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.

Кто придумал 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.