— Для обогрева римских тюрем и жилых помещений применялся «гипокауст» — отопительное устройство, состоявшее из печи, расположенной вне отапливаемого помещения, и системы труб, которые проводили нагретый воздух.
Все чаще и чаще в современном информационном пространстве звучит давно известная с исторических времен система отопления «гипокауст», принцип действия которой и поныне используют при конструировании систем обогрева жилых помещений, но что это такое и в чем заключается суть никто толком не знает, а еще каким образом она актуальна и на сегодняшний день, тем более. Поэтому в данной статье мы поможем Вам в этом разобраться!
Возникновение системы воздушного отопления Гипокауст
Римлянам приписывают изобретение первой бездымовой системы отопления в Западной Европе: гипокауст.
Гипокауст (по-латински hypocaustum) — древнеримская система напольного отопления. Слово происходит от древнегреческого «гипо» означает «под» и «кауст», что означает «сожженный». Гипокауст является одной из самых древних известных нам форм систем напольного отопления. Считается, что она была создана римлянами более 2,5 тысяч лет назад и доведена ими до возможного для того времени совершенства.
Древнеримский архитектор и механик Марк Витрувий, живший в конце 1-ого столетия до н.э., приписывает изобретение этой системы некому человеку по имени Сергиус Ората. Витрувий описывает строительство и эксплуатацию Гипокауста в своем трактате «De Architectura libri decem», который является единственной сохранившейся античной работой об архитектуре, появившейся в 15 году до н.э. Кроме описания самой системы он добавил подробности о том, как можно сократить расход топлива путем смежного расположения отапливаемых помещений. Он также описывает устройство для регулирования тепла с помощью бронзового вентилятора направляющего поток нагретого воздуха в куполообразный потолок помещения.
Система обогрева пола «по-древнеримски» состояла из большой печи, толстого напольного перекрытия толщиной до 70 сантиметров и более, опиравшегося на каменные или кирпичные столбы, и дымоходов, расположенных в стенах. Перекрытие состояло из слоя каменных плит, слоя бетона и еще одного слоя каменных плит. Пространство между опорами оставлялось открытым. Печь, в которой непрерывно горел огонь, вырабатывала горячие газы, которые затем равномерно распространялись по пространству между столбами под напольным перекрытием отдавая последнему свое тепло. Таким образом, пол нагревался и отапливал своей поверхностью все помещение, под которыми этот пол находился. Остывшие дымовые газы поднимались через дымоходы в стенах и выходили на улицу над крышей. Дымоходы, располагавшиеся непосредственно в стенах, не занимали полезное пространство домов. Печь обычно была довольно большой, поэтому она, как правило, находилась в отдельном помещении. Одна печь могла служить для обогрева нескольких помещений. Регулирование количества тепла осуществлялось путем добавления в огонь большего или меньшего количества дров. Запуск и эксплуатация системы Гипокауст были трудоемким, и требовали постоянного внимания.
Управление гипокаустом:
Рабы следили за тем, чтобы пламя не гасло.
В ранние годы Римской империи только богатые римляне могли позволить себе иметь напольное отопление в своем доме.
Во-первых, Гипокауст был очень дорог и требовал привлечения для строительства высококвалифицированных мастеров.
Во-вторых, эксплуатация такой системы отопления требовала использования рабского труда в качестве истопников и постоянного наблюдения за пламенем печи, которая работала непрерывно.
В-третьих, затраты на техническое обслуживание и ремонт, вероятно, также были очень дорогостоящими. И наконец, печь для своей работы требовала огромного количества дров.
Тем не менее, постепенно эта система распространилась повсеместно, сначала в общественных учреждениях (прежде всего, банях), а затем и в домах менее состоятельных граждан, особенно в холодных регионах Римской империи.
Стоит отметить, что при этом, большинство даже совсем не богатых римлян могли получить удовольствие от такой системы отопления, посетив термы или римские горячие ванны, где прогревались и полы, и стены. Античные «Общественные Ванны» в Помпеях являются типичным примером таких бань.
Остатки римских Гипокаустов сохранились по всей Европе, во многих районах западной Азии и северной Африки. Гипокауст был изобретением, которое улучшило условия гигиены и жизни граждан Рима, и послужил античным предшественником современного центрального отопления.
До недавнего времени историки предполагали, что технология была утеряна после краха Римской империи. На самом деле её продолжали использовать в большей части Европы, а позже модернизировали в «отопительную систему под полом» – печь под полом, сверху которой клали гранитные камни, чтобы выпускать горячий воздух через вентили в полу. Это значит, что комната, благодаря всего одной протопке печи, могла оставаться тёплой в течение нескольких дней..
Римляне не были первыми, кто придумал систему отопления, в которой тепло от огня распространялось под полом от одной стороны комнаты к другой. Китайские «kang» и «dikang», корейский «ondol» и афганский «tawakhaneh» были основаны на подобном принципе и относились к ещё более раннему времени.
К тому же, римляне, вероятно, узнали о технологии от греков. Тем не менее, именно римляне модернизировали гипокауст в более сложную систему отопления, особенно в зданиях общественных бань, которые были построены по всей Европе и Средиземноморью.
В течение долгого времени историки полагали, что падение Римской империи приблизительно в 500 нашей эры стало началом перерыва в использовании бездымной системы отопления в Европе. Тем не менее, хотя большинство общественных бань пришли в упадок в Западной Римской империи, гипокауст продолжали использовать в раннем Средневековье, особенно в монастырях. Технология также была популярной в Восточной Римской (Византийской) империи и использовалась в хаммамах арабами, которые снова популяризовали гипокауст в Западной Европе, когда построили дворец Альгамбры в XIII веке.
В меньших и более дешёвых системах использовали трубы вместо столбов – их также продолжали использовать в небольших зданиях. Эти гипокаусты нагревали лишь часть пола, но их было намного легче построить. Подобный гипокауст всё ещё используется в отдалённой деревне в Испании.
Отопительная система гипокауст:
как отапливали помещения в эпоху Средневековья
С распространением христианства и монастырей в Северной Европе римский гипокауст оказался неэффективным для более холодных стран региона. В первой половине XIV века, или возможно ещё раньше, стали практиковать выкладывание гранитных камней на поверхность печи, чтобы накапливать тепло. Далёкая от упрощённой средневековой имитации, отопительная система гипокауст стала дальнейшим этапом в развитии древней технологии.
Когда огонь в печи догорал, вентили в плитах открывали, и горячий воздух прорывался с груды камней в комнату, которая быстро нагревалась.
В отличие от римского гипокауста, который был основан на радиационном отоплении, отопительная система гипокауст обеспечивала конвективный нагрев. Нагреваемая комната была покрыта перфорированной плиткой поверх гранитных камней. Отверстия оставались закрытыми, пока горел огонь, чтобы дым не попадал в комнату и мог уходить через дымоход. Когда нагрев был завершён, а печь погашена, дымоход закрывали посредством увлажнителя, вентили в плитке открывали, и горячий воздух поднимался с груды камней в комнату.
Добавление каменной комнаты для создания теплового хранилища гипокауста облегчило накапливание тепла, что означало отсутствие необходимости постоянно топить печь.
Из-за небольшой тепловой вместимости римский гипокауст нужно было запускать постоянно. Добавление каменной комнаты для создания теплового хранилища гипокауста облегчило накапливание тепла, что означало отсутствие необходимости постоянно топить печь. В 1822 году было проведено множество экспериментов с целью повысить эффективность 400-летней системы гипокауст в польском замке Мальборк. Один такой эксперимент состоял в нагревании банкетного зала замка площадью 850 квадратных метров.
Недельный огонь
3 апреля холодную печь топили в течение трёх с половиной часов, используя 0,7 кубического метра дорогой древесины. Когда вентили в плитке открыли, горячий (200 ºC) воздух ворвался в банкетный зал, повысив температуру с 6 до 22,5°C всего за 20 минут. Затем заслонки были закрыты. К следующему утру (4 апреля) температура воздуха в комнате упала до 14°C. Заслонки были открыты вновь, и температура повысилась до 19°C за один час – без дополнительного разжигания печи.
5 апреля температура воздуха возле вентилей составляла 94°C, а температура в комнате повысилась с 10 до 16°C за полчаса. 6 апреля, спустя три дня после того, как огонь был погашен, воздух ещё оставался достаточно горячим, чтобы повысить температуру комнаты с 10 до 12°C. Даже 9 апреля, шесть дней спустя, тёплому (46°C) воздуху, поднимающемуся от вентилей, удавалось повысить температуру в зале с 8 до 10°C.
Во время своей поездки в 1438 году через Европу испанский путешественник Перо Тафур написал, что люди ставили «стулья с отверстиями над вентилями. Когда люди садились на эти стулья и не закрывали отверстия, тепло согревало их». Это похоже на «footstoves», которые использовали в Северной Европе в эпоху Средневековья.
Балтийский регион
Отопительные системы гипокауст главным образом использовались в Балтийском регионе северной Германии, Дании, Швеции, Финляндии, Эстонии, Латвии, Литве и Польше. В меньшей степени они были распространены на юге и востоке, в таких местах, как западная и южная Германия, Швейцария, Австрия, Чешская Республика, Венгрия и Россия. Большая их часть была построена в 1400-х и 1500-х годах.
Исследование истории отопительной системы гипокауст продолжается и по сей день. В своём инновационном исследовании 1998 года Клаус Биндженхеймер выяснил, что в Средневековой Европе в общей сложности насчитывалось 500 гипокаустов, 154 из которых были снабжены тепловым хранилищем. С тех пор, однако, было обнаружено ещё большее количество гипокаустов. Например, в то время как у Биндженхеймера были доказательства существования всего двух отопительных систем гипокауст в Эстонии, в статье 2009 года Андреса Тваури было перечислено уже 95 таких систем.
В общем в Балтийском регионе было зарегистрировано приблизительно 500 отопительных систем гипокауст; согласно последним оценкам, к концу XV века их количество равнялось 800-1000 штукам. Их использование было популярно в монастырях, замках и других общественных зданиях, таких как богадельни, ратуши и больницы. В Старой Ливонии, которая находилась на территории современной Эстонии и Латвии, технология также нашла применение в частных домах. В Таллине, столице Эстонии, использование отопительной системы гипокауст не было исключением, и, по крайней мере, 54 таких системы были обнаружены там.
Гипокауст в Таллине
Обзор Андреса Тваури отопительной системы гипокауст в Эстонии изобилует техническими деталями. Специальные покрытия или штепселя, изготовленные из металла, камня или обожжённой глины, должны были «запечатывать» вентили с горячим воздухом в плитках пола. Маленькие керамические блюда были помещены в горячие камни непосредственно под этими отверстиями. Предполагается, что на них выливали воду, чтобы получить пар и таким образом увеличить уровень влажности воздуха.
В домах Таллина комната с отопительной системой гипокауст и отапливаемая спальня на первом этаже обычно связывались лестничным пролётом.
Печь была покрыта цилиндрическим сводом, на котором для накапливания тепла были сложены камни диаметром 40-50 сантиметров. Кирпичи хранилища были положены так, чтобы сформировать три или четыре арки с промежутками приблизительно в 20 сантиметров между ними, и средневековые строители, вероятно, использовали старую бочку, чтобы сформировать арки хранилища. Именно там собирали саму печь.
Размеры печи зависели от размера нагреваемой комнаты. В частных домах, где обогревали только спальню, она составляла один-два метра в длину, чуть больше метра в ширину и 50-60 сантиметров в высоту. В общественных зданиях и монастырях, где обогревали большие залы и комнаты, требовались печи намного большего размера.
Печи
Система отопления гипокауст использовалось в течение довольно короткого периода времени. К пятнадцатому веку изразцовые печи уже распространились по всем Балтийским странам. Это радиаторная система отопления с внутренними лабиринтами из кирпичей или камней, разработанная для накопления тепла огня. Они были более удобны для постройки и использования, чем гипокауст, не говоря уже о том, что были более энергосберегающими, поскольку людей согревать проще, чем помещения.
Гипокауст, как правило, располагался под отапливаемой комнатой или комнатами, которые всегда находились на первом этаже. Изразцовые печи можно было собрать где угодно, даже на верхних этажах здания. В течение XVI века в Старой Ливонии перестали использовать отопительную систему и заменили её изразцовыми печами, которые часто собирали именно там, где раньше располагался гипокауст. В других местах, например, в Польше, систему отопления гипокауст использовали вплоть до XVIII-XIX веков.
Заключение
Несмотря на то, что способ воздушного отопления гораздо старше других, более распространённых видов обогрева жилья, количество его сторонников стало значительно увеличиваться только в последние десятилетия. Лишь после создания элементов автоматизации жизнеобеспечения, а тем более комплексов «умный дом», выработки потребности комбинированного подхода к поддержанию экологического баланса помещений, начали по-настоящему проявляться преимущества и удобства от использования систем комфортного микроклимата. Такие системы, базирующиеся на канальной рециркуляции, не только оптимально распределяют теплый воздух, но и очищают, увлажняют, обеззараживают, а также охлаждают его.
О воздушном отоплении частного дома своими руками, особенностях, проектировании, установке читайте в следующих наших материалах.
Источник