Центральное отопление и централизованное теплоснабжение

Несколько сотен лет назад возможность организовать центральное отопление было бы оценена как небывалая по комфорту инновация. Сейчас трудно представить себе все неудобства, связанные с необходимостью растапливать дровяные и угольные очаги в каждой комнате для того, чтобы содержать большие здания тёплыми.

История и эволюция

Самой древней системой отопления был очаг с открытым огнём. Такой источник тепла вместе с каминами, печами и современными инфракрасными обогревателями относится к устройствам прямого нагрева, так как преобразование энергии происходит непосредственно на отапливаемом участке.

До древних греков и римлян большинство культур полагались именно на местные системы обогрева. Дымоходы, первоначально представлявшие собой простое отверстие в трубе, эволюционировали в дымовые трубы. Это позволило создать к XIII веку камин — одно из самых совершенных отопительных приспособлений с использованием открытого огня. Первые замкнутые печи около 600 лет до н.э. заменили собой очаги в Китае и оттуда распространились по России и в Северную Европу.

Центральное отопление было изобретено ещё в Древней Греции, а древние римляне создали гипокаусты — самые масштабные и совершенные теплотехнические сооружения античности.

Суть подобных систем отопления заключалась в устройстве полов с воздушными каналами, через которые направляли горячие газы от печи, расположенной за пределами обогреваемых помещений. Гипокаусты исчезли вместе с Римской Империей, и системы центрального отопления были забыты на полторы тысячи лет.

Ниже представлено занимательное видео о том, как подают центральное отопление в наше время:

К ним вернулись снова в начале XIX века, когда промышленная революция потребовала больших зданий для производств, а последующая урбанизация вызвала небывалый спрос на многоэтажные жилые и административные здания. Хронологическая шкала, иллюстрирующая эволюцию внутренних систем обогрева, выглядит так:

1. 1900000 л назад — начало использования людьми огня.
2. 23000 л назад— первое доказанное использование угля в качестве топлива.
3. 7500-5700 л до н. э. — появление открытых очагов в домах.
4. 2500 л до н. э. — в античной Греции появляются первые сооружения с дымоходами в грунте.
5. I век до н. э. — усовершенствование древнегреческих систем обогрева до гипокаустов.
6. 400-е гг. — вместе с падением Римской империи вернулись более примитивные способы отопления.
7. 1400-1500 гг. — распространение в Европе кирпичной кладки дымоходов.
8. 1741 г. — Бенджамин Франклин представил печь, значительно превышавшую по эффективности существующие до этого.
9. 1855 г. — российский предприниматель Сан-Галли изобрёл радиатор отопления.
10. 1919 г. — Элис Паркер патентует первую систему централизованного отопления.
11. Конец 1940-х гг.— Роберт С. Уэббер создаёт геотермальный тепловой насос прямого обмена.
12. 2000-е гг. — продвижение интеллектуальных технологий, позволяющих домовладельцам регулировать тепло удалённо с помощью электронных устройств.

Современные системы

Центральное отопление отличается от местного нагрева тем, что генерация тепла происходит в отдельном помещении или здании, а затем вместе с теплоносителем подаётся к точкам обогрева. Сейчас такие системы стали обычным явлением. И хотя сама инсталляция является одной из самых дорогих, при правильном использовании это весьма экономичный способ отопления с высоким тепловым комфортом. По масштабам и задачам можно выделить три вида систем:

1. Индивидуальное отопление. Служит для одного собственника в отдельно стоящем здании или для локального обогрева небольшого количества помещений.
2. Коллективное отопление. Обслуживает несколько пользователей, расположенных, как правило, в одном здании.
3. Централизованное теплоснабжение. В этом случае котёл или группа котлов обеспечивает тепловую энергию для нескольких зданий или даже целых кварталов, населённых пунктов или районов.

Полезная информация о процедуре перехода на индивидуальное отопление:

Виды по теплоносителю

С конца XVIII века до начала XIX были разработаны и внедрены три основных метода передачи тепла от источника к потребителям, которые, непрерывно совершенствуясь, успешно применяются сейчас в качестве основных. Их смело можно назвать классическими.

Паровое отопление

Впервые было предложено в 1745 г. Уильямом Куком, а в 1784 г. Джеймс Уатт оборудовал такой системой свой дом.

Дальнейшее развитие состоялось после начала производства радиаторов. Суть его в том, что при конденсации водяного пара выделяется большое количество тепла. Котёл генерирует пар, подаваемый по линиям питания к радиаторам, в которых и происходит конденсация. Вода (конденсат) самотёком или при помощи насосов возвращается в котёл.

Сам по себе пар — хороший и эффективный теплоноситель. Но поскольку системы нуждаются в специфическом оборудовании и выполнении строгих требований при установке, их популярность невелика. В основном паровое отопление используют при высоких рисках замерзания водных систем или когда его применение оправдано наличием уже готового производства пара (прачечные, некоторые фабрики и заводы).

Водяное циркуляционное

Наиболее распространённый тип. Температура циркулирующего теплоносителя в трубах — до 100°C (фактически 50-80°C). Нередко интегрируются с горячим водоснабжением. Первые системы были реализованы Петром 1 в России для обогрева Летнего Дворца. Принцип работы таков: котёл (или теплообменник) нагревает воду в системе, с помощью циркуляционного насоса распределяет её на радиаторы, в которых теплоноситель высвобождает тепло. Упрощённо системы водяного отопления представляют собой замкнутый контур, в котором, последовательно нагреваясь и охлаждаясь, циркулирует вода.

Во многих странах густонаселённые районы получают централизованное теплоснабжение на основе горячей воды. В этом случае циркулирующая вода может отбирать избыток тепла у крупных промышленных объектов — тепловых электростанций, установок для сжигания, химических и коксохимических заводов. Как правило, при такой схеме теплоснабжения потребители не имеют резервных способов обогрева зданий в связи с ожидаемо высокой доступностью тепла от систем центральногородского отопления.

Нагретым воздухом

Принудительное воздушное отопление использует воздух в качестве среды для теплопередачи. Основа этого способа — системы из воздуховодов, вентиляционных отверстий, клапанов, нагнетателей. Разница с обогревом при помощи кондиционеров заключается в том, что воздух забирается через обратные каналы и возвращается к центру его обработки для последующего нагрева. Основное различие между типами центрального воздушного отопления заключается в том, каким образом нагревается воздух. Но независимо от вида нагревательного оборудования, любая система состоит из следующих компонентов:

• воздушного фильтра;
• вентилятора;
• теплообменника;
• распределительных каналов;
• элементов управления.

Принудительное воздушное отопление чаще встречается в Северной Америке. В России и странах Европы традиционным считается центральное отопление циркулирующей горячей водой.

Источники тепла

Применение того или иного первичного источника тепла обусловлено балансом затрат, удобства и эффективности, зависит от климата и доступности того или иного видов топлива. Стоимость энергии для отопления — один из основных расходов на эксплуатацию зданий в холодном климате. Некоторые отопительные установки имеют возможность смены видов топлива для экономии или из резервных соображений.

Печи с принудительным теплообменом

Большинство североамериканских домохозяйств использует печи для организации центрального отопления способом принудительного распределения тёплого воздуха. Внутри печи (газовой, на жидком или твёрдом топливе) пламя нагревает металлический теплообменник и передаёт тепло воздуху в нём. Последний выталкивается из теплообменника с помощью вентилятора, а затем нагнетается в помещения через подпотолочные воздуховоды.

Современные печи оснащаются оборудованием для рекуперации горячих сгоревших газов из дымохода путём возвращения их с помощью вентилятора в теплообменник. Это позволяет экономить до 30% топлива. Существуют также конденсационные печи, возвращающие бо́льшую часть тепла из несгоревших газов способом охлаждения паров воды до их конденсации.

Котельное оборудование

Котлов в системах центподготовленная вода. Распределительная система устраивается таким образом, чтобы нагретая жидкость проходила через линию радиаторов отопления, отдавая в них тепло, а затем, уже охлаждённой, стекала обратно в котёл. Как и в случае с печами, конденсационное и рекуперационное оборудование заметно повышает эффективность котлов.

Тепловые насосы

Принципиально представляют собой двусторонние кондиционеры. В летнее время они работают, перемещая тепло из помещения в атмосферу, а в зимнее — наоборот. Есть два распространённых вида тепловых насосов: воздушные и геотермальные. Последние более эффективны — получают тепло из грунта, где даже на небольших глубинах температура более или менее постоянна в течение года.

Поскольку электричество в тепловых насосах используется для перемещения тепла, а не его генерации, эти устройства потребляют значительно меньше энергии, чем способны доставить. Полученное тепло распределяется от централизованного источника чаще всего по вентиляционным каналам вместе с нагретым воздухом. Подобные системы отопления актуальны для регионов с мягким климатом и незаменимы как нейтрально воздействующие на природу.

Текущее начало XXI века можно охарактеризовать как эпоху зелёных технологий и рационализации существующих ресурсов.

В этом смысле централизованное отопление по-прежнему актуально. Оно может предложить более безвредные для окружающей среды решения: гидротермальные системы, солнечные тепловые станции, экологически чистые комплексы газификации углеводородов.

Познавательная информация об устройте системы теплоснабжения изнутри представлена в видео: