Вклад русских инженеров в науку и технику отопления

Вклад русских инженеров в науку и технику отопления

До начала XVIII в. господствовало огневое отопление (исключение составляет применение древнеримскими строителями воды горячих источников для отопления бань).

Простейший вид огневого отопления — костер, которым пользовался еще пещерный человек. Тот же костер на земляном полу или на каменном ложе-очаге обогревал и жилище-землянку человека с выпуском дыма через входное отверстие в землянку.

Позднее, в домах богатых людей топливо сжигалось в металлических жаровнях, а для бездымного горения применялся древесный уголь.

Следующим шагом вперед было закрытое (в простейших печах) сжигание топлива.

При археологических раскопках в Киевской области установлено, что ее древнейшие обитатели пользовались для отопления своих жилищ-землянок и полуземлянок — глинобитными печами полусферической или удлиненно-овальной формы.

Эти курные печи топились по-черному: дым отводился через верхнее отверстие в печи и выходил наружу через особое отверстие в стене жилища или через вход в него.

На севере нашей страны в древности для жилья рубились теплые избы, для отопления которых складывали насухо печи из камней.

Об этом свидетельствуют археологические раскопки в районе Старой Ладоги, Ленинградской области, где было отрыто древне-славянское жилище IX—X вв.

О том, что славяне поливали раскаленные камни водой для получения пара и быстрого согревания жилища и нагревали воду, опуская в нее раскаленные камни, сохранились письменные свидетельства арабских ученых-путешественников IX—X вв.

Печи из камней, как и курные, топились по-черному, т. е. с выходом дыма в жилище.

Однако археологические раскопки в послевоенные годы удельного города Вщиж, в 50 км к северо-западу от Брянска, заставляют отказаться от распространенного представления о том, что курные печи с протопкой по-черному, были единственным отопительным устройством в жилищах древнего населения русской равнины.

Вщиж, о котором сохранились летописные сведения 1142−1160 гг., был укрепленным городом удельного княжества, подвластного черниговскому великому князю.

Город состоял из крепости-детинца (кремля) и посада. Наиболее состоятельное население города жило в хорошо оборудованных жилищах. «Печи во Вщижских домах были фундаментальными и ставились, как изба, «на стульях» и на срубе.

В детинце все дома с середины ХП в. имели высокие кирпичные дымоходы, выведенные выше кровли. Дымоходы делались из специального тонкого кирпича прямоугольной и треугольной формы и клались на глиняном растворе. Сохранились железные вьюшки".

Замена курных печей с топкой по-черному русской печью с дымовой трубой имеет свою довольно долгую историю.

Дым начали выводить наружу сначала через отверстие (верхник) в потолке избы (печь-полубелка). Затем над верхником появляются (XV в.) деревянные трубы (дымницы). Дымницы спускаются до простейшего колпака над русской печью, а затем смыкаются с ней. Так образовалась сквозная дымовая труба.

Вывод дыма из печи, расположенной в отапливаемом помещении или вне его, по каналам — подпольным или надпольным — был следующим шагом в развитии огневого отопления.

Отвод дыма надпольными каналами, верхнее покрытие которых является теплым ложем, как и другие менее древние способы огневоздушного отопления, дожил до наших дней (например, на Дальнем Востоке).

Следы устройства огневоздушного отопления обнаружены при раскопках древнего Херсонеса — близ Севастополя — и под базарной площадью г. Джамбула.

Дальше развитие огневого отопления пошло двумя путями: к усовершенствованной комнатной печи нашего времени для местного (1−3 комнаты) отопления и к современному огневоздушному центральному отоплению для обслуживания всего здания.

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 воздуха.

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. печестроение отопление горячий вода россия 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 чугунныефланцевые — 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 приборампо 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 °C (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 °C 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 °C, 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.