Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

Краткая история отопительных систем

Развитие систем отопления средневековья

Введение

Современные теплофикация и теплоснабжение, как и современное учение о теплоте, самым тесным образом связаны с развитием научной и инженерной мысли. Благодаря трудам ученых и инженеров складывался самостоятельный путь развития теплоснабжения различных государств.

Цель работы - показать развитие теплотехники в течение периода средних веков.

Процесс перехода от очагов, обогревавших помещения, к жаровням, печам, каминам, конвекторам, излучателям и другим отопительным приборам сопровождался улучшением способа сжигания топлива и совершенствованием конструкции приборов.

Вместе с тем конкретные способы отопления помещений трудно отнести к какому-нибудь определённому этапу развития человеческого общества. В одно и то же время встречались различные по техническому уровню устройства отопления. Простой и древний способ отопления путём сжигания топлива внутри помещения соседствовал с центральными установками водяного и воздушного отопления.

Именно история позволяет оценить тенденции формирования теплофикации и теплоснабжения и быть уверенными, что за ними - будущее. 100 лет теплофикации и централизованному теплоснабжению в России. // Сб. статей под ред. В.Г.Семенова. - М.: Новости теплоснабжения, 2003.

Краткая история отопительных систем

Отопление - искусственный обогрев помещений в холодный период года с целью возмещения в них теплопотерь и поддержания на заданном уровне температуры, отвечающей условиям теплового комфорта, а иногда и требованиям технологического процесса. Под отоплением понимают также устройства (системы), выполняющие эту функцию Аше Б. М. Отопление и вентиляция. Т. 1. - М.: Госстройиздат, 1939..

Для того чтобы человек существовал, ему необходимо не только есть, пить и спать, но также нужны нормальные внешние условия, т.е. надо обеспечить человека теплом. Тепло всегда было и остается одним из основных потребностей человека. Хотя, казалось бы, люди, живущие на территориях с низкотемпературным климатом, должны были быть разработчиками систем отопления и эффективных систем теплоснабжения, но на самом деле разработчиками этих систем были греки и римляне. Они всегда уделяли большое внимание своему здоровью и красоте, именно это и послужило толчком для создания систем центрального теплоснабжения.

Техника отопления долгие века оставалась на уровне костра: стоило пропустить момент, когда пора подбрасывать дрова, и в жилище проникала стужа. Человек пытался запасти тепло, этим занимались такие умы, как Архимед и Леонардо да Винчи. Сейчас не узнать имен всех изобретателей отопительных систем былых, но благодаря археологам нам хорошо известны их дела.

Люди Средневековья постоянно страдали от холода. Выражение «держать ноги у камина» было синонимом хорошей жизни, но такую жизнь вели не все.

В книге Лео Мулена «Повседневная жизнь средневековых монахов Западной Европы. X-XV вв.» описаны способы отопления того времени: «Вначале ни одно помещение монастыря не отапливалось (кроме кухни)... Большинству монахов прошлых веков были знакомы суровые холода, которые могли парализовать жизнь в монастыре. В церкви порой холод стоял такой, что невозможно было начинать богослужение. В этом случае ризничий готовил металлический шар из двух половинок -- «огненный шар», в котором находилось либо «горящее дерево», либо уголь, и этот шар служил грелкой» Мулен Л. Повседневная жизнь средневековых монахов Западной Европы X-XV вв. - М., 1980..

Не так давно при реконструкции Грановитой палаты Московского Кремля была обнаружена сложная система отопления, действовавшая еще в конце XV века. Благодаря сохранившимся записям в дворцовых книгах можно представить, как работала эта система отопления. Источником тепла служили кирпичные печи, установленные на первом этаже двухэтажных деревянных хором. Трубы печей проходили через помещения верхнего этажа, а для того, чтобы тепло поступало в комнаты, в стволе трубы устанавливая душники - металлические коробки, которые открывали сразу же после окончания топки. Чтобы в трубу не уходил горячий воздух, ее перекрывали на чердаке круглым чугунным клапаном - вьюшкой. Холодный воздух проникал в печь через топочную дверку, омывая дымообороты, он нагревался и поднимался вверх к душникам, чтобы отдать полученное тепло верхним этажам. Трубы, пронизывавшие постройки, украшали росписью или причудливыми изразцами.

Глинобитный курной очаг устанавливался на деревянных венцах.

Рис.1. Такие печи отапливали дома наших предков более пяти столетий

Развитие систем отопления средневековья

Угольная жаровня

Не существует 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 Материалы Международной Ассоциации Euroheat & Power: «Начиная с Древнего Рима до наших дней -- история и будущее теплофикации и централизованного теплоснабжения». Март 2002 г.. Этими доказательствами являются найденные в довольно значительном числе и в самых разнообразных странах древесно-угольные жаровни. Не имея, конечно, никакого представления о химических реакциях горения и о химическом составе продуктов сгорания, древний человек чисто опытным путем убедился в безвредности сжигания древесного угля непосредственно в отапливаемом помещении с выпуском продуктов сгорания прямо в это последнее.

И действительно, как мы это знаем теперь достоверно, при равномерном притоке воздуха к тонкому слою тлеющих, хорошо предварительно выжженных, древесных углей продуктом сгорания является только относительно безвредный и не обладающий запахом угольный ангидрид (углекислота, СО2). Этот, с современной точки зрения, первобытный способ отопления имел такой коэффициент полезного действия, о котором мы в нынешних системах отопления можем только мечтать, ибо у древесно-угольной жаровни, в которой полностью использовалась вся теплотворная способность угля, КПД был равен 1, - в отношении, конечно, древесного угля, а не того дерева, из которого этот уголь был получен.

Являясь внутрикомнатным прибором отопления, отапливая, конечно, и помещения богатых сановников и вельмож, эти жаровни достигли высокой степени художественного совершенства: изготовлялись они из лучшей бронзы. Насколько прочно удерживался этот способ отопления, свидетельствует тот факт, что, зародившись, видимо, задолго до нашей эры, - он встречался в Англии еще в ХVШ в. Где в 1790 г. парламентские залы в Лондоне отапливались угольными жаровнями, т.е. тогда, когда уже существовали довольно совершенные воздушные и паровые централизованные системы отопления, колыбелью последней из которых была та же самая Англия.

Хюпокаусты

Археологические раскопки на территориях современных Италии, Франции, Швейцарии, Германии и Англии открывают перед нами картину довольно значительных в те времена достижений в области отопления, и даже вентилирования зданий. Это - огневые системы отопления подпольными камерами, изобретенные, несомненно, римлянами за несколько столетий до нашей эры. Несмотря на римское изобретение, эти системы отопления носят греческое название «хюпокаустум», обозначающее «снизу согретый».

Для регулировки интенсивности прогрева подполья и обогрева самого отапливаемого помещения служило наружное воздухозаборное отверстие. Наружный воздух проходил через него в подпольное помещение и отсюда через отверстие в самый хюпокаустум. Здесь он отклонялся отбоем в целях, очевидно, лучшего смешения с горячими газами, приходящими из угольной топки. Отверстие заслонялось глиняной плитой в целях регулировки притока наружного воздуха. Это же устройство совместно с каминообразным хайлом и идущими от него керамическими каналами, выходившими, видимо (стена сохранилась лишь на высоту 1 м), сверх кровли, служило приточно-вытяжной системой вентиляции после того, как прекращалось горение угля в топке.

Подпольно-канальное отопление

В дальнейшем, и видимо параллельно с продолжением существования системы отопления хюпокаустами, эта система развилась в систему отопления подпольными, уложенными в грунте каналами, обогревавшимися также продуктами сгорания древесного угля, сжигавшегося аналогично с хюпокаустами во вне домовых заглубленных в землю топках.

От этой топки подземный канал подводил горячие продукты горения угля к центру отапливаемого помещения. Здесь канал заканчивался небольшим расширением, от которого шли также подпольно два канала к двум удаленным углам помещения, где продукты сгорания переходили в два угловых вертикальных дымохода.

Очевидно, эти дымоходы и работали поочередно, так как при одновременной их работе трудно было ожидать, чтобы в одном из них не устанавливалась обратная тяга. От той же центральной камеры шли к двум углам помещения два других канала, переходившие в этих углах также в вертикальные, но заканчивавшиеся на высоте человеческого роста и здесь закрывавшиеся глиняными плитками.

Рис.2. Подпольно-канальное отопление

отопление средневековье печной канальный

Подземные каналы перекрывались гончарными плитами с тонкой смазкой поверх них. Нормально эта система отопления работала, в отличие от хюпокаустов, только теплопередачей от горячих продуктов сгорания угля в воздух помещения через перекрытие подземных каналов. Короткие вертикальные каналы применялись для впуска в помещение наружного согретого воздуха после прекращения горения угля. Коэффициент полезного действия такой системы отопления был, конечно, очень низок, так как три стороны канала, прилегавшие к грунту, отдавали тепло последнему.

В системах отопления хюпокаустами и подпольными каналами, ввиду сжигания в них древесного угля, не дававшего сажевых и смолистых отложений на стенках подполий и каналов, можно уже видеть соединение системы отопления с системами освежающей вентиляции. По своему существу подпольно-канальное отопление является прародителем печного, так как здесь впервые использована теплоотдача внешней поверхности согретого дымохода, но только в данном случае печь зарыта в грунт лежа, а «на ноги» она встала лишь около 1000 лет спустя. Таким образом, стоячая комнатная печь возникла около 2000 лет тому назад и в усовершенствованном, конечно, виде жива поныне.

В наших сведениях о дальнейшей последовательности развития дела отопления после подпольно-канальной системы наступает весьма значительный пробел Виргинский В., Хотеенков В. Очерки истории науки и техники с древнейших времен до середины XV века. - М., 1999. .

Падение культуры и техники особенно заметно в начале средних веков. Ярким примером этого регресса может служить тот факт, что после того как римлянами несколько веков до начала нашей эры были достигнуты огромные успехи в деле, например, удаления из населенных мест сточных вод и нечистот подземными канализационными сооружениями, - в ранние средние века, т.е. почти через 1000 лет, нечистоты из домов выпускались прямо с фасадов зданий в открытые уличные сточные канавы. Совершенно очевидно, хотя и нет прямых доказательств, что и в области отопления зданий, а тем более их вентилирования, влияние средних веков было столь же пагубным, как и в области канализирования городов.

Камне-печное отопление

В более поздние годы средних веков (1300 г.) мы начинаем встречать признаки возрождения отопительной техники. Примером этого служат найденные в германских рыцарских и орденских замках и монастырях огнекаменные печи примитивного воздушного отопления, представившие весьма ухудшенную переработку римского хюпокаустум.

В наилучшей сохранности такая система отопления обнаружена в руинах рыцарского замка в Марбурге в Германии.

Рис. 3. Камне-печное отопление

Огнекаменная печь по сути своей очень напоминает нашу булыжную банную каменку. Здесь также надтопочное пространство наполнено по кирпичным колосникам булыжным камнем или кусками базальта. Пол отапливаемого помещения являлся и перекрытием надтопочного пространства. Через отверстия в этом перекрытии, закрывавшиеся со стороны помещения во время топки печи плитками, укладывавшимися в углубленные четверти, внутренняя полость печи могла получать непосредственное соединение с отапливаемым помещением. Продукты сгорания топлива омывали булыжную загрузку печи, раскаляли ее и затем удалялись частично подпольными и частично вертикальным внутристенным дымоходами. Печи эти отапливались дровами, после прогорания которых дымоход закрывался, а половые плитки снимались. Воздух продолжал поступать в топочное пространство, омывал раскаленные камни и согретым выходил через отверстия в перекрытии печи в отапливаемое помещение. Мы видим здесь большое родство с римской системой отопления хюпокаустами. Но ввиду сжигания в огнекаменных печах не древесного угля, а дров, отложения сажи и смолистых продуктов на каменной загрузке и стенках надтопочного пространства образовывались, несомненно, поэтому говорить о чистоплотности и гигиеничности данной системы отопления не приходится, ибо, безусловно, в рыцарских покоях воздух своим запахом был немногим лучше, чем в курной избе.

Но, несмотря на это, огнекаменная печь средневековых германских замков, несомненно, является прародителем наших современных кирпичных калориферов и печей большой теплоемкости с внутренней кирпичной решеткой-насадкой.

Простые печи из известняка встречаются и в скромных домах, которые даже у знати состояли до 11 в. лишь из двух помещений, что, однако, было уже большим шагом вперед по сравнению с однопространственными домами. В кухонной части, чаще всего деревянной, пища готовилась на открытом огне. Тыльная, каменная, сторона печи отапливала прилегающее помещение, остававшееся таким образом незадымленным.

Отопление открытым камином

Отопление открытым камином с применением дымохода существовало уже в 820 г. н.э. в монастыре Санкт-Галлен (в Швейцарии), о чем свидетельствуют найденные планы этого монастыря с вышеуказанной датой.

После того, как в конце 11-12 в. возникли печные трубы, кухня и жилые помещения были разнесены по разным этажам. Камин в зале часто комбинировался с кафельной плитой. Кафельные плиты, существование которых доказано с 12 в., делались из простой глины. Они лучше удерживали и распределяли тепло и одновременно были не столь пожароопасны. Вскоре их стали облицовывать кафелем из обожженной глины, увеличивающем площадь поверхности и лучше сохранявшем тепло. Позднее кафель стали покрывать глазурью и украшать различными рисунками.

Одно из старейших изображений кафельной плиты встречается в так называемом Цюрихском гербовом списке как украшение шлема швейцарского рыцаря.

Рис. 4. Стенной камин в замке Вилденберг

Роль, которую сыграла печь в повышение комфортности жизни в замке, нашла отражение в указателе лиц княжеского замка Тироль. Fornarius, истопник, и не менее чем 11 его помощников стоят во главе списка.

Средневековые системы центрального отопления

Далее в истории развития методов и систем отопления зданий следует эпоха централизованных систем, хотя все виды до того применявшихся отопительных устройств продолжали существовать параллельно и очень упорно не сдавали своих прочно занятых позиций. Ведь по существу отопление подпольными огнедымовыми каналами живо еще и сейчас в виде отопления боровами в простых теплицах и оранжереях.

Система центрального отопления, 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 центрального отопления. Системы центрального отопления 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, недалеко от Балтийского побережья Польши.

Любопытно то, что все почти последовательно возникавшие централизованные системы отопления зарождались и в первое время существовали почти исключительно для целей отопления оранжерей и теплиц и крайне медленно проникали в жилые и общественные здания, где старушка - кирпичная печь, продолжая совершенствоваться и украшаться во внешности, упорно удерживала завоеванное ею место.

Зачатки водяного отопления

Первые элементы централизованного отопления нашли свое выражение в водяной системе. Вернее, это элементы не системы отопления, а принципа ее действия, легшего в основу много веков спустя изобретенной водяной системы отопления. У римлян существовали водяные системы отопления, но построенные по совершенно иному принципу. В них использовалась вода природных горячих источников, пропускавшаяся протоком по каналам из пустотелых кирпичей. Этим способом римляне отапливали, видимо, только свои бани, доказательства чего найдены как в Италии, так и в районе бывшей римской колонии в Англии. Но далее, на протяжении многих веков, мы не встречаем никаких признаков развития водяной системы отопления. Она была совершенно забыта и родилась вновь позднее воздушной и паровой систем высокого давления лишь в 1777 г. во Франции.

Дымо-трубная система отопления

Первой по времени возникновения действительно централизованной системой отопления была дымо-трубная система. Дата и изобретатель ее неизвестны, но все литературные источники, упоминающие о начале применения ее в разных странах Европы, указывают на то, что туда она была перенесена из Англии; поэтому Англия является, видимо, родиной этой дымо-трубной системы. Идея ее состоит в следующем. От обычной печи, дровяной или каменноугольной, часто чугунной, продукты горения отводились длинными, горизонтальными железными трубами, проложенными по отапливаемым помещениям, в выводящий вертикальный дымоход. Несмотря на значительную опасность этой системы в отношении возникновения пожара, действительно и уничтожившего, как указывают литературные источники, большое число зданий, она получила в начале XIX века весьма широкое распространение, особенно в Англии, где ею, согласно сведениям, напечатанным в одной лондонской газете в 1829 г., отапливалось, например, четырехэтажное здание ситцевой фабрики.

Воздушная система отопления

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).

Следующей по времени возникновения была воздушная система отопления, отличавшаяся от тоже воздушных систем римских хюпокаустов и германских огнекаменных печей тем, что здесь воздух, согреваемый и подаваемый в отапливаемые помещения, омывал внешние поверхности специальной воздухонагревательной печи, не приходя в соприкосновения с теми поверхностями печи, которые омывались продуктами горения топлива. Такая система представляла не только гигиенический, но и значительный технический прогресс, так как она давала возможность отапливать помещения и во время периода сжигания топлива. Но в своем прообразе эта система являлась непосредственным отпрыском огнекаменных печей, так как печь воздушной системы устанавливалась тоже непосредственно под полом отапливаемого помещения, но в окружающем ее кожухе, перекрытием которого служил пол помещения. Воздух, согревавшийся в пространстве между стенками кожуха и внешней поверхностью печи, выходил через отверстия в полу в отапливаемое помещение. Любопытно, что подвода наружного воздуха в кожух не было; мало того, не было и обратного рециркулярного подвода в кожух канала из помещения.

Иногда вместо отверстий в полу делался просто один канал из кожуха в отапливаемое помещение. В этом канале происходила очень затрудненная циркуляция воздуха и вверх, и вниз. Уроки прошлого, т.е. римские хюпокаусты и подпольно-канальные системы с притоком наружного воздуха, были, видимо, радикально забыты.

Примеры таких систем встречались в большом числе в середине ХVII в. в России, и система эта в странах Западной Европы (в Германии и Австрии) называлась «русской системой». Образец ее имеется в Грановитой палате в московском Кремле. Палата эта построена в 1487-1492 гг. итальянскими зодчими. Но была ли описываемая воздушная система отопления сооружена одновременно со зданием - неизвестно.

Несмотря на свою крайнюю примитивность, эта система отопления была перенесена и в Западную Европу.

Первая воздушная система отопления с притоком наружного воздуха была осуществлена в 1792 г. профессором Молитор в его клинике в г. Майнц в Германии. Поверхностью нагрева служила одна фарфоровая труба (к сожалению, ее диаметр и длина неизвестны), уложенная в огневом пространстве печи. Через эту трубу протекал наружный воздух, который, согревшись, или, вернее, даже накалившись, отводился каналами в отапливаемые вышележащие помещения.

Таким образом, мы рассмотрели в самых кратких чертах долгий путь, по которому шло развитие дела отопления. Вначале примитивный бытовой прием, затем простое кустарное ремесло, что, наконец, привело человечество к мощной специальной отопительно-вентиляционной индустрии. В таблице 1 перечислены первые основные этапы развития отопительных систем. Информационная система по теплоснабжению [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://www.rosteplo.ru/

Таблица 1

Заключение

Отопление помещений путем сжигания топлива применялось с древнейших времен. Постепенно способы сжигания топлива совершенствовались, от очагов переходили к жаровням, отопительным печам, каминам, конвекторам, излучателям и другим отопительным приборам. В основном это было местное отопление, однако встречалось и центральное. Различные способы отопления помещений трудно отнести к определенным этапам исторического развития общества. В одно и то же время соседствовали технические устройства отопления, стоящие и на самом низком, и на достаточно высоком уровне. Самый простой и древний способ отопления путем сжигания топлива внутри помещения применялся наряду с центральными установками отопления. В России в XV в. появились "белые" отопительные печи с дымовыми трубами, воздушное отопление. В Германии в средние века для отопления помещений использовался воздух, нагретый в подпольных каменных каналах, предварительно прогретых горячими дымовыми газами, полученными от сжигания топлива в центральной камере. В течение нескольких тысячелетий применялись для отопления жилищ глинобитные печи, топившиеся "по-черному", с отводом дыма в помещение и через него наружу. Устраивалось также центральное огневоздушное подпольное отопление, обнаруженное в остатках многочисленных построек на территории Хакассии, в Сибири.

История развития систем отопления характеризуется не только изобретением новых систем, но и возвратом к применению старых систем, которые использовались ранее. Применение ранее забытых и считавшихся устаревшими систем связано с тем, что создается новое оборудование, материалы, изменяются условия эксплуатации.

Средневековое отопление - это, конечно, только этап на пути дальнейшего развития технического и научного искусства и творчества человеческого гения.

Список литературы

1. 100 лет теплофикации и централизованному теплоснабжению в России. // Сб. статей под ред. В.Г.Семенова. - М.: Новости теплоснабжения, 2003.

2. Аше Б. М. Отопление и вентиляция. Т. 1. - М.: Госстройиздат, 1939.

3. Виргинский В., Хотеенков В. Очерки истории науки и техники с древнейших времен до середины XV века. - М., 1999.

4. Зингер Н. М., Белевич А. И. Развитие теплофикации в России. - М. 1991.

5. К 75-летию теплофикации // Электрические станции, № 10, 1999.

6. Материалы Международной Ассоциации Euroheat & Power: «Начиная с Древнего Рима до наших дней -- история и будущее теплофикации и централизованного теплоснабжения». Март 2002 г.

7. Мулен Л. Повседневная жизнь средневековых монахов Западной Европы X-XV вв. - М., 1980.

8. Информационная система по теплоснабжению [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://www.rosteplo.ru/

Размещено на Allbest.ru