Исторический обзор развития техники отопления

Размещено на http://www.allbest.ru/

Исторический обзор развития техники отопления

Угольная жаровня

У нас нет каких-либо документальных данных о том, когда именно человек стал переходить к сколько-нибудь организованным методам отопления своего жилища и возникавших уже тех или иных общественных зданий.

Указания и вещественные доказательства более совершенных способов отопления относятся к сравнительно близким нам эпохам.

Этими доказательствами являются найденные в довольно значительном числе и в самых разнообразных странах древесно-угольные жаровни. Не имея, конечно, никакого представления о химических реакциях горения и о химическом составе продуктов сгорания, древний человек чисто опытным путем убедился в безвредности сжигания древесного угля непосредственно в отапливаемом помещении с выпуском продуктов сгорания прямо в это последнее.

И действительно, как мы это знаем теперь достоверно, при равномерном притоке воздуха к тонкому слою тлеющих, хорошо предварительно выжженных, древесных углей продуктом сгорания является только относительно безвредный и не обладающий запахом угольный ангидрид (углекислота, СО₂). Крайне любопытно то, что этот, с нашей точки зрения, первобытный способ отопления имел такой коэффициент полезного действия, о котором мы в наших современных системах отопления можем только мечтать, ибо у древесно-угольной жаровни, в которой полностью использовалась вся теплотворная способность угля, КПД был равен 1, - в отношении, конечно, древесного угля, а не того дерева, из которого этот уголь был получен.

Этот метод отопления помещений получил весьма широкое и крайне длительно удержавшееся распространение, охватив, видимо, весь европейский материк и далекую Азию с Китаем и Японией. По крайней мере, найденные в этих странах угольные жаровни свидетельствуют об этом.

Являясь внутрикомнатным прибором отопления, отапливая, конечно, и помещения богатых сановников и вельмож, эти жаровни достигли высокой степени художественного совершенства: изготовлялись они из лучшей бронзы. Об этом свидетельствуют бронзовые жаровни, найденные в Помпее. Так, римской бронзовой треножной жаровней, имеющей диаметр 500 мм, глубину 120 мм и высоту 1000 мм можно было отапливать помещение с теплопотерями около 10 ккал/ч, т.е. кубатурой примерно в 1000 м³.

Насколько прочно удерживался этот способ отопления, свидетельствует тот факт, что, зародившись, видимо, задолго до нашей эры, - он встречался в Англии еще в ХУШ в. Где в 1790 г. парламентские залы в Лондоне отапливались угольными жаровнями, т.е. тогда, когда уже существовали довольно совершенные воздушные и паровые централизованные системы отопления, колыбелью последней из которых была та же самая Англия.

Хюпокаусты

Первые признаки более организованного отопления зданий мы встречаем примерно за 2200 лет назад, т.е. в последних столетиях до нашей эры.

Археологические раскопки на территориях современных Италии, Франции, Швейцарии, Германии и Англии открывают перед нами картину довольно значительных в те времена достижений в области отопления, и даже вентилирования зданий. Это - огневые системы отопления подпольными камерами, изобретенные, несомненно, римлянами за несколько столетий до нашей эры. Несмотря на римское изобретение, эти системы отопления носят греческое название «хюпокаустум», обозначающее «снизу согретый».

Об этой системе отопления очень подробно пишет в своем сочинении «Об архитектуре» (de Archictura) военный инженер времен римских императоров Цезаря и Августа знаменитый Марк Витрувий Поллио (конец 1 века до н.э.).

Остатки такой системы отопления найдены в бывшей римской колонии, в нынешней Германии (Тюрингии), в городе Заальбурге. Как по описаниям Витрувия, так и при раскопках было видно, что отапливаемое «хюпокаустами» помещение имело подполье, перекрытое по столбикам из камня или гончарных труб гончарными же плитами толщиной 50 мм, поверх которых сделана сплошная смазка толщиной 150 мм. В этой конструкции был лаз, очевидно для прочистки и ремонта, закрывавшийся песчаниковой плитой. Подполье это служило сплошным дымоходом для очага, находившегося вне здания в углублении в грунте. В стенке этого углубления помещалась топка для сжигания древесного угля. Подземный канал, подводивший горячие продукты сгорания угля в подполье, выходил в последнее до первого ряда кирпичных столбиков. Форма этого канала в плане своеобразна, так как она имеет последовательно расположенные два расширения и сужения. В первом из них, ближайшем к топочному углублению, очевидно, сжигался уголь. Есть основания полагать, что такой формой канала римляне стремились оградить от лучистой теплоты подпольную конструкцию, оберегая ее этим от разрушения. Продукты сгорания угля, омыв и обогрев перекрытие, столбики и стенки подполья, выходили наружу по гончарным вертикальным дымоходам. По прекращении горения угля, эти дымоходы перекрывались, видимо, глиняными плитками, а отверстия открывались снятием с них таких же плиток. Наружный воздух проходил по тому же пути, по которому раньше шли продукты горения, но выходил, согревшись в подполье, в отапливаемое помещение. Последнее и объясняет необходимость пользования древесным углем как топливом, в целях сохранения в возможной чистоте поверхностей конструкции подполья. При сжигании в топке дров они покрывались бы налетом сажи и смол, что портило бы качество выпускаемого в помещение воздуха.

Для регулировки интенсивности прогрева подполья и обогрева самого отапливаемого помещения служило наружное воздухозаборное отверстие. Наружный воздух проходил через него в подпольное помещение и отсюда через отверстие в самый хюпокаустум. Здесь он отклонялся отбоем в целях, очевидно, лучшего смешения с горячими газами, приходящими из угольной топки. Отверстие заслонялось глиняной плитой в целях регулировки притока наружного воздуха. Это же устройство совместно с каминообразным хайлом и идущими от него керамическими каналами, выходившими, видимо (стена сохранилась лишь на высоту 1 м), сверх кровли, служило приточно-вытяжной системой вентиляции после того, как прекращалось горение угля в топке. Подобными системами римляне отапливали как на своей родине, так и в более северных странах, своих колониях, как то: в теперешних Франции, Швейцарии, Германии, Англии, как жилые, гражданские, так и разного рода военные постройки своих военных поселений и крепостей («кастеллум»).

Археологические раскопки древнего города Геркуланеум (у подножия горы Везувия, в 7, 5 км от современного Неаполя) показали, что хюпокаусты применялись даже для отопления двухэтажных зданий. Так, в одной вилле, открытой в Геркуланеум, найдена такая установка, подводившая согретый воздух из подполья по гончарным трубам в кладке стен в комнату второго этажа. Выходные душниковые отверстия в этой комнате обработаны львиными головами, в пастях которых были затворы.

Подпольно-канальное отопление

В дальнейшем, и видимо параллельно с продолжением существования системы отопления хюпокаустами, эта система развилась в систему отопления подпольными, уложенными в грунте каналами, обогревавшимися также продуктами сгорания древесного угля, сжигавшегося аналогично с хюпокаустами во вне домовых заглубленных в землю топках.

От этой топки подземный канал подводил горячие продукты горения угля к центру отапливаемого помещения. Здесь канал заканчивался небольшим расширением, от которого шли также подпольно два канала к двум удаленным углам помещения, где продукты сгорания переходили в два угловых вертикальных дымохода. Очевидно, эти дымоходы и работали поочередно, так как при одновременной их работе трудно было ожидать, чтобы в одном из них не устанавливалась обратная тяга. От той же центральной камеры шли к двум углам помещения два других канала, переходившие в этих углах также в вертикальные, но заканчивавшиеся на высоте человеческого роста и здесь закрывавшиеся глиняными плитками. Подземные каналы перекрывались гончарными плитами с тонкой смазкой поверх них. Нормально эта система отопления работала, в отличие от хюпокаустов, только теплопередачей от горячих продуктов сгорания угля в воздух помещения через перекрытие подземных каналов. Короткие вертикальные каналы применялись для впуска в помещение наружного согретого воздуха после прекращения горения угля. Коэффициент полезного действия такой системы отопления был, конечно, очень низок, так как три стороны канала, прилегавшие к грунту, отдавали тепло последнему.

Римляне применяли и комбинацию систем отопления хюпокаустами, и подпольными каналами, как это было видно по найденным в Заальбурге остаткам римского кастеллума.

В системах отопления хюпокаустами и подпольными каналами, ввиду сжигания в них древесного угля, не дававшего сажевых и смолистых отложений на стенках подполий и каналов, можно уже видеть соединение системы отопления с системами освежающей вентиляции. По своему существу подпольно-канальное отопление является прародителем печного, так как здесь впервые использована теплоотдача внешней поверхности согретого дымохода, но только в данном случае печь зарыта в грунт лежа, а «на ноги» она встала лишь около 1000 лет спустя. Таким образом, стоячая комнатная печь возникла около 2000 лет тому назад и в усовершенствованном, конечно, виде жива поныне.

В наших сведениях о дальнейшей последовательности развития дела отопления после подпольно-канальной системы наступает весьма значительный пробел. Известно одно, что падение Римской империи привело к падению культуры и техники, и у древних германцев, например, мы вновь встречаем отопление открытыми дровяными очагами без отводящего дымохода, а с выпуском дыма через отверстие в перекрытии.

Падение культуры и техники особенно заметно в начале средних веков. Ярким примером этого регресса может служить тот факт, что после того как римлянами несколько веков до начала нашей эры были достигнуты огромные успехи в деле, например, удаления из населенных мест сточных вод и нечистот подземными канализационными сооружениями, остатки которых даже в настоящее время используются в Риме, в виде знаменитой «cloaka maksi-ma» (магистральный сточный канал), - в ранние средние века, т.е. почти через 1000 лет, нечистоты из домов выпускались прямо с фасадов зданий в открытые уличные сточные канавы. В те времена у тогдашней интеллигенции было привычной необходимостью носить всегда с собой флакон с «благовониями» для того чтобы, поднося этот флакон к носу, заглушать уличное зловоние.

Совершенно очевидно, хотя у нас и нет прямых доказательств, что и в области отопления зданий, а тем более их вентилирования, влияние средних веков было столь же пагубным, как и в области канализирования городов.

Камне-печное отопление

В более поздние годы средних веков (1300 г.) мы начинаем встречать признаки возрождения отопительной техники. Примером этого служат найденные в германских рыцарских и орденских замках и монастырях огнекаменные печи примитивного воздушного отопления, представившие весьма ухудшенную переработку римского хюпокаустум.

В наилучшей сохранности такая система отопления обнаружена в руинах рыцарского замка в Марбурге в Германии.

Огнекаменная печь по сути своей очень напоминает нашу булыжную банную каменку. Здесь также надтопочное пространство наполнено по кирпичным колосникам булыжным камнем или кусками базальта. Пол отапливаемого помещения являлся и перекрытием надтопочного пространства. Через отверстия в этом перекрытии, закрывавшиеся со стороны помещения во время топки печи плитками, укладывавшимися в углубленные четверти, внутренняя полость печи могла получать непосредственное соединение с отапливаемым помещением. Продукты сгорания топлива омывали булыжную загрузку печи, раскаляли ее и затем удалялись частично подпольными и частично вертикальным внутристенным дымоходами. Печи эти отапливались дровами, после прогорания которых дымоход закрывался, а половые плитки снимались. Воздух продолжал поступать в топочное пространство, омывал раскаленные камни и согретым выходил через отверстия в перекрытии печи в отапливаемое помещение. Мы видим здесь большое родство с римской системой отопления хюпокаустами. Но ввиду сжигания в огнекаменных печах не древесного угля, а дров, - отложения сажи и смолистых продуктов на каменной загрузке и стенках надтопочного пространства образовывались, несомненно поэтому говорить о чистоплотности и гигиеничности данной системы отопления не приходится, ибо, безусловно, в рыцарских покоях воздух своим запахом был немногим лучше, чем в курной избе.

Но, несмотря на это, огнекаменная печь средневековых германских замков несомненно является прародителем наших современных кирпичных калориферов и печей большой теплоемкости с внутренней кирпичной решеткой-насадкой.

Отопление открытым камином

Отопление открытым камином с применением дымохода существовало уже в 820 г. н.э. в монастыре Санкт-Галлен (в Швейцарии), о чем свидетельствуют найденные планы этого монастыря с вышеуказанной датой.

Эпоха централизованных систем

Далее в истории развития методов и систем отопления зданий следует эпоха централизованных систем, хотя все виды до того применявшихся отопительных устройств продолжали существовать параллельно и очень упорно не сдавали своих прочно занятых позиций. Ведь по существу отопление подпольными огнедымовыми каналами живо еще и сейчас в виде отопления боровами в простых теплицах и оранжереях. Между прочим, любопытно то, что все почти последовательно возникавшие централизованные системы отопления зарождались и в первое время существовали почти исключительно для целей отопления оранжерей и теплиц и крайне медленно проникали в жилые и общественные здания, где старушка - кирпичная печь, продолжая совершенствоваться и украшаться во внешности, упорно удерживала завоеванное ею место.

Зачатки водяного отопления

Первые элементы централизованного отопления нашли свое выражение в водяной системе. Вернее, это элементы не системы отопления, а принципа ее действия, легшего в основу много веков спустя изобретенной водяной системы отопления. Эти первичные элементы найдены при археологических раскопках римского города Помпеи, погибшего рядом с городом Геркуланеум от извержения Везувия. Здесь идет речь о найденном в одной из отрытых вилл циркуляционном водогрейном устройстве для столь излюбленных римлянами горячих ванн. В этом устройстве мы встречаем все главнейшие элементы циркуляционной водяной системы.

У римлян существовали, впрочем, и водяные системы отопления, но построенные по совершенно иному принципу. В них использовалась вода природных горячих источников, пропускавшаяся протоком по каналам из пустотелых кирпичей. Этим способом римляне отапливали, видимо, только свои бани, доказательства чего найдены как в Италии, так и в районе бывшей римской колонии в Англии. Но далее, на протяжении многих веков, мы не встречаем никаких признаков развития водяной системы отопления. Она была совершенно забыта и родилась вновь позднее воздушной и паровой систем высокого давления лишь в 1777 г. во Франции.

Дымо-трубная система отопления

Первой по времени возникновения действительно централизованной системой отопления была дымо-трубная система. Дата и изобретатель ее неизвестны, но все литературные источники, упоминающие о начале применения ее в разных странах Европы, указывают на то, что туда она была перенесена из Англии; поэтому Англия является, видимо, родиной этой дымо-трубной системы. Идея ее состоит в следующем. От обычной печи, дровяной или каменноугольной, часто чугунной, продукты горения отводились длинными, горизонтальными железными трубами, проложенными по отапливаемым помещениям, в выводящий вертикальный дымоход. Несмотря на значительную опасность этой системы в отношении возникновения пожара, действительно и уничтожившего, как указывают литературные источники, большое число зданий, она получила в начале XIX века весьма широкое распространение, особенно в Англии, где ею, согласно сведениям, напечатанным в одной лондонской газете в 1829 г., отапливалось, например, четырехэтажное здание ситцевой фабрики. В этой системе от одной печи, расположенной в первом этаже, железные рукава были протянуты последовательно зигзагообразно через все четыре этажа здания и проходили у полов отапливавшихся ими помещений. Последние упоминания об этой системе мы находим в одной немецкой газете в 1847 г., заметка в которой говорит о том, что все же большая пожарная опасность вывела систему из употребления.

Воздушная система отопления

теплоснабжение теплофикация отопление камин

Следующей по времени возникновения была воздушная система отопления, отличавшаяся от тоже воздушных систем римских хюпокаустов и германских огнекаменных печей тем, что здесь воздух, согреваемый и подаваемый в отапливаемые помещения, омывал внешние поверхности специальной воздухонагревательной печи, не приходя в соприкосновения с теми поверхностями печи, которые омывались продуктами горения топлива. Такая система представляла не только гигиенический, но и значительный технический прогресс, так как она давала возможность отапливать помещения и во время периода сжигания топлива. Но в своем прообразе эта система являлась непосредственным отпрыском огнекаменных печей, так как печь воздушной системы устанавливалась тоже непосредственно под полом отапливаемого помещения, но в окружающем ее кожухе, перекрытием которого служил пол помещения. Воздух, согревавшийся в пространстве между стенками кожуха и внешней поверхностью печи, выходил через отверстия в полу в отапливаемое помещение. Любопытно, что подвода наружного воздуха в кожух не было; мало того, не было и обратного рециркулярного подвода в кожух канала из помещения.

Иногда вместо отверстий в полу делался просто один канал из кожуха в отапливаемое помещение. В этом канале происходила очень затрудненная циркуляция воздуха и вверх, и вниз. Уроки прошлого, т.е. римские хюпокаусты и подпольно-канальные системы с притоком наружного воздуха, были, видимо, радикально забыты.

Примеры таких систем встречались в большом числе в середине ХУЛ в. в России, и система эта в странах Западной Европы (в Германии и Австрии) называлась «русской системой». Образец ее имеется в Грановитой палате в московском Кремле. Палата эта построена в 1487-1492 гг. итальянскими зодчими. Но была ли описываемая воздушная система отопления сооружена одновременно со зданием - неизвестно.

Несмотря на свою крайнюю примитивность, эта система отопления была перенесена и в Западную Европу, и целый ряд значительных зданий в Вене (Австрия), как то: башня умалишенных, театр и ряд дворцов, распоряжением австрийского императора Иосифа П в 1765-1790 гг. были отоплены ею.

Первая воздушная система отопления с притоком наружного воздуха была осуществлена в 1792 г. профессором Молитор в его клинике в г. Майнц в Германии. Поверхностью нагрева служила одна фарфоровая труба (к сожалению, ее диаметр и длина неизвестны), уложенная в огневом пространстве печи. Через эту трубу протекал наружный воздух, который согревшись или вернее даже накалившись, отводился каналами в отапливаемые вышележащие помещения.

Громадная нагретая поверхность печи оставалась неиспользованной, а одна фарфоровая труба, хотя и раскаленная, как говорится в литературном источнике, должна была через свои стенки передавать тепло для целой клиники. Результат, как и следовало, ожидать, был неудовлетворительный.

Далее воздушные системы с притоком наружного воздуха появляются в Англии, Франции, причем их огневые печи, уже и тогда называемые калориферами, имели подчас чрезвычайно сложную, хитро, но нерационально придуманную конструкцию с применением железных сферических поверхностей нагрева, разных циркуляционных трубок и других мало помогавших делу теплопередачи устройств.

Но во Франции в 1797 г. возник сконструированный Курандо вполне удовлетворительный калорифер, хотя его прообразом и был неудачный калорифер профессора Молитора с его единственной фарфоровой трубой. Курандо проложил в огневом пространстве печи пучок трубок, и не фарфоровых, а медных, и не горизонтально, а наклонно. Получилась конструкция огневоздушного калорифера, и теперь применяемая. Такой системой Курандо вполне удачно отопил в 1797 г. фарфоровую фабрику в Париже.

Гигиенический недостаток таких огневых с накаленными воздушными трубками калориферов, состоящий в пригорании в трубках пыли, оседающей из воздуха, был осознан уже в конце ХVIII века, когда в 1793 г. некий Джон Гойль взял патент на нагрев воздуха паровыми нагревательными приборами.

Несмотря на весьма широкое распространение в конце XVIII века во многих странах Европы (Россия, Австрия, Германия, Франция и Англия) воздушной системы отопления с притоком свежего воздуха и с распределением его с помощью каналов, строители этих систем не имели никакого представления не только об их расчете, но даже и об истинных явлениях, происходящих в них. Физические законы, на которых базируется воздушная система отопления, были впервые осознаны известным строителем таких систем германским профессором Майснером, который выпустил в 1821 г. книгу «Об отоплении согретым воздухом», повторенную им затем еще в двух изданиях. Но и он еще не нашел правильных способов расчета, что видно из того, что в своих книгах он рекомендует делать каналы сечением 22 «туфли» (понимая, очевидно, в 22 ступни). В другом месте он говорит, что «раньше я полагал, что длинные вертикальные каналы могут пропустить воздуха меньше, чем короткие, но затем на практике я убедился в обратном», теперь это знает каждый школьник.

Но в том же году, в котором вышла книга проф. Майснера, некий Вагенман из г. Берлина опубликовал способы расчета воздушных систем отопления, в которых сечение каналов рассчитывается уже по формуле, в которую входят и разность температур, и высота канала, и даже некоторая процентная скидка на потерю скорости из-за трения воздуха в канале.

В это время уже знали и применяли воздушную систему отопления с рециркуляцией одного и того же воздуха, но в то же время у многих специалистов этого дела очень твердо существовало ложное убеждение в том, что рециркуляционная система требует большего расхода топлива, нежели система, работающая на притоке наружного воздуха.

Паровая система отопления высокого давления

В XVIII веке была изобретена в Англии паровая система отопления высокого давления, т.е. рабочее давление выше 0, 5 атм. Ее история довольно богато освещена как в периодической, так и в специальной литературе того времени. Впервые она была предложена английским полковником Куком в 1745 г., но применена она была, видимо, впервые только лет 10 спустя для отопления теплиц, а в 1770 г. имеются указания на отопление этой системой фабричных зданий. В 1793 г., как уже упоминалось раньше, был взят патент на паровые калориферы высокого давления для воздушной системы отопления. В начале ХГХ века паровая система высокого давления стала применяться и в жилых зданиях, но в виде исключений.

В то время в этих системах конденсат уже собирался в сборный резервуар и перекачивался оттуда насосом обратно в котел. Но впуск конденсата в резервуар осуществлялся крайне примитивно -периодическим открыванием крана, заменявшего конденсационный горшок. Но уже в 1821 г. ручное открывание крана было заменено неким Фарнхамом поплавковым затвором, таким образом был изобретен прототип конденсационного горшка.

Первым, пытавшимся применить к расчету паровой системы научное обоснование, является в 1862 г. англичанин Тредгольд. Он же описывает устроенную в 1818 г. паровую систему, отапливавшую целую группу оранжерей из общей котельной, отстоявшей от наиболее удаленной оранжереи на 127 м. В 1828 г. паровой системой высокого давления было отоплено крупное здание пражской биржи.

Наконец в 1830 г. появилась первая система парового отопления, использовавшая выхлопной пар паровой машины. Эту систему осуществил Альбан (в Германии, в г. Плау) на своем машиностроительном заводе.

Водяная система низкого давления

Водяная система отопления низкого давления, т.е. открыто сообщающаяся с атмосферой через расширительный сосуд и с нагревом, таким образом, воды до температуры не выше 100 °С, была изобретена в 1777 г. парижанином инженером физиком Боннеменом. Масштаб этой системы был очень не велик, и применялась она сперва Боннеменом только для обогрева инкубаторов для искусственной выводки из яиц цыплят.

Очень интересно, что при изобретении этой системы Боннемен продумал, сконструировал и осуществил большинство деталей, применяемых и сейчас, вплоть до автоматического регулятора притока воздуха в топку котла для регулирования степени нагрева в нем воды. Но интересно отметить также, что затем регулятор был забыт на целое столетие и возродился вновь лишь около 1890 г. Прошло со времени изобретения Боннеменом водяной системы отопления с гравитационной циркуляцией около 40 лет, прежде чем она стала применяться для отопления зданий.

Началось это дело в Англии. В 1818 г. система Боннемена появилась в Германии, но опять начала там свое существование не в жилых и общественных зданиях, а в оранжереях и теплицах. До 1841 г. водяные системы отопления строились без всякого расчета. Но в 1841 г. англичанин Хууд приходит к правильным воззрениям на причины возникновения циркуляции воды в водяной системе, положившим конец до того долго длившимся самым несуразным спорам на эту тему.

Таким образом, Хууд был первым теоретиком водяной системы отопления. Он уже констатирует факт, что скорости циркуляции воды пропорциональны квадратным корням из высот расположения нагревательных приборов над котлом.

Но громадное затруднение представляло конструирование и изготовление регулирующей и запорной арматуры. Долго это были простейшие пробочные конусные краны без сальников, весившие несколько килограммов при проходе в 32 мм и постоянно протекавшие.

Паровая система отопления низкого давления

После водяной системы отопления появилась, значительно спустя, а именно в начале XIX века, паровая система отопления низкого давления. Причина такого запоздания лежит в том упорно державшемся предубеждении, что, при наличии в котле хотя бы незначительного давления выше атмосферного, нельзя заставить конденсационную воду самотеком возвращаться в котел. Но как только это предубеждение было разбито, - паровая система отопления низкого давления была сконструирована и, быстро развиваясь, стала вытеснять своей дешевизной и простотой паровую систему высокого давления, воздушную и даже водяную системы, так как гигиенические и технические преимущества водяной системы не были еще тогда достаточно осознаны и оценены.

Водяная система отопления высокого давления

Последней по времени появилась водяная система отопления высокого давления, изобретенная и запатентованная англичанином Перкинсоном в 1831 г., когда он взял английский патент на «отопление зданий согретым воздухом» с помощью воды, находящейся под весьма значительным давлением, имеющей температуру выше 100 °С. Система Перкинса состояла из кольцевого трубопровода, в одной части которого он был согнут в змеевик и помещен в огневую топку, а в других частях тот же трубопровод, тоже согнутый в змеевики, служил теплоотдающими нагревательными приборами, расположенными в отапливаемых помещениях выше огневой топки. Изобретение Перкинса, так же как и ранее изобретение Боннемена (водяная система), было настолько хорошо продумано автором в конструктивном отношении, что в течение больше полувека почти что нечего было улучшать в этой системе. В самом тексте патента мы читаем уже о муфтах с правой и левой резьбой, об уплотнении, при котором лезвие врезается в плоскость и пр. Так как система эта была замкнутая, т.е. не сообщавшаяся с атмосферой (в отличие от водяной системы низкого давления), то для восприятия усилия, происходящего от расширения нагреваемой воды, Перкинсом были применены закрытые с концов короткие отростки трубок от вышеупомянутого кольцевого трубопровода, частично заполненные водой и частично воздухом. Этот последний сжимался при расширении воды и играл роль эластичных буферов.

Водяная система высокого давления тоже очень медленно проникала в жилые и общественные здания. Вначале она применялась благодаря возможности достигать очень высоких температур воды (например, 183 °С при давлении 10 ата по манометру) для различных промышленно-производственных целей, как, например, нагрева медных типографских досок, выпаривания сусла и др. Но зато далее эта система стала пользоваться большим успехом как отопительная. Она распространилась из Англии во Францию, Данию, Германию и другие страны и в 60-х годах XIX столетия была наиболее распространенной центральной системой отопления. Объясняется это тем, что, при всех очевидных ее недостатках по сравнению с системами водяной и паровой низкого давления, - она была значительно дешевле их, и только последующее удешевление последних, благодаря развитию соответствующих отраслей индустрии, постепенно вытеснило систему Перкинса из зданий жилых и общественных.

Вентиляция

К сознанию необходимости вентилирования своих жилищ и общественных зданий человечество пришло значительно позднее, чем это было в отношении их отопления.

После римских хюпокаустов и подпольно-канальных систем, которые совмещали в себе как системы отопления, так и системы для ввода в помещения подогретого наружного воздуха, - дело вентилирования совершенно заглохло. Только уже в 1792 г., хотя и неудачными попытками упоминавшегося германского профессора Молитор и почти одновременно в Англии в 1793 г. Джоном Гойль, с их воздушными системами отопления, работавшими подачей наружного подогретого воздуха и осуществившими таким образом и вентилирование, было положено вновь начало организованного вентилирования помещений. Позднее (1821 г.) Мейснер (Германия) своей усиленной пропагандой и распространением воздушной системы отопления, тоже с притоком наружного воздуха, упрочил положение вентиляционных устройств.

Уже в 1845-1847 гг. здание английского парламента в Лондоне (еще в 1790 г. отапливавшееся угольными жаровнями) получило организованную напорную (приточную) систему вентиляции, работавшую с помощью нагнетающих вентиляторов и построенную по схеме подачи и удаления (подпором) воздуха «снизу вверх». Но вскоре эта система неприятного ощущения дутья была заменена одной вытяжной системой. В начале XX века в зале английского парламента функционировала одна из наиболее совершенных систем вентиляции, работающая опять по схеме «снизу вверх».

Во Франции в 1843 г. была организована правительственная комиссия по сооружению и последующему испытанию вентиляционной системы в намеченном постройкой здании Мазасской тюрьмы в Париже. В эту комиссию входил и знаменитый французский физик Пекле. Эта комиссия уже тогда постановила исчислять объемы вентиляционного воздуха для камер заключения по количеству выделяемой человеком углекислоты. По окончании сооружения этой вентиляционной системы в 1849 г. та же комиссия испытывала ее уже с помощью анемометров.

В вышедшем в 1860 г. 3-м томе (уже третьим изданием) своего труда «Traite de la chaleur» («Трактат о теплоте») Пекле описывает и приводит результаты обследования большого числа вентиляционных и отопительных систем, выполненных в залах собраний, дворцах, театрах, церквях, тюрьмах, больницах, школах, казармах и в других зданиях. В этих описаниях Пекле отмечает уже и экономические достижения, состоящие в том, что отработавший пар паровых машин, приводивших в движение вентиляторы вентиляционных систем, использовался для отопления тех же зданий.

В 1856 г. француз Грасси публикует свою исследовательскую работу, посвященную сравнению двух систем отопления и вентиляции, выполненных в больнице Ларибуазье. Далее французский артиллерийский генерал Морен, много работавший на пользу развития техники вентилирования, издал в 1861 г. книгу «Etudes sur la ventilation» («Исследования в области вентиляции»). В дальнейшем инициатива и импульс к совершенствованию техники вентилирования на научной основе переходит к Германии, где знаменитый гигиенист профессор Петтенкоффер кладет прочное начало научной и экспериментальной гигиены. Благодаря трудам Петтенкоффера, многие положения и результаты исследований которого и сейчас являются руководящими и авторитетными, дело развития и совершенствования санитарной техники вообще, а отопительно-вентиляционного в частности, идет быстрыми шагами вперед.

Районированное теплоснабжение

Первая групповая система отопления (паром высокого давления) возникла в 1818 г. в Англии для нескольких оранжерей. Но полное и ясное сознание весьма больших технических и экономических выгод, проистекающих от укрупнения котельного хозяйства как для силовых, так и для отопительных нужд, раньше всего пробудилось в Соединенных Штатах Америки. Там, в г. Локпорт, в штате Нью-Йорк, уже в 1878 г. возникла первая районная теплоцентраль городского масштаба, снабжавшая по подземным трубопроводам своих абонентов паром.

Городок Локпорт насчитывал в то время всего лишь 20 тысяч жителей, и первоначальная длина паропроводов составляла 2 км. Далее такие мелкие районные теплоснабжающие станции стали возникать быстро, так как в американских городах были очень распространены мелкие электростанции, домовые и квартальные, оборудованные машинами в 150-500 кВт, работавшими на выхлоп. Этот отработавший пар и стал применяться для районного теплоснабжения. С развитием крупных электростанций положение изменилось. Чтобы парализовать мелкие электростанции, являвшиеся одновременно и теплоснабжающими центрами, этим новым крупным станциям надо было предложить своим будущим абонентам не только электрическую, но и тепловую энергию, так как только в этом случае абоненты смогли бы упразднить у себя свои котельные.

Таким образом и возникли в Америке коммерческо-принудительным порядком крупные внутригородские теплоэлектроцентрали с протяжением подземных сетей в несколько десятков километров.

В дальнейшем, с переводом электростанций далеко за черты городов, непосредственно к местам нахождения угля и других видов природного топлива (и с возникновением транспорта электроэнергии на многие сотни километров), снабжение городов тепловой энергией от столь удаленных паросиловых станций стало невозможным. Это дало импульс, с одной стороны, к сооружению в городах Америки центральных мощных просто тепловых станций (паровых котельных), с другой стороны - к использованию котельных установок ликвидированных внутригородских электростанций для снабжения потребителей готовой тепловой энергией.

Но в то же время сам характер роста американских городов, при котором в кратчайший срок одновременно застраивались улицы и целые кварталы, давал возможность приспособлять систему районного теплоснабжения и род теплоносителя (горячая вода, пар) к потребностям потребителей. Этому делу также очень благоприятно содействовало принятое в Америке расчленение городов на зоны жилые, торгово-административные и промышленные. В первых обычно применяются водяные, а в двух последних - паровые системы теплоснабжения.

К 1934 г. в США и в Канаде имелось более 400 установок районного городского теплоснабжения, начиная от крупных городов, как Нью-Йорк, Чикаго, Детройт и др., до очень маленьких включительно, как, например, Брандон и Норд-Батлефорд в Канаде, с числом жителей всего от 5 до 10 тысяч человек.

Следующей передовой страной в области городского районного теплоснабжения была Германия. Там, в отличие от Америки, это дело взяли в руки городские муниципалитеты.

В Германии первая районная теплоснабжающая станция возникла в 1900 г. в городе Дрездене. Ее мощность была 15 гигакалорий в час, а теплоносителем был пар в 8 рабочих атмосфер, подававшийся на расстояние 1050 м к 12 потребителям. Вначале эта станция снабжала лишь правительственные здания и, как исключение, несколько попутно лежавших частных зданий. Теперь эта станция кардинально перестроена на водонасосную.

Начало возникновения в Германии городских районных теплоснабжающих систем с продажей тепловой энергии любому потребителю относится к 1921-22 гг., когда возникли установки в Берлине, Гамбурге, Киле и Бармене. Установки эти имеют теплоносителем частично горячую воду, частично пар, но все они возникали в связи с переоборудованием старых конденсационных электростанций в теплоэлектростанции.

В 30-х годах XX века большое число германских городов уже имеет установки районного теплоснабжения. Также во Франции, Англии, Австрии и в других странах Европы городское районное теплоснабжение получило значительное развитие.

В СССР первые шаги в области городского теплоснабжения относятся к 1924 г. Теплоснабжение групп зданий одного хозяйства из общей котельной или даже теплоэлектроцентрали существовало у нас значительно раньше. Так например, сооруженная по инициативе проф. В.В. Дмитриева в 1913 г. пароводяная система отопления и вентиляции павильонной больницы им. Мечникова в Ленинграде (бывш. больница Петра Великого) работала сразу по ее сооружении от своей теплоэлектроцентрали на отработавшем паре паровой турбины электрогенератора.

Первый городской теплопровод был проложен в Ленинграде в 1924 г. от 3-й гос. электрической станции для снабжения горячей водой соседних бань в Казачьем переулке и для отопления верхнего (6-го) этажа одного, тоже рядом лежащего, жилого здания. В следующем году от той же ГЭС были отоплены корпуса больницы им. проф. Нечаева (бывш. Обуховская больница) по другую сторону Введенского канала.

Вот в самых кратких чертах тот долгий путь, по которому шло развитие дела отопления от угольной жаровни до мощных газифицированных теплоэлектроцентралей. Вначале примитивный бытовой прием, затем простое кустарное ремесло и, наконец, высокоразвитые на исследовательской базе наука и техника отопления и вентилирования и мощная специальная отопительно-вентиляционная индустрия.

Но и это, конечно, только этап на пути дальнейшего развития технического и научного искусства и творчества человеческого гения.

Размещено на Allbest.ru