента своего изобретения в середине XIX века чугунный радиатор занимал практически монопольное положение, то ближе к середине XX века ему пришлось потесниться. Развитие систем отопления с применением циркуляционных насосов стало стимулом к разработке радиаторов из новых материалов.

Так, в 1930 году швейцарец Роберт Цендер, используя принцип охлаждающей системы мотоцикла, создал первый в мире трубчатый стальной радиатор Zehnder Charleston. Новый прибор отличался от своих чугунных предшественников более легким весом, лучшей теплоотдачей, меньшими затратами на производство, при этом обладая еще и привлекательным дизайном. С этого времени стальные радиаторы получили широкое распространение во всем мире.

Тремя десятилетиями позже начались попытки использовать в конструкции приборов отопления алюминий, который обладает гораздо большей теплопроводностью, чем сталь.

Для того чтобы нагрев помещения происходил эффективней, площадь соприкосновения радиатора с воздухом стараются сделать максимальной. Но большая площадь – это большой вес изделия. Поэтому конструкторы постоянно искали новые материалы для изготовления приборов. Сталь, при всех достоинствах, имела теплоотдачу ниже, чем у чугуна, кроме того, ее сложно обрабатывать.

Точную дату изобретения алюминиевого радиатора сегодня вряд ли кто сможет назвать. По одной из версий, методику отливки радиаторов из алюминия разработал в середине 1960‑х годов итальянец Гаэтано Группьони. По другим сведениям, впервые использовал алюминий в качестве материала отопительных батарей некто Коррадини, основатель компании FARAL.

Алюминиевые устройства – легкие, имеющие прекрасную теплоотдачу, – произвели подлинную революцию в деле отопления домов. Однако у этого металла есть один существенный недостаток.

Дело в том, что теплоноситель в трубах системы теплоснабжения иногда находится под очень высоким давлением и прочности алюминиевых радиаторов недостаточно для использования в таких условиях. Кроме того, находящиеся в технической горячей воде присадки, призванные бороться с накипью в подводящих трубах, быстро разрушают внутреннюю поверхность батарей.

Поэтому алюминиевые радиаторы используют только в автономных системах низкого давления, использующих специальный неагрессивный теплоноситель, подобный автомобильному тосолу.

На пути к совершенству

В наши дни, когда, казалось бы, все уже изобретено, приборы отопления продолжают развиваться. Например, чтобы повысить коррозионную стойкость радиаторов, разрабатываются все новые, более долговечные покрытия. Так, специалистами концерна Zehnder Group был выпущен первый алюминиевый радиатор с циркониевой защитой внутренней поверхности.

Последним ноу-хау в борьбе с коррозией стал выпуск анодных радиаторов, изготовленных из алюминия высочайшей степени очистки (98 процентов). Анодные радиаторы отопления алюминиевые полностью защищены от любого вида коррозии, блуждающих токов и образования водорода. Соответственно, они значительно менее требовательны к качеству теплоносителя.

С 1970‑х годов велись также разработки двухканальных алюминиевых радиаторов. Но в то время технологии не позволяли наладить выпуск таких приборов. И только недавно удалось создать литой алюминиевый радиатор двухканальной конструкции. Благодаря такому строению удалось добиться впечатляющей прочности: давление на разрыв этого прибора составляет более 60 атм.!