Кто бежит по трубам?

Почти в каждой комнате каждого дома прямо из стены выходят длинные трубы. Они бегут вдоль стены, изгибаются, встречают на своём пути загадочные препятствия и ныряют в неизвестность. Откуда они бегут? И от кого убегают? Как и зачем они попали в твой дом? Почему они так часто следуют вдвоем, и что за ворчание доносится из их таинственных внутренностей?
Давай разбираться вместе.

Наверняка ты замечал, что самыми разговорчивыми трубы становятся зимой, когда за окном — снежно и морозно. В эти месяцы трубы, пробегающие по твоей комнате, ворчат чаще обычного, и даже на расстоянии чувствуется исходящее от них тепло. Действительно, трубы эти давным-давно придумали для того, чтобы согревать дом в холодные месяцы — то есть для отопления.

История у труб такая же длинная и извилистая, как они сами. Сложно даже заподозрить, насколько отважные путешественники эти две трубы, пробегающие через твой дом: на своём пути они встречают удивительные и сложные механизмы, подымаются высоко в воздух и ныряют глубоко под землю, разветвляются на множество рукавов и встречаются снова. Но узнавать их историю интереснее по порядку — с самого начала.

Первые трубы для отопления проложили в своих домах древние греки больше двух тысяч лет тому назад, и где-то за сто лет до нашей эры научили своему искусству древних римлян. Греки и римляне выдалбливали в каменном полу длинные полости, а в подполье прятали специальные отопительные печи. Дым из печей устремлялся в полости, наполнял их и разогревал докрасна. Каменные плиты, покрывающие полости сверху, тоже становились горячими, и еще долго после того, как печь потухнет, пол оставался тёплым и нагревал всё помещение. Такое устройство называлось «гипокауст»и стоило так дорого, что устанавливали его только в общественных банях и — крайне редко — в парадных комнатах самых состоятельных граждан государства.

В Корее, начиная с первого века нашей эры и до сих пор, используется похожая система под названием «ондоль». Специально для отопления кухня в корейских домах строится на метр ниже, чем все остальные помещения — как бы погружается в землю. Дым из кухонной печи прямо из-под чана с рисом устремляется в трубу. Широкая и добротная, эта труба ныряет в простенок, изгибается в подполье - и нагревает полости в глиняном полу соседней комнаты. Но корейцы нагревают не весь пол, а только отдельные зоны — те, где люди чаще всего работают, едят или спят. Поэтому в Корее долгое время было не принято использовать ковры и даже кровати — люди спали на теплом полу, просто укрывшись одеялом. Самый дорогой гость укладывался на самое горячее место пола, поближе к кухонной стенке.

Дым от печей пропускали сквозь спрятанные в полу трубы и в Испании — там это устройство называлось «глория». А вот в Китае печка нагревала только небольшое кирпичное ложе с полостями внутри и называлась «дикан», очень напоминая нашу русскую печку с лежанкой.

Совсем иначе была задумана отопительная «русская система», появившаяся через полторы тысячи лет. В России придумали дым из печи не использовать вовсе. По воздухозаборной трубе — шахте — воздух захватывался с улицы холодным и чистым. По трубе он устремлялся к раскаленной поверхности печи, нагревался её теплом и по кирпичным каналам проводился в комнаты на разные этажи здания. Комнаты прогревались, а воздух через вытяжные каналы поступал вверх - обратно на улицу. Так как горячий воздух легче холодного, такая система работала сама собой, без помощи техники. Именно с помощью «русской системы» отапливалась Грановитая палата Кремля в 15 веке.

В 19 веке дома становились всё более многоэтажными, и инженеры задумались над устройством системы отопления для больших домов и даже для целых улиц — центрального отопления. В 1799 году русский инженер Николай Львов предложил конструкцию из труб, по которым воздух циркулирует (то есть не вытекает на улицу, а ходит по замкнутому кругу) и нагревает целое здание, а в 1821 году немецкий профессор Мейснер написал известную среди инженеров того времени книгу «Руководство к отоплению зданий гретым воздухом», в котором описывал похожий механизм.

Инженер Иван Уттермарк предложил устройство из множества изогнутых медных труб, проходящих сквозь печь и выходящих затем прямо в помещение. Комнатный воздух, проходя через эти трубы, нагревался и выходил наружу тёплым. Такая система работала быстро и надежно. Однако и материал для труб требовался уж очень дорогой, и пыль, оседавшая на медные трубы, быстро сгорала и наполняла комнату неприятным запахом.

В 1835 году Николай Аммосов предложил свой способ проложить металлические каналы с нагретым воздухом через отапливаемые комнаты. Аммосовские печи стали обогревать Императорскую Академию художеств, а затем — Зимний дворец, Эрмитаж и Придворный манеж. Однако, сложные в конструкции и дорогие в установке, эти печи также раскалялись и портили драгоценные росписи на стенах, а пригоревшая пыль взлетала с металлических каналов и покрывала помещение слоем черной сажи.

Словом, раскаленные дымом или горячим воздухом трубы нагревались слишком сильно, работать с ними было трудно и небезопасно. Инженеры задумались, нельзя ли использовать вместо нагретого воздуха что-то менее горячее — и придумали! Одни ученые предложили использовать водяной пар, а другие — пустить по трубам горячую воду.

Для устройства парового отопления устанавливают котёл, воду в котором дровами, углем или электричеством разогревают до кипения. Пар, выходящий из котла, немного охлаждают, чтобы работать с такой установкой было безопаснее, и гонят затем по трубам и батареям. Охлажденный водяной пар далеко не такой горячий, как дым в печи или воздух, раскаляющийся от близкого контакта с огнём.

Остывший пар оседает на стенках труб водяными каплями, которые с помощью насоса накачиваются обратно в котёл. Есть, однако, мастера-умельцы, которые всю систему труб устанавливают с небольшим наклоном, и капли сами стекают в котел без помощи насоса. Если в комнате становится слишком жарко, температуру пара понижают или выключают котёл вовсе. В Российской империи такой паровой установкой отапливались теплицы и оранжереи, а в Нью-Йорке паровое отопление прижилось настолько, что действует и по сей день.

Отопление горячей водой, бегущей по трубам, впервые устроил в 1675 году английский инженер Эвелин, пропуская нагретую в котле воду по металлическим трубам и поддерживая нужную температуру в оранжерее с теплолюбивыми растениями.

Следующим ученым, заинтересовавшимся усовершенствованием водяного отопления и придумавшим использовать для циркуляции воды в трубах силу притяжения — гравитацию — стал французский физик Боннеман. Интересно, что его первая в мире гравитационная водяная система отопления — наполненное водой кольцо из металлической трубы, установленное вертикально и имеющее в одной из боковых сторон устройство для подогрева воды — была разработана для… инкубации куриных яиц! Так что можно сказать, что первыми жильцами дома с водяным отоплением стали французские цыплята.

Пётр Первый - русский царь, интересовавшийся европейскими научными новинками, - приказал использовать такую систему для отопления своего Летнего дворца в 1714 году, однако ещё более ста лет водяным отоплением прогревали только теплицы и зимние сады.

Обогревать жилые помещения водой предложил русский профессор Пётр Григорьевич Соболевский в 1834 году. Но только сорок лет спустя получилось построить по его чертежам квартиру, в которой вода нагревалась на кухонном очаге, бежала по трубам, замаскированным под декоративные колонны, и возвращалась обратно в котёл. Это была победа! Удобное, чистое устройство, которое равномерно нагревает каждую комнату — стоит только поддерживать огонь в печи.

Однако совсем скоро и топить печь стало необязательным. Многим захотелось иметь в квартире такое замечательное устройство, как отопительные трубы. А зачем каждому соседу топить свою, отдельную печь и нагревать свой собственный котёл, если можно договориться и делать это по очереди, а тепло по трубам из печи пускать сначала в одну квартиру, а затем в другую, третью, и только потом возвращать остывшую воду в котёл? Так появился прадедушка центрального отопления — система, когда один котёл нагревает воду для труб, пробегающих по нескольким квартирам или даже по двум-трем домам.

В двадцатом веке центральное отопление перестало быть редкостью. Рядом со многими домами появилась пристройка — котельная — из которой горячая вода или пар по трубам подавались во все жилые комнаты и, остыв, возвращались в котельную. Котёл нагревали, сжигая уголь, торф или дрова, а в котельной работал специальный человек — истопник — вовремя подбрасывавший топливо и поддерживавший воду в котле горячей.

Сейчас воду нагревают более удобным и при этом экологически чистым топливом, газом, и по трубам чаще всего бежит именно вода, а не пар. На пути её устанавливают радиаторы, или батареи — наверняка ты видел их под каждым окном в твоей квартире. Это нужно, чтобы вода проделала более длинный и извилистый путь в твоей комнате и успела отдать радиатору больше тепла. Делают радиаторы из чугуна или алюминия, а на современных радиаторах-батареях чаще всего стоит краник, позволяющий регулировать скорость подачи горячей воды сквозь радиатор, а значит, и скорость нагрева твоей комнаты.

Чугун — тяжелый и прочный материал, чугунные радиаторы служат десятилетиями и не портятся от ржавчины. Такие радиаторы накапливают в себе много тепла и долго, понемногу отдают его наружу. Чугунный радиатор нагревает комнату плавно и равномерно, и дольше останется горячим, даже если воду временно отключили. Первые радиаторы были именно чугунными, и мастера украшали эти громоздкие устройства литьем и орнаментами. Выглядели они, правда, совсем непохоже на батареи в твоей квартире — это были широкие трубы с вертикальными дисками для увеличения площади поверхности, с которой тепло передается в воздух.

В России первый завод по производству радиаторов появился в Санкт-Петербурге в конце 19 века, и прадедушку твоей батареи, произведенного больше ста лет назад на этом заводе, ты можешь и сейчас увидеть в Царском селе на даче великого князя Бориса Владимировича — он исправно обогревает комнату до сих пор!

А ещё одна известная многим россиянам батарея расположена у входа на территорию электростанции в городе Самара. Там стоит памятник батарее-радиатору, создан он в честь 150-летия изобретения батареи. Памятник изображает чугунный радиатор и над ним - греющуюся на подоконнике кошку.

Однако чугунные батареи трудно устанавливать и ремонтировать — они тяжелы и неповоротливы. Кроме того, чугунные стенки внутри радиатора остаются шершавыми и с годами накапливают на себе налёт, который практически невозможно счистить.

Радиаторы из алюминия — лёгкие и компактные, но гораздо быстрее портятся от ржавчины, а самое главное — алюминий при контакте с водой образует газ водород, из-за которого давление в радиаторе может стать слишком высоким и разорвать его на части. Поэтому поверхность алюминиевых радиаторов тщательно покрывают специальными веществами-полимерами. Для прочности и эффективности нагрева в алюминиевые радиаторы вставляют стальные пластины; работать с прочной и твёрдой сталью куда сложнее, чем с мягким и податливым алюминием, зато служат такие радиаторы дольше и лучше держат тепло.

Радиаторы чаще всего стоят под окнами из-за того, что именно через оконное стекло в комнату быстрее всего проникает холод, а значит, и воздух здесь больше всего нуждается в нагреве. Кроме того, как ты уже знаешь, горячий воздух поднимается вверх, а холодный — опускается вниз, поэтому греть его — и устанавливать радиатор - нужно как можно ближе к полу. Нагретый воздух поднимется к потолку, холодный опустится к батарее, нагреется от неё и поднимется вверх, а остывший тем временем под потолком воздух опустится вниз и начнёт снова нагреваться… Такое перемешивание воздуха называется конвекцией, а отопление в наших квартирах можно назвать конвекционным. Подумай, а что бы происходило, если бы батареи устанавливали под потолком?

С каждым годом становится всё больше домов, этажей и квартир, а значит, нужно подавать в них горячую воду для отопления. Но ты, наверное, заметил, что рядом с многоэтажными новостройками редко увидишь домик с надписью «Котельная», и вряд ли ты встречал такого человека, как истопник. Почему?

Последние десятилетия вода разогревается и превращается в пар в гигантских котельных - на теплоэнергоцентралях (коротко их называют ТЭЦ). В этих ТЭЦ пар, поднимающийся из котлов, вращает огромные колеса-турбины и вырабатывает электричество, и уже потом используется для нагрева воды, которая побежит по трубам системы отопления, чтобы поддерживать в квартирах комфортную температуру — как правило, 20-22 градусов.

Разогретая вода устремляется от ТЭЦ по трубопроводам, разветвленным по всему городу, причем рядом всегда устанавливаются две трубы — одна с горячей водой, бегущей от котла в дом, другая с холодной, бегущей обратно. Такая пара труб называется «теплотрасса». Иногда на пути труб встречается накопитель горячей воды — коллектор, от которого множество теплотрасс лучиками разветвляются по нескольким направлениям. Трубы обмотаны толстым слоем утеплителя, чтобы хранить свою температуру, как в огромных длинных термосах.

Утепляют трубы в несколько слоёв, оборачивая их стекловатой (подушкой из тонких стеклянных ниточек-волокон), рубероидом (пропитанным нефтью картоном), пенополиуретаном (пластмассовой пеной), пластиком и даже знакомым тебе по пакетам из магазина полиэтиленом. Такая многослойная «одежда» надёжнее защищает трубу от потерь тепла.

Иногда теплотрасса проходит над землёй, и трубы приподнимают на опорах, чтобы не отдавать земле лишнее тепло и не мешать движению людей и машин. А если теплотрасса проведена под землей, то зимой ты можешь увидеть дорожку зелёной травы посреди сугробов — это труба с горячей водой разогревает почву. Чтобы не терять слишком много тепла на нагрев земли по пути, да и для облегчения ремонта, для некоторых теплотрасс копают специальный широкий тоннель, как правило, залегающий довольно глубоко — например, в Москве под Таганской площадью теплотрасса проходит на глубине 7 метров, а под улицей Большая Дмитровка ствол теплотрассы углублен на целых 26 метров. Глубинные теплотрассы для надежности окружаются горнопроходческим щитом — прочной металлической крепью, со всех сторон защищающей теплотрассу от повреждений.

Вода, бегущая по трубам, успевает остыть, поэтому теплотрассы обычно прокладывают не дальше 20-40 километров. На пути её довольно часто устанавливают плотные задвижки, чтобы иметь возможность перекрыть воду в части теплотрассы и отремонтировать трубу.

В наши дни во многих странах существует день отопления, или праздник обогревательных батарей — 1 октября. Это день, когда из-за наступления холодов в большинстве европейских регионов начинают отапливать здания. А вот в России климат разных областей отличается настолько сильно — где-то холода приходят уже в августе, а где-то и в ноябре стоит тёплая погода — что невозможно выбрать один подходящий для всех день, и действует общее правило: зимнее отопление включают, как только средняя температура воздуха продержится в течение пяти дней не выше 8 градусов.

Бегущая по трубам горячая вода делает комнату тёплой и уютной, и для этого совсем не надо топить печь дровами или разводить костёр посреди квартиры. Таким удобным и чистым нагрев дома сделала смекалка инженеров и умелые руки мастеров.