Vytápění - umělé vytápění prostor za účelem kompenzace tepelných ztrát v nich a udržení teploty na dané úrovni splňující podmínky tepelné pohody a/nebo požadavky technologického postupu [1] . Vytápěním se rozumí také zařízení a systémy ( topidla , podlahové vytápění , infratopení atd.), které tuto funkci plní [2] .
V závislosti na převládajícím způsobu přenosu tepla může být prostorové vytápění konvekční nebo sálavé .
Typ vytápění, při kterém se teplo přenáší smícháním objemů horkého a studeného vzduchu. Mezi nevýhody konvekčního vytápění patří velký rozdíl teplot v místnosti (vysoká teplota vzduchu nahoře a nízká dole) a nemožnost větrání místnosti bez ztráty tepelné energie
Druh vytápění, při kterém se teplo přenáší převážně sáláním a v menší míře konvekcí. Topné spotřebiče se umisťují přímo pod nebo nad vytápěnou plochu (montují se do podlahy nebo stropu, lze je montovat i na stěny nebo pod strop) [3] [4] .
Topný systém je soubor technických prvků určených ke kompenzaci teplotních ztrát vnějšími obvodovými konstrukcemi (stěny, podlahy, střechy), získáváním, předáváním a předáváním potřebného množství tepla do všech vytápěných prostor , dostatečného k udržení teploty na dané úrovni v souladu s normami.
Hlavní konstrukční prvky topného systému:
Přenos tepla po topných sítích lze provádět různými pracovními médii ( kapalnými nebo plynnými ). Kapalné ( voda nebo speciální nemrznoucí kapalina - nemrznoucí kapalina ) nebo plynné ( pára , vzduch , zplodiny spalování paliva) médium pohybující se v topném systému se nazývá chladivo . Jako pracovní médium se nejčastěji používá voda, a to pro její nízkou cenu a přijatelné tepelné vlastnosti. Pára jako nosič tepla pro vytápění veřejných a obytných zařízení se nepoužívá, protože je potenciálně nebezpečná pro lidské zdraví (v případě deformace a selhání potrubí), používá se pro technologické potřeby v podnicích.
Moderní topné systémy mají také funkci udržování mikroklimatu, což zajišťuje přítomnost automatizace a odpovídající komplikaci samotného systému. Hydraulický režim se přitom během provozu často mění, čímž se takové systémy odlišují od těch „klasických“, které se jednou upravují při uvádění do provozu [5] . Díky zavedení automatických řídicích systémů pro potřeby vytápění je dosahováno významných úspor energie.
Topné systémy lze rozdělit [5] :
Stejně jako:
Pro ohřev vody :
Ohnivý vzduch - znamená, že ohřev chladicí kapaliny (vzduchu) se provádí pomocí ohně .
Za první ohnivý vzduch a vlastně i první topné zařízení se považuje oheň zapálený uvnitř obydlí.
Starověký Řím v 1. století před naším letopočtem . E. již bylo vyvinuto hypokaustní topné zařízení , kde vzduch v místnosti přijímal teplo z podlah, které byly ohřívány spalinami pece procházejícími v podzemních dutinách. Takový systém umožňoval získat „čisté“ teplo, bez lidského kontaktu se zplodinami hoření. Kromě toho kamenná podlaha, která má velkou tepelnou setrvačnost, vydávala teplo do místnosti ještě dlouho po zhasnutí ohně. Hypocaust popisuje Mark Vitruvius Pollio ve svém pojednání O architektuře. Podobný systém, ondol , se objevil pravděpodobně v 1. století před naším letopočtem. před naším letopočtem E. - 7. století n. e. se stále používá v Koreji. Podobný systém podlahového vytápění je známý také v severní Číně, kde je známý jako „dikan“ (doslova půlkan ) . Běžnější typ čínského kanu však vyhříval pouze široký gauč, kde lidé spali, seděli, sušili věci atd.
Také ve starém Římě dostal krb svůj moderní vzhled . Termín pochází z latinského caminus – otevřené ohniště. Byl instalován ve středu místnosti a co nejvíce obehnán materiály zadržujícími teplo - kamenný portál, kamenný komín, kamenná protější zeď. Tak se dalo předejít přehřátí během pece (kámen „nasával“ teplo) a prudkému ochlazení po zhasnutí ohně (nyní kámen „vydal“ teplo). Krb také zajišťoval větrání vytvářením tahu v komíně.
A ve střední Evropě, soudě podle archeologických vykopávek, se ještě v 9. století obydlí vytápěla kamny a kuřaty. Kamna byla topeniště z dlažebních kostek a valounů, kamna kurna byla vyhloubená díra v zemi s hliněnou klenbou. To už byl po požáru velký krok – taková kamna akumulovala teplo a po dohoření paliva ho ještě dlouho vydávala, což umožnilo utratit méně dřeva a námahy. Ale přesto se tato kamna stále topila „na černo“ - produkty spalování nejprve vycházely přímo do obydlí a teprve poté do atmosféry speciálním otvorem ve stropě nebo dokonce dveřmi. V 15. století zde byla kamna s komíny , tehdy dřevěná - "udírna" [6] [7] .
Do této doby byl hypokaustový systém v Evropě prakticky ztracen (s výjimkou Španělska , kde až do začátku 20. století existovala upravená verze zvaná „gloria“), a proto se objevil systém ohnivého vzduchu nazývaný „ ruský systém“ udělal malou revoluci. Topné zařízení bylo následující: studený vzduch byl přiváděn sací vzduchovou šachtou do pece instalované v prvním nebo suterénním patře , kde se dotykem s jeho horkým povrchem ohříval a poté byl přiváděn do vytápěných místností horizontálními a vertikálními cihlové rozvody vzduchu. Odtud byl výfukovými kanály vzduch, který vydával teplo, odváděn zpět do atmosféry. Cirkulace vzduchu byla přirozená, kvůli rozdílu v hustotách teplého a studeného vzduchu.
Takový systém nejen poskytoval bydlení s "čistým" teplem, ale také prováděl větrání . „Ruský systém“ byl vybaven např. Fazetovou komorou v Kremlu [8] .
Pece v XV-XVIII století byly hliněné , cihlové nebo dokonce kachlové , což byl velký luxus - kachlová kamna byla k nalezení pouze v bohatě zdobených prostorách paláce a příležitostně mezi bohatými občany. Také v závodě Tula byly vyrobeny litinové a ocelové pece nenáročné na teplo. V roce 1709 bylo dekretem Petra Velikého vytvořeno prvních deset „švédských“ kamen s levnějšími kachlemi (modrá malba na hladkém bílém podkladu). "Švédský" sporák je stále oblíbený, dodává se v různých provedeních - K. Ya. Buslaev, G. Reznik, V. A. Potapov, ale ve skutečnosti jde o sporák s varnou komorou vybavený digestoří v "těle" sporák a „kamna na ni. V roce 1736 byla v Petrohradě rozšířena „spořící“ kamna vybavená horizontálním komínovým hadem, v roce 1742 již úspěšně nahrazena kamny se „studnami“ - vertikálním hadem.
Ruský inženýr a architekt N. A. Lvov vydal v roce 1795 první původní ruskou práci o vytápění, svou knihu Ruská pyrostatika. V publikaci Lvov mluvil s ostrou kritikou o módním šílenství zahraničních tvarových kamen, které byly extrémně neefektivní, a také představil vylepšení topných zařízení, která vynalezl, stejně jako konstrukční principy a výpočty systémů vytápění vzduchem.
V této době se více a více rozšiřovaly vícepodlažní budovy, proto je trend k centralizovanému vytápění. Zde se hodí „ruský systém“, který se dříve používal hlavně pro dvoupatrové budovy. Zároveň v roce 1799 vydal Nikolaj Lvov svou druhou knihu Ruská pyrostatika aneb použití osvědčených krbů a kamen, kde je část „O horních pecích nebo přilehlých topeništích“. Tam navrhl design podobný ohřívači , ale neúčinný.
V roce 1821 vyšla ve Vídni kniha německého profesora Meissnera „Průvodce vytápěním budov vyhřívaným vzduchem“, která rovněž významně přispěla k rozvoji vytápění vzduchem ohněm [9] .
Ve dvacátých letech 19. století vznikl t. zv. Trouby Uttermark. Ivan [10] Původní Uttermarkova pec byla kulatá a velmi těsně vyložená speciálními cihlami vyrobenými podle vzorů. Ve svém návrhu měla také zakřivené měděné trubky s koleny, kterými se ohříval vzduch v místnosti [11] . To znamená, že sada částí nebyla z veřejné domény. Oblibu si proto získala pouze zjednodušená verze, kdy byla kamna vyrobena z obyčejné cihly a byla dodávána s kovovou „košilí“, která rychle ustoupila kvůli špatným hygienickým a hygienickým vlastnostem (při kontaktu s rozžhavenými kamny vzduch spálený prach vydávající nepříjemný zápach).
V roce 1835 Nikolaj Ammosov , shrnující myšlenky Lvova a Meissnera, představil první účinný ohřívač na světě - svůj "pneumatický" topný systém, později nazvaný " Kamna Ammos ". Systém fungoval dost podobně jako ten „ruský“ – vzduch ohřátý pecí vlivem rozdílu hustot stoupal „tepelnými“ kovovými kanály do předních hal a obytných místností. Prezentace kamen nebyla jednoduchá - nejprve byla instalována v prostorách Císařské akademie umění , kde se systém dobře projevil. V roce 1838, po třídenním požáru v Zimním paláci , bylo vytápění pece nahrazeno pneumatickými pecemi Ammosov [12] . Do roku 1841 byla v budovách Ermitáže , Dvorní manéže instalována „kamna Ammos“ – celkem ve 100 velkých budovách v Petrohradě a dalších velkých městech Ruska bylo celkem přes 420 „velkých a malých pneumatických kamna."
A teprve nyní byly patrné významné nedostatky. Skutečnost, že systém při spalování vydával tichý rachot, vysoušel vzduch a praskal při bouřce, byl okamžitě patrný a snesitelný (proto však Alexandr II . přidal v 60. letech 19. století na pomoc místní systémy ohřevu vody [12 ] , ale hlavní nevýhodou byly horké „tepelné“ vzduchové kanály, které přehřívaly stěny, které byly poblíž, ničily vzácné obrazy, pálil se na ně prach, vydával nepříjemný zápach, nebo v horším případě vylétával a postupně zakrýval stěny se sazemi, obrazy - jedním slovem celý interiér [13] .
Sám Ammosov nikterak nesouhlasil s nedostatky svého vynálezu a přičítal je „lenivosti a nedbalosti topičů“ [11] .
V roce 1777 francouzský inženýr M. Bonnemann vynalezl a aplikoval první systém ohřevu vody s přirozeným oběhem pro ohřev inkubátorů , jehož základní principy a technická řešení se tehdy používaly při vytápění bytů a používají se dodnes.
V roce 1834 se systém důlního inženýra profesora P. G. Sobolevského stal prvním systémem ohřevu vody v Rusku s přirozenou cirkulací . V roce 1875 se objevil první byt nejen v Rusku, ale také v západní Evropě se samostatným systémem ohřevu vody pomocí plochých topných zařízení vyrobených ve formě pilastrů . Voda byla ohřívána v malém ohřívači instalovaném v kuchyňském krbu.
V období 1855-57. Ruský průmyslník Franz Karlovich San-Galli vynalezl na tehdejší dobu zásadně nové topné zařízení - radiátor na ohřev vody [14] . Prvními příklady topných radiátorů byly tlusté trubky s vertikálními disky. San-Galli nazval svůj vynález „heitzkörper“ (horká skříňka) a později pro něj přišel s ruským názvem „baterie“. Baterie vyráběné ve slévárně železa v San Galli si rychle získaly oblibu v Petrohradě a poté po celém světě.
V roce 1901 navrhl německý inženýr Albert Tichelmann vlastní systém pro připojení topných radiátorů , ve kterém se voda v přívodním a vratném potrubí pohybuje stejným směrem po kruhové trase. Tím je automaticky zajištěno rovnoměrné a současné vytápění všech topných radiátorů bez nutnosti vyvážení systému.
Ve 20. století vznikly otopné soustavy s nuceným oběhem, prováděné pomocí čerpadel . To bylo realizováno průmyslovou výrobou elektromotorů [7] .
Nadcházející 19. století přineslo širokou distribuci vodních a parních topných systémů. Ve skutečnosti byl impuls pro systémy parního vytápění dán rozšířeným používáním parních strojů. Průmyslové prostory byly velké a bylo obtížné je vytopit, takže odpadní pára přišla vhod.
V roce 1802 se poprvé objevily články o možnosti vytápění párou v Ruské říši a v roce 1816 již byl takto vytápěný skleník v Petrohradě .
Jeden z největších světových systémů centrálního parního vytápění byl založen v New Yorku v roce 1882 a je v provozu dodnes [15] .
V roce 1917 bylo mnoho nájemních domů v Rusku , většinou elitních, vybaveno vodními a parními topnými systémy. Teplo bylo do domu dodáváno z kotelny umístěné v suterénu nebo přístavbě. Osud jednoho z těchto domů po revoluci se odráží v příběhu Michaila Bulgakova " Č. 13. Dům Elpit-Rabkommun ". V továrnách se využívalo vytápění výfukovou párou, která sloužila k provozu parních strojů. Přitom značná část městských budov a všechny jednotlivé domy ve městech, vesnicích a vesnicích byly vytápěny kamny na dřevo nebo jinými lokálními palivy.
Při vytváření a projednávání plánu GOELRO v roce 1920 vznikla myšlenka vytvořit systémy ústředního vytápění založené na kogeneraci - společné výrobě elektrické a tepelné energie prodávané v elektrárnách na kombinovanou výrobu tepla a elektřiny (CHP) . Běžnými druhy paliva v té době bylo černé a hnědé uhlí , rašelina , topný olej a palivové dříví . Ústřední vytápění a dálkové vytápění umožnilo zvýšit efektivitu využití paliv, zlepšit ekologickou situaci ve městech a ušetřit obyvatelům starostí s vytápěním svých domovů.
25. listopad 1924 je považován za narozeniny sovětského dálkového vytápění. V tento den byl dům číslo 96 na nábřeží Fontanka [16] napojen na státní elektrárnu č. 3 (CHP-3), která se nachází v Leningradu . V roce 1925 byly na CHPP-3 připojeny Jegorjevské lázně a Obukhovská nemocnice . V roce 1926 bylo v Jaroslavli spuštěno ústřední vytápění z elektrárny Ljapinskaja . V Moskvě začaly od roku 1928 dodávky páry z CHPP do podniků a v roce 1931 se objevilo vodní ústřední topení [17] .
Široké zavádění systémů ústředního vytápění začalo v éře industrializace SSSR a její doprovodné urbanizace . V této době se formují hlavní rysy systémů ústředního vytápění, které fungují v Rusku až do současnosti. U nově budovaných průmyslových podniků se budují obytné čtvrti („sociální města“) s bytovými domy s otopnými tělesy .
Počátkem 50. let byla většina stalinských domů vybavena systémy centrálního ohřevu vody, které byly napojeny na kotelny průmyslových podniků, tepelných elektráren nebo malých okresních kotelen. Pokud nebylo možné se napojit na ústřední topení, některé domy měly vlastní kotelny a některé nízkopodlažní budovy byly navrženy s možností vytápění kamny.
Definitivní zavedení ústředního vytápění v bytových domech nastalo se začátkem hromadné bytové výstavby Chruščov . Spolu s napojením domů na tepelné elektrárny a kotelny podniků byly vybudovány okresní kotelny v nových obytných oblastech. Od poloviny 60. do počátku 90. let šel vývoj otopných soustav v SSSR směrem k další centralizaci. Malé kotelny byly uzavřeny, domy byly napojeny na velké kotelny a tepelné elektrárny. Byly zacykleny otopné soustavy a zaveden uzavřený systém zásobování teplem s topnými body .
Od začátku 60. let 20. století kotelny a tepelné elektrárny masivně přecházejí z lokálních paliv na výhodnější a ekologičtější - hlavní zemní plyn . S plynofikací sídel začínají na ohřev vody pomocí plynových kotlů přecházet i jednotlivé obytné objekty ve městech a na venkově.
V 80. letech bylo plánováno zavedení vytápění atomovou energií : jaderné tepelné elektrárny (AST) ve Voroněži a Gorkém , jaderné tepelné elektrárny (ATES) v Minsku , Charkově a Oděse . Po havárii v Černobylu však byly všechny projekty zastaveny. Nejrozšířenější je získávání tepla z klasických jaderných elektráren pracujících na kondenzačním cyklu .
Rusko zdědilo sovětský model dálkového vytápění: 65 % objektů v Rusku je vytápěno centrálně [18] . Největší systém ústředního vytápění na světě se nachází v Moskvě . Více než 90 % moskevských spotřebitelů odebírá teplo a teplou vodu z kogeneračních jednotek Mosenergo [17] .
Ve velkých městech se většina tepelné energie vyrábí v kogeneračních jednotkách (KVET) společně s elektřinou . Jako palivo se používá převážně zemní plyn a v nezplynovaných městech uhlí . Na plynových KVET se postupně zavádí kombinovaný cyklus , který je efektivnější při výrobě elektřiny. Poprvé v Rusku byl paroplynový cyklus realizován v kogenerační jednotce Severo-Zapadnaya v Petrohradě .
V malých a středních městech probíhá centralizovaná výroba tepla také v teplovodních kotlích na zemní plyn a v malých městech a obcích - uhlí a topný olej .
Vytápění jednotlivých bytových domů je převážně decentralizované. V přítomnosti hlavního zemního plynu se používají plynové kotle. V mnoha sídlech – většinou venkovských – se stále vytápí soukromé domy kamny na dřevo a jiné druhy pevných paliv. Důvodem je nízká míra regionální plynofikace a vysoké náklady na připojení k plynárenským sítím.
Rusko vede ve využívání tepla z jaderných elektráren pro vytápění a zásobování sídel teplou vodou. Moderní konstrukce jaderných bloků JE-2006 s reaktorem VVER-1200 zajišťují těžbu ~9 % výkonu reaktoru, což stačí na vytápění města s několika stovkami tisíc obyvatel. Příspěvek ruských JE k dodávkám tepla však zůstává nevýznamný (~0,5 % celkové spotřeby) [19] , zejména se omezuje na satelitní města jaderných elektráren . Hlavním důvodem je vzdálenost jaderné elektrárny od velkých spotřebitelských sídel o 50-100 km, což činí přepravu tepla nerentabilní. Jedinou existující jadernou elektrárnou na kombinovanou výrobu tepla a elektřiny je Jaderná elektrárna Bilibino , která je postupně vyřazována z provozu. V roce 2020 byla uvedena do provozu první plovoucí jaderná tepelná elektrárna " Akademik Lomonosov " , která zajišťuje teplo pro město Pevek .
Vývojové trendyRuské systémy ústředního vytápění se vyvíjejí směrem ke snižování tepelných ztrát při přepravě tepla, zohlednění spotřeby tepelné energie a její úspory. Legislativa Ruské federace předepisuje vybavování rozestavěných a rekonstruovaných budov měřiči tepelné energie, stejně jako vybavování stávajících bytových domů měřiči tepelné energie do 1. ledna 2019 [20] . V novostavbách bytových domů se stále častěji používají horizontální rozvody vytápění s individuálními měřiči tepla pro každý byt a termostaty, které zajišťují komfortní teplotu v bytě a šetří dražší tepelnou energii.
Spolu s rozvojem centrálního vytápění dochází k dalšímu procesu - šíření lokálního vytápění. To je usnadněno levností a převahou hlavního zemního plynu, vznikem levných automatických plynových kotlů a nestabilním fungováním systémů ústředního vytápění. V nově budovaných vícebytových obytných domech se používají domovní kotle instalované na střeše nebo v přístavbě. V nízkopodlažních a středních budovách se využívají i systémy ohřevu vody bytů pomocí nástěnných plynových kotlů.
V jednotlivých obytných zástavbách pokračuje plynofikace hlavním zemním plynem a zavádění plynových topných kotlů. Alternativou k vytápění kamny na dřevo a uhlí, které vyžaduje neustálé ruční řízení procesu, je distribuce vytápění pomocí kotlů s automatizovanou dodávkou paliva na palivové pelety (pelety) a také autonomní zplyňování . V některých nezplynovaných oblastech jsou soukromé obytné budovy napojeny na systémy ústředního vytápění [21] .
Švédsko má nejrozvinutější systém dálkového vytápění v Evropě , ve kterém je 55 % země vytápěno centrálně. Švédsko využívá současnou výrobu tepla a elektřiny v kogeneračních jednotkách ( kogenerace ), dále trigeneraci a dálkové chlazení. Asi 40 % paliva spáleného ve švédských kogeneračních jednotkách je domovní odpad, následuje odpad z dřevozpracujícího průmyslu a biopaliva a pouze 3 % paliva jsou ropné produkty [18] .
Další zemí, kde dominuje dálkové vytápění, je Island , který však využívá geotermální energii [22] .
Většina Evropanů nemá ústřední topení. V Německu , Rakousku , Finsku , Francii , Norsku je ústřední topení, ale používá ho pouze 3-10 % obyvatel žijících ve velkých městech. Současně, aby se v Dánsku ušetřily peníze, je vytápění vypnuto od 9 do 17 hodin, v Belgii - od 23 do 6 hodin. K vytápění se obvykle používají autonomní kotle . Solární panely a geotermální čerpadla se využívají také k vytápění a zásobování teplou vodou domů . Stát obvykle kompenzuje vlastníkům 15 a více procent nákladů na pořízení takového ekologického topného zařízení [23] .
V Norsku mají ústřední topení pouze 3 % domácností po celé zemi a 10 % v jeho hlavním městě Oslo . Přitom 49 % energie pro ústřední vytápění pochází z různých druhů odpadů, které se spalují ve speciálních provozech.
V USA jsou topné systémy převážně decentralizované. V bytových domech se k vytápění používají především elektrické spotřebiče - fancoilové jednotky a klimatizace a na venkovských chatách - plynová topidla. Některé bytové domy mají vlastní kotelny [22] [23] .
Výjimkou je vytápění v New Yorku , který je v provozu od roku 1882 a je největším systémem zásobování párou na světě. Asi 80 % obytných budov v New Yorku je vytápěno párou. Velkou část systému vlastní Consolidated Edison [24] .
V Kanadě jsou topné systémy také převážně decentralizované. Používají elektrické ohřívače vzduchu (klimatizace) a plynové kotle [22] [23] .
V Číně se dálkové vytápění používá pouze v několika regionech severně od řeky Jang-c'-ťiang , kde je klima drsnější. V ostatních regionech se elektřina používá především k vytápění (klimatizace, elektrická topidla). V chudých oblastech se používají kamna, která topí dřevem nebo uhlím [22] .
Slovníky a encyklopedie |
| |||
---|---|---|---|---|
|