История теплоснабжения
Первой отопительной установкой в истории человечества можно считать костёр, разведённый внутри пещеры. Однако первые системы отопления появляются вместе с первыми цивилизациями.
Римский гипокауст
Гипокауст — технология обогрева римских терм и общественных зданий, заимствованная практичными римлянами у древних греков. Он состоял из расположенной под полом или за пределами здания печи, в которой сжигали дрова, и сети каналов, проложенных под полом и в стенах. По этим каналам распространялся тёплый воздух и согревал здание. Система утратила популярность с падением империи, но в конце Средних веков и в эпоху Возрождения её вспомнили и начали модернизировать.
Археологические свидетельства древнеримского гипокауста
Первые системы парового и водяного отопления
Первые системы отопления, похожие на современные, появились в XVIII веке в Англии и Франции:
- 1745 год — изобретён первый паровой подогреватель;
- 1777 год — разработана система теплоснабжения для домов в Европе;
- 1831 год — создана система горячего водоснабжения для домов в Европе.
Первая установка централизованного снабжения
В 1876 году американский инженер Бертсилл Холли спроектировал и получил патент на первую в мире систему централизованного теплоснабжения. Она обеспечила паровым отоплением жилые дома и производственные строения в городе Локпорте (США).
Система Холли быстро завоевала популярность: к отопительной установке подключалось всё больше домов, а инвестиции в проект составили значительные по тем временам $25 тыс.
В Гамбурге в 1888 году на Центральной почтовой улице появилась паровая электростанция — одна из первых в Германии. Четыре вертикальных паровых двигателя общей мощностью около 700 кВт·ч снабжали электроэнергией соседние улицы, фондовый рынок и новую ратушу
Первая теплофикационная установка
Пионером в развитии теплофикационных установок стала Германия. Энергетическая отрасль в это время набирает обороты — в 1888 году в Гамбурге была построена одна из первых паровых электростанций, которая уже в 1893-м начала снабжать теплом городскую ратушу. Так появилась первая ТЭЦ в Европе, а за ней и другие, но каждая из них обслуживала только одно здание.
В 1900 году была запущена первая теплофикационная установка в Дрездене (Германия) для муниципальных нужд. До 1914 года ещё пять других немецких городов последовали примеру Дрездена.
Первая теплофикация в России
В начале XX века в России комбинированная выработка тепла и электроэнергии использовалась на предприятиях, где вырабатывалось большое количество тепла, то есть на сахарных заводах, текстильных фабриках и т. д. На них устанавливали теплосиловые блок-станции, которые обогревали несколько зданий (как правило тех, которые принадлежали владельцу завода).
Революция произошла в 1924 году, когда студент Елизар Бродский предложил переоборудовать ГЭС-3 (ныне ЭС-3 имени Л. Л. Гинтера в составе Центральной ТЭЦ ПАО «ТГК-1″) на реке Фонтанке для сплошной теплофикации прилегающего района. ГЭС считалась убыточной, и её планировали закрыть, поэтому дипломная работа студента не просто спасла предприятие, но и согрела часть Петербурга. Эта дата считается началом теплофикации в России.
Электростанция «Бельгийского Анонимного Общества электрического освещения» была запущена в 1898 году, а в 1924-м стала первой теплоэлектроцентралью в СССР
Внедрение полиэтиленовых труб
В 1950-х годах наступает новый этап модернизации систем — появляются первые трубы из полиэтилена. Они были дешевле стальных труб, не ржавели, не зарастали внутри. Но у них был недостаток, который не давал перейти на полиэтиленовые трубы окончательно, — при температуре +50°C материал начинал быстро изнашиваться и приходил в негодность.
Исправить ситуацию получилось только к 1980-м годам. Изменили состав материала и получили трубы из полиэтилена, устойчивые к высоким температурам и лучам ультрафиолета.
Переход на пластиковые трубы
В конце 1990-х годов сталь начинают менять на полимерные трубы. Сначала переходят на металлопластиковые трубы, после в тренды выбивается полипропилен и сшитый полиэтилен. Но и у этих материалов были недостатки: у полипропилена — низкая рабочая температура и стойкость к агрессивным химическим веществам, у сшитого полиэтилена — высокая стоимость материала, фитингов и «боязнь» УФ-лучей.
Недостатки полипропилена и сшитого полиэтилена нивелировал PE-RT II — полиэтилен повышенной термостойкости. Он недорогой, может работать при высоких температурах, легко монтируется, устойчив перед «химией». Европу материал покорил ещё в 1980 году, а на российский рынок пришёл лишь в 2010-х.
Закат эры стальных труб. Чем сталь уступает новым материалам?
Строительство большинства инженерных сетей в России закончилось в 1980-е годы, причём они были сделаны преимущественно стальными. В 1990-е годы отечественную сферу ЖКХ никто не финансировал, и большинство теплоснабжающих компаний «латали дыры» — вместо полноценной замены участков изношенных трубопроводов ремонтировали локальные разрушения. На тот момент такая система прижилась, поскольку качество советской стали было выше, чем сейчас, и трубы можно было не менять до 25 лет.
Однако стальные трубы не ушли с рынка до сих пор. У них много достоинств — они прочные, устойчивы к давлению и высоким температурам, имеют низкий коэффициент теплового расширения и в целом ассоциируются с «советским качеством». Сегодня заявленный срок службы стальных труб составляет 20–25 лет, но в реальных условиях они служат всего восемь-десять лет. Почему?
Первая причина — низкое качество продукции. Стальные трубы, отслужившие свой срок, обрабатывают «пескоструйкой» и продают под видом новых. Показательный случай произошёл несколько лет назад — установили стальную трубу, а через полтора года не смогли её найти под землёй, поскольку она сгнила до состояния «трухи».
Неправильно подобранная толщина стенки стальной трубы тоже влияет на срок службы трубопровода. Например, в обход технического задания устанавливают трубы с толщиной стенок не 8, а 6 или даже 4 мм.
Вторая причина — коррозия и отложения внутри. Коррозия истончает стенки металла, из-за чего происходят прорывы. Нужна внешняя обработка (окрашивание, антикоррозийное покрытие), чтобы замедлить процесс. Но внутри с ржавчиной ничего не поделать — со временем стенки труб становятся тоньше, и возникает риск разрыва.
Зарастание внутренних стенок труб продуктами коррозии и отложениями уменьшает площадь поперечного сечения и снижает пропускную способность. Если напор будет большой, труба может не выдержать.
Третья причина — уязвимость стыков и соединений. Прогнивание резьбы не заметно внешне, из-за чего прорывов и подтоплений не избежать.
Четвертая причина — блуждающие токи, приводящие к электрохимической коррозии и интенсивно разрушающие сталь. Это особенно проявляется в крупных городах из-за обилия электрического транспорта, метро и т. д., которые создают электромагнитное поле вокруг себя. Ток может двигаться не только по кабелям и проводам, но и в земле вокруг трубы, поэтому и называется «блуждающим». Блуждающие токи буквально прожигают сталь, и на трубах появляются небольшие, но опасные отверстия.
Внешне на стали может не быть и намёка на повреждения или низкое качество материала, однако, если упустить эти аспекты, менять трубы придётся очень скоро. А это траты на проектирование, материалы, монтаж и т. д.
Эти недостатки привели к тому, что в 1950-х годах начали разрабатывать альтернативные материалы для труб — полиэтилен, сшитый полиэтилен и PE-RT II. Сравним характеристики стальных труб с показателями одним из них — табл. 1.
Революция в отоплении: как современные материалы для труб влияют на наш комфорт
Завершение «стальной эры» и тренд на современные технологичные материалы трубопроводов — это не попытки сэкономить, а рациональный выбор, в котором выигрывают и обслуживающие компании, и конечный потребитель.
Трубы из PE-RT II для систем теплоснабжения, помимо прочих высоких характеристик, выдерживают температуру до +95 °C
Для конечного потребителя переход на трубы из термостойкого пластика будет означать:
1. Уменьшение прорывов, поскольку такие трубы не подвержены коррозии. Не всегда заметно, как ржавчина разрушает стальные трубы изнутри.
2. Снижение трат на ремонт. Трубы из PE-RT II могут служить до 50 лет, стальные трубы из-за низкого качества служат фактически не более пять-десять лет. Бóльший срок службы означает меньшие траты на ремонт.
3. Безопасность. Трубы из термостойкого пластика нетоксичны и не содержат вредных веществ, что делает их безопасными для использования в системах питьевого водоснабжения.
4. Снижение тарифов на тепло. Сталь отдаёт много тепла при транспортировке теплоносителя, и конечный потребитель может переплачивать за тепло, которое ушло в пустоту.
Теплоснабжающие компании часто ограничены в выборе материалов и технологий бюджетом. Но, когда есть средства и время на поиск альтернативы, выбор делают в пользу технологий. Почему?
1. Термостойкий пластик легко адаптировать под сложные проекты: трубы легче стальных труб и более гибкие, что упрощает их транспортировку и монтаж.
2. Стальные трубы соединяются сваркой или резьбовым соединением, которое ржавеет и становится неразъёмным. Пластиковые легко собираются и разбираются многократно с помощью фитингов, что гораздо проще и удобнее.
3. Пластиковые трубы требуют меньше обслуживания, их можно установить и забыть про проблемы.
4. Монтаж и демонтаж стальных труб — очень трудоёмкий процесс: нужно электрическое оборудование для резки труб и подъёмные механизмы. Для монтажа пластиковых трубопроводов достаточно набора для сварки и несколько человек, чтобы перенести трубопровод.
5. Пластиковые трубы, в частности из PE-RT II, соответствуют всем современным требованиям и стандартам ГОСТ.
Устанавливать стальные трубы в современных коммуникациях — сложно, дорого и непрактично. Чаще всего замена «стали» на «сталь» связана с незнанием актуальных технологий и последних достижений в сфере теплофикации. Важно учитывать опыт и ошибки прошлых лет, а также последние достижения теплоснабжающей сферы, чтобы не менять и не ремонтировать инженерные сети каждый сезон. Компания PERTiX рекомендует использовать инновационные материалы для обновления теплосетей — так трубы будут меняться реже, и трат на модернизацию будет меньше.
