История развития систем отопления

История развития систем отопления.

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. 

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. 

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, производимые компаниями Buderus, Wolf, Vaillant), энергосбережение и учет.Первым источником теплоты  считается открытый очаг. В начале нашей эры в Риме была разработана  очень дорогостоящая система  отопления. Через пол прокладывались каналы, по которым пускали отработавшие газы одной или нескольких топок. Эту систему назвали гипокаустовым  отоплением.

С упадком римской  культуры эта система отопления  была забыта. Прошло несколько веков, прежде чем стало возможным говорить о появлении другой системы отопления.

Первым стало развиваться  индивидуальное печное отопление, которое  из открытых очагов под дымоходом  превратилось сначала в открытые камины, а потом и в закрытые печи.

Кафельные печи

Применение кафельных  печей из керамических материалов значительно  улучшило использование теплоты.

В 1763 г. Фридрих Великий  — вследствие первого дефицита топлива  — в то время, прежде всего, древесины  начал применять меры по улучшению  использования источников отопительной энергии. Результатом стало создание прототипа берлинской печи, который  был оборудован несколькими дымоходами.

Применение каменного  и бурого угля в качестве топлива  привело к дальнейшему повышению  тепловой мощности.

С развитием металлургической промышленности примерно в конце XVIII в., настало время железных печей.

Наряду' с развитием  индивидуального печного отопления  в это время стали обдумывать и возможность создания центрального отопления.

Швед Мартин Тривальд считается изобретателем первого  центрального водяного отопления (1716).

Пар

В конце XVIII в. с появлением паровой машины была исследована  возможность применения пара в качестве теплоносителя.

В 1770 г. Джеймс Ватт применил пар для отопления здания своей  фабрики, при этом он использовал  секционные радиаторы в качестве нагревательных приборов.

В это же время  в Англии появились первые чугунные котлы.

Первые патенты  на систему парового отопления были получены в 1791 и 1793 гг., при этом система  отопления воздухом уже была запатентована.

Несмотря на это, индивидуальное отопление повсеместно  доминировало, так как оно было существенно дешевле.

Паровое отопление  низкого давления

В течение XIX в. с развитием  техники паровое отопление низкого  давления получило самое широкое  практическое применение как способ центрального отопления.

В 1831 г. Перкинс получил  первый патент на систему отопления  горячей водой. Он также выполнил исследования с расширительными  баками для компенсации изменения  объема воды из-за теплового расширения.

Центральное отопление  теплой водой

Центральное водяное  отопление было разработано в 1833 г. англичанином Паль- комом. Его система  состояла из котла с очень длинным  трубопроводом, радиатором также был  трубопровод. Предложенная конструкция  представляла собой полностью закрытую систему.

Первая система  центрального отопления из серийно  изготовленных деталей была построена  в 1860 г. в США. В это же время  началось производство чугунных котлов и радиаторов.

Закон о паровых  котлах

В 1870 г. чугунные котлы  и радиаторы появились и в  Германии. В 1871 г. был издан первый закон о паровых котлах, который  содержал в том числе и стандарты  безопасности трубопроводов.

Литые котлы

В 1875 г. Кёртинг освоил производство первых немецких чугунных котлов. В 1898 г. Будерус начал серийное производство чугунных котлов по собственному патенту.

В начале XX в. прогресс ускорился: во-первых, повысились требования к комфорту; во-вторых, были разработаны  научные основы для расчета систем водяного отопления или парового отопления низкого давления. Профессор  Герман Ритшель стал очень известным  после выпуска своего «Руководства по расчету устройств отопления и вентиляции».

Первые предписания  по расчетам

Первые предписания  по расчету систем отопления появились  в 1926 г. с выходом стандарта DIN 4701 «Правила для расчета теплопотребления зданий».

В 1901 г. в Дрездене была построена первая в Европе районная паровая отопительная котельная.

В 1906 г. Тихельман  построил первую районную водяную отопительную котельную, которая работала на принципе естественной циркуляции.

Насосы

В связи с разработкой  насосов (В. Оплэндер) в 1930 г. начали внедрять системы насосного отопления.

В 1950 г. были разработаны  циркуляционные насосы. При этом значительно  расширилось применение систем водяного отопления. Начиная с 1955 г., эти системы  совершенно вытеснили в жилищном строительстве системы парового отопления низкого давления. Но внедрение  централизованного водяного отопления  увеличивалась достаточно медленно.

В качестве отопительных батарей применялись, прежде всего, чугунные или стальные радиаторы. Первые стандарты в этой области появились  в 1936— 1938 гг.

Плоские отопительные батареи

С середины 50-х гг. начали применять плоские отопительные батареи из стали.

Как для изготовления отопительных батарей, так и для  производства котлов стало предпочтительным использование стальных конструкций. Это произошло потому, что в  качестве основного источника энергии  использовалась нефть. С увеличением  доли применения газа также выросло  значение чугунных котлов.

После первого энергетического  кризиса в 1973 г. начались поиски альтернативы ископаемому топливу и возможностей энергосбережения.

Одной из таких альтернатив  стали новые источники энергии, например солнечная энергия или  теплота окружающей среды; с другой стороны, стали применять меры по уменьшению тепловых потерь. Это привело  к значительным изменениям в расчете  теплопотребления и разработке новых  конструкций отопительных приборов.

Благодаря развитию экологии как науки и осознанию  вреда, который наносится окружающей среде при сжигании горючих ископаемых, развитие техники сжигания также  стало изменяться в определенном направлении. Например, уменьшилось  количество выбросов отработанного  газа, оксидов азота при горении, серы. Добыча горючих ископаемых становится все меньше, и это также ведет  к появлению новых разработок в области топочной техники.

1.2. Дальнейшее развитие  техники центрального отопления

Будущее отопительной техники из-за появления множества  различных тенденций спрогнозировать  очень трудно.

топка с поддувом;

топка с дутьевым вентилятором;

топка с использованием атмосферного воздуха;

электрическое отопление;

солнечная энергия (теплота  солнечной радиации);

солнечная энергия (фотоволь- таика);

теплоэлектростанция на горючем топливе;

тепловые насосы; топливные элементы

Возобновляемая энергия    Энергия горючих ископаемых

Возможное развитие отопительной техники

никаких технических  изменений; 2) целевые техничэские  приспособлении, 3; существенная техническая  перестрой^

Энергоснабжение

тепловой комфорт (высокая динамика);

удобство эксплуатации;

безупречная гигиена

Важным моментом в рыночных и общих условиях является ожидаемое развитие жилищного фонда.

Увеличение количества нового снабжающего оборудования сопровождается все более строгими законодательными условиями. Несмотря на увеличение количества новостроек, реконструкция старого  жилищного фонда будет оказывать  большое влияние на изменение  отопительной техники.

Введение общих  условий, например, требований по повышенной теплозащите зданий, установка терморегуляторов, регулирование приборов и теплоизоляция  трубопроводов, ведет к тому, что  доля потребления топлива, а вместе с этим и количество вредных выбросов в атмосферу будут увеличиваться, но не в той же мере, как количество новых отопительных приборов. Потребляемая мощность будет постепенно уменьшаться.

Эта тенденция к  меньшим, хорошо регулируемым мощностям  ведет также к изменениям в  применении теплоносителей и к новой  структуре отопления, к более  централизованной системе отопления  и использованию газа в качестве топлива

Рис. 1.3. Стоимость  сэкономленной тепловой энергии  при применении различных мероприятий

При этом следует  отметить, что изоляция оказывает  влияние только на потери теплоты  при передаче, а потребность в  нагревании воздуха остается неизменной. Из этого следует, что только совместное применение нескольких мер окажется эффективным. Дальнейшее увеличение изоляции принесет лишь незначительную экономию.

На все эти соображения  влияют также и финансовые условия  владельцев строения, так как спрос  на доступные по цене, но надежные отопительные системы постоянно растет.

Решающим фактором является постоянное влияние потребностей покупателя, т.е. тепловой комфорт, простое  обслуживание, быстрое введение в  эксплуатацию, низкое водопотребление, модульность системы и полный сервис.

Из-за законодательных  барьеров или в зависимости от дальнейшего наличия топлива  появляются другие ограничения технологических  предложений по отопительной технике. С точки зрения сокращения использования  топлива и тем самым уменьшения количества вредных выбросов в атмосферу  отопительная техника должна быть все  больше ориентирована на будущую  энергосистему.

Наряду с энергосистемой, использующей горючие ископаемые, применение возобновляемой энергии приобретет все возрастающее значение, так как  это повысит экологичность и  предоставит возможность использования  более дешевых источников альтернативной энергии.

При выборе системы  энергоснабжения значительную роль играют стоимость энергии и использование  первичной энергии, как 

Прогнозы

На основании вышеперечисленных  тенденций можно сделать два  прогноза:

доминирование сокращения затрат;

доминирование сокращения выброса С02.

История развития тепловых сетей МосквыУгольная 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.