Încălzire - încălzire artificială a incintelor pentru a compensa pierderile de căldură din acestea și a menține o temperatură la un nivel dat, care să îndeplinească condițiile de confort termic și/sau cerințele procesului tehnologic [1] . Încălzirea este înțeleasă și ca dispozitive și sisteme ( încălzitoare , încălzire prin pardoseală , încălzire cu infraroșu etc.) care îndeplinesc această funcție [2] .
În funcție de metoda predominantă de transfer de căldură, încălzirea spațiului poate fi convectivă sau radiantă .
Un tip de încălzire în care căldura este transferată prin amestecarea volumelor de aer cald și rece. Dezavantajele încălzirii convective includ o diferență mare de temperatură în cameră (temperatura ridicată a aerului în partea de sus și scăzută în partea de jos) și incapacitatea de a ventila camera fără pierderi de energie termică.
Un tip de încălzire în care căldura este transferată în principal prin radiație și, într-o măsură mai mică, prin convecție. Aparatele de încălzire sunt amplasate direct sub sau deasupra zonei încălzite (montate în podea sau tavan, pot fi montate și pe pereți sau sub tavan) [3] [4] .
Sistemul de încălzire este un ansamblu de elemente tehnice menite să compenseze pierderile de temperatură prin structurile exterioare de închidere (pereți, pardoseli, acoperișuri), prin obținerea, transferul și transferul cantității necesare de căldură către toate spațiile încălzite , suficientă pentru a menține temperatura la un nivel dat în conformitate cu standardele.
Principalele elemente structurale ale sistemului de încălzire:
Transferul de căldură de-a lungul rețelei de încălzire poate fi efectuat folosind diferite medii de lucru ( lichide sau gazoase ). Mediul lichid ( apă sau un lichid special care nu îngheță - antigel ) sau gazos ( abur , aer , produse de ardere a combustibilului) care se mișcă în sistemul de încălzire se numește lichid de răcire . Apa este folosită cel mai adesea ca mediu de lucru, datorită costului redus și a performanței termice acceptabile. Aburul ca purtător de căldură pentru încălzirea instalațiilor publice și rezidențiale nu este utilizat, deoarece este potențial periculos pentru sănătatea umană (în caz de deformare și defecțiune a conductelor), este utilizat pentru nevoile tehnologice ale întreprinderilor.
Sistemele moderne de încălzire au și funcția de a menține microclimatul, care asigură prezența automatizării și complicația corespunzătoare a sistemului în sine. În același timp, regimul hidraulic se modifică adesea în timpul funcționării, ceea ce deosebește astfel de sisteme de cele „clasice”, care se reglează odată la punerea în funcțiune [5] . Datorită introducerii sistemelor de control automat pentru nevoile de încălzire, se realizează economii semnificative de energie.
Sistemele de încălzire pot fi împărțite [5] :
Precum și:
Pentru incalzirea apei :
Foc-aer - înseamnă că încălzirea lichidului de răcire (aerului) se realizează cu ajutorul focului .
Primul foc-aer, și într-adevăr prima instalație de încălzire, este considerat a fi un foc de tabără aprins în interiorul locuinței.
Roma antică în secolul I î.Hr. e. exista deja un dispozitiv de încălzire hipocaust dezvoltat , în care aerul din cameră primea căldură de la podele, care erau încălzite de gazele de ardere ale cuptorului care trec în cavitățile subterane. Un astfel de sistem a făcut posibilă obținerea căldurii „pure”, fără contactul uman cu produsele de ardere. În plus, podeaua de piatră, având o inerție termică mare, a degajat căldură încăperii mult timp după ce incendiul s-a stins. Ipocaustul este descris de Mark Vitruvius Pollio în tratatul său Despre arhitectură. Un sistem similar, ondol , a apărut probabil în secolul I î.Hr. î.Hr e. - secolul al VII-lea n. e., este încă folosit în Coreea. Un sistem similar de încălzire prin pardoseală este cunoscut și în nordul Chinei, unde este cunoscut sub numele de „dikan” (literal semi- kan ). Cu toate acestea, tipul mai obișnuit de kan chinezesc a încălzit doar o canapea largă unde oamenii dormeau, stăteau, uscau lucrurile etc.
Tot în Roma antică, șemineul a căpătat aspectul său modern . Termenul provine din latinescul caminus - vatră deschisă. A fost instalat în centrul încăperii și înconjurat cât mai mult posibil cu materiale care rețin căldura - un portal de piatră, un horn de piatră, un perete opus de piatră. Astfel, a fost posibil să se evite supraîncălzirea în timpul cuptorului (piatra „a absorbit” căldură) și o răcire bruscă după stingerea focului (acum piatra „a dat” căldură). Șemineul asigura și ventilație prin crearea de curent în coș.
Și în Europa Centrală, judecând după săpăturile arheologice, chiar și în secolul al IX-lea, locuințele erau încălzite cu sobe-încălzitoare și sobe de pui. Soba-încălzitor era o vatră făcută din pietriș și bolovani, soba kurna era o groapă săpată în pământ cu o boltă de lut. Acesta a fost deja un pas mare după incendiu - o astfel de sobă a acumulat căldură și a continuat să o dea mult timp după ce combustibilul s-a ars, ceea ce a făcut posibil să cheltuiți mai puțin lemn de foc și efort. Dar, totuși, aceste sobe erau încă încălzite „pe negru” - produsele arderii au ieșit mai întâi direct în locuință și abia apoi în atmosferă printr-o gaură specială din tavan sau chiar prin ușă. În secolul al XV-lea, existau sobe cu hornuri , apoi din lemn - „afumători” [6] [7] .
Până în acest moment, sistemul hipocaust a fost practic pierdut în Europa (cu excepția Spaniei , unde a existat o versiune modificată numită „gloria” până la începutul secolului al XX-lea) și, prin urmare, apariția unui sistem de foc-aer numit „ Sistemul rusesc” a făcut o mică revoluție. Dispozitivul de încălzire era următorul: aerul rece era furnizat prin puțul de admisie a aerului către cuptorul instalat la primul etaj sau la subsol , unde, atingând suprafața sa fierbinte, era încălzit, iar apoi era furnizat în încăperi încălzite prin orizontală și verticală. canale de distribuție a aerului din cărămidă. De acolo, prin conductele de evacuare, aerul care degaja căldură era evacuat înapoi în atmosferă. Circulația aerului a fost naturală, datorită diferenței dintre densitățile de cald și rece.
Un astfel de sistem nu numai că asigura locuința cu căldură „curată”, ci și ventilație . „Sistemul rusesc” a fost echipat, de exemplu, cu Camera cu fațete din Kremlin [8] .
Cuptoarele din secolele XV-XVIII erau lut , cărămidă sau chiar țiglă , ceea ce era un mare lux - o sobă de țiglă putea fi găsită doar în incintele palatului bogat decorate și, ocazional, printre cetățenii bogați. Tot la uzina de la Tula s-au produs cuptoare de fontă și oțel fără consum de căldură. În 1709, prin decretul lui Petru cel Mare, primele zece sobe „suedeze” au fost create cu plăci mai ieftine (pictură albastră pe bază albă netedă). Soba „suedeză” este încă populară, vine în diferite modele - K. Ya. Buslaev, G. Reznik, V. A. Potapov, dar de fapt este o sobă cu o cameră de gătit echipată cu o hotă de extracție în „corpul” aragazul şi o „sobă pe ea. În 1736, sobele „economisitoare de lemne” echipate cu un coș orizontal au fost răspândite în Sankt Petersburg, în 1742 a fost deja înlocuită cu succes de o sobă cu „puțuri” - o bobină verticală.
Inginerul și arhitectul rus N. A. Lvov a publicat în 1795 prima lucrare rusă originală despre încălzire, cartea sa Russian Pyrostatics. În publicație, Lvov a vorbit cu critici ascuțite asupra nebuniei la modă pentru sobele cu figuri străine, care erau extrem de ineficiente, și a prezentat, de asemenea, îmbunătățirile instalațiilor de încălzire inventate de el, precum și principiile de proiectare și calculele sistemelor de încălzire foc-aer.
În acest moment, clădirile cu mai multe etaje se răspândeau din ce în ce mai mult, așa că există o tendință către încălzirea centralizată. Aici este util „sistemul rusesc”, realizat anterior în principal pentru clădiri cu două etaje. În același timp, în 1799, Nikolai Lvov a publicat a doua sa carte, Pirostatica rusă sau utilizarea șemineelor și sobelor testate, unde există o secțiune „Despre cuptoarele superioare sau încăperile de încălzire adiacente”. Acolo a propus un design similar cu un încălzitor , dar ineficient.
În 1821, a fost publicată la Viena o carte a profesorului german Meissner „Un ghid pentru încălzirea clădirilor cu aer încălzit”, care a avut și o contribuție semnificativă la dezvoltarea încălzirii foc-aer [9] .
În anii 1820, așa-numitul. Cuptoare Uttermark. Cuptorul original al lui Ivan [10] Uttermark era rotund și așezat foarte strâns cu cărămizi speciale realizate după modele. De asemenea, avea în proiectarea ei țevi curbe de cupru cu genunchi, trecând prin care se încălzi aerul din cameră [11] . Adică setul de piese nu era din domeniul public. Prin urmare, doar o versiune simplificată, în care soba a fost făcută din cărămidă obișnuită și a fost furnizată cu o „cămașă” metalică, a câștigat popularitate, care a scăzut rapid din cauza caracteristicilor sanitare și igienice slabe (la contactul cu o sobă încinsă, aerul praf ars, emanând un miros neplăcut).
În 1835, Nikolai Ammosov , rezumand ideile lui Lvov și Meissner, a prezentat primul încălzitor eficient din lume - sistemul său de încălzire „pneumatic”, numit mai târziu „ soba Ammos ”. Sistemul a funcționat destul de similar cu cel „rus” - aerul încălzit de cuptor, sub influența diferenței de densități, s-a ridicat prin canalele metalice „de căldură” în holurile din față și în camerele de zi. Prezentarea sobei nu a fost ușoară - a fost instalată pentru prima dată în incinta Academiei Imperiale de Arte , unde sistemul s-a arătat bine. În 1838, după un incendiu de trei zile în Palatul de Iarnă , încălzirea cuptorului a fost înlocuită cu cuptoare pneumatice Ammosov [12] . Până în 1841, „sobe Ammos” au fost instalate în clădirile Ermitaj , Curtea Manege - în total, în 100 de clădiri mari din Sankt Petersburg și alte orașe mari ale Rusiei, existau un total de peste 420 de „pneumatice mari și mici. sobe."
Și abia acum au devenit vizibile neajunsuri semnificative. Faptul că sistemul a emis un zgomot scăzut în timpul arderii, a uscat aerul și a trosnit în timpul unei furtuni a fost imediat vizibil și tolerabil (totuși, de aceea, Alexandru al II-lea a adăugat sisteme locale de încălzire a apei „pentru a-l ajuta” în anii 1860 [12] ] , dar principalul dezavantaj au fost conductele de aer cald „căldură”, care supraîncălziu pereții din apropiere, distrugând picturile prețioase, iar praful ardea pe ele, emanând un miros neplăcut sau, mai rău, zbura în sus și acoperă treptat pereții cu funingine, tablourile - într-un cuvânt, întregul interior [13] .
Ammosov însuși nu a fost în niciun fel de acord cu neajunsurile invenției sale și le-a pus pe seama „lenei și nepăsării focarilor” [11] .
În 1777, inginerul francez M. Bonnemann a inventat și aplicat primul sistem de încălzire a apei cu circulație naturală pentru incubatoare de încălzire , ale căror principii de bază și soluții inginerești erau folosite atunci în încălzirea rezidențială și sunt utilizate și astăzi.
În 1834 , sistemul unui inginer minier, profesorul P. G. Sobolevsky , a devenit primul sistem de încălzire a apei din Rusia cu circulație naturală . În 1875, primul apartament a apărut nu numai în Rusia, ci și în Europa de Vest, cu un sistem separat de încălzire a apei folosind dispozitive plate de încălzire realizate sub formă de pilaștri . Apa a fost încălzită într-un încălzitor mic instalat în vatra bucătăriei.
În perioada 1855-57. Industriașul rus Franz Karlovich San-Galli a inventat un dispozitiv de încălzire care era fundamental nou pentru acea vreme - un radiator de încălzire a apei [14] . Primele exemple de radiatoare de încălzire au fost țevi groase cu discuri verticale. San-Galli și-a numit invenția „heitzkörper” (cutie fierbinte), iar mai târziu a venit cu numele rusesc pentru ea „baterie”. Bateriile produse la turnătoria de fier San Galli au câștigat rapid popularitate în Sankt Petersburg și apoi în întreaga lume.
În 1901, inginerul german Albert Tichelmann și-a propus propriul sistem de conectare a radiatoarelor de încălzire , în care apa din conductele de alimentare și retur se deplasează în aceeași direcție de-a lungul unui traseu circular. Acest lucru asigură automat încălzirea uniformă și simultană a tuturor radiatoarelor de încălzire fără a fi necesară echilibrarea sistemului.
Secolul XX a dat naștere sistemelor de încălzire cu circulație forțată realizate cu ajutorul pompelor . Aceasta a fost realizată cu producția industrială de motoare electrice [7] .
Secolul al XIX-lea a oferit o distribuție largă sistemelor de încălzire cu apă și abur. De fapt, impulsul pentru sistemele de încălzire cu abur a fost dat de utilizarea pe scară largă a motoarelor cu abur. Spațiile industriale erau mari și era greu să le încălziți, așa că aburul de evacuare a venit la îndemână.
În 1802, articolele despre posibilitatea încălzirii cu abur au apărut pentru prima dată în Imperiul Rus , iar în 1816 exista deja o seră în Sankt Petersburg , încălzită în acest fel.
Unul dintre cele mai mari sisteme de încălzire centrală cu abur din lume a fost înființat la New York în 1882 și este încă în funcțiune astăzi [15] .
Până în 1917, multe case de locuit din Rusia , majoritatea case de elită, erau echipate cu sisteme de încălzire cu apă și abur. Căldura a fost furnizată casei de la o casă de cazan situată la subsol sau anexă. Soarta uneia dintre aceste case după revoluție este reflectată în povestea lui Mihail Bulgakov „ Nr. 13. Casa Elpit-Rabkommun ”. Fabricile foloseau încălzirea cu abur evacuat, care era folosit pentru a funcționa motoarele cu abur. În același timp, o parte semnificativă a clădirilor orașului și toate casele individuale din orașe, sate și sate au fost încălzite cu sobe pe lemne sau alți combustibili locali.
La crearea și discutarea planului GOELRO în 1920, a fost înaintată ideea de a crea sisteme de încălzire centrală bazate pe cogenerare - generarea în comun de energie electrică și termică vândută la centralele combinate de căldură și energie (CHP) . Tipurile comune de combustibil la acea vreme erau cărbune tare și brun , turba , păcură și lemne de foc . Încălzirea centrală și termoficarea au făcut posibilă creșterea eficienței consumului de combustibil, îmbunătățirea situației ecologice din orașe și scutirea populației de a-și face griji cu privire la încălzirea locuințelor.
25 noiembrie 1924 este considerată ziua de naștere a termocentralei sovietice. În această zi , casa numărul 96 de pe terasamentul Fontanka [16] a fost conectată la centrala electrică de stat nr. 3 (CHP-3), situată în Leningrad . În 1925, băile Yegorievsk și spitalul Obukhov au fost conectate la CHPP-3 . În 1926, încălzirea centrală a fost lansată în Yaroslavl de la centrala electrică din districtul de stat Lyapinskaya . La Moscova , din 1928, a început furnizarea de abur din CHPP către întreprinderi, iar încălzirea centrală cu apă a apărut în 1931 [17] .
Introducerea pe scară largă a sistemelor de încălzire centrală a început în epoca industrializării URSS și a urbanizării acesteia . În acest moment, se formează principalele caracteristici ale sistemelor de încălzire centrală care funcționează în Rusia până în prezent. La întreprinderile industriale nou construite, se construiesc zone rezidențiale („orașe sociale”) cu blocuri de apartamente dotate cu calorifere pentru încălzirea apei .
Până la începutul anilor 1950, majoritatea caselor staliniste erau dotate cu sisteme de încălzire centrală a apei, care erau conectate la camerele de cazane ale întreprinderilor industriale, centralele termice sau cazanele raionale mici. Dacă era imposibil să se conecteze la încălzirea centrală, unele case aveau propriile camere de cazane, iar unele clădiri joase au fost proiectate cu opțiunea de încălzire a sobei.
Introducerea finală a încălzirii centrale în blocurile de apartamente a avut loc odată cu începutul construcției de locuințe în masă Hrușciov . Odată cu conectarea caselor la centralele termice și a cazanelor întreprinderilor, au fost construite cazane raionale în noi zone rezidențiale. De la mijlocul anilor 1960 până la începutul anilor 1990, dezvoltarea sistemelor de încălzire în URSS a mers în direcția centralizării ulterioare. Cazanele mici au fost închise, iar casele au fost conectate la cazane mari și centrale termice. Sistemele de încălzire au fost conectate în buclă și a fost introdus un sistem închis de alimentare cu căldură cu puncte de căldură .
De la începutul anilor 1960, casele de cazane și centralele termice au trecut masiv de la combustibilii locali la gazul natural mai convenabil și mai ecologic . Odată cu gazeificarea așezărilor, clădirile rezidențiale individuale din orașe și zonele rurale încep și ele să treacă la încălzirea apei cu ajutorul cazanelor pe gaz.
În anii 1980, s-a planificat introducerea încălzirii folosind energia atomică : stații nucleare de alimentare cu căldură (AST) în Voronezh și Gorki , centrale nucleare termice (ATES) în Minsk , Harkov și Odesa . Cu toate acestea, după accidentul de la Cernobîl , toate proiectele au fost oprite. Cea mai răspândită este extracția de căldură din centralele nucleare convenționale care funcționează pe ciclu de condensare .
Rusia a moștenit modelul sovietic de termoficare: 65% din spațiile din Rusia sunt încălzite central [18] . Cel mai mare sistem de încălzire centrală din lume se află la Moscova . Peste 90% dintre consumatorii moscoviți primesc căldură și apă caldă de la centralele de termoficare și electrice ale Mosenergo [17] .
În orașele mari, cea mai mare parte a energiei termice este generată de centralele combinate de căldură și energie (CHP) împreună cu electricitatea . Gazele naturale sunt folosite predominant drept combustibil , iar în orașele negazificate se folosește cărbunele . La centralele de cogenerare pe gaz se introduce treptat un ciclu combinat , care este mai eficient în generarea de energie electrică. Pentru prima dată în Rusia, ciclul abur-gaz a fost implementat la CCE Severo-Zapadnaya din Sankt Petersburg .
În orașele mici și mijlocii, producția centralizată de căldură se realizează și la cazane de apă caldă folosind gaze naturale, iar în orașele și satele mici - cărbune și păcură .
Încălzirea clădirilor rezidențiale individuale este predominant descentralizată. În prezența gazelor naturale principale, se folosesc cazane pe gaz. În multe așezări - majoritatea rurale - casele private sunt încă încălzite cu sobe pe lemne și alte tipuri de combustibil solid. Motivele sunt rata scăzută de gazeificare regională și costul ridicat al racordării la rețelele de gaze.
Rusia este lider în utilizarea căldurii de la centralele nucleare pentru încălzirea și alimentarea cu apă caldă a localităților. Proiectele moderne ale unităților de putere NPP-2006 cu un reactor VVER-1200 prevăd extragerea a ~ 9% din puterea reactorului, ceea ce este suficient pentru a încălzi un oraș cu o populație de câteva sute de mii de oameni. Cu toate acestea, contribuția centralelor nucleare rusești la furnizarea de căldură rămâne nesemnificativă (~0,5% din consumul total) [19] , limitată în principal la orașele satelit ale centralelor nucleare . Motivul principal este îndepărtarea centralei nucleare de așezările mari de consumatori cu 50-100 km, ceea ce face ca transportul de căldură să fie neprofitabil. Singura centrală nucleară combinată de energie termică și electrică existentă este Centrala Nucleară Bilibino , care este dezafectată treptat. În 2020, a fost pusă în funcțiune prima centrală nucleară termică plutitoare „ Akademik Lomonosov ” , furnizând căldură orașului Pevek .
Tendințe de dezvoltareSistemele rusești de încălzire centrală se dezvoltă în direcția reducerii pierderilor de căldură în timpul transportului de căldură, luând în considerare consumul de energie termică și economisindu-l. Legislația Federației Ruse prevede dotarea clădirilor în construcție și reconstruite cu contoare de energie termică, precum și dotarea clădirilor de apartamente existente cu contoare de energie termică până la 1 ianuarie 2019 [20] . În blocurile de apartamente nou construite, distribuția orizontală a încălzirii este din ce în ce mai utilizată cu contoare de căldură individuale pentru fiecare apartament și termostate, care asigură o temperatură confortabilă în apartament și economisesc energie termică mai scumpă.
Odată cu dezvoltarea încălzirii centrale, are loc un alt proces - răspândirea încălzirii locale. Acest lucru este facilitat de ieftinitatea și prevalența gazelor naturale principale, de apariția cazanelor automate pe gaz ieftine și de funcționarea instabilă a sistemelor de încălzire centrală. În clădirile rezidențiale cu mai multe apartamente nou construite , se folosesc cazane de casă, instalate pe acoperiș sau într-o extensie. În clădirile mici și medii, sistemele de încălzire cu apă a apartamentelor sunt utilizate și cu ajutorul cazanelor pe gaz montate pe perete.
În dezvoltările rezidențiale individuale continuă gazeificarea cu gaz natural principal și introducerea cazanelor de încălzire pe gaz. Ca o alternativă la încălzirea cu sobe pe lemne și cărbune, care necesită un control manual constant al procesului, încălzirea este distribuită folosind cazane cu alimentare automată cu combustibil folosind peleți de combustibil (peleți), precum și gazeificare autonomă . În unele regiuni negazificate, clădirile rezidențiale private sunt conectate la sisteme de încălzire centrală [21] .
Suedia are cel mai dezvoltat sistem de termoficare din Europa , în care 55% din țară este încălzită central. Suedia folosește generarea simultană de căldură și electricitate la centralele de cogenerare ( cogenerare ), precum și trigenerarea și răcirea centrală. Aproximativ 40% din combustibilul ars în CHP-urile suedeze sunt deșeuri menajere, urmate de deșeurile din industria prelucrării lemnului și biocombustibili , iar doar 3% din combustibil sunt produse petroliere [18] .
O altă țară dominată de termoficare este Islanda , dar folosește energia geotermală [22] .
Majoritatea europenilor nu au încălzire centrală. În Germania , Austria , Finlanda , Franța , Norvegia există încălzire centrală, dar doar 3-10% dintre locuitorii care locuiesc în orașele mari o folosesc. În același timp, pentru a economisi bani în Danemarca, încălzirea este oprită de la 9 la 17 ore, în Belgia - de la 23 la 6 ore. De obicei, pentru încălzire se folosesc cazane autonome . Panourile solare și pompele geotermale sunt, de asemenea, folosite pentru încălzirea și alimentarea cu apă caldă a caselor . Statul compensează de obicei proprietarii cu 15 la sută sau mai mult din costul achiziționării unor astfel de echipamente de încălzire ecologice [23] .
În Norvegia, doar 3% din gospodăriile din întreaga țară și 10% din capitala sa , Oslo , au încălzire centrală . Totodată, 49% din energia pentru încălzirea centrală provine din diverse tipuri de deșeuri care sunt arse în instalații speciale.
În SUA, sistemele de încălzire sunt predominant descentralizate. În blocurile de apartamente, aparatele electrice sunt utilizate în principal pentru încălzire - ventiloconvector și aparate de aer condiționat, iar în căsuțele de țară - încălzitoare pe gaz. Unele blocuri de apartamente au propriile lor camere de cazane [22] [23] .
Excepție este central de încălzire cu abur din New York , care funcționează din 1882 și este cel mai mare sistem de alimentare cu abur din lume Aproximativ 80% din clădirile rezidențiale din New York sunt încălzite cu abur. Cea mai mare parte a sistemului este deținută de Consolidated Edison [24] .
În Canada, sistemele de încălzire sunt, de asemenea, predominant descentralizate. Ei folosesc aeroterme electrice (aparate de aer condiționat) și cazane pe gaz [22] [23] .
În China, termoficarea este utilizată doar în câteva regiuni la nord de râul Yangtze , unde clima este mai severă. În alte regiuni, electricitatea este utilizată în principal pentru încălzire (aparate de aer condiționat, încălzitoare electrice). În zonele sărace se folosesc sobe care sunt încălzite cu lemne sau cărbuni [22] .
Dicționare și enciclopedii |
| |||
---|---|---|---|---|
|