Виникнення системи повітряного опалення Гіпокауст
Все частіше і частіше в сучасному інформаційному просторі звучить давно відома з історичних часів система опалення «гіпокауст», принцип дії якої і досі використовують при конструюванні систем обігріву житлових приміщень, але що це таке і в чому полягає суть ніхто до пуття не знає, а ще як вона актуальна і на сьогоднішній день, тим більше. Тому в цій статті ми допоможемо Вам розібратися!
Виникнення системи повітряного опалення Гіпокауст
Римлянам приписують винахід першої бездимової системи опалення в Західній Європі: гіпокауст.
Гіпокауст (латинською hypocaustum) - давньоримськасистемапідлоговогоопалення. Слово походить від давньогрецького «гіпо» означає «під» та «кауст», що означає «спалений».Гіпокауст є однією з найдавніших відомих нам формсистем опалення підлоги. Вважається, що вона була створена римлянами понад 2,5 тисячі років тому і доведена ними до можливої на той час досконалості.
Давньоримський архітектор і механік Марк Вітрувій, який жив наприкінці 1-го століття до н.е., приписує винахід цієї системи нікому людині на ім'я Сергіус Ората. Вітрувій описує будівництво та експлуатацію Гіпокауста у своєму трактаті «De Architectura libri decem», який є єдиною античною роботою про архітектуру, що збереглася в 15 році до н.е. Крім опису самої системи він додав подробиці про те, як можна скоротити витрату палива шляхом суміжного розташування опалювальних приміщень. Він також описує пристрій для регулювання тепла за допомогою бронзового вентилятора, що направляє потік нагрітого повітря в куполоподібну стелю приміщення.
Система обігріву підлоги «древньоримськи» складалася з великої печі, товстого підлогового перекриття товщиною до 70 сантиметрів і більше, що спиралася на кам'яні або цегляні стовпи, і димарів, розташованих у стінах. Перекриття складалося з шару кам'яних плит, шару бетону та ще одного шару кам'яних плит. Простір між опорами залишалося відкритим. Пекти, в якій безперервно горів вогонь, виробляла гарячі гази, які потім рівномірно поширювалися по простору між стовпами під перекриттям підлоги піддаючи останньому своє тепло. Таким чином, підлога нагрівалася і опалювала своєю поверхнею все приміщення, під якими ця підлога знаходилася. Охолоджені димові гази піднімалися через димарі в стінах і виходили над дахом. Димарі, що розташовувалися безпосередньо в стінах, не займали корисний простір будинків. Пекти зазвичай була досить великою, тому вона, як правило, знаходилася в окремому приміщенні. Одна піч могла служити для обігріву кількох приміщень. Регулювання кількості тепла здійснювалося шляхом додавання у вогонь більшої чи меншої кількості дров. Запуск та експлуатація системи Гіпокауст були трудомісткими, і вимагали постійної уваги.
У ранні роки Римської імперії лише багаті римляни могли дозволити собі мати опалення підлоги у своєму будинку.
По-перше, Гіпокауст був дуже дорогий і вимагав залучення до будівництва висококваліфікованих майстрів.
По-друге, експлуатація такої системи опалення вимагала використання рабської праці як опалювачів та постійного спостереження за полум'ям печі, яка працювала безперервно.
По-третє, витрати на технічне обслуговування та ремонт, ймовірно, також були дуже дорогими. І нарешті, пекти для своєїроботи вимагала величезної кількості дров.
Проте, поступово ця система поширилася повсюдно, спочатку у громадських установах (насамперед, лазнях), та був у будинках менш заможних громадян, особливо у холодних регіонах Римської імперії.
При цьому більшість навіть зовсім не багатих римлян могли отримати задоволення від такої системи опалення, відвідавши терми або римські гарячі ванни, де прогрівалися і підлоги, і стіни. Античні «Громадські Ванни» у Помпеях є типовим прикладом таких лазень.
Залишки римських Гіпокаустів збереглися по всій Європі, в багатьох районах західної Азії та північної Африки. Гіпокауст був винаходом, який покращив умови гігієни та життя громадян Риму, і послужив античним попередником сучасного центрального опалення.
Донедавна історики припускали, що технологія була втрачена після краху Римської імперії. Насправді її продовжували використовувати у більшій частині Європи, а потім модернізували в «опалювальну систему під підлогою» – піч під підлогою, зверху якої клали гранітні камені, щоб випускати гаряче повітря через вентилі у підлозі. Це означає, що кімната, завдяки одній протопці печі, могла залишатися теплою протягом декількох днів.
Римляни не були першими, хто вигадав систему опалення, в якій тепло від вогню поширювалося під підлогою від однієї сторони кімнати до іншої. Китайські "kang" і "dikang", корейський "ondol" і афганський "tawakhaneh" були засновані на подібному принципі і належали до ще більш раннього часу.
До того ж, римляни, мабуть, дізналися про технологію від греків. Тим не менш, саме римляни модернізували гіпокауст у складнішу систему опалення, особливо в будинках громадських лазень, якібули побудовані по всій Європі та Середземномор'ї.
Протягом довгого часу історики вважали, що падіння Римської імперії приблизно в 500 р. стало початком перерви у використанні бездимної системи опалення в Європі. Тим не менш, хоча більшість суспільних лазень занепали в Західній Римській імперії, гіпокауст продовжували використовувати в ранньому Середньовіччі, особливо в монастирях. Технологія також була популярною у Східній Римській (Візантійській) імперії та використовувалася в хаммамах арабами, які знову популяризували гіпокауст у Західній Європі, коли збудували палац Альгамбри у XIII столітті.
У менших та більш дешевих системах використовували труби замість стовпів – їх також продовжували використовувати у невеликих будинках. Ці гіпокаусти нагрівали лише частину підлоги, але їх було набагато легше збудувати. Подібний гіпокауст все ще використовується у віддаленому селі в Іспанії.
Опалювальна система гіпокауст:
як опалювали приміщення в епоху Середньовіччя
З поширенням християнства та монастирів у Північній Європіримський гіпокауст виявився неефективним для холодніших країн регіону. У першій половині XIV століття, чи можливо ще раніше, стали практикувати викладання гранітного каміння на поверхню печі, щоб накопичувати тепло. Далека від спрощеної середньовічної імітації, опалювальна система гіпокауст стала подальшим етапом у розвитку стародавньої технології.
Коли вогонь у печі догоряв, вентилі в плитах відчиняли, і гаряче повітря проривалося з купи каміння до кімнати, яка швидко нагрівалася.
На відміну від римського гіпокауста, який був заснований на радіаційному опаленні, опалювальна система гіпокауст забезпечувала конвективне нагрівання. Нагрівана кімната булапокрита перфорованою плиткою поверх гранітного каміння. Отвори залишалися закритими, поки горів вогонь, щоб дим не потрапляв до кімнати і міг йти через димар. Коли нагрівання було завершено, а піч погашена, димохід закривали за допомогою зволожувача, вентилі в плитці відчиняли, і гаряче повітря піднімалося з купи каміння до кімнати.
Через невелику теплову місткість римський гіпокауст потрібно було запускати постійно. Додавання кам'яної кімнати для створення теплового сховища гіпокауста полегшило накопичення тепла, що означало відсутність необхідності постійно топити піч. У 1822 році було проведено безліч експериментів з метою підвищення ефективності 400-річної системи гіпокаустів у польському замку Мальборк. Один такий експеримент був нагрівання банкетного залу замку площею 850 квадратних метрів.
Тижневий вогонь
Під час своєї поїздки в 1438 через Європу іспанський мандрівник Перо Тафур написав, що люди ставили «стільця з отворами над вентилями. Коли люди сідали на ці стільці і не закривали отвори, тепло їх зігрівало». Це схоже на footstoves, які використовували в Північній Європі в епоху Середньовіччя.
Балтійський регіон
Опалювальні системи гіпокауст головним чином використовувалися в Балтійському регіоні північної Німеччини, Данії, Швеції, Фінляндії, Естонії, Латвії, Литві та Польщі. Найменшою мірою вони були поширені на півдні та сході, у таких місцях, як західна та південна Німеччина, Швейцарія, Австрія, Чеська Республіка, Угорщина та Україна. Більша їх частинабула побудована у 1400-х та 1500-х роках.
Дослідження історії опалювальної системи гіпокауст продовжується і до цього дня. У своєму інноваційному дослідженні 1998 року Клаус Біндженхеймер з'ясував, що в Середньовічній Європі налічувалося 500 гіпокаустів, 154 з яких були забезпечені тепловим сховищем. З того часу, однак, було виявлено ще більшу кількість гіпокаустів. Наприклад, у той час як у Біндженхеймера були докази існування всього двохопалювальних систем гіпокауст в Естонії, у статті 2009 року Андреса Тваурі було перераховано вже 95 таких систем.
Загалом у Балтійському регіоні було зареєстровано приблизно 500 опалювальних систем гіпокаустів; згідно з останніми оцінками, до кінця XV століття їх кількість дорівнювала 800-1000 штук. Їх використання було популярне в монастирях, замках та інших громадських будинках, таких як богадільні, ратуші та лікарні. У Старій Лівонії, що знаходилася на території сучасної Естонії та Латвії, технологія також знайшла застосування у приватних будинках. У Таллінні, столиці Естонії, використання опалювальної системи гіпокауст не було винятком, і, принаймні, 54 таких системи були виявлені там.
Гіпокауст у Таллінні
Огляд Андреса Твауріопалювальної системи гіпокауст в Естонії рясніє технічними деталями. Спеціальні покриття або штепселя, виготовлені з металу, каменю чи обпаленої глини, мали «запечатувати» вентилі з гарячим повітрям у плитках підлоги. Маленькі керамічні страви були поміщені в гаряче каміння безпосередньо під цими отворами. Передбачається, що на них виливали воду, щоб одержати пару і таким чином збільшити рівень вологості повітря.
У будинках Таллінна кімната зопалювальною системоюгіпокауст і опалювальна спальня на першому поверсі зазвичай зв'язувалися сходовим прольотом.
Пекти була вкрита циліндричним склепінням, на якому для накопичення тепла було складено каміння діаметром 40-50 сантиметрів. Цегли сховища були покладені так, щоб сформувати три або чотири арки з проміжками приблизно 20 сантиметрів між ними, і середньовічні будівельники, ймовірно, використовували стару бочку, щоб сформувати арки сховища. Саме там збирали саму піч.
Розміри печі залежали від розміру кімнати, що нагрівається. У приватних будинках, де обігрівали тільки спальню, вона становила один-два метри завдовжки, трохи більше за метр завширшки і 50-60 сантиметрів заввишки. У громадських будівлях та монастирях, де обігрівали великі зали та кімнати, були потрібні печі набагато більшого розміру.
Система опалення гіпокауст використовувалося протягом досить короткого періоду часу. До п'ятнадцятого століття кахельні печі вже поширилися всім Балтійським країнам. Це радіаторна система опалення із внутрішніми лабіринтами з цегли або каміння, розроблена для накопичення тепла вогню. Вони були зручніші для будівництва та використання, ніж гіпокауст, не кажучи вже про те, що були більш енергозберігаючими, оскільки людей зігрівати простіше, ніж приміщення.
Гіпокауст, як правило, розташовувався під опалювальною кімнатою або кімнатами, які завжди знаходилися на першому поверсі. Кружкові печі можна було зібрати будь-де, навіть на верхніх поверхах будівлі. Протягом XVI століття у Старій Лівонії перестали використовувати опалювальну систему та замінили її кахлевими печами, які часто збирали саме там, де раніше розташовувався гіпокауст. В інших місцях, наприклад, у Польщі систему опалення гіпокауст використовували аж до XVIII-XIX століть.
Висновок
Незважаючи на те, що спосіб повітряного опалення набагато старший за інші, більш поширені види обігріву житла, кількість його прихильників стала значно збільшуватися тільки в останні десятиліття. Лише після створення елементів автоматизації життєзабезпечення, а тим більше комплексів «розумний будинок», вироблення потреби комбінованого підходу до підтримки екологічного балансу приміщень, почали по-справжньому виявлятися переваги та зручності від використання систем комфортного мікроклімату. Такі системи, що базуються на канальній рециркуляції, не тільки оптимально розподіляють тепле повітря, а й очищають, зволожують, знезаражують, а також охолоджують його.