Реферат на тему история теплоснабжения
Обновлено: 02.07.2024
воды. Таким образом, достигалась подача воды на некоторую высоту.
Классическая схема и конструкция одноколесного центробежного насоса,
применяющегося в различных модификациях и поныне, была осуществлена Андревсом
(США) в 1818 г. и существенно улучшена им в 1846 г. Исследования Андеревса
привели к созданию многоступенчатого центробежного насоса, однако весьма
несовершенной конструкции, запатентованной в 1851 г.
Знаменитый ученый Рейнольдс (Англия), исследуя конструкцию
многоступенчатого насоса, ввел в нее прямой и обратный направляющие лопаточные
аппараты и в 1875 г. запатентовал насос, в общих чертах аналогичный соврем енным
Широкое распространение центробежных насосов стало возможным только на
основе применения электрической энергии и, в частности, при использовании
электродвигателя трехфазного переменного тока, разработанного инженером В. О.
Доливо-Добровольским (Россия, 1888 - 1889 гг.) К этому времени относится
изобретение русским инженером В. А. Пушечниковым специального м алог абаритного
В России внедрение насосов в промышленность непосредственно связано с
развитием горно-рудного дела. В 18 в. К. Д. Фролов и другие мастера горного дела
применяли установки с поршневыми насосами для откачки воды из шахт.
В 18 в. был изобретен паровой двигатель. В 1738 г. Д. Бернулли вывел
основополагающее уравнение жидкости, которое носит его им я. В 1750 г. Л. Эйлер
впервые сделал математический анализ рабочего процесса, происходящего в
центробежном насосе и реактивной турбине, и дал основное уравнение рабочего
Примерно с начала 20-х годов 19-го века изменилось само назначение насосов.
Если первоначально они предназначались только для подъема воды, то с этого времени
они все шире применяются для перемещения жидкостей с различными вязкостью и
концентрацией взвешенных частиц, а также химических жидкостей с различными
Машины для перемещения воздуха и газов появились значительно позже насосов.
Изобретателем воздушного поршневого нагнетателя - прототипа современных
компрессоров с одной ступенью сжатия - считается немецкий физик О. Герике(1640г.).
В настоящее время отечественная промышленность выпускает насосы всех типов,
необходимые для народного хозяйства страны, начиная от миниатюрных микронасосов
для медицинской техники и кончая гигантскими осевыми насосами для ирригационных
Модернизация конструкции насосов направлена на снижение металлоемкости при
одних и тех же параметрах насосов, обеспечение наибольшей унификации узлов и
деталей насосов, что позволяет расширять номенклатуру насосов без существенных
дополнительных затрат на их производство. Большое внимание уделяется повышению
качества и надежности насосов, что позволяет экономить энергетические ресурсы и
1. Понятие теплового насоса, классификация и область применения
Тепловой насос - термодинамическая установка, в которой теплота от
низкопотенциального источника передается потребителю при более высокой
температуре. При этом затрачивается механическая энергия.
Большую перспективу представляет использование тепловых насосов в системах
горячего водоснабжения (ГВС) зданий. Известно, что в годовом цикле на ГВС
расходуется примерно столько же тепла, как и на отопление зданий. Примером здания,
в котором тепловые насосы использованы для ГВС, является многоэтажный жилой
дом, построенный в Москве в Никулино- 2. В этом здании в качестве источника
низкопотенциальной тепловой энергии используется тепло земли и тепло удаляемого
вентиляционного воздуха. Подробно эта система будет рассмотрена ниже.
Источником низкопотенциальной тепловой энергии может быть тепло как
естественного, так и искусственного происхождения. В качестве естественных
источников низкопотенциального тепла могут быть использованы:
В качестве искусственных источников низкопотенциального тепла могут выступать:
Таким образом, существуют большие потенциальные возможности использования
энергии вокруг нас, и тепловой насос представляется наиболее удачным путем
Ранее тепловой насос использовался в первую очередь для кондиционирования
(охлаждения) воздуха. Система была способна также обеспечить определенную
отопительную мощность, в большей или меньшей степени удовлетворяющую
потребности в тепле в зимний период. Однако характеристики этого оборудования
стремительно м еняются: сейчас во многих странах Европы тепловые насосы
используются в отоплении и ГВС. Такое положение связано с поиском экологичных
решений: вместо традиционного сжигания ископаемого топлива - использование
альтернативных источников энергии, например, солнечной. Для массового потребителя
одним из наиболее предпочтительных вариантов использования нетрадиционных
источников энергии является использование низкопотенциального тепла посредством
Существуют разные варианты классиф икации тепловых насосов. Ограничимся
делением систем по их оперативным функциям на две основных категории:
• тепловые насосы только для отопления и/или горячего водоснабжения, прим еняемые
для обеспечения комфортной температуры в пом ещении и/или приготовления горячей
• интегрированные системы на основе тепловых насосов, обеспечивающие отопление
помещений, охлаждение, приготовление горячей санитарной воды и иногда
утилизацию отводимого воздуха. Подогрев воды может осуществляться либо отбором
тепла перегрева подаваемого газа с компрессора, либо комбинацией отбора тепла
перегрева и использования регенерированного тепла конденсатора.
Тепловые насосы, предназначенные исключительно для приготовления горячей
санитарной воды, зачастую в качестве источника тепла используют воздух среды, но
равным образом могут использовать и отводимый воздух.
Следует отметить, что постепенно увеличивается предложение тепловых насосов
класса реверсивные "воздух-вода", чаще всего поставляемых в комплекте с
расширительным баком и насосным агрегатом. По отдельному заказу поставляется
накопительный резервуар. Т акие насосы можно врезать непосредственно в
В Германии и других странах Северной Европы распространены тепловые насосы,
которые используют тепло, содержащееся в грунте. Диапазон тепловой мощности
разработанных моделей самый широкий - от 5 до 70 кВт.
По данным на 1997 год из 90 млн. тепловых насосов, установленных в мире, только около 5 %, или 4,28
млн. аппаратов, смонтировано в Европе. Совсем немного по сравнению с 57 млн. систем, имеющихся в
Японии, где такое оборудование является основным в об еспечении отопления жилого фонда. В Соединенных
Штатах насчитывается 13,5 млн. установленных агрегатов, а еще толь ко развивающийся китайский рынок
достиг уровня 10 млн. систем. Подобное нерасположение Европы имеет свои причины, однако в последнее
время отношение к тепловым насосам меняется. Примерная оценка числа тепловых насосов, установленных в
главных странах Сообщества в жилом фонде, торгово-административных и промышленных сооружениях,
приводится в табл. 1. Основную долю составляют страны Южной Европы: Исп ания, Италия и Греция.
Для истории развития энергетики характерны четыре основных периода. Первый из них начался в 1920 г., когда VIII Всероссийским съездом Советов был принят план электрификации России (ГОЭЛРО). Этим планом предусматривалось опережающее развитие энергетики, сооружение 30 крупных районных станций, использование местных топлив, развитие централизованного энергоснабжения, рациональное размещение электростанций на территории страны. Задания плана ГОЭЛРО были выполнены уже в 1931 г.
За годы Великой Отечественной войны выработка электроэнергии снизилась почти в два раза, около 60 крупных станций было разрушено. Поэтому основной задачей второго периода развития энергетики (1940-1950 г.г.) было восстановление разрушенного энергетического хозяйства.
Для третьего этапа развития энергетики (1951-1965 г.г.) характерна концентрация энергоснабжения за счет создания объединенных энергосистем, строительство мощных тепловых электростанций, сооружение первых атомных станций.
Четвертый период (с 1966 г. по настоящее время) характеризуется переходом к качественно новому уровню развития топливно-энергетического комплекса. Внедряется блочная схема компоновки электростанций, причем мощность блоков непрерывно повышается. Пар сверхкритических параметров теперь используется не только на конденсационных электростанциях (КЭС), но и на теплоэлектроцентралях (ТЭЦ). Формируется единая энергосистема страны.
До 1975 г. в СССР проводился курс на повышение расхода газа и мазута на нужды энергетики. Это позволило в короткий срок и без значительных капитальных затрат укрепить энергетическую базу народного хозяйства. Позже было решено, что дальнейший рост энергетического потенциала Европейской части страны должен осуществляться за счет строительства гидравлических и атомных станций, а в восточных районах - за счет тепловых станций, работающих на дешевых углях.
Основные запасы органических топлив (угля, нефти, газа) расположены в восточной части страны, чаще всего в труднодоступных районах. Поэтому особое значение приобретает проблема экономии топливно-энергетических ресурсов.
Дальнейшая централизация теплоснабжения за счет строительства мощных ТЭЦ и котельных позволит получить значительную экономию топлива. Однако сооружение ТЭЦ экономически целесообразно лишь при наличии крупных централизованных потребителей теплоты. Другой путь снижения расхода топлива - применение теплонасосных установок, которые могут использовать как естественные источники теплоты, так и вторичные энергоресурсы.
До 50-х годов XIX века наука рассматривала теплоту как особое невесомое, неуничтожимое и несоздаваемое вещество, которое имело название теплород. М.В.Ломоносов был одним из первых, кто опроверг эту теорию. В своей работе “Размышление о причинах теплоты и холода”, изданной в
1774 г. он писал, что теплота является формой движения мельчайших частиц тела, заложив тем самым основы механической теории теплоты. М.В.Ломоносов один из первых высказал идею закона сохранения энергии. В его формулировке этого закона еще не содержатся количественные соотношения, но, несмотря на это, отчетливо и полно определяется сущность закона сохранения и превращения энергии.
Лишь столетие спустя этот закон благодаря работам Майера, Гельмгольца, Джоуля получил всеобщее признание. В 1842 году появилась работа естествоиспытателя Майера “Размышления о силах неживой природы”. Его формулировка первого закона термодинамики в основном была философски умозрительной. В 1847 году была издана монография немецкого врача Гельмгольца “О сохранении силы”, где подчеркивается общее значение первого начала как закона сохранения энергии, дается его математическая формулировка и приложение к технике. В 1856 году Джоуль экспериментально доказал существование этого закона.
В 1824 году появился труд французского инженера Сади Карно “Размышления о движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу”, в котором были заложены основы термодинамики. В этой работе он указал причины несовершенства тепловых машин, пути повышения их коэффициента полезного действия (кпд), сформулировал второй закон термодинамики, идеальный цикл тепловых машин (цикл Карно) и другие важные положения термодинамики.
В 1906 г. Нернст сформулировал третье начало термодинамики, в котором предположил, что с приближением абсолютной температуры к нулю интенсивность теплового движения и энтропия стремятся к нулю. Принцип недостижимости абсолютного нуля температур - одно из следствий известной тепловой теоремы Нернста.
Существует еще понятие так называемого нулевого начала термодинамики. Изучая явления в рамках классической термодинамики, как правило, отвлекаются от характера молекулярного и атомного строения вещества. При исследовании явлений обращают внимание исключительно на макроскопические свойства системы, которые оцениваются по опытным данным измерения макроскопическими приборами: термометрами, калориметрами, манометрами и т.д. Поэтому классическая термодинамика является феноменологической наукой. Таким образом, в классической термодинамике отвлекаются от движения микрочастиц тела и рассматривают лишь результат этого движения, который есть не что иное, как температура тела. Это и есть нулевое начало термодинамики. Оно формулируется в виде следующей аксиомы: все тела при тепловом равновесии обладают температурой. Нулевое начало является исходным положением термодинамики, так как тепловое движение происходит во всех телах. Оно неуничтожимо, как неуничтожимо всякое движение в природе.
В конце XIX века Л.Больцманом и У.Гиббсом были заложены основы статистической термодинамики. В отличие от классической термодинамики она позволяет вычислить макроскопические характеристики по данным о состоянии микрочастиц тела - их расположению, скоростях, энергии. У.Гиббс внес существенный вклад и в классическую термодинамику, разработав метод потенциалов, установив правило фаз и др.
После создания фундамента термодинамического метода началась разработка его приложений и, прежде всего, к теории тепловых машин. Большое значение имело введенное Ж.Гюи и А.Стодолой понятие работоспособности теплоты, или максимальной технической работы, которую можно получить от имеющегося количества теплоты в заданном интервале температур. В 1956 году Р.Рант дал этой величине название “эксергия”. В отличие от энтропии, всегда возрастающей в реальных процессах, в отличие от энергии, количество которой строго сохраняется (согласно первому закону термодинамики), эксергия - запас работоспособности или это то количество полезной работы, которое можно получить от имеющейся теплоты в заданном интервале температур.
Первая установка централизованного нагревания воздуха в водо-воздушной системе отопления и вентиляции была применена в XIX веке в здании Петербургской Академии художеств. Она обогревала два больших зала, объемом более 3000 куб.метров.
А в 1909 году, опять-таки в Петербурге, в здании Михайловского театра была смонтирована первая в России насосная система водяного отопления. Автором проекта этой системы был Н.П. Мельников. Тем не менее, до революции в Петербурге большинство жилых домов отапливалось с помощью дровяных печей. По данным историков, в городе незадолго до революции насчитывалось всего 102 дома (из, примерно, 40 тысяч) с центральным отоплением от местных котельных.
Официальной датой начала теплофикации города на Неве можно считать 25 ноября 1924 года, когда впервые в шестиэтажный дом на наб. реки Фонтанки было подано тепло по проложенному теплопроводу. Вскоре тепло стало поступать и в другие общественные и жилые здания, в числе которых были Обуховская больница и Казачьи бани.
К 1927 году по трубопроводам тепло стало поступать в Александрийский театр, Публичную библиотеку и Госбанк. Затем была проложена Рузовская магистраль, для теплоснабжения зданий по загородному проспекту и Рузовских казарм. ГЭС №3, от которой производилось теплоснабжение всех этих зданий, была переоборудована для комбинированной выработки тепловой и электрической энергии. Она стала первой отечественной теплоцентралью, а Ленинград – пионером теплофикации.
Новый способ обогрева помещений, без помощи дров, угля или торфа понравился горожанам, и стал быстро распространяться, (тем более, что он был наиболее эффективным и экономически выгодным). Так, если в 1928 году централизованно отапливалось всего 32 здания, а протяженность тепловых сетей в городе составляла лишь 5 километров, то в 1935 году длина тепловых сетей увеличилась до 56 километров, к которым было подключено около 400 зданий, а к 1941 году централизованным теплоснабжением обеспечивалось уже 1648 зданий. Длина сетей тогда составляла уже 75 километров.
Столь быстрому росту и развитию централизованного теплоснабжения не приходится удивляться – в конце 1931 года было принято специальное обращение ЦК и Совнаркома СССР о превращении Ленинграда в образцовый центр городского хозяйства. А через 7 лет - 17 июня 1938 года вышло Постановление СНК о создании в системе Ленсовета Топливно-энергетического управления (ТЭУ) – родоначальника сегодняшнего Топливно-энергетического комплекса города.
Наиболее тяжелыми для Топливно-энергетического управления Ленгорисполкома стали военные годы.
Война в первые же недели войны нарушила связь с поставщиками, дезорганизовала транспорт. Управление работало в режиме оперативного органа. Приходилось принимать нестандартные, но жизненно важные решения, например, слом на топливо ветхих строений и зданий. В авральном режиме работали аварийные бригады, занимаясь ликвидацией повреждений на коммуникациях, в том числе повреждений от артобстрелов.
После окончания войны Топливно-энергетическое управление Ленгорисполкома обязано было не только восстановить свое хозяйство, но и обеспечить стремительно возрастающие потребности в топливе города Ленинграда. Кроме того, с начала 50-х годов ТЭУ стало выполнять и экологические задачи, внедряя на объектах оборудование, уменьшающее выброс вредных веществ в атмосферу.
В 1962 году управлению передают Дирекцию квартальных котельных и тепловых сетей. Это стало поворотным событием в деятельности ТЭУ, определившее стержневое направление его работы на долгие годы – строительство и эксплуатация теплоисточников и тепловых сетей. Чуть позже (в середине 60-х годов) началась активная работа по автоматизации и диспетчеризации котельных…
Все эти годы оставалось неизменным лишь одно – система теплообеспечения города развивалась, становилась более совершенной, даже несмотря на непростые времена, которые переживала страна и город на Неве в 1990-е годы.
Основная масса жилых домов была оборудована печным отоплением. Печей насчитывалось свыше 500 тысяч. Элементарными коммунальными и бытовыми удобствами пользовалось население, проживающее в пределах Садового кольца и принадлежащее к зажиточным слоям.
По окончании Гражданской войны в Москве развернулось хозяйственное строительство и встал вопрос о рациональном способе теплоснабжения жилых зданий и промышленных предприятий города.
На базе принятого плана ГОЭЛРО и рекомендаций комиссии по теплофикации при Главэнерго было принято решение о централизованном теплоснабжении города на базе теплофикации.
Одновременно со строительством новых ТЭЦ проводились работы по теплофикации центра города. Еще в 1927 г. был составлен эскизный проект, а в 1931 г. от ГЭС-1 был проложен первый в Москве водяной двухтрубный трубопровод Ш250 мм по Раушской набережной, Старому Москворецкому мосту, по улице Разина (Варварка) к зданию ВСНХ на пл. Ногина (Китай-город).
С самого начала Теплосеть Мосэнерго явилась промышленной лабораторией для решения многих научных и технических проблем, связанных с разработкой и освоением теплофикационного оборудования электростанций и тепловых сетей.
В области рационализации систем теплоснабжения большое значение имели работы, выполненные Московской Теплосетью в содружестве с научно-исследовательскими организациями. К числу важнейших разработок следует отнести:
- внедрение в качестве типовой элеваторной схемы побуждения циркуляции в местных системах отопления при расчетной температуре сетевой воды до 150°С (по предложению проф. В.М. Чаплина, ВТИ);
- разработку схем присоединения абонентов горячего водоснабжения и графиков отпуска тепла при качественном регулировании (ВТИ, МЭИ, Теплосеть Мосэнерго);
- создание методов гидравлического и технико-экономического расчетов тепловых сетей и разработку основ гидравлической устойчивости их работы (проф. Б.П. Шифринсон, Теплосеть Мосэнерго).
Если в начальный период теплофикации преобладало сооружение паропроводов для теплоснабжения промышленных предприятий, то в послевоенный период был взят курс на первоочередное покрытие коммунально-бытовых потребностей в горячей воде. Районы массовой застройки, а также большинство центральных районов становились зонами сплошной теплофикации.
Новым этапом технического прогресса в области комбинированной выработки электрической и тепловой энергии, начиная с 1972 г., явился ввод в эксплуатацию энергоблоков на закритические параметры пара 240 атм и 540°С с теплофикационной турбинной мощностью 250 МВт.
Наибольшее развитие теплофикация Москвы получила с началом массовой жилой застройки города, когда стали прокладываться тепловые магистрали протяженностью 20 - 30 км и диаметром 1200 - 1400 мм от новых мощных ТЭЦ, размещаемых вдоль МКАД, что потребовало разработки новых конструктивных решений. Увеличение протяженности тепломагистралей привело к сооружению ряда крупных насосно-перекачивающих станций.
В этот же период в районах жилой застройки стали сооружаться отдельно стоящие тепловые пункты (ЦТП) на группу зданий взамен строившихся ранее индивидуальных тепловых пунктов в подвалах домов, а теплопроводы прокладываться в городских коллекторах совместно с другими инженерными коммуникациями (силовые кабели, кабели связи, водопровод и др.).
Тепловые магистрали крупных диаметров и большой протяженности представляют собой сложные инженерные сооружения. Их строительство в городской застройке, в сложных гидрогеологических условиях, с пересечением водных преград, железнодорожных путей и улиц с интенсивным движением потребовало сооружения щитовых тоннелей круглого сечения, мостовых переходов и дюкеров. Наиболее распространенным типом прокладки тепловых сетей являлась канальная. Каналы выполнялись из сборного железобетона.
Наряду с навесной изоляцией теплопроводов матами из минеральной ваты широко применялась монолитная армопенобетонная теплоизоляция заводского изготовления.
Протяженность тепловых сетей в двухтрубном исчислении, находящихся на балансе на 01.01.97 г., составила 2285,8 км, в том числе водяных 2252,9 км и паровых 32,9 км, средний диаметр трубопроводов 560 мм. При этом протяженность трубопроводов диаметром 400 мм и более составляет 1550 км, в том числе ш1000 мм - 146,7 км, ш1200 мм -186,5 км и ш1400 мм - 78,3 км.
Основной тип прокладок - подземная, составляющая более 95% от общей протяженности тепловых сетей. На тепловых сетях установлена 21 крупная насосно-перекачивающая станция, 227 дренажных насосных, более 16 тыс. подземных камер, где размещено более 52 тыс. единиц запорной арматуры, в том числе 3,6 тыс. с электроприводом, около 10 тыс. единиц компенсаторов и другое оборудование. К Тепловым сетям Мосэнерго присоединено 47432 здания.
Тепловые сети покрывают 82% потребности в тепле жилищно-коммунального сектора города и обеспечивают теплоснабжение около 700 промышленных предприятий.
Развитие и внедрение солнечных тепловых установок имеет 25 - летнюю историю. В 1975 - 1979 годы, после "1 энергетического кризиса", началось широкое применение солнечных установок для получения тепловой энергии.
Основанием для этого были опасения перед растущими ценами на энергию и желание независимости от поставщиков энергии. В зависимости от колебаний цен на энергию этот процесс имел различную динамику.
После всемирных переговоров на высшем уровне, в 1992 в Рио - де - Жанейро, было утверждено использование регенеративных источников энергии в качестве государственных политических целей в рамках национальной программы защиты окружающей среды и программ защиты от вредных атмосферных воздействий и подтверждено соответствующими законами. При этом были выработаны разнообразные стратегические подходы к продолжительному развитию и внедрению регенеративных технологий.
Очень эффективная стратегия по внедрению солнечных тепловых установок была разработана в Австрии и впоследствии принята Германией, Швейцарией, Венгрией, Словенией, Чехией и Словакией.
Эта стратегия базирует на создании "групп самостроя" использующих блоки и части для сборки установки, комплектных солнечных установок, (солнечные коллектора, аккумуляторы тепла, насосы, техника автоматического управления и регулирования, трубопроводы) изготовленные на производстве. Приобретая данный набор (комплект), после короткой подготовки в соответствующем центре обучения, осуществлялся самостоятельный монтаж с помощью предоставленных напрокат наборов инструмента.
Таким образом, в Австрии до сих пор были установлены 1.240.554 m 2 солнечных коллекторов, при этом 155.980 m 2 в 1995-м году. В настоящее время ежегодный прирост составляет около 300.000 m 2 .
В XVIII веке появилось паровое и водяное отопление (в Англии и Франции). В России интенсивнее стало развиваться водяное отопление (паровое использовалось преимущественно для производства, промышленности). В 90х г.г. XIX века появилось центральное водяное отопление. В качестве нагревательных приборов использовались чугунные радиаторы, которые были соединены трубами с котлом. В котле топливом служил уголь, циркулирующая вода нагревалась и самотеком поступала к чугунным радиаторам. После отдачи тепла через стенки радиатора, вода вновь направлялась в котел для последующего нагрева.
В 1903 году произошло знаковое для последующей истории отопления в России событие, профессором В.М.Чаплиным был запатентован водоструйный насос для систем отопления, получивший название гидравлического элеватора. Элеваторная схема подключения внутренних систем отопления очень широко использовалась в советское время при строительстве многоквартирных домов.
После Октябрьской революции, в советское время, теплоснабжение стало развиваться в сторону применения систем отопления с насосным побуждением циркуляции воды. Также повсеместно строились крупные источники теплоснабжение — ТЭЦ (теплоэлектроцентрали). Где то до середины XX века в строительстве при монтаже внутренних систем отопления применялась в основном двухтрубная система отопления.
С развитием массового крупнопанельного строительства в основном стала применяться вертикальная однотрубная система. За счет этого обеспечивалась высокая степень механизации работ, снижение трудозатрат при монтаже отопления. Тогда это было оправдано. И такая вертикальная однотрубная система (чаще с нижней разводкой) досталась современной стране от советских времен. Сейчас теплоснабжение в основном развивается в сторону все большего применения всевозможных методов автоматизации и регулирования расхода теплопотребления.
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).
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.
Читайте также: