Topení archivy – Stavba domu

V tomto článku se podíváme na velmi důležitou problematiku vytápění kamenných a zděných staveb v dřívějších dobách.

Kachlová kamna na sídlišti Kuskovo.

V době psaní těchto řádků je teplota za mým oknem -36 stupňů. Mimo město -48gr. Takové mrazy si pamatuji naposledy před 12 lety. Počasí v těchto letech zkazilo i jižní oblasti východní Sibiře.
Při takto nízkých teplotách je otázka spolehlivého a účinného vytápění velmi akutní. V našem technickém věku se ve většině případů jedná o ohřev vody z tepelných elektráren (ve městech), nebo různé typy kotlů na paliva (pokud se jedná o soukromý dům). Na vesnicích je vše po staru: zděná pec s částmi pece ústící do všech místností, topeniště se dřevem.
Jak se ale za starých časů vytápěly obrovské cihlové paláce?

Interiéry starých budov s velkými místnostmi a sály:

Kachlová kamna v letohrádku Petra I. Vzniká dojem, že tato kamna nejsou na svém místě, respektive nejsou součástí návrhu paláce.

Aby bylo možné efektivně vytápět budovu, musí být taková kamna instalována v každé místnosti.

Ve vesnickém domě ze dřeva je vše jednodušší, umístí kamna do středu budovy:

Kamna vytápí a vytápí všechny místnosti.

Nebo je to ještě jednodušší, v domě je jedna místnost s ruským sporákem uprostřed:

Existuje verze, že kamna nebyla pro takové paláce a sály vůbec určena. Byly instalovány později, z beznaděje, kdy se klima změnilo na ostře kontinentální s nízkými zimními teplotami. Mnoho kamen v palácích skutečně vypadá zvláštně a nepatřičně. Pokud před stavbou takové budovy existoval projekt, pak se na projektu vytápění zjevně nikdo nepodílel.
Oficiální verze o mnoha palácích říká, že většina z nich byly letní paláce, kam se stěhovali pouze v teplé sezóně.

Podívejme se na průběh vytápění na příkladu Zimního paláce

Zbrojnice Zimního paláce. Vytápění takových hal je i nyní úkolem pro projektanty.

Vytápění Zimního paláce bylo zpočátku očividně kamenné. Obytné prostory byly vytápěny krby a holandskými kamny, v postelích byly umístěny láhve s teplou vodou – uzavřené pánve s uhlíky.

Ve spodním patře Zimního paláce byla instalována velká kamna, jejichž teplý vzduch měl vytápět místnosti ve druhém patře. V hlavních dvoupatrových sálech byla instalována také vícepatrová kamna s dekorem
Ale pro velké místnosti se takový topný systém ukázal jako neúčinný. V jednom z dopisů napsaných v zimě roku 1787 hrabě P.B. Šeremetěv sdílí své dojmy: „a zima je všude nesnesitelná. Všechno jsou to malé dírky a kamna jsou jen pro parádu a nejsou vůbec zamčená.“ Nebylo dost tepla ani pro komnaty královské rodiny umístěné ve druhém patře, nemluvě o 3., kde bydlely dvorní dámy. „U příležitosti majestátního chladu“ bylo čas od času dokonce nutné zrušit plesy a recepce – ve dvoupatrových reprezentačních místnostech teplota v zimě nestoupla nad 10–12 ° C.

Obrovská pec Zimního paláce spotřebovala hodně palivového dřeva (v zimě se v peci topívala dvakrát denně) a představovala vážné nebezpečí požáru. Přestože byly komíny čištěny „se zavedenou frekvencí a zvláštní péčí“, katastrofě se nedalo vyhnout.
Večer 17. prosince 1837 vypukl v Zimním paláci požár, který se podařilo uhasit až do 20. Podle vzpomínek pamětníků byla záře vidět několik kilometrů daleko.

V procesu obnovy paláce se rozhodli změnit vytápění kamen na vytápění vzduchem (nebo jak se tehdy nazývalo „pneumatické“), vyvinuté vojenským inženýrem N.A. Ammosov. V té době již byla kamna jeho konstrukce testována v jiných objektech, kde vykazovala vynikající výsledky.

Topeniště s veškerým oběhem kouře z železných trubek bylo v Ammosově peci umístěno ve zděné komoře s průchody, v jejichž spodní části byly otvory pro vstup do komory nejčerstvějšího venkovního vzduchu nebo recirkulačního vzduchu z vytápěných místností. V horní části komory pece jsou větrací otvory pro odvod ohřátého vzduchu do vytápěných místností.

„Jedna pneumatická kamna v závislosti na velikosti a pohodlnosti umístění bydlení vytopí od 100 do 600 metrů krychlových. kapacita sáhů, nahrazující 5 až 30 holandských pecí“

Dalším zásadním rozdílem mezi systémem Ammos je snaha doplnit vytápění větráním. Pro vytápění ve ventilačních komorách se používal nejčerstvější vzduch odebraný z ulice a pro odvod odpadního vzduchu z prostor byly ve stěnách instalovány otvory napojené na ventilační kanály, které „slouží k odvádění dusna a vlhkosti z místnosti. “ Kromě toho byly ve stěnách vyrobeny náhradní nebo náhradní kanály – pro budoucnost. Připomeňme, že v roce 1987 bylo při průzkumu celého komplexu budov Městské Ermitáže nalezeno asi 1000 kanálů pro různé účely o celkové délce asi 40 km (!).

Zbytky Ammosovovy pece v Malé Ermitáži. Topeniště a vstup do vzduchové komory

Zakladatel termochemie G. I. Hess tedy provedl zkoušku Ammosovových pecí a dospěl k závěru, že jsou zdraví neškodné. Na „pneumatické vytápění“ bylo přiděleno 258 000 rublů. a proces začal. V suterénech paláce bylo instalováno 86 velkých a malých pneumatických pecí. Ohřátý vzduch stoupal „tepelnými“ kanály do hlavních hal a obytných místností. Výstupní místa topných potrubí byla doplněna měděnými mřížkami na průduchy, zhotovenými podle výkresů projektanta V.P. Stašová:

Na svou dobu byl systém vytápění navržený generálem Amosovem jistě pokrokový, ale ne ideální – vysoušel vzduch. Netěsnostmi v potrubí v ohřívačích se spaliny dostávaly do ohřátého vzduchu. Nic moc víc – spolu s přiváděným vzduchem se sem dostal i prach z ulice. Prach se usadil na horkém povrchu železných výměníků tepla a spálil se a dostal se do prostor ve formě sazí. Nejen lidé trpěli tímto „vedlejším efektem“ nového topného systému – spaliny se usazovaly na malovaných stínidlech, mramorových sochách a obrazech. Zde připočtěme výrazné kolísání teplot během topenišť a v intervalu mezi nimi: při zapálených kamnech je v místnostech velké horko, a když přestanou topit, vzduch se rychle ochladí.

V roce 1875 další představitel vojenského ženijního sboru – inženýr-plukovník G.S. Voinitsky představil projekt vytápění voda-vzduch. Na malém prostoru Zimního paláce (Galerie Kutuzov, Kostelík, Rotunda) byl testován nový typ vytápění, který byl v 1890. letech 16. století rozšířen na celou jeho severozápadní část a v suterénu bylo instalováno celkem XNUMX vzduchových komor. . Teplá voda byla přiváděna z kotelny umístěné na jednom ze „světlých nádvoří“ paláce. Horká voda proudila z kotlů železnými trubkami do ohřívačů a ohřátý vzduch šel přes již existující tepelné kanály do obytných místností (přirozeně proto, že teplý vzduch je lehčí než studený).

Teprve v létě 1911 se objevil topný systém nejvíce podobný modernímu. Kancelářský technik e.i.v. inženýr N.P. Melnikov vyvinul nový projekt. V Ermitáži vytvořil dva vzájemně se doplňující systémy: vodní radiátorové vytápění a ventilační systém s klimatizačními prvky. Práce na rekonstrukci vytápění v Ermitáži byly dokončeny do podzimu 1912, do roku 1914 byla instalována ventilace.

Jak vidíte, vývoj vytápění takových zděných a objemových prostor trval téměř 200 let. Příliš dlouhé. Ale samotné patrové cihlové domy byly v 18. století stavěny téměř identicky. a na počátku 20. stol. Ve skutečnosti existují myšlenky, že technologie vytápění prostě neměly čas přizpůsobit se náhlé změně klimatu. Možná změna klimatu po kataklyzmatu (posun pólů, povodeň atd.).
V Evropě klima tak drsné nezačalo – v minulosti se většinou rozhodovalo pro krby. Z hlediska účinnosti jsou na tom hůře než kamna. Ale zřejmě tento design krbu stačil.

Všechny tyto zkušenosti s vytápěním nemohly být použity v budovách konce 19. století a počátku 20. století.

Vilnerův dům v Minusinsku (město poblíž Abakanu). Jsou znázorněny komíny ve stěnách. Myslím, že to je důvod, proč je mnoho zdí v tak starých budovách metr tlusté. Ve sklepě hořela kamna a horký vzduch ohříval stěny.

Stejně tak tento způsob vytápění mohl a byl používán i v dalších objektech 19. a 20. století. v Rusku.
***

A nyní se na základě informací z minulých článků o využití elektrostatiky ve starověkých stavbách pokusíme alespoň teoreticky podložit alternativní zdroje vytápění v těch dobách, o kterých neexistují žádné odborné knihy ani jiné odkazy. Ale soudě podle popisů a map tam rozhodně byla kamenná města.

Pro ty, kteří nejsou obeznámeni s tématem – Využití atmosférické elektřiny v minulosti:
část 1
část 2
část 3
Elektrostatika antických chrámů

Ve fyzice existuje mnoho efektů spojených se statickou elektřinou.

Inverzní piezoelektrický jev je proces komprese nebo expanze piezoelektrika pod vlivem elektrického pole v závislosti na směru vektoru intenzity pole.

Pokud se na takový piezoelement přivede střídavé napětí, piezoelement se vlivem inverzního piezoelektrického jevu stlačí a roztáhne, tzn. provádět mechanické vibrace. V tomto případě se energie elektrických vibrací přeměňuje na energii mechanických vibrací s frekvencí rovnou frekvenci aplikovaného střídavého napětí. Protože piezoelektrický prvek má přirozenou frekvenci mechanických vibrací, je možný rezonanční jev, když se frekvence aplikovaného napětí shoduje s vlastní frekvencí vibrací desky. V tomto případě se získá maximální amplituda vibrací desky piezoelektrického prvku.

Mohou tyto mikrooscilace dielektrika zahřát? Myslím, že při určité frekvenci oscilací – docela. Další otázka je pálená cihla, keramika, mohl by to být materiál, kde je tento efekt možný?
Pyroelektrický jev spočívá ve změně spontánní polarizace dielektrik se změnou teploty. Typická lineární pyroelektrika zahrnují turmalín a síran lithný. Pyroelektrika jsou spontánně polarizována, ale na rozdíl od feroelektrik nelze směr jejich polarizace měnit vnějším elektrickým polem. Při konstantní teplotě je spontánní polarizace pyroelektrika kompenzována volnými náboji opačného znaménka v důsledku procesů elektrické vodivosti a adsorpce nabitých částic z okolní atmosféry. Při změně teploty dochází ke změně spontánní polarizace, což vede k uvolnění určitého náboje na povrchu pyroelektrika, díky čemuž v uzavřeném obvodu vzniká elektrický proud. Pyroelektrického jevu se využívá k vytvoření tepelných senzorů a přijímačů zářivé energie, určených zejména pro záznam infračerveného a mikrovlnného záření.

Ukazuje se, že existuje elektrokalorický efekt (opačný efekt než u pyroelektrického jevu) – zvýšení teploty látky, když se v ní vytvoří elektrické pole o intenzitě E a odpovídající pokles teploty při vypnutí tohoto pole za adiabatických podmínek.

Vědci, pokud studují tyto účinky, činí tak pouze ve směru ochlazování:

Využití elektrokalorického efektu (opačný efekt k pyroelektrickému efektu) umožňuje při použití feroelektrických materiálů získat nízké teploty v teplotním rozsahu od kapalného dusíku po teploty freonů. Rekordní hodnoty elektrokalorického efektu (2,6 g.C) v blízkosti fázového přechodu byly pozorovány v antiferoelektrické keramice systému zirkoničitan-ciničitan-titanát olovnatý a ve skandoniobátové keramice olovnaté. Nelze vyloučit možnost vývoje pyroelektrického vícestupňového měniče s účinností cyklu cca 10 % s předpokládanou spotřebou energie do 2 kW/l energetického nosiče, který v budoucnu vytvoří skutečnou konkurenceschopnost pro klasické elektrárny.
Zdroj

Podle předpovědí fyziků elektrokalorické otevírá široké možnosti pro vytváření polovodičových chladicích systémů na jeho základě, podobně jako Peltierův prvek, ale založených nikoli na toku proudu, ale na změně velikosti intenzity pole. V jednom z nejslibnějších materiálů byla velikost změny teploty 0,48 Kelvina na volt aplikovaného napětí.

V šedesátých letech dvacátého století došlo k prudkému nárůstu aktivity vědecké komunity ve studiu elektrokalorického jevu a pokusů o jeho důstojné uplatnění, avšak vzhledem k řadě technických a technologických možností nebylo možné vytvářet prototypy se změnou teploty přesahující zlomek stupně. Pro praktickou aplikaci to zjevně nestačilo a výzkum elektrokalorického efektu byl téměř zcela omezen.

Dielektrické vytápění – způsob ohřevu dielektrických materiálů vysokofrekvenčním střídavým elektrickým polem (HFC – vysokofrekvenční proudy; rozsah 0,3-300 MHz). Charakteristickým rysem dielektrického ohřevu je objem uvolněného tepla (ne nutně rovnoměrný) v ohřívaném médiu. V případě vysokofrekvenčního ohřevu je uvolňování tepla rovnoměrnější díky velké hloubce průniku energie do dielektrika.

Mezi deskami kondenzátoru je umístěn dielektrický materiál (dřevo, plast, keramika), který je napájen vysokofrekvenčním napětím z elektronického generátoru pomocí rádiových elektronek. Střídavé elektrické pole mezi deskami kondenzátoru způsobuje polarizaci dielektrika a vznik předpětí, které ohřívá materiál.
Výhody metody: vysoká rychlost ohřevu; čistá bezkontaktní metoda, která umožňuje ohřev ve vakuu, ochranném plynu apod.; rovnoměrné zahřívání materiálů s nízkou tepelnou vodivostí; realizace lokálního a selektivního vytápění atd.
Kupodivu se tato metoda používala na konci 19. století. v lékařství k léčebnému zahřívání tkání.
***

Všechny tyto efekty jsou založeny na možné výrobě energie, přeměněné na teplo prostřednictvím hlavního parametru – vysokého napětí. Proudy v elektrostatice jsou velmi malé. Zatímco veškerá naše moderní elektrotechnika je síla. Má přísný parametr napětí (vezměme našich standardních 220 V; v některých zemích je síťové napětí jiné) a výkon zařízení závisí na spotřebovaném proudu.
Myslím, že desítky tisíc voltů z instalace pro výrobu elektřiny z atmosféry a instalované jako potenciálový rozdíl na stěnách mohou nahradit naše moderní elektrické ohřívače a konvektory prostřednictvím dielektrického vytápění. Jen se do tohoto tématu v aplikovaném smyslu výzkumu nikdo neponořil. Od dob N. Tesly se moderní fyzika o elektrostatiku nezajímá. Ale všude je prostor pro hrdinství. Zdálo by se, co nového lze vymyslet v obvodech vinutí elektromotorů? Ukázalo se, že je to možné. Dayunov vytvořil takový elektromotor spojením obvodů vinutí asynchronního motoru „hvězda“ a „trojúhelník“ a nazval jeho obvod vinutí „Slavyanka“. více. Zvýšila se účinnost elektromotoru a jeho trakční vlastnosti. Rozhodl jsem se opustit vývoj v Rusku a vydal jsem se cestou hledání soukromých investorů. Každý vynálezce má svou vlastní cestu a pohled na své duchovní dítě.

Vrátíme-li se k výše napsanému předpokladu, že téměř vše nové je dobře zapomenuté staré. A pokud je něco v teorii, pak se to dá realizovat v praxi!
***

Doporučuji skupiny se zajímavými informacemi k tématům historických záhad:
protohistorie
tart_aria
sibved24