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.!

От печей до ТЭЦ: история теплоснабжения Москвы

90 лет назад, 28 января 1931 года, в Москве появилось предприятие «Теплосеть МОГЭС». С этого момента началась история городского центрального отопления.

«В настоящее время это одна из самых мощных и протяженных систем теплоснабжения в мире, она включает более 16,6 тысячи километров тепловых сетей, 24 насосно-перекачивающие станции. Все эти объекты работают круглосуточно и слаженно, чтобы в домах москвичей всегда были тепло и горячая вода. Для обеспечения бесперебойной и безопасной работы системы теплоснабжения столицы используются новейшие технологии и спецтехника», — отметил заместитель Мэра Москвы в Правительстве Москвы Петр Бирюков.

В честь памятной даты вспоминаем, как зарождалась и развивалась самая масштабная теплосеть в мире.

До центрального отопления

В начале ХХ века большую часть московских домов отапливали с помощью печей, которых в городе насчитывалось свыше полумиллиона. Предприятия и большие дома имели собственные котельные — внутри Садового кольца было около 1170 зданий, которые отапливались от 1760 мелких котельных. Одно крупное здание, особенно промышленное, могло получать тепло и пар от двух — трех мелких котельных. Эти котельные обслуживали 2750 истопников (кочегаров), следивших за работой оборудования. Котельные и печи требовали дорогостоящего топлива. Например, в 1913 году в Москву завезли 502 тысячи пудов топлива, большую часть которого составлял антрацит, также использовали мазут и дрова.

Во время Гражданской войны москвичи разбирали на дрова заборы и здания, жгли мебель. Людям предлагали селиться как можно плотнее, чтобы не тратить впустую тепло печей, находящихся в разных комнатах.

В декабре 1920 года в стране был одобрен государственный план по электрификации Советской России (ГОЭЛРО). В то время почти все электростанции работали только на производство электроэнергии, а пар и горячая вода практически не использовались. Основным принципом ГОЭЛРО было рациональное применение ресурсов, поэтому в конце 1920-х было принято решение о централизованном теплоснабжении Москвы на базе теплофикации, то есть производстве на одном источнике и электричества, и тепла. Экономия топлива при таком способе производства энергии достигает 40 процентов.

Первые шаги

Для некоторых производств столицы был необходим пар. Уже в 1928 году от экспериментальной теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) Всесоюзного теплотехнического института имени Ф.Э. Дзержинского подали пар с давлением около четырех атмосфер на заводы «Динамо» и «Парострой». Этот опыт посчитали удачным и в промышленных районах начали строить теплоэлектроцентрали. В 1929 году заработала Краснопресненская ТЭЦ, снабжавшая паром Трехгорную мануфактуру. 1 мая 1930-го на юго-востоке Москвы торжественно открыли первую опытную ТЭЦ треста «Жиркость» высокого давления, с которой подали пар на заводы треста, а в дальнейшем и на Первый подшипниковый завод.

«Многие районы, которые мы считаем центром Москвы, в то время были промышленными, например Краснопресненский. В них ТЭЦ строились в первую очередь, но для снабжения теплом заводов. А вот подключение обычных потребителей — контор, жилых домов и прочих — началось именно в центре с ГЭС-1 на Раушской набережной. Так что особенность централизованного теплоснабжения Москвы заключается в том, что первыми к нему подключались потребители в центре, а затем на периферии, хотя мощные источники там уже были», — рассказывает руководитель Музея Мосэнерго и энергетики Москвы Елена Кошелева.

28 января 1931 года для проектирования, строительства и эксплуатации тепловых сетей в тресте МОГЭС (в 1932 году преобразован в районное эксплуатационное управление «Мосэнерго») создали предприятие «Теплосеть МОГЭС». Оно стало промышленной лабораторией, где решали научные и технические задачи теплофикации.

1931 год принято считать годом рождения централизованного теплоснабжения Москвы. В марте от знаменитой ГЭС-1 имени П.Г. Смидовича проложили первый в столице водяной трубопровод. Он проходил по Раушской набережной через Устьинский мост и старый Москворецкий мост к площади Свердлова и Неглинке, до Центральных и Сандуновских бань. К нему подключили здание Высшего совета народного хозяйства (ВСНХ) в районе Китай-города, а также Большой и Малый театры.

«Первую московскую теплофикационную установку собирали прямо во дворе ГЭС-1. Установили бойлеры, провели паропровод от котельной, уложили трубы для горячей воды. На Раушской набережной строители рыли котлованы и укладывали в них трубы, такие же трубы, только укутанные изоляцией, прокладывали на железные фермы Москворецкого моста, чтобы перебросить тепловую магистраль через Москва-реку. Вдоль Варварки тепловая магистраль шла подвалами домов. В вековых стенах били отверстия и протаскивали по ним трубы. Команда на включение новой системы отопления была дана поздно ночью». (Из книги Ф.С. Новикова «Несущая свет».)

В то время самой большой проблемой было засорение сети: в трубопроводы попадало много камней и грязи, а однажды даже нашли бревно. Ситуация улучшилась после капитального ремонта и прочистки трубопроводов.

В Москве начали появляться первые здания без котельных. Это, например, переоборудованная к тому времени Новомосковская гостиница (сейчас — «Балчуг»), здание Наркомтяжпрома и автосборочный завод имени Коммунистического интернационала молодежи.

В том же году ГЭС-2 стала отапливать дома Центрального исполнительного комитета. Всего к центральному отоплению подключили 16 новых зданий в центре Москвы. Абонентами теплосети в основным были государственные, общественные и культурные учреждения. Но многие жилые дома в центре города тоже подключали к системе, они составляли около 32 процентов от общего количества пользователей.

Важным этапом стала разработка в 1931–1932 годах первой генеральной схемы теплофикации Москвы с крупными ТЭЦ на периферии города. Это был важный документ для дальнейшего развития теплоэнергетики и теплофикации. В 1935-м на основе принятого первого Генерального плана реконструкции Москвы разработали Генеральный план теплофикации столицы.

В конце 1940 года общая мощность московских ТЭЦ составляла 230 мегаватт. Длина тепловых сетей — более 70 километров, к ним были подключены 445 жилых зданий и несколько десятков промышленных предприятий. Система центрального отопления столицы уже тогда обогнала по своим масштабам все города Европы.

Война и послевоенные годы

Даже во время Великой Отечественной войны в большинство домов и промышленных объектов продолжали подавать тепло. Однако эвакуация более половины мощностей ТЭЦ и трудности с топливом, конечно же, привели к снижению количества вырабатываемого тепла. Несмотря на нехватку материалов, не прекращалось строительство тепловых сетей. В работах участвовали сами горожане. Например, в 1944 году силами москвичей соорудили 1,5-километровый теплопровод и подключили к отоплению 20 зданий в Ждановском (сейчас — Таганском) районе.

К 1946 году мощность теплофикационных турбин Москвы превысила довоенную. В послевоенное время теплом снабжали в основном жилые здания. Новый план реконструкции Москвы предусматривал масштабное жилищное строительство, и все новые дома нужно было подключить к отопительной системе. Если в 1945 году к центральному отоплению было подключено около 500 зданий, то в 1959-м это количество выросло до 8050.

«В 1950-е годы тепловые сети проложили в знаменитые сталинские высотки. В 1960–1970-е ТЭЦ располагали вдоль МКАД, это было связано с застройкой новых районов. Например, планируется строить Черемушки, и прежде чем начинать строительство, все согласовывалось с энергетиками. Они просчитывали, сколько мощностей нужно, чтобы обеспечить все будущие дома теплом и электричеством», — поясняет Елена Кошелева.

В 1973 году тепло получили жители юго-запада и северо-запада Москвы. В 1976-м тепловые магистрали построили в таких крупных жилищных массивах, как Ясенево, Орехово-Борисово и Чертаново. В 1980-е годы из-за дефицита тепла в северных районах приняли решение строить Северную ТЭЦ (ТЭЦ-27). В 1992-м ее ввели в эксплуатацию.

Крупнейшая сеть в мире

Сегодня 90 процентов столичных потребителей получают тепловую энергию с ТЭЦ ПАО «Мосэнерго». Доставляет тепло и горячую воду в дома москвичей ПАО «МОЭК». Мосэнерго — крупнейший производитель тепловой энергии в мире: ежегодно с коллекторов теплоэлектроцентралей отпускают около 65–70 миллионов гигакалорий. МОЭК — тоже мировой лидер в своей области. Это оператор самой протяженной теплоэнергетической системы: в эксплуатации находится 16,6 тысячи километров теплосетей и более 10 тысяч тепловых пунктов.

«В Москве исторически сформировалась система центрального теплоснабжения: тепло в здания подается от единого источника. Но в городе есть и индивидуальные источники теплоснабжения, которые обслуживают небольшие участки. Главный плюс централизованного отопления — в наибольшей эффективности, ведь источники вырабатывают не только тепловую энергию, но и электрическую. С точки зрения экономики и заботы об экологии это гораздо лучше, чем при индивидуальной системе отопления. Второй очевидный плюс — при такой разветвленной системе возможно быстрое переключение и резервирование при нештатных ситуациях, а также во время плановых ремонтных работ», — рассказывает главный инженер ПАО «МОЭК» Роман Коровин.

В Москве постоянно совершенствуют технологии, которые применяются при модернизации тепловых сетей. Среди них, например, использование стальных трубопроводов в пенополиуретановой теплоизоляции, оснащенных системой оперативного дистанционного контроля — при первых признаках утечки диспетчер получит сигнал. А также технология санации трубопроводов, позволяющая повысить коррозионную стойкость. На новом уровне находится диагностика трубопроводов. В частности, отдельные участки изнутри осматривают роботы: они измеряют толщину стенки, находят наиболее уязвимые участки, на которых затем производят замену.

«Мы активно занимаемся диспетчеризацией тепловых пунктов. Это позволяет более оперативно, фактически в онлайн-режиме отслеживать все параметры теплоснабжения, и при отклонениях на место сразу же выходит специалист для наладки оборудования. Кроме того, теперь мы можем заранее реагировать на возможные, еще не случившиеся повреждения. Смарт-технология отслеживает круглосуточно в автоматическом режиме более 10 параметров с каждого из подключенных к общей системе тепловых пунктов — давление, температуру, расход воды и другие. Если алгоритм видит нерасчетные отклонения на конкретном участке, ремонтная бригада устраняет нарушение в самом начале его развития. То есть проблема устраняется еще до потенциальной аварии, а значит, снижается вероятность перебоев в подаче тепла или горячей воды», — говорит Роман Коровин.

Уже более пяти тысяч тепловых пунктов в Москве оснащено новой системой диспетчеризации, и эта работа продолжается.