Паровая система отопления высокого давления

В XVIII веке была изобретена в Англии паровая система отопления высокого давления, т.е. рабочее давление выше 0,5 атм. Ее история довольно богато освещена как в периодической, так и в специальной литературе того времени. Впервые она была предложена английским полковником Куком в 1745 г., но применена она была, видимо, впервые только лет 10 спустя для отопления теплиц, а в 1770 г. имеются указания на отопление этой системой фабричных зданий. В 1793 г., как уже упоминалось раньше, был взят патент на паровые калориферы высокого давления для воздушной системы отопления. В начале ХГХ века паровая система высокого давлениястала применяться и в жилых зданиях, но в виде исключений.

В то время в этих системах конденсат уже собирался в сборный резервуар и перекачивался оттуда насосом обратно в котел. Но впуск конденсата в резервуар осуществлялся крайне примитивно -периодическим открыванием крана, заменявшего конденсационный горшок. Но уже в 1821 г. ручное открывание крана было заменено неким Фарнхамом поплавковым затвором, таким образом был изобретен прототип конденсационного горшка.

Первым, пытавшимся применить к расчету паровой системы научное обоснование, является в 1862 г. англичанин Тредгольд. Он же описывает устроенную в 1818 г. паровую систему, отапливавшую целую группу оранжерей из общей котельной, отстоявшей от наиболее удаленной оранжереи на 127 м.

В 1828 г. паровой системой высокого давления было отоплено крупное здание пражской биржи.

Наконец в 1830 г. появилась первая система парового отопления, использовавшая выхлопной пар паровой машины. Эту систему осуществил Альбан (в Германии, в г. Плау) на своем машиностроительном заводе.

Водяная система низкого давления

Водяная система отопления низкого давления, т.е. открыто сообщающаяся с атмосферой через расширительный сосуд и с нагревом, таким образом, воды до температуры не выше 100 °С, была изобретена в 1777 г. парижанином инженером физикомБоннеменом. Масштаб этой системы был очень не велик, и применялась она сперва Боннеменом только для обогрева инкубаторовдля искусственной выводки из яиц цыплят.

Очень интересно, что при изобретении этой системы Боннемен продумал, сконструировал и осуществил большинство деталей, применяемых и сейчас, вплоть до автоматического регуляторапритока воздуха в топку котла для регулирования степени нагрева в нем воды. Но интересно отметить также, что затем регуляторбыл забыт на целое столетие и возродился вновь лишь около 1890 г. Прошло со времени изобретения Боннеменом водяной системы отопления с гравитационной циркуляцией около 40 лет, прежде чем она стала применяться для отопления зданий. Началось это дело в Англии. В 1818 г. система Боннемена появилась в Германии, но опять начала там свое существование не в жилых и общественных зданиях, а в оранжереях и теплицах. До 1841 г. водяные системы отопления строились без всякого расчета. Но в 1841 г. англичанин Хууд приходит к правильным воззрениям на причины возникновения циркуляции воды в водяной системе, положившим конец до того долго длившимся самым несуразным спорам на эту тему. Таким образом, Хууд был первым теоретиком водяной системы отопления. Он уже констатирует факт, что скорости циркуляции воды пропорциональны квадратным корням из высот расположения нагревательных приборов над котлом.

Но громадное затруднение представляло конструирование и изготовление регулирующей и запорной арматуры. Долго это были простейшие пробочные конусные краны без сальников, весившие несколько килограммов при проходе в 32 мм и постоянно протекавшие.

Водяная система отопления высокого давления

Последней по времени появилась водяная система отопления высокого давления, изобретенная и запатентованная англичанином Перкинсоном в 1831 г., когда он взял английский патент на «отопление зданий согретым воздухом» с помощью воды, находящейся под весьма значительным давлением, имеющей температуру выше 100 °С. Система Перкинса состояла из кольцевого трубопровода, в одной части которого он был согнут в змеевик и помещен в огневую топку, а в других частях тот же трубопровод, тоже согнутый в змеевики, служил теплоотдающими нагревательными приборами, расположенными в отапливаемых помещениях выше огневойтопки. Изобретение Перкинса, так же как и ранее изобретение Боннемена (водяная система), было настолько хорошо продумано автором в конструктивном отношении, что в течение больше полувека почти что нечего было улучшать в этой системе. В самом тексте патента мы читаем уже о муфтах с правой и левой резьбой, об уплотнении, при котором лезвие врезается в плоскость и пр. Так как система эта была замкнутая, т.е. не сообщавшаяся с атмосферой (в отличие от водяной системы низкого давления), то для восприятия усилия, происходящего от расширения нагреваемой воды, Перкинсом были применены закрытые с концов короткие отростки трубок от вышеупомянутого кольцевого трубопровода, частично заполненные водой и частично воздухом. Этот последний сжимался при расширении воды и играл роль эластичных буферов.

Водяная система высокого давления тоже очень медленно проникала в жилые и общественные здания. Вначале она применялась благодаря возможности достигать очень высоких температур воды (например, 183 °С при давлении 10 ата по манометру) для различных промышленно-производственных целей, как, например, нагрева медных типографских досок, выпаривания сусла и др. Но зато далее эта система стала пользоваться большим успехом как отопительная. Она распространилась из Англии во Францию, Данию, Германию и другие страны и в 60-х годах XIX столетия была наиболее распространенной центральной системой отопления. Объясняется это тем, что, при всех очевидных ее недостатках по сравнению с системами водяной и паровой низкого давления, - она была значительно дешевле их, и только последующее удешевление последних, благодаря развитию соответствующих отраслей индустрии, постепенно вытеснило систему Перкинса из зданий жилых иобщественных.

Вентиляция

К сознанию необходимости вентилирования своих жилищ и общественных зданий человечество пришло значительно позднее, чем это было в отношении их отопления.

После римских хюпокаустов и подпольно-канальных систем, которые совмещали в себе как системы отопления, так и системы для ввода в помещения подогретого наружного воздуха, - дело вентилирования совершенно заглохло. Только уже в 1792 г., хотя и неудачными попытками упоминавшегося германского профессора Молитор и почти одновременно в Англии в 1793 г. Джоном Гойль, с их воздушными системами отопления, работавшими подачей наружного подогретого воздуха и осуществившими таким образом ивентилирование, было положено вновь начало организованного вентилирования помещений. Позднее (1821 г.) Мейснер (Германия) своей усиленной пропагандой и распространением воздушной системы отопления, тоже с притоком наружного воздуха, упрочил положение вентиляционных устройств.

Уже в 1845-1847 гг. здание английского парламента в Лондоне (еще в 1790 г. отапливавшееся угольными жаровнями) получило организованную напорную (приточную) систему вентиляции, работавшую с помощью нагнетающих вентиляторов и построенную по схеме подачи и удаления (подпором) воздуха «снизу вверх». Но вскоре эта система неприятного ощущения дутья была заменена одной вытяжной системой. В начале XX века в зале английского парламента функционировала одна из наиболее совершенных систем вентиляции, работающая опять по схеме «снизу вверх».

Во Франции в 1843 г. была организована правительственная комиссия по сооружению и последующему испытанию вентиляционной системы в намеченном постройкой здании Мазасской тюрьмы в Париже. В эту комиссию входил и знаменитый французский физик Пекле. Эта комиссия уже тогда постановила исчислять объемы вентиляционного воздуха для камер заключения по количеству выделяемой человеком углекислоты. По окончании сооружения этой вентиляционной системы в 1849 г. та же комиссия испытывала ее уже с помощью анемометров.

В вышедшем в 1860 г. 3-м томе (уже третьим изданием) своего труда «Traite de la chaleur» («Трактат о теплоте») Пекле описывает и приводит результаты обследования большого числа вентиляционных и отопительных систем, выполненных в залах собраний, дворцах, театрах, церквях, тюрьмах, больницах, школах, казармах и в других зданиях. В этих описаниях Пекле отмечает уже и экономические достижения, состоящие в том, что отработавший пар паровых машин, приводивших в движение вентиляторы вентиляционных систем, использовался для отопления тех же зданий.

В 1856 г. француз Грасси публикует свою исследовательскую работу, посвященную сравнению двух систем отопления и вентиляции, выполненных в больнице Ларибуазье. Далее французский артиллерийский генерал Морен, много работавший на пользу развития техники вентилирования, издал в 1861 г. книгу «Etudes sur laventilation» («Исследования в области вентиляции»). В дальнейшем инициатива и импульс к совершенствованию техники вентилирования на научной основе переходит к Германии, где знаменитый гигиенист профессор Петтенкоффер кладет прочное начало научной и экспериментальной гигиены. Благодаря трудам Петтенкоффера,многие положения и результаты исследований которого и сейчас являются руководящими и авторитетными, дело развития и совершенствования санитарной техники вообще, а отопительно-вентиляционного в частности, идет быстрыми шагами вперед.