Паровое отопление
Паровое отопление, несомненно, является наивысшим достижением среди известных систем, обеспечивающих искусственное отопление. Этот теплоноситель, являющийся могущественной рабочей силой, которая тянет тяжелые составы вагонов через континенты и приводит в движение торговые суда, плывущие через океан, может также решать более скромную, но не менее полезную и эффективную задачу – обеспечивать отопление в домах миллионов людей, живущих в городах и селах.
Пар уже довольно широко используется в системах отопления зданий. Но котел и сантехника для одного жилого дома очень дороги, а также требуют технического обслуживания. Несколько лет назад мистер Бёрдсилл Холли, знаменитый инженер и изобретатель Системы водоснабжения Холли и многого другого, предположил, что пар может подаваться от центрального источника не только для работы паровых машин, но и для обогрева больших районов жилых домов, магазинов и других зданий в городах и селах, аналогично тому, как газ и вода уже много лет по сетям доставляются потребителям. Впоследствии он в экспериментальном порядке воплотил свои идеи в металле, что и подтвердило, что его план целиком и полностью осуществим, если все сделать правильно.
В январе 1877 года была образована «Объединенная Паровая компания Холли», расположенная в Локпорте, штат Нью-Йорк, с необходимым капиталом для осуществления плана в большем масштабе. Было проложено три мили подземных труб (около 5 км), но лишь на небольшом участке вблизи источника тепла трубы имели диаметр 4 дюйма (около 100 мм). После серии организованных должным образом детальных экспериментальных испытаний, а также после работы в условиях изменчивой погоды и особенно тяжелой зимы, паровая система отопления была всеми признана успешной и пригодной к эксплуатации.
На рис. 1 представлен план отапливаемого района с положением системы трубопроводов, зданий и т. д. Компания в течение зимы производила обогрев около 40 больших домов, разбросанных относительно теплопроводов тепловой сети, большое здание школы объемом 105000 кубических футов (около 3000 м3), а также самое большое административное здание в городе (здание компании N. Y. С. Elevator), кроме того, пар подавался на две паровые машины, одна из которых мощностью 10 л.с. была расположена на расстоянии приблизительно полмили от котельной, вторая – мощностью 8 л.с. находилась вблизи котельной, а также производилось снабжение потребителей паром для других целей.
Дома, расположенные на расстоянии в 1 милю, обогревались так же легко, как и те, что были рядом с источником. Три котла были установлены в группе: два из них горизонтально, с размерами в плане 5 (1,5 м) на 16 футов (4,9 м), и один вертикально. Большую часть времени в отопительный сезон пар вырабатывался одним котлом, в холодную погоду два котла работали на частичной нагрузке. Горение, конечно, поддерживалось постоянно. Два кочегара делали всю работу: один днем и один ночью. Они могли бы выполнять ту же работу для 300–400 жилых зданий, находящихся вдоль паропроводов сети. Тщательные эксперименты продемонстрировали тот факт, что при достаточной мощности котла и труб соответствующих размеров площадь более 4 квадратных миль (10 км2) в любом городе или населенном пункте может отапливаться от одной системы, состоящей из группы котлов. Обсуждение размещения котлов для такой системы заслуживает особого внимания. Наше здание предназначено для размещения 6 котлов (см. рис. 2). Уличные паровые магистрали присоединены к котельной группе с двух противоположных сторон на каждом углу здания со стороны северного фасада. Большему количеству отапливаемых зданий соответствует большая группа котлов. Если один котел по какой-либо причине будет отключен, это не будет мешать работе остальных. В самую холодную погоду при необходимости все котлы могут быть растоплены. Когда погода улучшится, часть котлов может быть выведена из эксплуатации или они могут быть использованы попеременно, чтобы облегчить их периодическую чистку.
Мы приводим также чертеж (см. рис. 3), показывающий часть района, который будет централизованно отапливаться, в абстрактном городе с улицами, жилыми зданиями, магазинами, фабриками и т. д. На этом плане к тепловой сети присоединены 200 магазинов с офисами, 200 жилых зданий, 9 церквей и около 20 фабрик. В среднем магазин имеет отапливаемый объем около 50000 кубических футов (1412 м3), жилое здание – 10000 фут3 (282 м3), церковь – 200000 фут3 (5647 м3), фабрика – 100000 фут3 (2823 м3), тогда мы имеем:
Такая площадь будет отапливаться одной системой из 10 котлов, каждый 5 футов в диаметре и 16 футов длиной. Котельная находится в точке А на пересечении улиц Ниагара и Буффало. Два восьмидюймовых главных трубопровода выходят из здания, один на улицу Ниагара, соединяясь с восьмидюймовым трубопроводом, проложенным на этой улице. Второй трубопровод соединяет котельную с магистральным участком по ул. Буффало. В результате обеспечиваются две врезки в магистральный участок по ул. Пайн, имеющий также диаметр 8 дюймов. Такая топология формирует кольцевой контур из восьмидюймовой трубы вокруг квартала, в котором расположено здание котельной.
Рис. 2. План паровой котельной
Рис. 3. Схема тепловой сети абстрактного города
Схема соединения трубопроводов такова, что невозможна ситуация, когда отапливаемый район будет лишен пара при возникновении аварии, так как любой из аварийных участков может быть отключен без ущерба для работы основной сети. Предположим, что необходимо перекрыть трубопровод на улице Баффало между улицами Пайн и Ниагара, тогда пар будет поступать через противоположный паропровод котельной по улице Маркет на улицу Пайн, а также с улицы Баффало на улицу Делавар, то есть, подача пара по-прежнему будет производиться во все части отапливаемого района. Трубопроводы сети в этом районе разделены на секции, каждая из которых может быть отключена с помощью клапанов при необходимости без неудобств для других секций; но так как необходимость отключения участков является довольно редким явлением, то секционирование является простой предосторожностью.