12.11.2014

Коротко о истории вентиляции

Совсем немногие люди думают на досуге о том, какую роль в нашей жизни играет воздухообмен здания и его техническое устройство. А думать об этом, хотя бы иногда, нужно, ведь качественная вентиляция и комфортная температура воздуха еще совсем недавно были роскошью. История развития вентиляции и микроклиматики достойна внимания, и именно о ней пойдет речь в этом материале.

История вентиляции и ее становление, как науки, началась еще в древности – первые, достаточно примитивные вентиляционные системы создавались при строительстве древних храмов, дворцов, царских палат. Не будем забывать о том, что в те далекие времена далеко не каждая цивилизация была в состоянии создать эффективную систему,  которая будет гарантированно выполнять все свои функции. И это объяснимо – в те времена просто не существовало еще необходимых технологий, знаний, опыта в этой сфере. Но исследования не прекращались, и именно благодаря им вентиляционные системы становились, постепенно, все более совершенными.

Вентиляция в Древнем Египте
Пирамиду Хеопса можно назвать самым ярким примером эффективной вентиляции в древности. Древние строители при ее возведении предусмотрели наличие в толстых каменных стенах воздухоотводов, благодаря им происходила естественная вентиляция пирамиды (рис. 1).

Система была такой: на север и юг, из камер царя и царицы вели наклонные шахты, шириной 25 см. Ищущие из камеры царя шахты выходили к склонам, наружу. Археологи уже давно досконально изучили их строение. А вот шахты, идущие из камеры царицы, изучены плохо. Ученым известно, что наружу они не выходят, каждая перекрыта дверкой с медными ручками. В девяностых годах прошлого века шахты изучали с помощью робота, но исследовать их до конца тогда все же не получилось.

Уже в начале нашего века исследования продолжились, робот с телезондом  нашел вентиляционный канал с дверцей, на дне его были обнаружены таинственные символы. Появилась версия, что это не шахты, а тоннели, созданные для передвижения душ фараонов. Дверцы же, вероятно, были предназначены для входа в царство Анубиса.
Возможно, что вентиляционные шахты в древних пирамидах были достаточно эффективны для своего времени, однако в наше время стандарты вентиляции стали несравнимо выше. Сегодня такая система явно не способна обеспечить нормируемый воздухообмен, ведь свежим воздухом она должна обеспечивать множество туристов, посещающих пирамиды. Именно по этой причине пирамиду Хеопса оборудовали системой искусственной вентиляции, установив в ней мощные агрегаты, убирающие излишнюю влагу.
Но египтяне создавали эффективные вентиляционные системы не только в храмах и пирамидах: заметив, что обрабатывать камни намного легче на свежем воздухе, они осознали необходимость отвода каменной пыли от места работы с камнем. Так появились специальные работники, которые строили стены, не мешающие воздуху свободно двигаться в помещениях.
Древний Рим
Интересные разработки существовали и в Древнем Риме. В первом  веке до нашей эры строители научились применять тепло отработанного дыма – он не направлялся сразу в дымоход, а проходил по проходам в каменных полах домов богатых патрициев, тем самым нагревая их. Это не было вентиляцией и кондиционированием в чистом виде, а скорее являлось видом обогрева помещения.  Однако создание микроклимата путем управления газами в те времена можно было назвать по-настоящему революционным подходом, дающим возможность получать теплый, но чистый воздух в помещениях. Этот же метод успешно применялся в те времена в знаменитых римских банях.

Воздухоподготовка в Средние века

В Средневековье врачи соотнесли такие понятия, как воздухоподготовка и скорость распространения инфекций во время эпидемий, и поняли, что плохой воздухообмен способствует повышению числа заболевших. Второй проблемой Средневековья был угарный газ внутри помещений. Но, к счастью, и в те времена были прогрессивные деятели, которые понимали важность вентиляции для жизни людей.

Монах Англии Карл I был как раз таким – в начале семнадцатого века он указом запретил строить жилые здания с высотой потолков менее трех метров, и предписал в обязательном порядке оборудовать каждый дом продолговатыми окнами. Таким образом, объемы комнат увеличились, а концентрация инфекций и ядовитых газов уменьшалась.

В том же семнадцатом веке ученые экспериментальным путем выявили смертельное действие некого газа на живых существ. Они ставили опыты, оставляя животных под стеклянным колпаком вместе с горящей свечей.  Лишь спустя столетие Антуан Лоран Лавуазье назвал газ углекислым и смог написать его формулу. Но даже через двести лет ученые не смогли точно выяснить, какое именно соотношение кислорода и углекислого газа является безопасным для человека.

 Нормы и подходы – вечное противостояние

В течение столетий, по мере развития вентиляции, менялись и совершенствовались подходы к ее обустройству, в зависимости от целей и методов.  Ученые полагали, что главная задача вентиляции состоит в снижении уровня углекислого газа, обеспечении притока кислорода, врачи же видели ее предназначение в устранении микроорганизмов, вызывающих болезни. Инженеры желали видеть систему компактной и эстетичной. Такие разногласия приводили к появлению разных подходов в решении задач, фактически – к разброду.
Но цивилизованным обществом человечество сумело стать отчасти потому, что в нужный момент появлялись авторитеты, помогающие разрешить сложнейшие ситуации. Таким авторитетом в сфере вентиляции стал инженер Томас Тредгольд, именно он создал в начале девятнадцатого века оптимальные стандарты в области вентиляции, на основе собственных подсчетов. Минимальным объемом помещения для одного человека он предложил считать объем в 7,2 кубических метра, именно такой объем давал возможность нормально существовать отдельному индивидууму.
Именно эта норма стала первой в стройной системе. Дальнейшему нормотворчеству способствовала Крымская война 1853-1855 годов. Санитары, работающие  в госпиталях, заметили, что в маленьких палатах солдаты чаще заражают друг друга, именно так появился стандарт, предписывающий обеспечить каждому бойцу объем в  50 кубических метров. Позже, в 1914 году, американская организация American Society of Heating and Ventilating Engineers сделала ее законом.
 Данная норма была стандартом до энергетического кризиса – когда он начался, специалисты Дании и США снизили норму до объема в 27 кубических метров на одного человека. Окончательный стандарт был утвержден ASHRAE / ANSI 621989 в 1980 году, его одобрила большая часть государств.
 

Естественная вентиляция
Следует признать, что процесс развития систем вентиляции и кондиционирования был достаточно медленным – в течение столетий прогресс в этой сфере оставался на уровне проветривания и примитивных систем вытяжки и притока воздуха. Можно сказать, что снабжение людей свежим воздухом было основано на применении перепадов температур и давления, снаружи и внутри помещений. 
Интересно, что первым ученым, кто взялся за серьезное изучение процессов перемещения воздуха, был наш соотечественник Михаил Ломоносов. Именно он изобрел прибор для измерения направления перемещения воздуха и его скорости - анемометр. Ученый также создал объемный трактат «О вольном движении воздуха, в рудниках примеченном», в котором детально описал движение воздуха по шахтам и трубам.
Достижения Михаила Ломоносова очевидны, и они были революционными для его времени. Однако сегодня мы понимаем, что даже самая эффективная естественная вентиляция не способна полностью обеспечить потребность современного человека  в свежем воздухе. Причины этого – зависимость ее от погоды, низкая мощность. Понимание этого заставляло ученых активно развивать сферу механической вентиляции.
Искусственная вентиляция
В первой трети восемнадцатого века был изобретен осевой вентилятор. Агрегат этот был впервые применен в здании парламента  Англии, в движение его приводила паровая машина. Осевой вентилятор был надежным прибором, он достаточно эффективно проработал почти целое столетие. Уже позже появились его модификации, работающие на энергии двигателей, керосине, спирте.
Математик Леонард Эйлер в 1754 году презентовал свой труд, в котором он подробно описал собственные соображения по расчету вентиляции. Интересно, что  основные принципы, выведенные ученым, применяются и в наши дни. Первая система вентиляции немеханического типа начала функционировать уже позже, в 1810 году, в пригороде Лондона Дерби. В основу ее создания был положен правильный, серьезный расчет. Уже в 1815 году был выдан первый патент на «метод кондиционирования воздуха в зданиях и регулировки температуры».
В Англии такой же патент получил Ж. Шабаннес, выходец из Франции. Именно в период получения им документа такие понятия, как кондиционирование и вентиляция, стали неразделимы. Уже спустя сто лет, в 1902 году, инженер из США Уиллис Карриер изобрел самый настоящий кондиционер – сам автор изобретения назвал свое творение «холодильной машиной». Изобретение это было очередным, значительным шагом в сфере микроклиматики.

Центробежный вентилятор изобрел инженер из России А. А. Саблуков, изобретение было представлено в качестве агрегата, очищающего воздух, на Чагирском руднике, в 1832 году, то есть задолго до изобретения «Люстры Диеля». Вентилятор представлял собой кожух в форме цилиндра, внутри было колесо с четырьмя прямыми лопастями. В движение агрегат приводился с помощью ручного привода и двух человек. Устройство высоко оценили владельцы промышленных предприятий.

Следующим значительным событием в этой сфере микроклиматики можно назвать создание достаточно эффективного потолочного вентилятора, работающего на электродвигателе. Придумал его немецко-американский изобретатель Филипп Диель, случилось это в 1882 году. Мистер Диель, чуть раньше, участвовал в создании знаменитых швейных машин «Зингер», и именно «швейный» двигатель он усовершенствовал и применил для вентилятора. Именно это стало прорывом и дало возможность производить и применять вентиляторы массово, ведь отныне каждый вентилятор мог работать без ремней для привода, то есть автономно. Данное изобретение получило название, ставшее историческим, вентилятор назвали «Люстра Диеля». Усовершенствование осевых вентиляторов  продолжит русский ученый Н. Е. Жуковский, он развил вихревую теорию крыла.
 
Воздухоподготовка
Такое направление, как воздухоподготовка, стало активно развиваться в 1861 году, когда инженер И. И. Флавицкий создал приточно-вытяжную вентиляцию, в системе воздух, поступающий снаружи, подогревался. Спустя 23 года инженер издал свои труды, в которых было представлено его видение изменения ощущения комфорта в помещении у человека, в зависимости от давления, влажности, температуры.
В 1870 году профессор Г. С. Войницкий написал и издал первое в мире учебное пособие, с помощью которого можно было изучать вопросы вентиляции и отопления. В 1890 году появилось на свет более фундаментальное пособие по этим вопросам, создал его профессор С. Б. Лукашевич.
Через сто лет, в семидесятых годах прошлого века ученый Ганс Остберг придумал вентиляторы канального типа (канальный вентилятор), это изобретение также оказало огромное влияние на климатическую отрасль.
Мировая история вентиляции – это многочисленные научные труды, гениальные изобретения ученых, опыты и труды тысяч людей, в разные времена.

Именно благодаря им мы, в наше время, можем успешно применять эффективное климатическое оборудование, и наслаждаться комфортным климатом в помещениях.

по материалам статьи автора С.В. Пономарева