Мировая история развития теплоснабжения и теплофикации

Профессор В.М.Чаплин также не менее настойчиво внедрял в практику водяные системы отопления, но не насосные, а своего изобретения, т.е. с паро-энжекторным побуждением. Мало кто знает, что В.М.Чаплин еще в 1909 г. дал исчерпывающий анализ вопроса о распределении напоров в насосно-водяной системе отопления при различных вариантах подключения к сети расширительного сосуда. Эта оригинальная работа В.М.Чаплина представляет особый интерес, так как до него по данному вопросу имелись лишь краткие соображения, высказанные инж. Тихельманом в 1901 г. на Ш Германском съезде по отоплению и вентиляции, и эти же краткие соображения Тихельмана были повторены в 4-м издании «Руководства» Г.Ритшеля, вышедшим из печати в 1909 г.

В 1911 г. на IV съезде русских зодчих проф. В.М.Чаплин выступает с ярким докладом на тему «Современное состояние вопроса о центральном отоплении жилых зданий», доказывает преимущества системы водяного отопления и, что особо важно, добивается принятия съездом тезисов, фиксирующих целесообразность устройства нетеплоемких водяных систем непрерывного действия. Как известно, до этого у нас считалось обязательным устройство систем водяного отопления только большой теплоемкости, что противоречило практике западноевропейской отопительной техники.

Значительный интерес представляет сама классификация систем водяного отопления в изложении В.М.Чаплина на IV съезде 

 

русских зодчих. В.М. Чаплин с присущей ему четкостью формулировки демонстрировал съезду шесть основных разновидностей водяного отопления и в нескольких цифрах дал исчерпывающую технико-экономическую характеристику каждой схемы.

На рис. 7 представлена принятая в 1911 г. В.М.Чаплиным им лично вычерченная классификация водяных систем, из которой между прочим видно, что отопительная техника того времени ограничивала целесообразность применения гравитационной системы отопления радиусом ее действия до 70 м, насосно-водяной системы - радиусом до 1100 м при напоре насоса до 10 м вод. ст., а районной водо-водяной системы - радиусом до 2 км.

К 1914 г. 2-е издание курса «Отопление и вентиляция» В.М.Чаплина становится уже библиографической редкостью. Вышедшее в том же году новое издание курса А.К.Павловского оставалось на протяжении целого десятилетия почти единственным руководством по отопительно-вентиляционной технике. 

 

Теплофикация в СССР

Зарождение советской теплофикации относится к тому времени, когда наша страна приступила к осуществлению программы ГОЭЛРО о наиболее рациональном и экономном использовании существующих электростанций. Острый топливный кризис вынуждал искать новые, более экономные способы использования топлива, в том числе и на существующих электростанциях, многие из которых еще работали не на полную мощность и даже находились под угрозой закрытия.

Большая заслуга в разрешении этой сложной научной проблемы принадлежит профессору Владимиру Владимировичу Дмитриеву.

На основе своего опыта по сооружению и эксплуатации небольших ТЭЦ и в первую очередь на основе лабораторных исследований на ТЭЦ больницы им. Петра Великого в Петербурге В.В.Дмитриев оценил в полной мере все преимущества и особенности объединенного процесса выработки электроэнергии и тепла для централизованного теплоснабжения.

В 1922 г. В.В.Дмитриев выступает в Русском техническом обществе, в Деловом клубе, в Ассоциации инженеров и других организациях с обстоятельными докладами о городских теплоэлектроцентралях, о целесообразности переоборудования существующих электростанций в теплоэлектростанции.

Еще в 1919 г. В.В. Дмитриев был инициатором сооружения Ляпинской районной ЦЭС в г. Ярославле на базе соединения электрификации с теплофикацией нового фабричного центра.

В 1923 г. В.В.Дмитриев предлагает проект благоустройства ленинградской электростанции. Инициатива В.В.Дмитриева получила одобрение, и его вариант, предусматривавший выборочное снабжение теплом зданий в районе расположения ГЭС, был утвержден. Коллектив работников ЛГЭС и, в первую очередь, главный инженер этой станции Л.Л. Гинтер проявили много изобретательности при создании первой в СССР теплоэлектроцентрали.

25 ноября 1924 г. к ленинградской электростанции был присоединен первый абонент - дом № 96 по Фонтанке: небольшая система водяного отопления, существовавшая только в верхнем этаже этого здания, стала обогреваться водой, подаваемой по теплопроводам из смежного корпуса ЛГЭС. Первое время нагрев воды для этого единственного абонента осуществлялся путем непосредственного подмешивания отработанного пара через установленный на ЛГЭС пароводяной элеватор, который являлся одновременно и побудителем для циркуляции воды в системе отопления. Затем элеватор был заменен центробежным насосом, а для нагрева воды установлен бойлер рубашечного типа с поверхностью нагрева 10 м2.

В 1925 г. проф. В.В.Дмитриев разработал технический проект теплофикации г. Пскова от новой ТЭЦ высокого давления. Этот проект был утвержден как проект опытной установки, предусматривающий впервые не только в СССР, но и за границей, установку совершенно нового типа турбины с ухудшенным вакуумом, как наивыгоднейшей для теплофикации городов.

В 1927-1928 гг. под руководством В .В. Дмитриева аппарат Коммунстроя (затем Коммунэнергостроя) разрабатывает проекты теплофикации г. Новосибирска, Красноярска, Ярославля, Иваново-Вознесенска, Астрахани, Казани, Воронежа, Петрозаводска, Тулы, Ростова-на-Дону, Завода «Красный треугольник» в Ленинграде и др.

В 1930 г. СНК СССР принял специальное постановление о дальнейшем развитии теплофикации в СССР.

В 1934 г. В .В. Дмитриеву за выдающиеся труды по созданию советской теплофикации и за 35 лет его плодотворной научной и педагогической деятельности было присвоено почетное звание заслуженного деятеля науки и техники. До последних дней своей жизни (сентябрь 1946 г.) В.В.Дмитриев неустанно работал в качестве консультанта в научных и проектных организациях и оставил после себя 57 научных работ в области теплоэнергетики.

После первых опытов 1924 г. на ЛГЭС советская теплофикация стала быстро развиваться. В Ленинграде в 1927 г. длина тепловых сетей уже достигла 5 км. В 1928 г. была сооружена первая теплофикационная установка в Москве, осуществившая теплоснабжение промышленных потребителей от теплоэнергоцентрали Всесоюзного теплотехнического института.

Однако до 1930 г. строительство новых ТЭЦ в общей сложности отличалось небольшими масштабами. В 1928 г. по всему СССР было пущено в эксплуатацию семь ТЭЦ; 5 из них - на целлюлозно-бумажных фабриках и 2 - на текстильных; в 1929 г. - 12 ТЭЦ, 10 из них - на целлюлозно-бумажных комбинатах, текстильных фабриках и сахарных заводах и только 2 районного значения (в Ленинграде и Пскове).

В 1930 г. началось строительство уже крупных промышленных теплоэлектроцентралей: на Сталинградском и Харьковском тракторных заводах, на Горьковском автозаводе, в Березниках, Кузнецке, Казани, а также на Краснопресненской трехгорной мануфактуре и Кольчугянском кабельном заводе.

По сравнению с 1929 г. длина тепловых сетей в 1933 г. выросла в 5,25 раза, в 1938 г. - в 24,3 раза и в 1940 г. - в 26,2 раза.

В отличие от практики других стран основным типом в городах СССР являются водяные тепловые сети, протяженность которых достигает 87 % от общей протяженности всех тепловых водяных и паровых сетей. В основном пар как теплоноситель применяется только на промышленных площадках, где это вызывается нуждами самого производства.

Советская теплофикация развивалась по самобытному пути как составная часть общего плана электрификации страны. Естественно, что на первом этапе развития этой новой отрасли техники встречались значительные трудности как в разработке теории, так и в практическом ее освоении. Если первые километры наружных теплопроводов прокладывались в тяжелых железобетонных каналах с дорогостоящей изоляцией самих труб сегментами из пробковой крошки, то уже в третьей пятилетке за основной тип была принята бесканальная прокладка труб с засыпкой их торфом. Если в первой установке расчетные параметры обратной воды от систем отопления у абонентов принималась в 30 °С и вследствие этого в отапливаемых помещениях буквально не хватало стен для размещения нагревательных приборов, то уже через несколько лет расчетный перепад температур греющей воды в абонентских системах отопления стали принимать, как и в наши дни, 95/70 °С. Много труда и творческих исканий было затрачено на выявление наиболее рациональной схемы сети наружных теплопроводов и схемы присоединения абонентов к тепловой сети. В одной из первых работ по теплофикации (Б.М.Аше, Теплофикация городов. Л., 1930) приведено свыше двадцати схем присоединения абонентов, опробованных в первые годы теплофикации Ленинграда. Среди этих схем можно видеть простейшую схему с подогревом воды в помещении абонента при помощи бойлера; несколько схем с подачей воды из городской теплосети через шаровой кран верхнего бачка, питающего систему абонента также без использования напора городской сети; схему с местными насосами и «переливной петлей» на обратной линии абонента, применение которой оказало весьма отрицательное влияние на эксплуатацию внутридомовых систем отопления вследствие подсоса воздуха через эти «переливные петли», и, наконец, схему с применением водо-водяного элеватора и специального предохранительного клапана, заменяющего собой «переливную петлю».

Эта последняя, предложенная проф. В.М.Чаплиным схема присоединения домовой системы отопления к наружным теплопроводам и получила наибольшее распространение в СССР.

Применение водо-водяного элеватора системы проф. Чаплина позволило осуществить на практике центральное регулирование тепловой нагрузки при разнородных потребителях тепла и, кроме того, позволило весьма эффективно использовать свободный на-

пор на вводах теплосети для циркуляции воды в местных системах отопления.

В годы Отечественной войны были внедрены в практику новые способы подогрева воды путем непосредственного подмешивания к воде пара через специальные аппараты смешения. Уже после войны была заново разрешена проблема горячего водоснабжения. Достижения советских химиков по деаэрации подпиточной воды позволили внедрить в практику (по предложению С.Ф.Копьева) непосредственный водоразбор из тепловой и отопительной сети.

Хотя такой способ водоразбора из системы водяного отопления был хорошо известен и широко применялся в России еще в 80-х годах XIX в., но от него вынуждены были отказаться из-за интенсивной коррозии труб вследствие отсутствия надежного способа деаэрации воды, разработанного только в советское время.

Большие заслуги в создании и разрешении проблем советской теплофикации принадлежат проф. В.В.Дмитриеву, проф. Б.Л.Шифринсону, проф. Е.Я.Соколову, Б.М.Якубу и многим другим советским инженерам и техникам, работавшим в научно-исследовательских институтах и лабораториях, в проектных и производственных организациях Советского Союза.

ЧАСТЬ ТРЕТЬЯ 

 

Глава «Вклад русских инженеров в науку и технику отопления*»

*По материалам  СМ. Гришечко-Климов «Развитие отопительно-вентиляционной техники» (Вклад русских инженеров в науку и технику отопления и вентиляции), М., Всесоюзный заочный политехнический институт, 1955. 

 

 

 

До начала XVIII в. господствовало огневое отопление (исключение составляет применение древнеримскими строителями воды горячих источников для отопления бань).

Простейший вид огневого отопления - костер, которым пользовался еще пещерный человек. Тот же костер на земляном полу или на каменном ложе-очаге обогревал и жилище-землянку человека с выпуском дыма через входное отверстие в землянку.

Позднее, в домах богатых людей топливо сжигалось в металлических жаровнях, а для бездымного горения применялся древесный уголь.

Следующим шагом вперед было закрытое (в простейших печах) сжигание топлива.

При археологических раскопках в Киевской области установлено, что ее древнейшие обитатели пользовались для отопления своих жилищ-землянок и полуземлянок - глинобитными печами полусферической или удлиненно-овальной формы. Эти курные печи топились по-черному: дым отводился через верхнее отверстие в печи и выходил наружу через особое отверстие в стене жилища или через вход в него.

На севере нашей страны в древности для жилья рубились теплые избы, для отопления которых складывали насухо печи из камней. Об этом свидетельствуют археологические раскопки в районе Старой Ладоги, Ленинградской области, где было отрыто древне-славянское жилище IX-X вв.

О том, что славяне поливали раскаленные камни водой для получения пара и быстрого согревания жилища и нагревали воду, опуская в нее раскаленные камни, сохранились письменные свидетельства арабских ученых-путешественников IX-X вв.

Печи из камней, как и курные, топились по-черному, т.е. с выходом дыма в жилище. Однако археологические раскопки в послевоенные годы удельного города Вщиж, в 50 км к северо-западу от Брянска, заставляют отказаться от распространенного представления о том, что курные печи с протопкой по-черному, были единственным отопительным устройством в жилищах древнего населения русской равнины.

Вщиж, о котором сохранились летописные сведения 1142-1160 гг., был укрепленным городом удельного княжества, подвластного черниговскому великому князю. Город состоял из крепости-детинца (кремля) и посада. Наиболее состоятельное население города жило в хорошо оборудованных жилищах. «Печи во Вщижских домах были фундаментальными и ставились, как изба, «на стульях» и на срубе. В детинце все дома с середины ХП в. имели высокие кирпичные дымоходы, выведенные выше кровли. Дымоходы делались из специального тонкого кирпича прямоугольной и треугольной формы и клались на глиняном растворе. Сохранились железные вьюшки».

Замена курных печей с топкой по-черному русской печью с дымовой трубой имеет свою довольно долгую историю.

Дым начали выводить наружу сначала через отверстие (верхник) в потолке избы (печь-полубелка). Затем над верхником появляются (XV в.) деревянные трубы (дымницы). Дымницы спускаются до простейшего колпака над русской печью, а затем смыкаются с ней. Так образовалась сквозная дымовая труба.

Вывод дыма из печи, расположенной в отапливаемом помещении или вне его, по каналам - подпольным или надпольным – был следующим шагом в развитии огневого отопления. Отвод дыма надпольными каналами, верхнее покрытие которых является теплым ложем, как и другие менее древние способы огневоздушного отопления, дожил до наших дней (например, на Дальнем Востоке).

Следы устройства огневоздушного отопления обнаружены при раскопках древнего Херсонеса - близ Севастополя - и под базарной площадью г. Джамбула.

Дальше развитие огневого отопления пошло двумя путями: к усовершенствованной комнатной печи нашего времени для местного (1-3 комнаты) отопления и к современному огневоздушному центральному отоплению для обслуживания всего здания.