Мировая история развития теплоснабжения и теплофикации

В XVI в. боярские дома на Руси уже обогревались печами с дымовыми трубами, печи отделывались красивыми изразцами: это доказано археологическими раскопками послевоенных лет в Московском Зарядье.

В XVI в. применяли терракотовые изразцы с рельефным изображением цветов, фантастических зверей (грифонов, единорогов) и целых сцен (например, штурма крепости). Чаще всего изображение на изразцах заключалось в отдельную рамку, но были и другие изразцы, дающие вместе узор, покрывающий всю поверхность печи.

«В середине XVII в. изразцы стали покрываться многоцветным орнаментом в виде цветов, листьев, птиц, гроздей винограда или сложных геометрических фигур».

Остатки изразцов всех трех типов обнаружены археологическими раскопками в гончарной слободе - улице Володарского (бывшая улица Гончарная и Швивая горка г. Москвы).

Дальнейшее развитие печестроения в России дало русскую «белую» печь и, более или менее совершенные, конструкции комнатных печей. Старинная «городская печь» с глухим подом и без дымооборотов («огненный ящик») имела в передней стенке два отверстия: нижнее - для закладки дров и верхнее - для выхода дыма в дымовую трубу. Затем появляются дымообороты, сначала горизонтальные, а затем вертикальные; иногда печи строились двухъярусными с топливником в нижнем этаже. В XV в. появляются печи с вентиляцией - с заложенными в их толще чугунными трубами; один конец труб выпускался наружу для забора свежего воздуха, а другой - в помещение для впуска свежего подогретого воз-

духа. Такие печи строил архитектор Н.А.Львов, много сделавший для развития печестроения. Н.А. Львову принадлежит также первое руководство по печному делу «Русская пиротехника или употребление испытанных уже воздушных печей и каминов» (1793 г.), в котором он указывал на необходимость создания в печи поддувала и колосниковой решетки. Русский патриот Н.А.Львов всю свою жизнь боролся против увлечения «фигурными» зарубежными печами. В 1795 г. он, например, писал: «Иноземные пустых затей профессоры научили нас делать вместо печей в комнатах холодные пирамиды, срезанные колонны, печи гробами, урнами, пушками, вазами»; «печи вазами столь же безобразны, как и вазы печами».. . «так же мало украшают комнату, как и нагревают оную».

Действительно, голландские печи были непригодны для русских климатических условий. Попытки увеличить их теплоемкость за счет утолщения стенок чрезвычайно удлиняли время, необходимое для прогрева массива печи (до 36-40 часов).

Увлечение господствующих слоев русского общества иностранными модами, присущее ХУШ в. и распространившееся на XIX и даже XX вв., вредно отразилось и на печной технике. Фигурные печи, построенные на иностранный манер, дымили и плохо нагревали. Между тем русские конструкции печей и каминов отлично работали; их справедливо высоко ценили и за рубежом, например, во Франции.

В середине XVIII в. французский инженер Монталамбер вывез в Париж группу русских печных мастеров-инструкторов. Лучший камин в описаниях французских инженеров того времени так и назван «русским камином».

В XIX в. в России появились такие совершенные конструкции печей, как однооборотная печь архитектора Ивана Ивановича Свиязева, печь с нижним обогревом П.Я.Степанова, не утративший своего значения и в наше время кирпичный воздухонагреватель С.Г.Лукашевича.

Большой опыт в разработке теоретических основ печного и воздушного отопления и вентиляции был подытожен «Особым комитетом для рассмотрения различных систем вентиляции и приискания средств их усовершенствования, применительно к климатическим условиям России», созданным в 1859 г.

Русские инженеры разработали самостоятельно основы теории отопления и вентиляции, используя большой опыт и указания М.В.Ломоносова в работе «О вольном движении воздуха, в рудниках примеченном» (1763 г.).

В 1867 г. И.И.Свиязев печатает «Теоретические основы печного искусства в применении к устройству разных нагревателей, к отоплению и вентиляции зданий». Значительная часть этой работы была опубликована во Франции. В 1861 г. инженер И. Флавицкий издает «Опыт применения систем вентиляции и отопления к нашим госпиталям».

Проф. П.А.Доброславин в своем «Курсе общественного здравоохранения» так отзывался о достижениях русской отопительно-вентиляционной техники того времени: «Нашими лучшими специалистами по вентиляции и отоплению Соболыциковым, Свиязевым, Войницким и Фравищким сделано очень многое, и в настоящее время можно с уверенностью сказать, что по технике отопления и вентиляции не России следует заимствовать образцы у Западной Европы, а наоборот».

Высказывание проф. Доброславина оказалось пророческим. Уже в 1881 г. Г.С.Войницкий был приглашен для устройства огневоздушного отопления дворца в Потсдаме.

То, что в русском обиходе комнатные отопительные печи назывались голландскими и шведскими, совсем не значит, что русские печестроители заимствовали конструкции и мастерство из Голландии и Швеции. Иноземные - голландские и утермарковские - печи были использованы нашими мастерами лишь в части дымооборотов, существенно переработанных. Голландскими назывались, главным образом, печи, отделанные ввозными голландскими изразцами, несравнимо худшими, чем наши изразцы («ценина») ХУЛ в., об этом свидетельствуют итоги археологических раскопок в Зарядье и бывшей Гончарной слободе, а также печи Теремного дворца в Кремле и украшения некоторых старинных церквей. В ХVIII в. печи назывались шведскими по изразцам, которые делали пленные шведы. Название «голландских» печей и теперь еще встречается в русской речи, хотя под этим понимается теперь печь наименее совершенная - с последовательными оборотами. Под названием «шведки» подразумевается, как известно, отопительно-хозяйственная печь советской конструкции (отопительно-пищеварная печь НИИ-200), применяемая в обыкновенных квартирах.

Большой вклад в развитие отопительной техники внесли русские ученые инженеры Петербургской школы: А.А.Веденяпин, М.И.Зиборов, А.К.Павловский, В.Пересвет-Салтан и др.

Инженеры этой школы обслуживали преимущественно казенное хозяйство и в первую очередь военное ведомство. В казармах, госпиталях и крепостном строительстве в дореволюционное время применялось огневое отопление - печное и воздушное. Лишь в отдельных случаях отопление решалось иным, самобытным способом.

Один из этих способов, примененный генералом Фроловым в 1874 г. для отопления пороховых погребов, оказался настолько удачным, что его распространили и на отопление жилых казематов в крепостных сооружениях.

Устройство, изобретенное генералом Фроловым, - прототип воздушно-лучистого отопления, позднее применявшегося за рубежом для отопления коттеджей. Пороховые погреба обогревались, по способу Фролова, теплом, которое излучалось внутренними ограждающими стенками, параллельными стенам и перекрытиям погребов. Через образованные таким образом полости пропускался нагретый воздух, который прогревал стенки ограждения.

Ученые инженеры Петербургской школы во второй половине XIX в. хорошо овладели техникой водяного и парового отопления: они построили отопительные устройства (1867-1868) в здании детской больницы в Петербурге, разработали проекты отопления и вентиляции здания Петербургского Эрмитажа, Зимнего дворца, храма Христа-Спасителя и Городской думы в Москве и др.

О хорошем знании техники водяного и парового отопления отечественными учеными свидетельствует и содержание курсов, изданных ими для слушателей Николаевской военно-инженерной академии, Института инженеров путей сообщения, Петербургского технологического института и Института гражданских инженеров.

Авторы этих курсов следили за развитием отопительной техники у нас и за рубежом.

Первый курс Г.С.Войницкого по отопительной технике был издан в 1878 г., а немецкий профессор Ритшель выпустил свой первый курс лишь в 1893 г.

В наших руководствах XIX в. описываются получившее у нас широкое применение отопление низкого давления и паровое отопление низкого давления, с давлением пара в котле до 0,7 атм, и повышенного до 5-6 атм давления, и системы отопления, не принятые нашей практикой. Даются способы расчета тех и других. Расходы тепла в этих расчетах выражались в русских фунтовых единицах.

Ко второй половине XIX в. центральное отопление горячей водой и паром нашими инженерами было вполне освоено. В России распространение получили: в гражданском строительстве водяное отопление низкого давления, а в промышленности - паровое отопление низкого и повышенного давления. В этом выборе способа отопления сказался взгляд русских инженеров на отопительные устройства как на устройства, прежде всего, санитарно-гигиенические: наши инженеры из-за экономических соображений никогда не ухудшали условий воздушной среды и не применяли опасных установок. За рубежом в это время широко применялось дешевое водяное отопление высокого давления в промышленном и гражданском строительстве, в частности в жилых домах.

В дальнейшем своем развитии русская отопительная техника не отказалась от воззрений наших первых строителей центрального отопления водой и паром и нашла способы экономического и безопасного решения отопления зданий без вреда для здоровья людей.

В конце XIX и начале XX столетия водяное отопление применялось в простейшем виде. Вода нагревалась в емких цилиндрических котлах, что позволяло делать два шестичасовых перерыва в протопке котлов; сначала требовались такие перерывы при самых низких расчетных температурах, а затем - при более высоких (10-15 °С). Трубопроводы собирались из железных труб (диаметром до 2") и чугунных (диаметром более 2"), причем первоначально трубы диаметром менее 1" не допускались.

Железные трубы соединялись на резьбе сверткой, а чугунные -фланцевые - с применением чугунных фланцев на прокладках; раструбные (с раструбами с одного конца) чугунные трубы соединялись посредством уплотнителя из пеньки и теста (дрызги) следующего состава (по весу): 320 частей чугунных опилок, 13 частей нашатыря и 1 части серы.

Нагревательные приборы применялись в виде чугунных батарей с ребрами и водяных цилиндрических печей с гладкой поверхностью. Последние предпочитались по санитарно-гигиеническим соображениям.

Вода в таких устройствах перемещалась с малой скоростью: по горячему трубопроводу - от котлов к нагревательным приборам -по обратному трубопроводу с охлажденной водой - от нагревательных приборов к котлам (двухтрубное водяное отопление). Трубопровод получался сравнительно большего диаметра и дорогой. Для больших зданий такое решение отопления (с естественной циркуляцией воды) невыгодно; с начала XX в. стали для таких зданий применять водяное отопление с побудительной циркуляцией воды.

Для побуждения сначала применяли подсасывание воды в трубопроводе струей пара посредством пароструйного прибора (эжектора), а затем перешли к более простому, не менее надежному и менее шумному способу побуждения движения воды насосом.

Проф. В.М.Чаплин - основоположник Московской школы отопления и вентиляции, сочетавший практическую научно-исследовательскую и педагогическую деятельность (в Московском высшем техническом училище, теперь имени Баумана, а затем в Высшем инженерно-строительном училище), долго и плодотворно работал в области центральных систем отопления и вентиляции и дал ряд решений, прочно вошедших в нашу строительную практику.

Среди них в области отопления на первое место надо поставить предложенный им способ передачи тепла воды на большие расстояния и способ разводки воды, улучшающий гидравлические условия работы отопительных устройств.

Водо-водяное отопление проф. Чаплина с нагревом (при искусственно повышенном давлении) воды выше 100 °С (первоначально нагревали лишь до 110 °С) и последующим ее охлаждением получило мировую известность и широко применяется в силу его экономических и санитарно-гигиенических преимуществ. При перемещении тепла на дальнее расстояние в воде, нагретой выше 100 °С для отопления группы зданий, от теплового центра до отапливаемых зданий - вес перекачиваемой воды уменьшается, следовательно, и первоначальные затраты на трубопроводы меньшего

диаметра и эксплуатационные расходы на электроэнергию. На тепловом вводе в здании вода, нагретая свыше 100 °С, охлаждается смешиванием в водоструйном приборе с охлажденной водой системы отопления здания до обычной температуры водяного отопления низкого давления. Санитарно-гигиенические требования, предъявляемые к водяному отоплению, полностью удовлетворяются.

Чаплину принадлежит идея, расчет, конструкция и практическое внедрение трубчатых нагревательных приборов, закладываемых в толщу стен в слое песка, названных им массивными и являющихся видом панельного отопления. В одно время с Чаплиным разрабатывал и внедрял в практику свое паробетонное и водобетонное отопление из труб, заложенных в слое бетона в толщу стен, саратовский инженер В.А. Яхимович.

Проф. Чаплин, его продолжатели В.М.Кашкаров, Н.С.Ермолаев и другие - инженеры Петербургской академии Д.К. Павловский, Д.А.Крауз, Б.М. Аше (написавший отличные руководства: «Отопление и вентиляция. Задачник и учебник в вопросах и ответах, задачах и решениях». Ч. 1-Ш. 1931-1933 гг., «Отопление и вентиляция» Ч. I-II, 1936-1940 гг.), инженеры, работавшие в других городах Советского Союза (проф. П.Ф. Ерченко в Киеве, инж. В.А. Яхимович в Саратове и др.), подготовили русскую отопительную технику к успешному решению новых задач в новых условиях.

ЧАСТЬ ЧЕТВЕРТАЯ

Перспективы развития теплофикации и теплоснабжения

Глава «Перспективы развития топливно-энергетического комплекса*»

* Извлечения из Энергетической стратегии России на период до 2020 года (утверждена распоряжением Правительства Российской Федерации от 28 августа 2003 г М 1234-р). 

Выполненная оптимизация топливно-энергетического баланса страны определила следующие стратегические цели энергообеспечения национального хозяйства и развития отраслей ТЭК:

•       увеличение   производства   первичных    энергоресурсов    с1418 млн т у.т. в 2000 г. (1515 млн т у.т. в 2002 г.) до 1700-1820 млнт у.т. в 2010 г. и до 1810-2030 млн т у.т. в 2020 г.;

•       рост выработки электроэнергии с 878 млрд кВт-ч. в 2000 г.(892 млрд кВт-ч. в 2002 г.) до 1015-1070 млрд кВтч. в 2010 г. и до1215-1365 млрд кВт-ч. в 2020 г.;