Из истории отопления

Отопление жилища человека стало возможным после изобретения способа добычи огня. Ученые предполагают, что пользоваться огнем человечество научилось еще в эпоху Каменного века, чуть позже был создан очаг, при помощи которого отапливали свои жилища первобытные люди. Но назвать этот способ добычи тепла системой достаточно сложно, хотя очаг был источником тепловой энергии вплоть до XIV века нашей эры. Первые прототипы систем отопления (печные) появились в начале XV века, и постепенно вытеснили очаги.

Конструкция первых в истории печей предполагала наличие глиняного корпуса, который оснащался металлической дверцей. Позже, с удешевлением металла, печи полностью производились из листового материала. Это дало возможность значительно повысить теплоотдачу, так как теплопроводность бронзы намного выше аналогичного параметра глиняного кирпича. Работа печей была основана на принципе циркуляции воздуха. Известно, что теплый воздух имеет свойство подниматься, в то время как холодный газ опускается вниз. Таким образом, в помещении поддерживалась постоянная температура. Традиционно печи помещались в специальные ниши — камины, которые сегодня пользуются широкой популярностью во всем мире Первые в истории автономные печи, не предполагавшие монтажа в камин, были выпущены около 300 лет назад в Голландии. Чуть позже такие устройства появились в скандинавских странах и других государствах Европы. Конструкция их представляла собой кованый ящик, состоящий из шести пластин металла. Такие печи также снабжались поддувалом и специальной трубой, монтируемой в отдельное отверстие. Основными энергоносителем в то время были дрова и уголь.

Параллельно с развитием печного дела развивалось паровое отопление, начало которому было положены конструкторами Древнего Рима. Римская Империя впервые предложила отапливать помещения централизованно через специальные каналы в полу и стенах, по которым проходил горячий пар из больших печей, расположенных в отдельной комнате. Первые системы водяного отопления появились в XVIII веке в Европе. Значительным событием в истории отопления было изобретение Францом Сан-Галли первого радиатора в 1855 году. Конструкция отопительного прибора включала в себя каркас из труб и вертикальные диски, которые обеспечивали достаточно хорошую степень теплоотдачи. До начала XX века отопительные системы работали на угле или дровах, электрические и газовые котлы появились значительно позже, и сегодня являются одними из наиболее распространенных типов котельного оборудования.

История отопления неразрывно связана с историей человечества. Первые отопительные устройства, а это были обыкновенные костры, разведенные непосредственно в жилище, были известны еще в каменном веке. Приблизительно за пару веков до нашей эры появились первые отопительные печи с отводом продуктов горения через дымовые трубы. Эти печи, постоянно совершенствуясь, долгое время служили (и служат по наше время) основным способом отопления. За все время использования печей их эффективность сильно увеличилась. Так, например, КПД классической двухъярусной русской печи (самый высокий КПД среди всех известных) составляет от 60 % до 80 % - то есть приближается к КПД современных твердотопливных котлов.

Особый вклад в историю отопления внесли инженеры Римской Империи. Именно здесь зародились системы центрального отопления и теплого пола. Эти системы работали благодаря сети специальных каналов, размещенных под полом и в стенах, по которым пропускались горячие дымовые газы из печи. Вместо того, чтобы строить печь для каждого отдельного помещения, римские инженеры использовали одно специализированное помещение и сеть каналов. Это был важный этап в истории отопления.

Средневековье

Система ЦО, с точки зрения римской исторической разработки, была в значительной степени забыта в Центральной Европе в течение средневековья (VI-XV вв. н.э.). Появляются новые исследования, но в средневековье уделяется малое значение разработкам систем ЦО. Системы ЦО в основном использовались в крепостях, замках, монастырях и официальных зданиях, таких как ратуши и церкви по всей Европе. Наиболее широко была распространена система воздуховодов. Самая большая система была построена в ХIII в. н.э. немецкими рыцарями в замке Мальборк (Malbork), недалеко от Балтийского побережья Польши.

Идея Леонардо

В 1480 г. Леонардо Да Винчи нарисовал первые эскизы, которые он назвал «вытяжной дымоход» (или «гнездо дыма»), устройство служило для удаления горячих газов из каминов, механически с помощью вентилятора. Так появилось первое устройство комбинированной выработки тепла и энергии (последняя как механическая энергия).В XVIII и XIX вв. технология ЦО сделала следующий шаг, был разработан первый паровой подогреватель (1745 глоснабжения (1777 г.) и система горячего водоснабжения (1831 г.) для домов в Европе. Разработка применялась преимущественно во Франции, Великобритании и Германии.

С XV в. уже применялось воздушное отопление с подачей в помещение горячего воздуха, нагревавшегося при соприкосновении с поверхностями печи. В XVIII веке появились системы водяного и парового отопления. Первые примеры применения водяного пара для обогрева помещений в России приводятся в книге Николая Львова «Русская пиростатика», вышедшей в 1799 году. С начала XIX века пар находит все большее применение как для отопления помещений, так и для обогрева теплиц. Но широкое распространение они находят лишь во второй половине XIX в. В это же время, приблизительно в 1855 году, был изобретен первый отопительный радиатор. Выглядел первый радиатор как прямоугольная коробка из толстых металлических труб с вертикальными дисками. Изобретателем был русский немец итальянского происхождения Франц Карлович Сан-Галли, проживавший в то время в Санкт-Петербурге.

Однако самый большой прогресс был сделан в 1876 гпорте (Lockport), Нью-Йорк, США, с разработки первой системы централизованного теплоснабжения в мире. Бертсилл Холли (Birdsill Holly) получил патент и снабдил жилые местные постройки и производственные помещения паровым отоплением. В течение года все больше и больше домов присоединяются к отопительной установке. Первыми вложениями в централизованное теплоснабжение были инвестиции в размере 25 тыс. долл. США в компанию Холли Стим Комбинэйшен (Holly Steam Combination). В 1880 г. Холли дали патент на систему комбинированной выработки тепла и энергии, в то время использовался острый пар. В 1878 г. были созданы первые системы централизованного теплоснабжения в Европе, они снабжали больницы в Германии (госпиталь недалеко от г. Бонн (Bonn)) и в Швеции (больница в Стокгольме). Новая система позволила избавиться от индивидуальных каминов.

Первые шаги в Европе

Первый шаг в развитии систем теплоснабжения в Европе был сделан в Германии, вследствие интенсивного развития электропромышленности. Выработка электричества (блочные электростанции и электростанции общего пользования) была основой для снабжения потребителя от централизованного теплоснабжения.

Одна из первых электростанций была построена в Европе, По-страссе (Postrasse), Гамбург в 1888 г1893 гснабжалась теплом от этого завода в целях безопасности. Таким образом, была создана первая ТЭЦ в Европе. В 1898 гкрыты новые ТЭЦ. Первая Саксонская ТЭЦ была построена в Бэд Элстер (Bad Elster), чтобы снабжать Албербад (Alberbad) и вторая в Берлине, для обеспечения теплом технического университета, однако каждая из этих ТЭЦ обеспечивала теплом только одно здание.

Муниципальное использование

Европейские системы централизованного теплоснабжения появились в Германии в 1900 г. 5-го декабря первая система централизованного теплоснабжения для муниципального использования была запущена в работу в Дрездене. 12 зданий снабжались теплом от ТЭЦ в Пакхофстрассе (Packhofstrasse) и еще 15 зданий снабжались только электричеством. Причинами для конструкции этого завода были, во-первых, общественная безопасность, лучшая защита окружающей среды и, во-вторых, то, что критерий «цена -эффективность» данной системы оказался в два раза ниже. До начала Первой Мировой Войны пять немецких городов последуют этому примеру. Также в начале XX века в Дании в городе Фредериксберг (Frederiksberg) начинает развиваться система централизованного теплоснабжения. Установка для полного сжигания мусора (отходов) снабжала новый госпиталь теплом. В 1904 гработу первая система централизованного теплоснабжения в Венгрии, она обеспечивала теплом парламент Будапешта. В течение Первой Мировой Войны значительных разработок в области централизованного теплоснабжения не велось.

Большая разработка

11 ноября 1918 г. закончилась Первая Мировая Война, в результате большие ограничения были наложены на Германию. Трагедия Первой Мировой Войны также повлияла и на поставщиков тепла и электроэнергии в Германии. В 1921 г. экономическая база ТЭЦ и ЦТ была улучшена благодаря быстрому увеличению цен в результате инфляции, вызванной компенсациями союзникам и нехваткой топлива в Германии из-за забастовки, которая была проведена немецкими шахтерами против французских и бельгийских временных владельцев шахт. Последовало быстрое развитие этих систем ТЭЦ и ЦТ для более эффективного использования топлива. К 1930 г. более 25 немецких городов последовали этому примеру, а также города: в 1923 г. Утрехт (Utrecht) в Нидерландах, в 1925 г. Копенгаген, Дания и Рейкьявик, Исландия и в 1930 г1930 гтикан.

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.

Экономический бум

Реконструкция разрушенных городов после Второй Мировой Войны дала возможность расширить системы ЦТ в Европе. Разработки отличались друг от друга, в зависимости от части Европы. Экономическое чудо на западе и реконструкция энергетического сектора на востоке обеспечили огромный бум в области ЦТ и промышленности. Много городов в таких странах как Австрия, Дания, Финляндия, Германия, Венгрия, Нидерланды, Польша, Советский Союз и Швеция решили строить свои собственные ТЭЦ и муниципальные системы отопления, главным образом в 1950-х и 1960-х гг.

Ежегодная скорость роста присоединенной нагрузки с двузначным числом стала нормой. Например, более чем 200 независимых централизованных систем теплоснабжения были разработаны в Дании в период с 1955 до 1973 гг.

Нефтяной кризис

Один из самых плохих дней для энергетики Европы и всего Мира был 6 октября 1973 г., когда Египет и Сирия атаковали Израиль. С 17 октября и в течение войны арабские страны сократили производство сырой нефти. Нефть, как сырой материал, таким образом, стал глобальным политическим оружием. Вскоре цена на нефть увеличилась более чем на 200%.

Ограничения на подачу энергии и повышение цен привели к тяжелому шоку в индустриальных странах и показали зависимость «большой» экономики от энергетики. В итоге, были найдены альтернативные варианты. В частности, общественные электростанции (общего пользования) смогли принять новую стратегию, чтобы уменьшить зависимость от импортируемого топлива. Внимание было сфокусировано на ядерной энергии и национальных источниках энергии для комбинированного производства электроэнергии и теплоты и централизованном теплоснабжении, с его возможностью быстро варьировать цены за счет рынка тепла. Ситуация была усилена вторым нефтяным кризисом в 1978 г

43 новых ТЭЦ были запущены в Западной Европе между 1975 и 1980 гг. с суммарной установленной электрической мощностью 5210 МВт и с теплопроизводительностью в 5013 МВт.

Преобразование

В конце 80-х и 90-х гг. XX в. происходят следующие события: падение Советского Союза, объединение Европы, новая либерализация, согласование рынка и новые всемирные стратегии по защите окружающей среды, созданы для уменьшения выбросов ТЭЦ и централизованное теплоснабжение с новыми возможностями и развивающим потенциалом.

Объединение Германии иллюстрировало большие возможности возникших в результате реконструкции ТЭЦ и систем централизованного теплоснабжения в Центральной и Восточной Европе. Реконструкция ТЭЦ в Восточной Германии потребовала немалых затрат (капиталовложений), превышающих 3,4 млрд евро (с правительственной поддержкой в 600 млн евро). Самым значительным эффектом этой инвестиции было то, что резко был снижен выброс парниковых газов, влияющих на разрушение озонового слоя, благодаря реконструкции районных отопительных котельных. В общей сложности выброс СО₂ был снижен на 33%, SO₂ на 83%, СО на 49%, NO_X на 41% и пыли на 95%. Сбережения энергии составили 11180 ГВт-ч/год, которые были достигнуты благодаря обширной реконструкции систем централизованного производства тепла. Также было предоставлено значительное число рабочих мест, и цена на централизованное тепло была снижена в среднем на 25%.

*По материалам Международной Ассоциации Euroheat & Power: «Начиная с Древнего Рима до наших дней — история и будущее теплофикации и централизованного теплоснабжения».