Кто придумал котлы отопления
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.
Кто придумал котлы отопления
История отопительных котлов
Система отопления жилища человека возникла очень давно, еще в Римской империи существовали как центральное водоснабжение, так и теплосети, однако ее современный вариант появился только с началом индустриализации. После бурного развития промышленности в Европе и Америке стали появляться дома с личным отоплением. Котлы год от года совершенствовались и становились более безопасными и экономичными.
Вначале все оборудование было твердотопливным (уголь, дрова), но со временем, когда добыча природного газа стала более доступной для простого потребителя, появились газовые аналоги. Первые газовые модели можно было увидеть уже в конце XIX. Первой страной, где было открыто производство котлов является Германия. Ее инженеры создали аппарат, основные узлы которого мало чем отличаются от своих современников. В настоящее время совершенствование ведется в сторону более безопасной автоматики, а так же новых энергосберегающих технологий.
Одними из первых заводов, который стал выпускать газовое и электрическое водонагревательное оборудование, был немецкий Юнкерс, названный так по его имени основателя Хуго Юнкерса. Всемирно известным девизом своей компании изобретатель сделал фразу – «Тепло для всех». Помимо производства котлов компания активно занималась и разработкой, а так же серийным выпуском колонок. Автоматический блок управления уже в те времена позволил более эффективно управлять подачей газа в зависимости от потребления горячей воды.
Первые котлы производились из чугуна. Этот материал обладает хорошей теплопроводностью и малой тепловой инерцией, т.е. долго остывает. Первые системы отопления на основе котлов были паровыми и использовались в промышленных целях для производственных цехов. Затем происходит переход на водяное отопление и использование газовых котлов. Оборудование стало более доступно и все больше городских домов переходят на личное водяное отопление.
Другой известный завод того времени Strebel – специализировался именно на производстве чугунных трехходовых котлов. В основе конструкции лежит механизм прохода газа не через одну поточную камеру, а через 3. При нагревании теплоносителя, он меняет направление своего движения. Благодаря этому увеличивается длина газового пути и, следовательно, возрастает КПД котла. Габаритные размеры при такой схеме работы увеличиваются незначительно. КПД котлов «STREBEL» лежит в диапазоне 93-96%. – это отличный показатель. Температура отходящих угарных газов при этом попадает в диапазон 100-120°С (российский ГОСТ допускает температуру в 160°С).
На заре XX века появилась уже четкая техническая и технологическая база по определению параметров котельного оборудования, а так же «Правила для расчета теплопотребления зданий» – немецкий стандарт DIN 4701.
В Советском Союзе первым заводом по производству бытовых отопительных котлов стал «Конорд», который был основан в 1947году.
В настоящее время в России имеется ни мало отечественных производителей, которые выпускают газовое отопительное оборудование различной мощности. Одним из элементов, который влияет на надежность розжига, стабильность пламени и полноту сгорания газового топлива является горелка. Современные газовые горелки для бытовых котлов бывают двух типов – инжекторные и наддувные. Более экономичные и эффективные считаются горелки со встроенным вентилятором, если к тому же они имеют автоматическое управление, то КПД котла в данном случае будет максимальным. Другой современной технологией является повышение теплоотдачи котла за счет использования энергии угарных газов, поскольку температура на выходе может достигать высоких значений. Конденсационный котел получил широкое распространение в Европе, он более экономичен и эффективен, чем традиционный. Однако одно из отличий состоит в том, что после дополнительного теплообменника образуется некоторое количество конденсата (слабого раствора кислоты), который необходимо нейтрализовать и отводить. Используется он в основном для низкотемпературных радиаторов и в качестве нагревательного элемента для теплых полов.
Современные двухконтурные котлы могут одновременно обеспечивать дом, как теплом, так и горячей водой. Ни мало человеческих умов потрудилось в этой сфере, благодаря чему мы с вами можем круглый год жить в комфорте и тепле!
