Домашнее отопление

Материал нашел и подготовил к публикации Григорий Лучанский

Источник: Л.Н. Симонов. Домашнее отопление. СПб., 1904 г. Типография А.С. Суворина

О значении теплоты для здоровья 

Теплота есть условие, необходимое для жизни всякого организма. Одна часть теплоты черпается организмом извне — из окружающего воздуха, другая производится самим организмом — главным образом насчет окисления углерода и водорода органических веществ, вводимых в него с пищею, которая, таким образом, играет в организме роль топлива.

Когда человек или животное находится в полном покое, почти вся та сила, которая образуется в нем окислением сказанных веществ, превращается в теплоту, т.е. идет почти исключительно на согревание тела. Когда же человек движется или вообще работает механически — более или менее значительная часть упомянутой силы переходит в механическую работу; никогда, однако, часть эта не может быть более 1/5, так как не менее 4/5 во всяком случае превращаются в теплоту. При этом организм наш устроен так, что усиленное образование теплоты может не только не сопровождаться увеличением механической силы, но даже влечь за собою уменыпение последней; напротив того, всякое увеличение механической работы непременно вызывает соответственное усиление производства теплоты, вследствие чего механическая работа не охлаждает, как бы следовало ожидать по теории, а еще более согревает тело и увеличивает потребность в пище не пропорционально работе, а значительно более.

Человек, как и все млекопитающие (и птицы), отличается постоянством температуры своего тела; в каком бы климате он не жил, температура эта всегда около 37°С (29,6° Р.). Отклонение даже только на 1°С есть уже признак болезненного со-стояния, а сколько нибудь продолжительное повышение или понижение температуры более, чем на 5°С, обыкновенно смертельно.

Такое постоянство температуры тела человека есть результат его способности применяться к окружающей среде, т.е. изменять производство собственной теплоты сообразно с температурою этой среды. Воздух и наше тело, постоянно соприкасаясь между собою, непрерывно влияют на температуру друг друга. Чем выше температура воздуха, тем меньше производится в нашем теле собственной теплоты и тем соответственно слабее его потребность в пище; понижение темиературы окружающего воздуха влечет за собою совершенно обратные явления: усиленное образование внутренней теплоты и увеличение апетита. Поэтому-то жители жарких стран едят несравненно менее северян. Теплота воздуха, следовательно, в известной степени заме-няет для нас пищу, и так как дрова или каменный уголь гораздо дешевле мяса, то надлежащее отопление жилых помещений в холодное вромя важно не только в гигиеническом, но и в экономическом отношении.

Можно себе представить такую температуру окружающого воздуха, при которой производство организмом внутренней теплоты могло бы стать ненужным; но так как развитие в нашем теле механической силы невозможно без образования внутренней теплоты (см. выше), то прекращение производства последней повлекло бы за собою такую слабость, которая быстро окончилась бы смертью. К счастию, подобной высокой температуры воздуха нет нигде на земном шаре. Вообще же повышение температуры воздуха выше известных градусов, напр. выше 25°—30°С (20°—24 Р.), влияет неблогоприятно на человека: уменьшая значительно окисление в организме, оно соответственно ослабляет не только производство внутренней теплоты, но также и обра-зование в нем механической силы. По этой причине обитатели жарких стран не только едят мало, но и работают мало. Леность порок только для жителей холодных и умеренных стран; в жарком климате она вполне естественна и даже необходима.

С другой стороны, силы нашего организма в производстве теплоты ограничены известными пределами, изменяющимися под влиянием различных условий: чем крепче и здоровее человек, тем они шире, и наоборот. Как скоро воздух настолько холоден, что количество отнимаемой им у тела теплоты переходит эти пределы, температура тела начинает понижаться, и если охлаждающее влияние воздуха продолжается, то наступает сначала обморок, а потом и смерть; наиболее резким примером такого охлаждения может служить замерзание. В странах, температура воздуха которых постоянно или в взвестные времена года бывает ниже сказанных пределов, искусственное согревание воздуха жилых помещешии при помощи отопления становится необходимым.

Для большинства людей, т.е. для средних людей, наиболее подходящая температура окружающого воздуха 18°—20°С (14°—16° Р.). Для лиц слабых, малокровных, работающих мало физически и обыкновенно зябких, приятнее и полезнее температура в 18°—22°С (15° — 18° Р.); эта же температура предпочтительнее и для маленьких детей, значительная часть пищи которых идет на рост и тело которых, вследствие своего малого объема, легко охлаждается. Крепкие, здоровые, много двигающиеся и работающие физически люди, при надлежащей одежде, могут довольствоваться 15°—18°С (12°—14° Р.).

При этом для отопления должно избирать, по возможности, такие приборы, которые могли бы нагревать помещение не только достаточно, но и равномерно, а так как для сохранения здоровья важна не одна теплота, а также и достаточная вентиляция окружающого воздуха, то, устраивая отопление, необходимо иметь в виду и эту последнюю цель.

 

Общие понятия об отоплении 

Отопление жилых помещений, как сказано, должно преследовать две цели: нагревание и вентиляцию помещений.

Источником нагревания служит теплота, развиваемая горением топлива, состоящего из веществ, богатых углеродом и водородом. Вентиляция вызывается, во-первых, увеличением при помощи отопления, разницы в температуре наружного и вну-треннего воздуха; во-вторых, тягою дымовой трубы и потрблением воздуха горящим топливом.

Количество теплоты, доставляемое данным топливом, зависит от теплотворной его способности и от полноты его сгорания; полнота же сгорания, в свою очередь, обуславливается притоком воздуха и более или менее совершенным смешением его с горючими газами пламени.

Приток воздуха, однако, не должен быть излишний: он должен быть только соответственным. При избытке воздуха, как и при недостатке его, сгорание не будет полным: в первом случае от охлаждения топлива и пламени излишне большим количеством воздуха, во втором — от недостатка кислорода.

Но практика показала, что соответственным следует считать не то количество воздуха, которое теоретически (по рассчету химических паев) должно приходиться на полное окисление водорода и углерода топлива, а количество от 1 1/2 до 2 раз большее.

Полнотою сгорания измеряется полезное действие топлива, а степенью передачи тепла, образуемого топливом, определяется полезное действие нагревательного прибора.

Когда говорят, что полезное действие печи 40%—50%—70%, то это значит, что из всего количества тепла, развиваемого горением в ней топлива, она передает комнатному воздуху 40%—50%—70%.

Только зная количество тепла, образуемого топливом, и полезное действие нагревательного прибора, можно определить количество тепла, идущего на согревание данного помещения. Например, если кокса, нагревательная способность которого 7600 единиц теплоты, сожжено 6 фунт., а полезное действие печи 60%, то в комнатный воздух должно перейти 7600х5х0,60=22800 единиц тепла (см. ниже).

Но судить, насколько этою передачею тепла нагреется воздух помещения, возможно только тогда, когда известны условия, влияющия на температуру последнего во время нагревания, т.е. условия, производящие охлаждение помещения.

Таким образом, для правильного суждения о вопросах, касающихся отопления, необходимо предварительное знакомство с тремя сказанными факторами: нагревательною способностью различных сортов топлива, конструкцией, свойствами и полезным действием нагревательных приборов и условиями охлаждения жилых помещений.

 

Нагревательная способность топлива 

Нагревательная способность топлива определяется количеством единиц тепла (количество тепла, потребное для нагревания одной весовой части воды на 1°С, называется единицею теплоты. У нас за одиницу теплоты принято считать количество теплоты, нужное для нагревания на 1°С одного фунта воды.), развиваемых им при горении.

При полном сгорании

	Дают единиц тепла
Годовалые дрова (т.е. сохшие на воздухе в течение года и содержащие около 25% воды)	2800
Совершенно сухия дрова	3800
Высушенный на воздухе торф	3000—4000
Каменный уголь лучшого качества	7000—7500
Древесный уголь и кокс	7600
Нефтяные остатки с бакинских заводов	10650

 

Это означает, что 1 ф. годовалых дров, сгорая вполне, способен нагреть 1 ф. воды на 2800°С или, наоборот, 2800 ф. воды на 1°С; 1 ф. каменного угля — 1 ф. воды на 7000°С или 7000 ф. воды на 1°С и т.д.

Чем сырее топливо, тем меньше его нагревательная способность, потому что тем меньше в данном весе приходится на горючие составные части и тем больше тратится теплоты на испарение воды.

Полезное действие топлива зависит от устройства топливника нагревательного прибора и от тяги в дымовей трубе; тягою обусловливается количество притекающего к топливу воздуха, а топливником — распределение воздуха по топливу и большее или меньшее смешение его с горючими газами топлива (стр. 5).

Но не все тепло, развиваемое топливом при горении, передается печи и помещению; более или менее значительная часть его тратится на согревание дымовой трубы, необходимое для тяги.

Можно считать уже очень выгодным, если из всего тепла, которое топливо способно развить при его полном сгорании, пропадает только 25%, а 75% идет на согревание помещения. При неполном сгорании (в нецелесообразных топливниках) и при недостаточной поверхности нагрева печи тепла пропадает гораздо больше: 50%—60% и даже до 70% (см. ниже).

Чтобы топливо могло сгорать вполне, к нему должно притекать определенное количество воздуха, обыкновенно в 1,5—2 раза больше того, которое теоретически соответствует его химическому составу (см. выше).

Таким образом для полного сгорания: 

Одна кв. сажень употребительных в Петербурге березовых дров (длина полена около 8—9 вершков) весит приблизительно 50 пуд. или 2000 фунтов.

 

Охлаждение жилых помещений 

При плотно закрытых двойных окнах и дверях, охлаждение жилых помещений зависит от двух главных причин: а) от проведения тепла наружу теми стенами, окнами, дверьми, потолками и полами, которые соприкасаются с более холодным внешним воздухом; б) от естественной вентиляции, т.е. от проникания внутрь помещения сквозь поры сказанных стен, окон, потолков и проч. холодного внешнего воздуха.

На основании вычислений, проверенных опытом, в технике принято считать, что при 1°С разницы между наружною и внутреннею температурою 1 кв. сажень стены в 2 1/2 кирпича пропускает в час 9 единиц тепла; 1 кв. сажень деревянной стены из бревен в 6 вершк., снаружи обшитой досками и внутри оштукатуренной, — 5 ед., а 1 кв. саж. такой же стены, не обшитой досками и не оштукатуренной, — 8 ед.; 1 кв. сажень двойных окон и дверей 19 ед., 1 кв. саж. потолков или долов 3 ед. тепла.

Для естественной вентиляции можно принять (основываясь на исследованиях Петенкофера), что через 1 кв. саж. стен в 2 1/2 кирпича, двойных окон и дверей, потолков и полов средним числом проникает в час около 0,3 кубич. саж. внешнего воздуха, охлаждающих воздух помещения на 0,3х7,3 = 2,19 единиц тепла (на согревание 1 куб. саж. воздуха на 1°С требуется 7,3 ед. тепла).

Но в практике потерю теплоты от естественной вентиляции обыкновенно в рассчет не принимают, так как она с избытком возмещается теплотою, выделяемою людьми, живущими в помещениях.

Примеры охлаждения помещений в течение часа при разнице между внешнею и внутреннею температурою в 1°С:

а) Средняя комната в среднем этаже, в 10 куб. саж., с одною наружною стеною в 5 кв. саж., из которых 3,5 кв. саж. приходится на стену и 1,6 кв. саж. на 3 окна. Потеря тепла: проведением через стену 3,6х9 = 31,5 единиц, через окна 1,5х19=28,5 единиц; всего 31,5+28,5 = 60 единиц.

б) Такая же комната, но угловая и в верхнем этаже; к потере теплоты предыдущей комнаты (60 един.) нужно прибавить потерю теплоты через вторую наружную стену (без окон) в 3 1/3 кв. саж. и через потолок в 6 кв. саж.: 3 1/3х9 = 30 единиц проведением через вторую стену и 6х3 = 18 единиц проведением через потолок; вся потеря теплоты = 60+30+18 = 108 единиц.

в) Отдельный одноэтажный дом в 6 комнат, 7 саж. шириною (внутри), 5 саж. глубиною и 1,5 саж. высотою; 14 окон в 0,3 кв. саж, каждое, 2 наружные двери по 0,5 кв. саж. В рассчет должны быть приняты все 4 стены, все потолки и полы, так как все они соприкасаются с наружным воздухом. Схены вместе с окнами и дверьми 36 кв. саж., без окон и дверей 30,8 кв. саж.; окна и двери 5,2 кв. саж.; потолки и полы вместе 70 кв. саж, Потеря тепла: проведением через стены 30,8х9 = 277,2 единиц, через двери и окна 5,2х19 = 98,8 единиц, через потолки и полы 70х3 = 210 един.; всего = 277,2+98,8+210 = 580 единиц.

При разнице в температуре в 45°С (х18° внутри и — 24° снаружи) потеря тепла первою комнатою (а) будет 60х45 = 2700 един., второю комнатою (б) 108х45 = 4860 един. и отдельным домом (в) 586х45 = 26370 единиц.

Для поддержания температуры помещения на постоянном уровне, нужно только, чтобы нагревательный прибор доставлял помещению ровно столько тепла, сколько оно теряет его через охлаждение. Следовательно, чтобы температура внутри приведенного отдельного дома (в) оставалась на 18°С, при морозе снаружи в —27°С, нагревательные приборы должны давать в час 26370 единиц тепла.

Зная нагревательную способноеть топлива, полезное действие печи и величину охлаждения помещения при данных условиях, можно уже с некоторою точностью определить количество топлива, нужное для согревания помещения до желаемой тем-пературы.

Предположим, что требуется поддерживать температуру комнаты б (см. выше) на 18°С, при внешней температуре в —27°С, с помощью печи, полезное действие которой 60%. При такой разнице в температуре (45°С), комната эта охлаждается в час на 4860 един. тепла (см. выше). При сгорании в печи, обладающей сказанным полезным действием (60%), 1 фунт годовалых дров дает 2800х0,60 = 1680 единиц, 1 ф. каменного угля 7000х0,60 = 4200 единиц и 1 ф. кокса 7600х0,60 = 4560 единищь тепла. Поэтому для поддержания температуры комнаты б в течение часа на 18°С, годовалых дров потребуется 4860:1860 = около 3 фунт., каменного угля 4860:4200 = 1,16 фунт. и кокса 4860:4560 = 1,07фунт.

Таким же образом может быть вычислена потребность в топливе на весь зимний — отопочный период. Для этого, кроме вышеприведенных данных, нужно знать продолжительность и среднюю наружную температуру отопочного периода в данной местности. В Петербурге, например, топка печей продолжается около 7 месяцев или 210 дней, а средняя наружная температура за все это время равна —4°С.

При таких условиях, т.е. при средней разнице между комнатною (+18°С) и наружною (—4°С) температурою в 22°С, приведенный выше одноэтажный дом в будет охлаждаться в час на 586х22 = 12892 един. тепла, а в течение всего отопочного периода потеряет 12892х24х210 = 64975680 единиц тепла. Если топить каменным углем, то, при хороших печах, обладающих 75% полезного действия (см. ниже), один пуд (40 фунтов) каменного угля, нагревательная способность которого равна 7500 един. (см. выше), даст 7500х40х0,75 = 225000 едишщ тепла. Поэтому для отопления дома в в продолжение всего отопочного периода потребуется 64975680:225000 = 280 пуд каменного угля.

 

Полезное действие нагревательных приборов (печей) 

Полезное действие печи или то количество тепла, которое она, воспринимая от топлива, может передать помещению, зависит главным образом от величины и качества нагревательных поверхностей, т.е. поверхностей, соприкасающихся с воздухом помещения.

При 10°С разницы в темнературе между нагревательною поверхностью и комнатным воздухом, 1 кв. аршин поверхности чугунноии или железной стенки передает в час около 100 един. тепла (1 кв. фут около 19 един.); 1 кв. арш. поверхности кирпичной стенкй среднею толщиною в 1/2 кирпича и обложенной со стороны воздуха листовым железом — около 91 един. (1 кв. фут около 17 ед.); 1 кв. арш. поверхности той же стенки, обделанной изразцами — около 50 единиц (1 квадр. фут около 9 единиц).

На внутренних (камерных — см. ниже) нагревательных поверхностях передача телла происходит только через соприкосновение (теплота от лучеиспускания не попадает в помещение), а потому для них следует принимать в рассчет только 0,6 сказанных величин.

С увеличением или уменьшением разницы между температурою комнатного воздуха и нагревательных поверхностей, пропорционально (не вполне, но приблизительно) увеличивается или уменьшается и передача тепла поверхностями: напр. 1 кв. арш. чугунной поверхности при разнице в 20°С должен передавать в час 100х2 = 200, при разнице в 30°С — 100х3 = 300 един. тепла и т.д.

 

Основания для определения размеров печи в данном помещении 

Если, с одной стороны, известно охлаждение помещения в течение часа, а с другой — качество и температура нагревательных поверхностей, то на основании этих данных легко могут быть определены величина нагревательных поверхностей и размеры печи, необходимой для нагревания данного помещения до требуемой температуры.

Но так как температура нагревательных поверхностей обыкновенно не одинакова в различных частях печи и в различное время дня, и в печах, топящихся не постоянно, а только 1—2 раза в сутки, изменяется значительно, то, при определении нужной величины нагревательных поверхностей, следует иметь в виду среднюю суточную температуру поверхностей, а чтобы печь могла удовлетворять и в сильные морозы рассчет должен быть сделан именно для этих морозов.

По исследованиям Г. Ст. Войницкого, при морозе в 27°С (принятом для Петербурга за наибольший, потому что более сильные морозы бывают в этом городе только как редкое исключение) и комнатной температуре в 18°С средняя суточная тем-пература нагревательных поверхностей его печей (кирпичных, обложенных листовым железом — см. ниже), при надлежащей топке, 48°С; средняя суточная разница в температуре между печью и комнатным воздухом следовательно 30°С.

При такой разнице, 1 кв. арш. поверхности кирпичных стенок, обложенных листовым железом (печи Г. Ст. Войницкого), должен передавать комнатному воздуху 91х3 = 273 единиц тепла в час.

Для комнаты б, охлаждающейся в час, при 45°С разницы в темнературе комнатного (+18°С) и наружного (—27°С) воздуха, на 4860 единиц тепла, необходима печь с 4860:273 = 18 кв. арш. сказанных нагревательных поверхпостей.

Если некоторые из этих поверхностей внутренние (камерные), то размеры их должны быть увеличены на 0,4 (см. выше). Напр., если из сказанных 18 кв. арш. нагревательных поверхностей — наружных только 12, то внутренних должно быть не 6 кв. арш., а 6+6х0,4 = 8,4 кв. аршин.

Понятво, что на основании тех же данных могут быть сделаны и обратные заключения: о величине помещения, для которого пригодна печь с данными нагревательными поверхностями.

Для кирпичных печей другой конструкции рассчет может быть только более или менее вероятным —по сравнению с печами Г. Ст. Войницкого.

На практике всегда следует брать величину нагревательных поверхностей несколько большую той, которая выведена из вычислений, потому что вычисления эти, во всяком случае, только приблизительные.

 

Составные части большинства нагревательных приборов 

Приборы для отопления состоят обыкновенно из трех главных частей: топливника, в котором помещается и горит топливо, дымоходов со стенками (нагревательными поверхностями), выделяющими теплоту, и дымовой трубы, выводящей наружу дым, который, каг известно, состоит из продуктов разложения топлива с примесью большого или меньшего количества воздуха.

Течением дыма вверх по трубе обусловливается тяга, вызывающая приток воздуха в топливник. От устройства топливника зависит распределение притекающего воздуха по топливу и степень смешения его с горючими газами.

Сила тяги или скорость течения дыма в трубе, при равных других условиях, тем значительнее, чем больше разница в температуре между дымом и внешним воздухом и чем выше труба. Для обыкновенных комнатных печей высота трубы в 5 саж. признается достаточною. Из других условий наибольшее влияние на тягу оказывают гладкость внутренней поверхности и в особенности направление трубы: чем глаже поверхность, чем вертикальнее труба и чем меньше в ней изгибов, тем быстрее в ней течение дыма; замедляющим образом действуют дылообороты. На течение дыма в трубе действуют также многие случайные влияния: ветер, дождь, снег и т.п.

Топливник должен быть прежде всего соразмерен с тем объемом топлива, который для данного прибора может считатъся наибольшим. При несоразмерно большом топливнике между стенками его и топливом находится слой воздуха, который, мешая нагреванию стенок печи, сам отнимает от горящего топлива много тепла и уносит его в трубу.

Боковые стенки топливника должны, по возможности, прилегать к топливу и, за исключением некоторых случаев (см. ниже — камины), быть на одной плоскости с боками топочного отверстия; глубина или длина топливника должна быть не более той, какая необходима для избежания слишком сильного нагревания топочных дверец: при топке дровами, например, не более, как на 4 вершка длиннее длины полена употребляемых дров, т.е. при 9 вершковых дровах, около 13 вершков. Высота топливника должна быть не более, но и не менее того, сколько нужно для полного развития пламени, хотя в некоторых случаях, может быть, было бы полезнее (для лучшего смешения пламени с воздухом — см. ниже), чтобы верхушка пламени сплющивалась о свод. Вообще же высота топливника может считаться достаточною, если между перекрышкою (сводом) топливника и наложенным в него топливом остается пространство высотою в 1/3 высоты всего топливника.

Величина топочного отверстия (также за исключением каминов — см. ниже) должна быть только достаточна для удобного накладывания через него топлива.

Величина хайла (отверстия, ведущего из топливника в дымоходы) или хайл, если их несколько, может быть различная; но поперечное сечение хайла или сумма поперечных сечений всех хайл не должна быть меньше той ведичины, которая требуется правильным оттоком дыма и притоком воздуха.

На распределение воздуха по топливу и степень смешения его с горючими газами последнего (т.е. с дымом) самое большое влиянис окавывает устройство поддувала.

Прежде всего размеры отверстия (или отверстий) для поддувания должны соответствовать потребности в воздухе топлива, а так как эта потребность изменяется с количеством зараз сожигаемого топлива, то в поддувале должны быть приспособления для изменения величины сказанного отверстия.

Уравнение ширины топливника с шириною топочного отверстия, при поддувании через это последнее, значительно способствует более правильному распроделению воздуха по топливу, а следовательно и более совершенному сгоранию топлива; но этого одного не вполве достаточно даже при топке дровами и совсем недостаточно при топливе, промежутки между отдельными частями которого тесны, например при коксе, каменном угле или торфе.

Для этого рода топлива необходимо поддувание снизу, следовательно устройство топочной решетки и зольника с отверстием для поддувания (см. ниже). Впрочем, опыт показывает, что при поддувании снизу сгорает лучше всякое топливо, следовательно и дрова.

Но и при поддуваний снизу смешение воздуха с горючими газами товлива далеко не совершенно, а потому часть этих газов улетает, в виде дыма, в трубу.

Чтобы устранить этот недостаток, необходимы приспособления в роде тех, которые устроены с тою же целью в горелках керосиновых ламп (см. Способы домашнего освещения Д-ра Л. Симонова).

В этих последних смешение воздуха с горючими газами достигается внезапными препятствиями, противупоставляемыми течению воздуха и газов в данном направлении: при помощи пережима стекла, медного колпачка или металлической пуговки.

Для топливников одно из самых простых приспособлений подобного рода заключается в помещении хайла или, еще лучше, двух-трех хайл не в своде, а в задней и боковых стенках: при этом дым и пламя, стремящиеся, по своей легкости, кверху, должны будут отклоняться от первоначального направления и, встречаясь с током воздуха, дующого снизу, смешиваться как между собою, так и с воздухом.

Если, в то же время, свод топливника спущен настолько, что верхняя часть пламени сплющивается на нем (как на пуговке керосиновой горелки), то смешение будет еще полнее.

В топливнике Гейзера (см. рис.), например, смешение пламени и дыма с воздухом производится при помощи маленького поддувального отверстия (к) в верхней части топливника. Топливо кладется на решетки б и с через топочное отверстие е; закрываемое затем откидною дверцою; для поддувания служит отверстие в, снабженное также откидною дверцою; воздух притекает в двух направлениях, показанных стрелками. В то же время через отверстие к, остающееся более или менее открытым во время топки, ток воздуха опускается по каналу i (нагреваясь между его стенками) и смешивается с пламенем и дымом, накапливающимся в пространстве и. Буквою х означено хайло, а буквою м — дымовая труба.

Топливник Гейзера: е — топочное отверстие; б и с — две решетки; а — зольник; в — нижнее поддувало; к — верхнее поддувало; i — канал, ведущий от поддувала к в топливник; и — пространство под каналом i; х — хайло; м — дымовая труба.

 

Но топливник Гейзера очень сложен, а потому мало практичен. Гораздо проще достигает тех же целей, т.е. удовлетворительного сгорания топлива, архитектор Свиязев, направляя поддувание воздуха сверху косвенно вниз — см. ниже описание его топливника.

 

Употребительные способы отопления 

Для жилых помещений употребляются следующие способы отопления: I) отопление каминами и комнатными печами; II) отопление воздухом, нагретым при помощи калориферов; III) отоление нагретою водою; IV) отопление водяным паром; V) смешанное отопление — водою и паром. В последних четырех способах нагретый воздух, вода или пар проводятся в жилые комнаты из особого центрального помещения.

 

Комнатные печи 

В печах нагревание помещения происходит не непосредственно пламенем горящого топлива, а поверхностью нагретой массы печи. Поэтому, в печах, кроме дымовой трубы и топливника, очень важную роль играют качество и количество материала, из которого построена масса печи, равно как величина и расположение нагревательных поверхностей печи.

В этом отношении печи могут быть разделены на два резко отделяющихся между собою типа: печи с малою теплоемкостью — металлические, чугунные или железные, и печи с большою теплоемкостью — из обожженной глины, т.е. кирпичные, терракотовые и т.п.

 

Металлические печи 

Металлическия печи удобны в том отношении, что при малом объеме могут нагревать сравнительно большое пространство и что, нагреваясь сами скоро, они также скоро нагревают п помещеяия, в которых стоят.

Но эти их достоинства в значительной мере превышаются их недостатками. Для постоянного нагревания они должны быть топимы непрерывно. Большинство их нагревается и нагревает окружающий воздух слишком сильно; многие из них, например употребительные у нас чугунные печи, нередко даже накаливаются до красна. Нагревание же поверхности печи выше 120°С (96° Р.) или даже выше 100°С (80° Р.) действует уже вредно, заставляя пригорать органическую пыль, всегда существующую в воздухе, и через это распространяя в помещении не только пригорелый запах, но и вредные для здоровья продукты горения: углекислый газ и окись углерода (угар).

Особенно вредны в этом отношении легко накаливающиеся чугунные печи, так как при накаливании чугуна часть входящего в его состав углерода, окисляясь в соприкосновении с воздухом, превращается в окись углерода.

При этом, нагревание металлическими печами неравномерно не только во времени, но и в пространтве, так как, всдедствие очень быстрой передачи ими теплоты, воздух помещения не успевает своевременно перемешиваться, и ближайшие к печи слои его постоянно остаются гораздо сильнее нагретыми, чем более отдаленные.

Впрочем, большая часть из этих недостатков может быть значительно ослаблена, а некоторые и совсем устранены рациональным устройством печи.

Главное, что требуется — это замедление горения топлива настолько, чтобы наружная поверхность печи, соприкасающаяся с комнатным воздухом, никогда не нагревалась выше 100° или, по крайней мере, 120°С; для этого топку следует приспособить так, чтобы она могла продолжаться долго без подкладывания нового топлива.

Цель эта в настоящее время более или менее достигнута, например, в печи Гоншеля, вертикальный разрез которой изображен на рис, 6-м: мн — зольник с выдвижным ящиком (и); аааа — чугунный цилиндр, ооставляющий наружный покров или кожух печи и укрепленный нижним концом вокруг топочной решетки АВ; верхний открытый конец цилштдра запирается герметическою крышкою б. Внутри этого цилиндра вставлен меньший цилиндр вв из котельного железа, открытый с обоих концов; нижний конец остается открытым и не доходит до решетки; верхний же конец, как и в дилиндре аааа, снабжен крышкою (е). В нижней части цилиндра аааа проделано отверстие к, служащее для разжигания топлива и по окончании растапливания закрываемое герметическою дверцою; верхняя часть цилиндра аааа сообщается с дымовою трубою i, снабженною клапаном, посредством которого может быть регулируема тяга. Сняв крышки б и е, цнлиндр вв наполняют топливом, которое, понятно, прежде воего падает на решетку АВ; после этого снова закрывают крышки е и б и растапливание производят через отверстие к, которое затем также плотно закрывается. Поддувание воздуха происходит снизу, под решетку, через более или менее открытый ящик зольника; продукты горения, как показывают стрелы на рисунке, подымаются по промежутку между цилиндрами и уходят в трубу i; для предупреждения застаивания дыма в верхней части цилиндра аааа служит трубочка а, соединяющая эту часть цилиндра с дымовою трубою.

Металлическая печь Геншеля и решетка к печи

Так как воздух, вместе с дымом, направляется в промежуток между цилиндрами уже в нижней части печи, то горит только самая нижняя часть топлива, остальные же только согреваются. По по мере сгорания нижших слоев топлива, оседают и, в свою очередь, сгорают слои, лежащие над ними, и т.д. до истощения топлива.

Такаим образом, раз наполненная топливом печь может топиться 24—36—48 часов, смотря по тому, как регулирована тяга; регулируется же тяга большим или меньшим открыванием клапана дымовой трубы (i) и соответственным вдвиганием или выдвиганием ящика (и) зольника.

Удобнее всего накладывать новое топливо прежде, чем пригорело старое: в таком случае нет надобности в новом растапливании (печь будет топиться, не потухая, неопределенное время). Но перед наложением нового топлива решетка должна быть хорошенько прочищена. По временам (раза 3 — 4 в сутки) прочищать решетку следует и во все время топки.

Для удобства прочистки, решетка устроена из двух частей (рис. 7-й): верхней неподвижной или собственно решетки (1, 2, 3, 4 на рис. 7-м), лежащей в АВ на рис. 6-м, и нижней подвижной (5, 6, 7, 8 на рис. 7-м), вставленной под АВ рис. 6-го; последняя, при помощи ручки н, может вращаться горизонтально в обе стороны. Когда нижняя подвижная часть решетки находится в нормальном положении, показанном на рис. 7-м, — вся решетка образует довольно тесные промежутки, позволяющие проходит в зольник только мелким остаткам топлива; если же нижнюю часть решетки повернуть так, чтобы 5 и 7 ее стали против 2 и 4, а 6 и 8 против 3 и 1 верхней решетки (рис. 7-й) то промежутки увеличиваются настолько, что сквозь них могут падать в зольник и более крупные остатки топлива. Таким образом для прочистки нужно только ручку н повернуть несколько раз в обе стороны.

Топить этого рода печи можно только топлмвом, горящим без пламени, например коксом.

Во нзбежание угара следует наблюдать, чтобы после наложения топлива и во все время топки крышка б (рис. 6-й) закрывала верхнее отверстие цилиндра аааа вполне герметически: с этою целью крышка снабжена завороченными вниз (как у верхней крышки вьюшек) краями, которые погружаются в сухой песок, наполняющий соответствующий круглый желоб на верхнем конце цилиндра аааа.

Для предотвращения раскаливания металлических (чугунных) печей, поверхности их, обращенные в согреваемые помещения, снабжают ребрами, которые, увеличивая значительно (в 4—5 раз) наружную поверхность печи, способствуют понижению ее температуры — ускорением передачи тепла окружающему воздуху: увеличение поверхности печи ребрами в 3—5 раз ускоряет эту передачу в 1,7— 3 раза.

Из печей этого рода, между прочим, известны печи Герни (Gurney) и Креля.

Печи Герни, имеющие вид цилиндров с вертикальными ребрами, не вполне достигают сказанной цели, так как ребра их расставлены редко (на разстоянии около 1 дюйма) и одинаковой толщины по всей высоте (см. рис. 74-й), вследствие чего во время сильной топки промежутки между ребрами накаливаются до красна.

Гораздо рациональнее печи Креля (см. рис. 8-й и 9-й), более часто насаженные ребра которых постепенно утолщаются от вершины к основанию, вследствие чего теплота, распределяясь равномернее, не доводит металла до раскаливания. Притом, печи Креля снабжены также внутренними ребрами (рис. 9-й), способствующими восприятию и передаче теплоты.

Заслуживает внимания маленькая переносная печь (poele mobile) русского инженера Шуберского, изобретенная им в Париже в памятную там по своим морозам зиму 1879—80 года. Кроме внутреннего устройства, печь эта отличается, между прочим, тем, что труба ее (надеваемая на патрубок печи), подобно наставной самоварной трубе, для своего действия не нуждается в плотной заделке ее в дымовую трубу помещения: достаточно вставить свободный конец трубы в отверстие топливника постоянной печи или камина (при открытой трубе, конечно), а если нет таковых в комнате, то в любое отверстие, сообщающееся с наружным воздухом. Обстоятельство это дает возможность передвигать печь с неста на место, хотя бы несколько раз в день (печь на колесах). При очень слабой тяге и малых размерах нагревательной поворхности, печь Шуберского не может, конечно, давать значительного количества тепла; но для климатов, подобных парижскому, она вполне достаточна, а следовательно может быть с пользою применена и у нас на юге. В северных и средних губерниях печь Шуберского, где нужно, может служить дополнением к постоянным печам (вместо употребляемых с этою целью вредных чугунных печей). Она довольно красива (в форме тумбы, покрытой черной мраморной крышкою, с никелевыми украшениями), но дорога: 100 фр. в Париже (фабрика 189 Avenue de Victor Hugo).

     

Чугунная печь Кроля. Справа: поперечный разрез печи

Вообще же, как бы ни было совершенно устройство металлических печей, для отопления жилых помещений, нуждающихся в постоянной равномерной температуре, им следует предпочитать кирпичные, обладающия гораздо большею теплоемкостью и потому передающие теплоту медленнее, но равномернее.

 

Приспособления против ветра 

На тягу дыма в трубах оказывает большое влияние ветер; влияние его премущественно заметно на трубах, стоящих по скату крыши ниже ее коня, или на трубах, расположенных ниже стен соседних зданий. Поэтому над, трубами такого рода делаются надлежащей высоты надставки из листового железа.

Костыль из листового железа, насаживаемый в дымовую трубу: с — цилиндрическая часть; а в — колено; два различных направления ветра: от  а  к  е  и  от  о  к  в.  

Справа: Флюгарка; а — часть, которою флюгарка вставляется в дымовую трубу; в — ось, на которой вращается флюгарка; бо колено флюгарки; и — гребешок. При направлении ветра л флюгарка должна поворачиваться так, как показано на рисунке, при направлении ветра м — в противоположную сторону.

Конусообразный колпак: а — колпак; в — штифт, на котором сидит колпак. В А колпак в покое; в В он приподнялся со стороны е под влиянием ветра, дующого от и к i, При ветре м (снизу) колпак часто срывается.

В высоких и вполне вертикальных трубах (напр. фабричных) влияние ветра может быть предотвращено известным сужением (не превосходящим пределов потребности в тяге) верхнего конца трубы. Но в трубах комнатных печей, имеющих обыкновенно не сильную тягу, одного этого недостаточно: нужны особые приспособления, между которыми наиболее известны костыли и флюгарки.

Хорошо действует конусообразный колпак из листового железа (рис. 69-й), висящий на стержне а в; действие его понятно из рисунка (В); но колпак этот нередко срывается ветром, дующим снизу вверх (м в А).

Из множества других приспособлений одно из самых простых и прочных — прибор архитектора И. Свиязева, изображенный на рисунке: А вертикальный, В горизонтальный разрез прибора, состоящего из склепанных между собой посредине (е) накрест достаточно толстых железных листов, покрытых сверху крышкою и к. Прибор вставляется в трубу, как показано на рисунке. Когда ветер дует по направлению i (В), свободными для дыма остаются три промежутка: аее, сео и део; при ветре м — два промежутка: аес и сео.

Прибор Свиязева для защиты дымовой трубы от ветра: см. текст.

 

Комнатные нефтяные и газовые печи 

Нефть при сгорании образует почти в четыре раза более единиц тепла, чем дрова; цена нефти в России в настоящое время очень низка. Поэюму распространение отопления нефтью было бы желательно.

На паровых судах Каспийского моря и на некоторых железных дорогах оно теперь действительно входит в употребление.

Сделаны попытки и к применению нефти для домашнего отопления; между прочим, несколько комнатных печей с нефтяным отоплением (или их моделей) было на выставке предметов освещения 1887—88 г. в С.-Петербурге («Омега» Земленицкого; печи торгового дома Макарова, Нобеля, Дьякова и др.); но ни одной из существующих комнатных нефтяных печей пока нельзя рекомендовать — по причине сложного ухода за ними. Небольшие керосиновые кухни известны всем.

Отопление газом очень удобно: по чистоте, по отсутствию почти всякого ухода, по легкости управления отоплением. Но употреблению газа, как средства для отопления помещений, пока еще мешает его дороговизна; 1000 куб. фут. газа по количеству развиваемой ими при горении теплоты соответствуют менее, чем 2 пуд. (1,7) каменного угля, а между тем стоимость 2 пуд, каменного угля (1000 куб. фут. газа для отопления в Петербурге стоят 1 р. 60 к.),

Но для известных целей, например для лабораторий и для кухон, газ и в настоящое время может быть не только удобным, но и выгодным топливом, потому что дает возможность продолжать отопление не более того, сколько нужно.

Комнатные печи для отопления газом делаются или в форме каминов, или небольших, большею частью круглых, чугунных или железных печей.

Так как пламя газа дает очень мало лучистой теплоты, то газовые камины не выгодны; для увеличения отражения ими лучистой теплоты, их внутри обыкновенно выкладывают гофрированными медными листами, а пламя иногда пускают между кусочками асбеста; это придает пламени яркость и камину приятный вид, но увеличивает теплоту немного.

Газовые печи, во всяком случае, выгоднее каминов.

Если печь небольшая (с малым количеством рожков) и топится недолго, то она может быть и без трубы; но там, где пламя большое или топка несколько продолжительная, печь непременно должна быть соединена с дымовою трубою, потому что продукты горения газа вредны.

И при иастоящей стоимости газа, газовые печи могут быть выгодны в тех случаях, когда требуется быстрое согревание помещения на короткое время. Но, как сказано выше, газ преимущественно удобен для химических или физических лабораторий и для небольших кухонь.

На рисунке показана небольшая газовая плита в одну канфорку, а на следующем рисунке газовый прибор для жарения на вертеле.

Для устранения копоти, газ смешивается с воздухом перед выходом его из рожков, как в Бунзеновской горелке.

Газовая плита в одну канфорку

 

Газовые кухни можно советовать всем тем, у кого газ проведен в квартиру: при петербургской цене газа для отопления выигрыш не только в чистоте и удобстве, но и в экономии отопления.

В С.-Петербурге, в магазине «Общества столичного освещения (Мойка, 64), продаются: газовые камины 15 руб. (переносный Рубена), 45 р. (Леклерка, Байли и Фонтена в 12 отверстий), 75 р. (Видау в 20 отверстий) и 125 р. (Флетчера, с асбестом, в 20 отверстий); газовые печи от 90 р. (Кутчера в 50 отверстий, переносная); маленькие газовые кухни — в 1 горелку (Вэле) 3 р. 75 к., 4 р. 50 к. и 6 р. 50 к., в 3 горелки 15 р. (Вьельярда) и 18 р. 50 к. (Водде, с жаровней для кофе); настоящие кухонные очаги — 85 руб, (Вэле, 6 горелок), 120 руб. (Вэле, 8 горелок) и 125 руб. (Вьельярда, 8 горелок); канфорки для нагревания утюгов (удобны) — 6 р. 50 к. (1 горелка) и 8 р. (2 горелки).

Газовый прибор для жарения на вертеле

Назад в раздел