 |
История развития теплофикации России
|
|
|
|
Теплотехника — наука, изучающая технические средства превращения природных энергоресурсов (топлива, урана, тепла недр Земли, излучения Солнца) в непосредственно используемые формы энергии: теплоту, работу и электричество. Она включает техническую термодинамику, теорию тепломассообмена, рассматривает тепловые двигатели, холодильные машины и термопреобразователи, компрессоры и вентиляторы, топливосжигающие устройства и котельные установки.
Благосостояние стран определяется количеством потребляемой энергии. В условиях истощения природных энергоресурсов и загрязнения окружающей среды решение вопросов экономии энергии является важнейшей задачей инженерной деятельности любого специалиста.
Русские и советские ученые внесли большой вклад в развитие теплотехники. М. В. Ломоносов еще в середине XVIII в. высказал мысль: «теплота — вращательное движение материи..., функция скорости движения корпускул». В 1766 г. И. И. Ползунов построил паровую машину. В XVIII—XX вв. во многом усилиями русских и зарубежных ученых был обеспечен дальнейший прогресс этой науки, особенно в последние десятилетия. Огромное значение имеют работы Всесоюзного теплотехнического им. Ф. Э. Дзержинского, Энергетического им. Т. М. Кры-жановского АН СССР, Центрального котлотурбинного им. И. И. Ползунова и других институтов.
Какие же виды установок и систем применяются в настоящее время?
Отопительные установки — сочетание устройств для выработки и транспортирования теплоносителя, для обогревания зданий и сооружений жилого, общественного, производственного, сельскохозяйственного назначения.
Вентиляционные установки — устройства для подачи в помещения чистого и удаления из них загрязненного воздуха. В этих установках осуществляется нагревание, нередко и охлаждение, очистка, увлажнение, осушка приточного воздуха, а также загрязненного, удаляемого в атмосферу.
|
|
|
Отопительно-вентиляционные системы устраивают с целью обеспечения в помещениях санитарно-гигиенических условий, необходимых для пребывания человека. В промышленных предприятиях с помощью этих систем поддерживаются определенные параметры внутреннего воздуха (температура, влажность, подвижность, чистота от механических и химических примесей), соответствующие требованиям технологического процесса, гигиены труда. При этом автоматически поддерживающими постоянство метеорологических условий (кондиций) служат системы кондиционирования (СКВ).
Отопительно-вентиляционная техника, как и теплотехника, прошла большой путь развития и совершенствования.
Сначала костер служил для отопления, приготовления пищи, изготовления орудий труда. Через входной проем жилище вентилировалось. Позже применялись очаги из «диких» камней, а затем— глинобитные печи. Те и другие топились «по-черному». В средние века печь была дополнена трубой для отвода дыма в атмосферу. У славян такая печь называлась «белой», или «русской».
Отличительной особенностью русских печей является их повышенная теплоемкость, высокая экономичность и сравнительная простота изготовления. При одноразовой трехчасовой топке печи повышенной теплоемкости сохраняют в течение суток температуру на ее поверхности не ниже +30 °С.
В зданиях общественного назначения ещё до начала ХХ века применялись системы воздушного отопления. В подвальной части здания размещались печи, от которых дымовые газы поступали в многоканальные нагреватели приточного воздуха. Первоначально, ещё в ХV веке, нагревательные каналы выполнялись кирпичной кладкой. По одну сторону стенок каналов проходят горячие дымовые газы, а по другую – нагреваемый воздух. Между каналами для прохода дымовых газов и нагреваемого воздуха должна сохраняться надёжная герметичность. Нагретый воздух по каналам в стенах здания поступал в помещения, что одновременно с нагревом обеспечивало и его вентиляцию.
|
|
|
В начале XX века стали применять чугунные газовоздушные калориферы. Необходимо отметить, что усовершенствованные газовоздушные воздухонагреватели (калориферы) широко используются и в настоящее время в форме агрегатов, работающих на газовом топливе.
В храмах Московского Кремля уже в XV—XVII вв. применялись способы газовоздушного отопления от огневых печей, установленных в подвалах. Воздушное отопление прогревает помещения и подает подогретый свежий наружный воздух. Через регулируемые щелевые отверстия в барабане купола загазованный воздух удаляется наружу.
Учитывая важность сохранения архитектурных и художественных ценностей, в храмах Московского Кремля в 60—80 гг. XX в. была проведена коренная реконструкция систем отопления и вентиляции, выполненная специалистами института «Моспроект-2». Были разработаны и осуществлены современные системы кондиционирования воздуха в храмах и дворцах Московского Кремля.
С начала XVIII века шло успешное совершенствование печей, особенно русскими специалистами. Возникло отопление нескольких помещений из одного центра воздухом, подогретым топочными газами, названное за границей «русской системой».
Простейшие системы централизованного отопления и вентиляции относятся к древним временам, когда появились камины, подпольное огневое отопление, устройство в стенах дымоотводных и вентиляционных каналов (раскопки в Крыму, на Ближнем Востоке, в Китае, Греции). В античном Риме применялось отопление «термальной» водой из горячих источников или подогретой в простейших котлах.
Большое влияние на прогресс теплотехники и отопительно-вентиляционной техники оказала промышленная революция. В XVIII веке в связи с созданием паровой машины стали шире использовать пар, а затем и горячую воду, осуществлять центральное паровое и водяное отопление.
Получение теплоносителя в виде горячей воды или водяного пара достигалось сжиганием топлива в конструктивных устройствах, получивших название водогрейные или паровые котлы. В усовершенствованном виде они являются основным видом современных генераторов теплоты от сжигания различных типов топлива.
|
|
|
В жилых и гражданских многоэтажных зданиях начала применяться система водяного отопления с установкой под окнами чугунных радиаторов. Циркулирующая вода нагревалась в чугунных секционных водогрейных котлах типа «Стреля» или «Стребеля», устанавливаемых в специальных помещениях в подвале здания или пристройках, сооружаемых во дворах.
Появились первые организованные системы вентиляции зданий — во внутренних кирпичных стенах предусматривались каналы, имеющие заборные решетки под потолком помещений.
Через эти решетки в каналы поступал отепленный и загрязненный внутренний воздух, который через вытяжные шахты на крыше выбрасывался наружу.
Поступление приточного наружного воздуха в жилых домах осуществлялось через форточки. В отдельных зданиях постройки начала XX в. можно обнаружить в наружных стенах около окон регулируемые вручную заборные отверстия для поступления свежего приточного наружного воздуха.
В настоящее время признано энергетически целесообразным устраивать в жилых и гражданских зданиях организованную приточно-вытяжную вентиляцию с применением вентиляторных агрегатов, включающих аппараты для утилизации теплоты вытяжного воздуха на нагрев приточного наружного воздуха. Эти современные решения обеспечивают создание в помещениях комфортных параметров воздушной среды и до 60 % сокращают затраты теплоты на отопление зданий.
Основным видом отопления многоэтажных зданий стало использование в качестве нагревательных приборов чугунных радиаторов, соединенных трубами с местным источником выработки теплоты — котлом, в котором сгорал каменный уголь. В котле от сжигания каменного угля циркулирующая вода нагревалась до 95°С и самотеком поступала к чугунным радиаторам. После отдачи теплоты через стенки радиатора на нагрев помещения вода вновь направлялась в котел для последующего там нагрева. Таким образом происходит циркуляция воды в системе отопления.
|
|
|
Ценнейший вклад в развитие научных теорий и их практическую реализацию внесли отечественные специалисты (XIX век). Н. А. Львов издал труд «Русская пиростатика». А. А. Саблуков изобрел первый вентилятор. Начали применяться насосы и вентиляторы с электродвигателем. И. И. Флавицкий создал теорию о влиянии параметров воздушной среды на самочувствие человека.
Труды ученых первой половины XX века свидетельствуют о значительном прогрессе в создании различных теплообменных аппаратов, систем централизованного отопления и вентиляции (решении вопросов их автоматизации), установок искусственного климата. Исходными данными для этого были изданные еще в 1922 г. нормы «Охраны труда», требования совершенствования технологии производств.
После Октябрьской революции развитие теплотехники, отопления и вентиляции шло в СССР особенно быстро. Если дореволюционный выпуск радиаторов, котлов и вентиляторов принять за 100 %, то уже к пятидесятилетию Советского государства (1967 г.) выпуск отечественными заводами возрос до 670, 1200 и 1500%.
Дальнейшие интенсивные исследования привели к новому совершенствованию науки и техники в СССР. Были созданы прогрессивные прямоточные котлы и системы отопления, разработаны новые системы вентилирования помещений, создана мощная сеть предприятий промышленного изготовления теплотехнического и отопительно-вентиляционного оборудования, стало уделяться большое внимание вопросам качества и эффективности его эксплуатации.
Теплоснабжающее хозяйство России в 2003 г. включало в себя: 485 тепловых электростанций (ТЭС), на которых действуют теплофикационные турбины; 190 тыс. котельных разной единичной мощности, в том числе 84 тыс. промышленных котельных; около 260 тыс. км магистральных и распределительных тепловых сетей.
В последние годы идет процесс разукрупнения систем теплоснабжения, растет число мелких котельных и местных генераторов теплоты, расширяется зона децентрализованного теплоснабжения, увеличивается объем самозаготовок топлива населением в связи с развитием массовой загородной индивидуальной застройки в сельской местности и на свободных территориях вокруг населенных пунктов, а также из-за значительного подорожания теплоты в системах централизованного теплоснабжения.
Новые технологии различных производств немыслимы без применения современных отопительно-вентиляционньтх систем и кондиционирования воздуха. Главная цель отопления зданий — создание теплового комфорта в помещениях.
|
|
|
Качество воздушной среды помещений в течение года определяется эффективностью работы систем вентиляции и кондиционирования. В условиях перехода от плановой системы управления хозяйством к рыночным отношениям отопительно-вентиляционная техника и устройства кондиционирования воздуха переживают бурное развитие в связи с коренной модернизацией практически всех отраслей промышленности.
В глобальном, планетарном масштабе историю теплоэнергетики и, в частности, теплофикации с известной долей условности можно разделить на пять этапов периодов развития:
Первый период — начало его теряется в глубине тысячелетий, конец — V—VII вв. Человек обходился собственной, а затем — мускульной силой прирученных животных, теплотой Солнца, а позже — теплотой костра. Источником мускульной силы служила химическая энергия пищи. Энергетические ресурсы Земли не только восстанавливались, но их запасы еще и возрастали. Окружающая природная среда не подвергалась загрязнению.
Второй период — с V—VII вв. до XVIII в. Помимо тех источников энергии, о которых я говорил, стали использоваться новые, тоже возобновляющиеся: движение воды в реках и ветер. Часть работы стали выполнять водяные колеса и ветряные крылья. Энергетические ресурсы полностью восстанавливались, окружающая среда оставалась чистой.
Третий период — с XVIII века до середины XX века. В это время основным источником энергии в развитых странах становятся невозобновляемая химическая энергия органического ископаемого топлива: каменного угля, нефти, природного газа и т.п., а основной движущей силой—«движущая сила огня», получаемая в тепловых машинах. Зародилась и развилась электроэнергетика. Расходуемые энергетические ресурсы не восстанавливаются. Происходит всё большее загрязнение окружающей среды.
Четвертый период начался с середины XX века с освоения энергии деления ядер урана. Он закончится полным исчерпанием (или использованием в допустимой, по соображениям глобальной безопасности степени) ядерного и термоядерного топлива. В этот период будут расходоваться последние запасы невозобновляемых ресурсов Земли и проблема охраны природной среды станет особенно важной.
В пятый период человечеству придется жить в состоянии «динамического равновесия», довольствуясь непрерывно возобновляющимися ресурсами: солнечным излучением, движением вод в реках и морях, энергией ветра, теплом недр Земли, химической энергией растений и т.п. Окружающая среда будет полностью восстанавливаться. В соответствии с поступающей энергией придется регламентировать население планеты, оснащенность его бытовой, культурной, престижной и другой энерготехникой.
Мы живем и работаем в начале четвертого периода, основными энергетическими проблемами которого являются: воспроизводство ядерного топлива деления в реакторах на быстрых нейтронах; техническое освоение контролируемого термоядерного синтеза, все более широкое использование возобновляемых энергоресурсов, повышение доли потребления каменного угля и
повышения энергетической эффективности всех типов энергетических установок и энергопотребляющих устройств; решение накопившихся проблем охраны окружающей среды — глобального потепления, защиты атмосферы и восстановления озонового слоя, восстановления растительного и животного мира и другие.
|
|
|
