Коркин В. Д., профессор Государственного института живописи, скульптуры и архитектуры
им. И.Е.Репина, член президиума АВОК
Совсем недавно в США опубликован солидный труд
по истории техники получения холода и теплоты - Heat & Cold [1]. Россия
в нем упоминается только однажды, когда речь идет о типах отопительных печей,
так или иначе распространенных в XYI1I столетии. При этом, естественно, приоритет
отдается Германии, Швеции, Голландии. И это при всем при том, что российские
печники всегда славились изобретательностью и мастерством в конструировании
и кладке печей, и именно в XYIII веке "Москва и Петербург становятся истинной
школой для иностранцев в деле устроения дрова сберегающих отопительных печей".
В "Летописи" Российской академии наук
за 1829 г. утверждается, что в "1736 г. начали строить в России кирпичные
теперь употребляемые печи, изнутри топимые, которые под названием Русских распространились
потом в Германии и Франции..... Сии печи, в кои количество дров кладется вдруг,
суть для северного климата самые лучшие" [2]. То же подтверждает и известный
французский специалист того времени Жоли в своей книге "Трактат по отоплению
и вентиляции" [3].
Иначе быть и не могло. Ведь отопительный период в большинстве регионов России
составляет 7-8 месяцев, а зимние температуры наружного воздуха существенно ниже,
нежели во многих странах Европы.
Заметим, что опыт российских специалистов в части проектирования, конструирования, методов и приемов монтажа отопительных систем всегда отличался
передовыми идеями и конструкциями.
Первые примеры применения водяного пара для приготовления пищи и обогрева помещений
в России приводятся в книге Н.А.Львова "Русская пиростатика", вышедшей
в 1799 г. [4]. С начала XIX столетия пар находит все большее применение как
для обогрева теплиц, так и отопления помещений.
Системы водяного отопления появляются в России в первой половине XIX столетия,
и первая из них была сконструирована и реализована в 1834 г. горным инженером
П.Г.Соболевским [5]. Система эта, в отличие от системы отопления высокого давления,
предложенной в 1831 г. в Англии Перкен-сом, была гравитационной.
Первая же установка централизованного нагревания воздуха в во-до-воздушной
системе отопления и вентиляции двух больших залов объемом более 3000 м3 была
применена в здании Петербургской Академии художеств.
Размеры настоящей статьи не позволяют, к сожалению, подробно остановиться на
исторических аспектах российской отопительной техники, но, что обязательно необходимо
отметить, так это первую реализацию в России насосной системы водяного отопления.
Автором проекта этой системы был Н.П.Мельников. Внедрена она была в 1909 г.
в здании Михайловского театра в Петербурге. Схема этой системы с учетом интерьеров
отапливаемых помещений - двухтрубная с нижней разводкой подающей и обратной
магистралей.
Со времен Древнего Рима известна система радиационного обогревания бань - хьюпокауст
(гипокауст). Она подробно описана у Витрувия, но редко находила использование
в так называемых развитых странах по причинам как сложности устройства, так
и понимания процессов, в ней происходящих. В России весьма квалифицированно
системы лучистого отопления впервые были использованы в 1907 г. В.А.Яхимовичем
в больнице железнодорожной станции Ртищево Саратовской губернии, а затем и в
ряде других больничных, школьных и общественных зданий.
В советское время специалисты в области отопления проявили незаурядные качества
в отношении соответствия систем типам, назначению и эксплуатационным режимам
зданий и сооружений. Многие из них были учениками С.Б.Лукашевича, Н.П.Мельникова,
Н.Н.Тетеревникова и др. и проявляли чудеса (и это очень хорошо) приспосабливаемости
отопительного оборудования к условиям и практике, формировавшихся в результате
любого технического направления, часто, к сожалению, связанного со сменой того
или иного правительственного курса.
Если говорить о водяном отоплении, то его развитие и совершенствование всегда
соответствовало тем или иным тенденциям строительного производства - от реконструкции
существующих (часто старинных и незаурядных) зданий и сооружений до строительства
новых, беспощадно ликвидирующих возможности любого отопительного ренессанса.
В 20-ые годы в отопительной практике наиболее распространенными были двухтрубные
системы водяного отопления, во многом ориентированные на местные источники теплоты.
Тогда системы централизованного теплоснабжения только форми ровались. В 1927
г. появилась первая установка совмещенной выработки теплоты и электрической
энергии применительно к отоплению, так называемых "фонарных", бань
в Ленинграде и снабжению электроэнергией близрасположенных зданий. Подобная
установка в Москве была реализована в 1929 г. С тех пор определяющим направлением
в обеспечении зданий и сооружений тепловой энергией стало централизованное теплоснабжение,
и современные системы отопления зданий и сооружений, как правило водяные, в
основном, ориентированы на получение теплоты от централизованных источников.
На сегодня крупные города России обладают весьма развитыми системами централизованного
теплоснабжения. В качестве теплоносителя, как правило, используется перегретая
вода с параметрами 159-70 °С.
Наиболее распространенными в жилых и общественных зданиях являются системы водяного
отопления. Схемы этих систем могут быть различными и во многом определяются
конкретными условиями. Некоторые из них приведены на рис.1. Стояки в системах
могут быть как однотрубными (см. рис.1), так и двухтрубными.
Надо отметить, что в нашей стране однотрубные системы отопления получили очень
широкое распространение и стали основным типом отопительных систем в многоэтажных
зданиях (особенно жилых). Причин здесь несколько:
- более высокая, по сравнению с двухтрубными системами, гидравлическая и тепловая
устойчивость;
- экономия металла при сравнительно невысокой цене на электрическую энергию
(в недавнем прошлом),
необходимую для циркуляции воды;
- простота монтажа и возможность унификации элементов систем;
- отсутствие индивидуального (поквартирного) учета расходования теплоты.
Первоначально однотрубные системы выполнялись только с верхней разводкой, причем
разводящие трубопроводы горячей воды прокладывались, как правило, по чердакам
зданий. Когда в массовом строительстве стали сооружаться бесчердачные кровли,
ленинградскими специалистами (Д.В.Акопяном, И.Л.Ганесом, И.И.Каганом) были предложены
и внедрены однотрубные системы с нижней разводкой (рис. 2). В таких системах
стояки состоят из двух частей - восходящей и нисходящей (П-образные), к каждой
из которых присоединяются нагревательные приборы. Воздух из системы выпускается
через воздуховыпуск-ные краны, установленные в пробках радиаторов или на подводках
к приборам верхних этажей. Такая система получила название "ленинградской".
Унификация элементов однотрубных систем связана с принятием переменными перепадов
температуры воды в стояках. Этот прием был еще в 1932 г. предложен А.И.Орловым,
но широкое распространение получил в 50-60 годы благодаря работам Е.А.Белинкого
[6]. Принцип этого расчета заключается в том, что перепады температуры и расходы
теплоносителя в стояках не задаются заранее, а определяются гидравлическим расчетом
из условия увязки перепадов давления во всех кольцах системы. При этом диаметры
стояков принимаются, no-возможности, одинаковыми. Общий расход теплоносителя
отвечает заданному перепаду температуры в системе.
Итак, ныне большинство жилых и общественных зданий в России оснащены водяными
системами отопления, подавляющая часть которых - однотрубные.
С середины семидесятых годов в расчет отопительных систем, надо сказать, весьма
трудоемкий, начинает внедряться вычислительная техника [7], и теперь даже трудно
себе представить, как прежде обходились без компьютеров.
Когда речь идет об отоплении, как правило, подразумевается поддержание в помещениях,
оснащенных отопительными системами, требуемого значения температуры воздуха.
Довольно часто такое толкование отопления можно принять без дополнительных пояснений,
хотя, как нам представляется, должно быть ближе определение, в котором температура
воздуха tB является только одним из параметров окружающей среды, характеризующих
ее качество. Вторым параметром всегда выступает температура окружающих поверхностей
tr.
В принципе тепловой комфорт формируется не только этими двумя
параметрами, но и рядом других факторов. Отопление, в известном смысле, отвечает
за названные два параметра. Причем регулирование, то есть поддержание на требуемом
уровне температуры tr методами и средствами отопления возможно далеко не всегда.
Чаще всего эта температура, особенно для жилых и общественных зданий, в которых
отсутствуют развитые внутренние теплоотдающие поверхности, определяется теплотехническим
расчетом ограждающих конструкций.
Известно, что в формулу для определения требуемого термического сопротивления
ограждающих конструкций входит температура их внутренней поверхности, минимальное
значение которой регламентируется нормами, исходя из гигиенических соображений.
Однако, не следует думать, что принятое в расчете значение остается постоянным
в течение отопительного периода. Оно переменчиво и определяется многими факторами,
учет которых сделал бы задачу определения tr трудноопределимой. Единственное,
что может нас здесь утешить, это некоторая уверенность в том, что tr не опустится
ниже принятого значения в самые холодные дни года. Тут же заметим, что экономическая
целесообразность при выборе и расчете ограждающих конструкций, принимаемая в
отрыве от общей проблемы экономии тепловой энергии, привела к преобладанию в
недавнем прошлом в массовом строительстве легких малоинерционных, зато относительно
дешевых, ограждений, теплотехнические недостатки которых легли тяжелым бременем
не только на тепловую мощность отопительных систем, но, что не менее важно,
на методы и средства регулирования их теплопроизводительности.
После 1995 г. положение с выбором термического сопротивления ограждающих конструкций
несколько улучшилось. Теперь его нормативная величина выросла примерно в два
раза. Выросли и минимальные нормативные значения температуры внутренних поверхностей.
Выше нами довольно подробно рассмотрены системы водяного отопления. Теперь кратко
остановимся на системах панельно-лучистого отопления. Панельными принято называть
системы с регулируемой температурой внутренних поверхностей вертикальных ограждений.
Лучистыми -'системы с греющими полом или потолком. Преимуществами этих систем
являются:
- повышенный уровень комфорта в помещениях и более равномерное распределение
температуры воздуха в объеме помещений (рис. 3);
- снижение металлоемкости сис
тем; /
- снижение расхода теплоты за счет более низких нормативных значений температуры
внутреннего воздуха (на 2-3 °С ниже против принимаемой обычно);
- отсутствие трубопроводов и нагревательных приборов в помещениях;
- более широкие возможности в части перепланировки помещений.
В российской практике, однако, па-нельно-лучистые системы широкого распространения
не получили. Причин здесь много, но выделим только две. Первая, на наш взгляд,
связана, с одной стороны, с ограничением температуры греющей поверхности (пол
-24 °С, потолок - 30 °С, стены - 45-60 °С), а с другой - с невысокими значениями
нормативного термического сопротивления ограждений. В таком случае размеры греющих
поверхностей не всегда могли соответствовать компенсации тепловых потерь. Вторая
причина - это невысокое качество трубопроводов и их соединений, выполняемых
из материалов, разрешенных ранее к использованию в отопительных системах. Сегодня
ограничения в части материалов отсутствуют, и, надо думать, область использования
панельно-лучистого отопления расширится.
Системы парового и воздушного отопления не получили распространения в жилых
и общественных зданиях, и мы на них останавливаться не будем.
В заключение кратко рассмотрим современные тенденции развития отопительных систем.
Представляется, что, в первую очередь, это энергосбережение и индивидуальный
учет расходования тепловой энергии. Первое направление связано с индивидуальным
регулированием теплоотдачи нагревательных приборов и, таким образом, температуры
воздуха в помещениях. Достигается такое регулирование установкой термостатов,
конструктивное исполнение которых может быть различным, но всегда дающим возможность
поддержания различного значения температуры воздуха в помещениях (ночной, дневной,
дежурной и др.). Сюда же следует отнести и рекуперацию теплоты удаляемого воздуха,
т.е. ее возврат в помещение. Для этих целей могут служить возду-хо-воздушные
теплообменники, в которых наружный воздух подогревается уходящим. Такие рекуператоры
могут быть центральными или индивидуальными. При этом принятая у нас канальная,
естественная, вытяжка должна быть заменена на принудительную приточно-вытяжную
вентиляцию.
Индивидуальный (поквартирный) учет расхода теплоты ведет к преимущественному
распространению двухтрубных, с поквартирным, присоединением систем с установкой
счетчиков на вводе в каждую квартиру. В самой квартире система отопления может
выполняться по любой схеме (вертикальной или горизонтальной, попутной или тупиковой,
одно- или двухтрубной). Все зависит от конкретных условий: габаритов квартиры,
ее этажности, размещения в объемно-планировочной структуре здания.
Литература.
1. Barry Donaldson, Bernard Nagengast, Heat & Cold (Mastering the Great
Indoor), Atlanta: ASHRAE, 1994.
2. "Летопись открытий и изобретений касательно домашнего и сельского хозяйства,
искусства и сохранения здравия и жизни людей и животных", СПб; Имп. академия
наук, 1829.
3. V.Ch.Joly, Traite pratique du chauffage, de la ventilation et des laux, Paris,
1869.
4. Н.А.Львов, Русская nupocmamu-ка, ч. И, СПб, 1799.
5. А.И.Орлов, Русская отопи-тельно-вентиляционная техника, М.: Стройиздат, 1950.
6. Е.А.Белинкий, Расчет и эксплуатационный режим однотрубных систем водяного
отопления, М.: Изд. МКХ РСФСР, 1952.
7. Э.Я.Гинцбург, Расчет отопи-тельно-вентиляционных систем с помощью ЭВМ, М.:
Стройиздат, 1979.
