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. все - таки отопительный период в большинстве регионов России составляет 78 месяцев, а зимние температуры наружного воздуха существенно ниже, нежели во множественных странах Европы.

Заметим, что опыт российских специалистов в части проектирования, конструирования, методов и приемов монтажа отопительных систем 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 Перкенсом, была гравитационной.

Первая же установка централизованного нагревания воздуха в водовоздушной 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 циклов, 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 весьма 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 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 20ые годы в отопительной практике наиболее распространенными были двухтрубные системы водяного отопления, во многом ориентированные на местные источники теплоты. системы централизованного теплоснабжения только формировались. 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 получ. теплоты от централизованных источников. На на данный момент крупные города России обладают весьма развитыми системами централизованного теплоснабжения. В качестве теплоносителя, используется перегретая вода с параметрами 15970 oС.

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 Стояки в системах могут быть как однотрубными ( , так и двухтрубными.

Надо отметить, что в нашей стране однотрубные системы отопления получили весьма 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 принцип. возможность унификации элементов систем;

отсутствие индивидуального (поквартирного) учета расходования теплоты.

Первоначально однотрубные системы выполнялись только с верхней разводкой, причем разводящие трубопроводы горячей воды прокладывались, 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 ( . В таких системах стояки состоят из двух частей восходящей и нисходящей (Побразные), к каждой из которых присоединяются нагревательные приборы. Воздух из системы выпускается через воздуховыпускные 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 так же в 1932 г. предложен А.И.Орловым, но широкое распространение получил в 5060 годы благодаря работам Е. А. Белинкого [6]. Принцип этого расчета заключается в том, что перепады температуры и расходы теплоносителя в стояках не задаются загодя, а определяются гидравлическим расчетом из условия увязки перепадов давления во всех кольцах системы. При этом диаметры стояков принимаются, повозможности, 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, 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 tв является только одним из параметров окружающей среды, характеризующих ее качество. Вторым параметром 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, значит 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 экономичности 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 проанализированы системы водяного отопления. Теперь кратко остановимся на системах панельнолучистого отопления. Панельными принято называть системы с регулируемой температурой внутренних поверхностей вертикальных ограждений. Лучистыми системъ с греющими полом или потолком. Преимуществами этих систем являются:

повышенный уровень комфорта в помещениях и более равномерное распределение температуры воздуха в объеме помещений ( ;

снижение металлоемкости систем;

снижение расхода теплоты за счет более низких нормативных значений температуры внутреннего воздуха (на 23 oС ниже против принимаемой обычно);

отсутствие трубопроводов и нагревательных приборов в помещениях;

более широкие возможности в части перепланировки помещений.

В российской практике, однако, панельнолучистые 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 oС, потолок 30 oС, стены 4560 oС), а с другой с невысокими значениями нормативного термического сопротивления ограждений. В таком случае размеры греющих поверхностей не могли соответствовать компенсации тепловых потерь. Вторая причина это невысокое качество трубопроводов и их соединений, выполняемых из материалов, разрешенных ранее к использованию в отопительных системах. на данный момент ограничения в части материалов отсутствуют, и, надо думать, область использования панельнолучистого 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 изучим 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 дающим принцип. 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 воздуховоздушные 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 приточновытяжную 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 отдельной квартиры, ее этажности, размещения в объемнопланировочной структуре здания.

Литература
Barry Donaldson, Bernard Nagengast, Heat & Cold (Mastering the Great Indoor), Atlanta: ASHRAE, 1994.

Летопись открытий и изобретений касательно домашнего и сельского хозяйства, искусства и сохранения здравия и жизни людей и животных , СПб: Имп. академия наук, 1829.

V.Ch.Joly, Traite pratique du chauffage, de la ventilation et des laux, Paris, 1869.

Н.А.Львов, Русская пиростатика, ч. II, СПб, 1799.

А.И.Орлов, Русская отопительновентиляционная техника, М.: Стройиздат, 1950.

Е.А.Белинкий, Расчет и эксплуатационный режим однотрубных систем водяного отопления, М.: Изд. МКХ РСФСР, 1952.

Э.Я.Гинцбург, Расчет отопительновентиляционных систем с помощью ЭВМ, М.: Стройиздат, 1979.