Мировая история развития теплоснабжения и теплофикации

Возникшее в 90-х годах увлечение двухтрубными системами водяного отопления привело к тому, что уже через 15-20 лет редко кто считал нужным задумываться над целесообразностью применения однотрубной системы, и во всех случаях, независимо от местных условий, применяли только систему двухтрубную. Единственной фирмой, продолжавшей по традиции практиковать применение однотрубной системы водяного отопления, был Петербургский металлический завод, который достиг значительных успехов в деле конструирования и расчета данной системы.

Инж. О.Е.Крель поместил на страницах журнала «Ges Ing.» за 1905 г. большую статью с описанием схем и методов расчета горизонтальных и вертикальных однотрубных систем отопления, осуществленных этим заводом в России. В то время Металлический завод, оценив чисто монтажные преимущества однотрубной системы, уже широко практиковал предварительную заготовку почти всех элементов системы непосредственно на заводе, а на объекте производил лишь сборку системы отопления в рекордно короткие для того времени сроки.

Естественно, что такой метод работы, практиковавшийся и в отношении иногородних монтажей, действовал подкупающе не только на заказчиков, но и на специалистов отопленцев, которые иногда до курьеза были склонные приписывать однотрубной системе какие-то особые преимущества.

Так, например, инж. В. Трепке и П. Зуев, сравнивая одно и двухтрубную систему, в брошюре за 1911 г. утверждают, что вообще применение двухтрубной системы отопления надо считать несомненным плодом самой яркой рутины, так как ни практическими, ни теоретическими соображениями такое предпочтение будто бы не оправдывается.

Едва ли даже самые ярые приверженцы однотрубной системы осмелились бы сейчас опорочить систему двухтрубную. Каждая из этих систем имеет свои преимущества и свои недостатки; вопрос сводится лишь к правильному всесторонне продуманному выбору той или другой системы в зависимости от чисто местных условий.

Весьма характерным для начала XX в. нужно считать общее стремление к уменьшению первоначальной стоимости системы водяного отопления за счет применения открытой прокладки трубопроводов и открытой же установки нагревательных приборов в отапливаемых помещениях.

По словам В. Трепке, эта идея зародилась около 1903 г. и «с легкой руки московских устроителей отопления» получила широкое распространение, причем «один из отопителей пошел так далеко, что доказывал при общем хохоте в Архитектурном обществе, что рационально поставленная труба, а тем паче нагревательный прибор, не может являться диссонансом в отделке помещения, нарушить эстетическое впечатление и шокировать стильную обработку помещения».

Ограниченный радиус действия гравитационной системы водяного отопления, затруднения с прокладкой по помещениям трубопроводов больших диаметров, а также затруднения при использовании гравитационной системы для отопления помещений, расположенных на одном уровне с котлом, привели к созданию систем с искусственным побуждением. Высказывания о целесообразности применения таких систем и даже отдельные опытные установки мы встречаем в различных странах еще в первой половине XIX в. (например, «циркулятор» Экштейна и Басби в 1832 г.).

В конце XIX в. и в начале XX в. получили заметное распространение системы, побудительная циркуляция воды в которых достигалась путем подмешивания в подъемный стояк воздуха, пара, перегретой воды и т.п.

Схемы и описание многочисленных вариантов таких систем (Рекка, Брюкнера, Юргенса, Больце, Обремовича и др.), применявшихся в различных странах, в том числе и в России, можно найти в нашей литературе начала XX в., например, в курсе проф. А.К.Павловского.

Все эти системы отличались сложностью в эксплуатации, но позволяли вместе с тем обойтись без расхода электроэнергии на работу циркуляционных насосов, что было особо существенно в условиях России того времени. Учитывая эти условия, проф. В.М.Чаплин разработал и в 1903 г. впервые применил совершенно оригинальную систему паро-водяного отопления, получившего в следующем десятилетии значительное распространение, особенно в Москве.

Схема этой системы представлена на рис. 4.

В центральной котельной этой системы установлены водогрейный котел А и паровой В. цилиндре С местной системы водяного отопления происходило смешение воды двух различных температур: более горячая вода, идущая из котла А по трубам а и ответвлениям d, вспрыскивается в нижнюю часть цилиндра С, частично подсасывает более холодную воду из обратных трубопроводов местной системы и вместе с тем повышает гидродинамическое давление в этой системе. Соответствующий объем воды вытесняется из местной системы по трубе b в сборник D, установленный в котельной, откуда эта вода подсасывается пароструйным элеватором К и этим же элеватором направляется через водогрейный котел А в магистральные трубопроводы а.   

 Питание парового  котла В происходит автоматически  через переливную трубу расширительного сосуда L. Температура воды, выходящей из котла А, обычно поддерживалась на уровне 100-105 °С. Паровой котел В в зависимости от радиуса действия всей системы работал под давлением от 0,5 до 3,0 ат.

К моменту появления паро-водо-водяного отопления системы проф. Чаплина пар уже широко использовался как теплоноситель «дальнего действия» не только на фабриках и заводах, но и в гражданском строительстве. В последнем случае пар служил для нагрева воды при помощи бойлеров рубашечного типа или с паровым змеевиком в местной гравитационной системе отопления.

Наиболее распространенная схема подобного отопительного оборудования, по которой, в частности, было выполнено в 1885 г. отопление громадного нового корпуса рисовального училища Штиглица в Петербурге, дана на рис. 5.

Аналогичная схема была существлена в натуре для отопления (но уже от местной теплоэлектроблок станции) нескольких крупных зданий Училищного совета и соседних с ними зданий Синодальной типографии в Петербурге. Проект этой установки разрабатывался при непосредственном участии и под руководством В.В.Дмитриева, по-видимому, в период 1903-1905 гг.

В 1903 г. пароводяным отоплением было оборудовано 13 корпусов Петербургской городской детской больницы с подачей к указанным корпусам отбросного пара от местной электростанции (с добавлением острого пара), по схеме, приведенной на рис. 6. Внутри каждого корпуса были предусмотрены двухтрубные гравитационные системы водяного отопления с местными пароводяными бойлерами.

Магистральные наружные паропроводы, а также трубы для возврата в котельную конденсата, проходили в подземных туннелях, высотой 2,0 м и шириной 1,25 м. Давление пара в котлах поддерживалось в 6 ат. Автором всего проекта был А.К.Павловский, под наблюдением которого осуществлялось и выполнение в натуре всего оборудования. Экспертом по проекту и оборудованию местной ТЭС был В.В.Дмитриев.

По совершенно аналогичной схеме проф. В.В.Дмитриев в 1908-1910 гг. осуществил пароводяное отопление 37 корпусов Петербургской больницы - ныне больницы им. Мечникова. Несколько ранее, в 1902 г., такая же схема теплоснабжения и отопления была принята для корпусов Политехнического института в Петербурге. 

Из приведенных примеров видно, что пароводяное отопление в дореволюционной России применялось в довольно широких масштабах и что наши специалисты были весьма заинтересованы в переходе с гравитационного к искусственному побуждению циркуляции воды, по крайней мере, во внутридомовых системах отопления.

Попытка перехода на насосное побуждение была сделана инж. Пилькевичем, который в 1902 г. «испрашивал привилегию на применение к водяному отоплению насосов», но в этом ему было отказано «за непредставлением детальных чертежей».

В том же 1902 г. по одному из конкурсных проектов на отопление оранжерей Петербургского ботанического сада предлагалось осуществить насосно-водяное отопление всех оранжерей этого сада от одной центральной котельной.

Однако эта новая система не встретила поддержки у жюри конкурса: оранжереи Ботанического сада были оборудованы местными системами водяного и частично парового отопления, причем общее число постоянно действующих тепловых центров (котельных) было равно 26. В таком децентрализованном виде тепловое хозяйство Ботанического сада существовало свыше 20 лет и лишь в 1925 г. оно было заменено центральной насосно-водяной системой отопления.

Столь осторожное отношение наших техников к насосным системам водяного отопления имело свои основания. Дело в том, что в августе 1901 г. вопрос о целесообразности применения водяных систем с насосным побуждением горячо обсуждался на Ш Германском съезде по отоплению и вентиляции, на котором в числе представителей от различных стран были и представители технических кругов России. Как это ни кажется сейчас странным, Ш Германский съезд отнесся весьма сдержанно к докладу инж. Тихельмана о намеченной им для Дрезденской больницы водяной системе с насосным побуждением. Даже «отец немецкой отопительной техники» проф. Ритшель высказался отрицательно, заявив, что «серьезным препятствием для достижения цели может послужить то обстоятельство, что во многих случаях греющая вода должна будет одновременно транспортировать к местам потребления значительные количества тепла и, не задерживаясь в своем движении, отдавать это тепло потребителю». В итоге Дрезденская больница была оборудована в 1902 г. не насосно-водяной, а паровой системой отопления.

Совершенно очевидно, что и в России отказ в 1902 г. от насосной системы отопления оранжерей Ботанического сада можно объяснить только пагубным влиянием на русских техников только что закончившегося Германского съезда. Но, как мы видели выше, уже через год в России была с успехом применена водяная система с паровым эжекторным побуждением (система В.М.Чаплина).

Водяное отопление с насосным побуждением было впервые осуществлено в России в 1909 г. в здании петербургского Михайловского театра. Автором проекта был инж. Н.П. Мельников, много сделавший для внедрения насосно-водяных систем отопления в практику. Монтаж отопительного оборудования Михайловского театра выполняла фирма Кретинг, где, кроме Н.П. Мельникова, в 1909 г. работал еще в свои студенческие годы будущий крупнейший советский специалист по отопительно-вентиляционной технике, профессор Ленинградского политехнического института А.А. Крауз. Одним из членов комиссии по контролю за разработкой проекта и монтажем оборудования театра был известный гражданский инженер Н.Н. Тетервников. Схема отопительной сети для Михайловского театра принята была двухтрубная с нижней разводкой. Каждый нагревательный прибор был снабжен обходной веткой с переключательным трехходовым краном в целях сохранения неизменного количества циркулирующей в системе воды, независимо от числа выключаемых радиаторов. Прокладка трубопровода в отапливаемых помещениях - открытая. Радиаторы также расположены открыто под окнами и частично у глухих стен.

Общая тепломощность установки, включая и расход тепла на вентиляцию театра, около 1 Гкал/час, причем в качестве источника тепла был использован отработанный пар от паровых машин местной электростанции.

Щит управления давал возможность осуществить из одного центра контроль и регулирование температуры в главнейших помещениях театра.

Система отопления рассчитана на перепад температур 90/70 °С. Суммарная потеря напора в сети около 5 м вод. ст., благодаря чему почти все стояки и ответвления к приборам были приняты диаметром i/j" при скорости движения воды в них до 1 м/с.

Монтаж отопления и вентиляции Михайловского театра был произведен фирмой Кертинг в рекордно короткий для того времени срок: с 15 мая по 15 августа 1909 г.

По свидетельству Н.П. Мельникова, пуск в действие и регулировка системы отопления не вызвали каких-либо затруднений, а последующая эксплуатация убедила в том, что для поддержания нормального температурного режима в здании театра не требовалось нагревать воду до 90 °С, как это было предусмотрено проектом.

Система отопления в здании Михайловского театра с небольшими изменениями, к которым в первую очередь относится установка чисто отопительных котлов, произведенная в связи с присоединением театра к городской электростанции, существовала до самого последнего времени и лишь в период 1937-1940 гг. была полностью демонтирована.

В 1911 г. по докладу Н.П. Мельникова «Утилизация электрической станции Михайловского театра для целей отопления» IV съезд русских зодчих вынес следующее весьма знаменательное постановление:

«Ввиду серьезного значения, какое имеет использование электрических станций для целей отопления, признать желательным введение в программу электротехнических учебных заведений подробное изучение этого вопроса».

После удачного опыта с оборудованием зданий Михайловского театра насосно-водяное отопление сразу же находит применение и в некоторых других крупных зданиях Петербурга: в Мариинском театре (1911 г.), в здании Эрмитажа (1912 г.), в новых корпусах Института инженеров путей сообщения (1912 г.), в корпусах Орудийного завода (1912 г.) и др.

На всех перечисленных объектах отопление было запроектировано Н.П. Мельниковым и выполнено фирмой Кертинг так же, как в Михайловском театре, т.е. с использованием отбросного тепла от местных электростанций, а в корпусах Орудийного завода - с утилизацией тепла от дизельной станции и от паровых молотов.

Особый интерес представляет отопительное оборудование зданий Эрмитажа. Замена пневматического отопления системы Аммосова водяным в значительной мере способствовало сохранению музейных коллекций. Учитывая местные условия производства монтажных работ в богато отделанных помещениях с массивными стенами и перекрытиями, была принята схема сети с преимущественно горизонтальной разводкой при небольшом числе стояков, питающихся от магистральных трубопроводов, проходящих по подвалу зданий.