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暖气 最有温度的发明

2020-11-20 13:05:57来源:北京日报

暖气 最有温度的发明

张品秋

寒风凛冽的冬季,一间温暖如春的屋子会让人感到十分幸福。如今遍布北方家家户户的暖气,在百年前却是时髦和身份的象征。暖气是谁发明的?它又是怎样来到中国的呢?

1 暖气的雏形

早在公元前100年,古罗马人在公共浴室、公共厕所等场所的地面下方和墙体内部已经建造出为室内加热的设施。这种设施以烧火产生的热烟和热气为热源,热烟和热气经过浴室地面下方、墙体内部和拱顶内部的一排排瓦管,从地面徐徐上升。热烟和热气沿着瓦管流动,散发热量,逐步加热地面与墙体,产生热循环。古罗马的公共浴室大多是露天的,有了这样的保温设计,露天浴室即便在寒冷的冬日也能感受到温暖如春,人们悠然自得地在其中沐浴、社交。这种设计被视为中央供热的雏形,并随着古罗马疆域的不断拓展被带到世界各地。

在我国北方,类似的取暖技术被称为“火墙”和“火地”,最早可以追溯到秦代。考古学家在秦兴乐宫遗址中就发现了火墙的做法,即用两块瓦相扣,做成管道包在墙的内侧,与灶相连通。北魏郦道元在《水经注》卷六中记载了河北观鸡寺大殿内火地的铺设情况:“寺内有大堂,甚高广,可容千僧。下悉结石为之,上加涂塈。基内疏通,枝经脉散。基侧室外四出余火,炎势内流,一堂尽温。”说的是观鸡寺大堂的房基是石头做的,房基内部连通,从屋外房基侧面点火,热气往石头房基里流,大堂里就暖和了。

明清宫殿的建筑结构,采用了火墙和火地结合的形式,最典型的就是紫禁城。紫禁城内的很多建筑有火墙,就是将宫殿中的墙壁建造成空心的夹墙,墙下挖有火道,殿外的房基里设有添火炭的炭口。一到冬天,专职的司炉太监就会将烧好的炭倒进炭口,温暖的热烟就会顺着夹墙火道加热整个房间。

宫内的火地结构主要由工作坑、炉膛、主烟道、支烟道、排烟道等几部分组成。工作坑的位置一般在建筑的前檐外的阶条石内,也有在走廊内或山墙处的。工作坑通常是方形的,深约1米,平时用木板盖上,用时掀开木板,人可下到工作坑里烧炭。工作坑与炉膛相连,一般靠近床炕,以便最大限度地发挥取暖效果。炉膛的形状有长方形的,也有椭圆形的,一般用生铸铁制成。炉膛上方是经受最高温的地方,所以会安放一块特制的铸铁方砖,以增加抗热强度,防止因局部过热而烧塌地面,引起火灾。炉膛后部是一条斜坡状的主烟道,利于热烟迅速通过。主烟道两侧分出若干条支烟道,左右对称,使热烟流动到各处,最后从排烟口排出。因为这种烟道的排列形式很像蜈蚣,人们称其为“蜈蚣道”。

紫禁城的火地设计结构非常合理,烧火的工作坑和排烟道均在室外,既避免了烧火产生的烟进入室内,又可以防止烧火人员一氧化碳中毒的风险。热烟沿着主烟道、支烟道流到屋内各处,地面得到均匀加热,室内温暖又干净,很好地满足了冬季取暖的需求。不过,火地施工难度系数大,需要打通宫殿地下部分,施工不便且易引起建筑下陷,所以只有少数帝后起居的宫殿内建有火地。乾隆皇帝最爱待的养心殿三希堂就设有火地。他在诗作《冬夜偶成》中感叹:“人苦冬日短,我爱冬夜长。皓月悬长空,朔风瓢碎霜。垂帘在氍毹,红烛明涂堂。博山炷水沉,和以梅蕊香。敲诗不觉冷,漏永夜未央”。现在,人们参观故宫时,还可以在养心殿、景仁宫、寿康宫等处看到火墙和火地的遗迹。它们可谓暖气的雏形。

2 暖气片的诞生

近现代意义上的暖气诞生于欧洲。随着工业革命轰轰烈烈地展开,蒸汽机的发明促进了锅炉制造业的发展。19世纪的欧洲出现了以锅炉为热源、以蒸汽或热水为热媒的集中供暖。最早将暖气铺设进自己家的人就是大名鼎鼎的苏格兰发明家詹姆斯·瓦特。没错,就是那个发明蒸汽机的瓦特。瓦特把一条输送高压蒸汽的管道铺设到了自己家里,并用焊接铜板制成了散热器。这套暖气设备让瓦特的家在苏格兰阴冷的冬季也能够十分温暖。在自己家中试验成功之后,瓦特扩大了这套蒸汽取暖设备的规模,将其安装在了曼彻斯特的一家纺织工厂里。就这样,瓦特成为暖气的先驱者之一。他的做法体现了近代暖气设备在诞生时最重要的两个用途:一是确保家庭生活起居的取暖,二是满足工业生产必要的取暖需求。后来,法国出现了最早的热水供暖系统。从那以后,蒸汽供暖和热水供暖成为集中供热最主要的两种形式,一直延续到现在。

19世纪中叶,铸铁散热器即最早的暖气片被俄国人弗兰茨·桑加利发明出来。桑加利从小跟随经商的父母往来于欧洲各国,见多识广。长大后,他也成为一名商人。有一年,他在英国见识到当时最先进的熔铸铁技术,并深深迷上了它。桑加利觉得这项技术有很大的商业空间,便花重金学会了这项技术,并带着相关材料和机械回到了俄国。为了在俄国推广这项技术,他成立了自己的公司,生产一些适用于家庭的铁制品,比如护栏、铁管等。同时,他还根据客户的需要制作一些个性化的家庭用品,并上门安装,发展出集生产和安装为一体的业务模式,很受客户喜爱。他的公司也渐渐有了名气。

公司收到的订单源源不断,桑加利每天忙得不亦乐乎。一日,在外面忙了半天的桑加利刚回到办公室,就见几个人径直闯进来,从对方的穿着打扮上看似乎来自皇宫。来人也没有多解释,只是让他跟自己走一趟,说有一笔大生意等着他做。桑加利自然不敢拒绝,乖乖跟着他们出去。

来人将他带到圣彼得堡港口旁边的一座宫殿,说明了来意。原来这里是沙皇新建的一座行宫,宫殿已建设完,却没有任何供暖设备。俄国的冬天非常寒冷,他们希望桑加利能利用欧洲的新技术为这座行宫铺设一套供暖设施。

接下这笔大单,桑加利丝毫不敢怠慢。他围着宫殿内外转了好几圈,随后回到办公室里,拿起笔画了一张又一张图纸。经过几天的思索,他发明了一种新的东西——暖气片。暖气片本身不产生热量,但它的金属质地导热快,栅栏式结构也能更好地散发热量,只需将锅炉烧出的热水输送到暖气片里,再靠它散发热量就可以加热居室了。

几个月后,暖气片就被安装在了沙皇的行宫里。为了与行宫的装饰风格相统一,桑加利还特意在暖气片上雕铸了各种花纹,使它看上去具有一种工业美感。沙皇对桑加利的发明十分满意,又让他照这座行宫的设计,给自己的其他宫殿和别墅都安装上同样的供暖设施。其他贵族在沙皇行宫见识到暖气片带来的温暖后,也纷纷让桑加利去自己的府邸安装暖气片。后来,暖气片从达官贵人的官邸走向教堂、剧院等公共设施。

随着科技的发展,暖气片的材料也从铁质发展到钢质,并出现了铜质、铝质等不同类型。暖气片的制作成本也逐渐降低,去除了装饰性的元素,保留其实用功能,成为普通百姓也能享受到的冬日福利。

3 热水汀改变中国人取暖习惯

欧洲的这股暖气风潮,也被引入了近代中国。在19世纪末,北京东交民巷的一些外国公使和外国企业开始在其驻地建筑中安装暖气设备,到了1910年前后,北京和上海的一些新建筑也纷纷安装了暖气设备取暖。

暖气刚刚来到中国时,被称为热水汀。暖气采暖需要锅炉和管道将整个楼宇作为系统连接起来,还需要煤炭作为燃料、钢铁作为设备材料、泵作为动力。暖气采暖干净、均匀、持续,与传统的烧火取暖相比,优势不言而喻。

随着民族资本主义的发展,中国自产煤的数量上升,大城市的煤源逐渐充足,从而解决了采暖所需的燃料问题,为暖气的推广提供了能源保障。于是,热水汀在北京和上海的政要公馆、知名企业、豪华酒店、大学、医院、高档公寓等西式建筑中流行起来。上海的礼查饭店、汇丰银行、电报大楼,北京的清华大学、燕京大学等地方,均安装了蒸汽采暖设备。

在当时,上海是全国暖气事业最发达的地区。有文献记载,当时上海几乎所有的设备安装企业都从事暖气安装业务,暖气工程技术也非常先进。以外资设备安装企业顾发利洋行为例,在暖气安装工程上,其业务细分为:真空暖气工程、低压暖气工程、暗管暖气工程和加速及自降暖气工程等。当时世界最大的采暖设备生产厂商美国汽炉公司的在华代理机构慎昌洋行,在沪大力推广热水汀。该公司所售采暖设备的种类非常齐全,可以提供从仅一个浴室使用到服务整个旅馆或公寓大楼的系统设备。当时外滩所有建筑都采用了慎昌洋行提供的锅炉及散热器。在上海其他地方,一些设施较好的里弄都设置有锅炉间为建筑提供采暖的热源。上世纪30年代,上海的设备工程师陆今钟和黄述善各自编著了一本《暖气工程》。可见,上海的暖气事业已经发展得比较成熟。

不过,暖气的普及只是在西式建筑中,对于那时的普通大众来讲,暖气还是时髦和奢侈的象征。1932年冬末春初之际,鲁迅住在上海,其子周海婴起了疹子,鲁迅想找一个比较温暖的环境为孩子养病,于是专门找了一家有蒸汽采暖的旅馆。不料这家旅馆虽然有采暖设备但是当时并没有蒸汽供应,住店费用却比一般旅馆要贵。鲁迅因此在给友人的信中抱怨说,这钱算是白花了。

在北京,同样是安装了热水汀的两所大学——清华大学和燕京大学的情况也不一样。据说当时清华大学的采暖费拨款充裕,暖气烧得特别好,整个冬天,清华大学的室内都跟夏天一样,学生们睡觉时盖一条薄被就足够了。而不远处的燕京大学因为采暖费不足,暖气就烧得温温吞吞。

4 边学边干的新中国暖气事业

第二次世界大战之后,城镇供热事业得到前所未有的发展。一些工业发达国家出现了现代意义上的热电联产。苏联建成了当时世界上规模最大的供热系统,莫斯科的热网干线就长达3000多公里,源源不断地为城市500多个工业企业和4万多座建筑物输送采暖用热水。英、美、法等国家多采用区域锅炉房作为供热系统,热媒不是热水而是蒸汽。

新中国成立后,国家开始了有计划的大规模经济建设。上世纪50年代,新中国供热系统的设计、施工、运行管理主要是学习苏联的供热技术。1952年,在苏联专家的帮助下,哈尔滨工业大学在全国设立了第一个暖气通风工程专业。1953年,苏联暖通专家德拉兹多夫来华,他和中国研究生在哈工大组成了第一个暖通教研室,还有五名本科生和研究生一起学习。他们的主要任务就是以苏联的供热模式为范本,边学边干,开创新中国的暖气事业。第一届研究生都是从全国各地抽调来的青年教师,他们先在预科专门学习一年俄语,以便直接向苏联专家学习。为了扩大专业师资队伍的培养,高教部又从全国各地抽调了一批教师来进修。第二批学员没有时间再学习一年俄语,只好通过第一批研究生间接向苏联专家学习。这些人后来都成为各高校创建暖通专业的中坚力量。

很快,同济大学、清华大学、天津大学、南开大学等8所院校也创设了暖通工程专业。我国暖通工程行业终于有了自己的人才队伍。1956年5月1日,建工部建筑科学技术研究所内成立了采暖通风研究室,标志着我国暖通行业人才队伍初步建成,为进一步探索有中国特色的暖通事业奠定了基础。

新中国集中供热事业最早从北京起步。1957年,北京市第一热电厂作为苏联援建中国的156个重点项目之一开始建设。1958年4月,全国集中供热的第一条管道“光华线”在京破土动工,开启了我国城镇集中供热的历程。前三个“五年计划”期间,全国虽然建成了多座热电厂,但是投产后供热能力很低,导致我国城镇集中供热事业的起步较缓慢。直到1968年,沈阳才成为全国第二座建成集中供热系统的城市。

上世纪80年代以后,我国暖气事业迎来大发展。1983年年底,全国有17座城市建立了集中供热设施,共铺设供热管道600余公里,市政供热面积3000万平方米。北京也陆续建成了第二热电厂、左家庄供热厂、方庄供热厂、北辰热力厂等热电厂。北京最老的石景山发电厂也被改造为热电厂。上世纪80年代后期,我国集中供热逐渐从大型城市向二、三线城市普及,这一时期是我国集中供热高速发展的时期。1989年,“三北”地区十三个省市的供热面积达到18900万平方米,集中供热普及率达到12.1%。

从上世纪90年代开始,我国在继续发展集中供热的同时,也开始发展分户供暖,以太阳能等清洁能源为热源的供暖方式不断涌现。更加节能、环保的采暖新技术、新材料为高效采暖带来更多的可能,寒冷冬日里,人们很享受家中温暖、舒适、健康的高品质生活。

延伸阅读

集中供热VS分户采暖,哪个更好?

进入新世纪,世界各国的建筑采暖方式不尽相同,大致可以分为集中供热和分户独立采暖两种形式。

集中供热的优点是安全、可靠,用户不用自己负责建设、维修、更新等事宜。但缺点是热力管网传输时的热损耗比较大,供暖时间和温度不能由用户自己控制。

分户供暖就是每家每户有一个独立的供暖系统,比如燃气壁挂炉采暖、中央空调采暖、电热膜采暖、太阳能采暖等。它的优点是用户可以自主调节温度和供暖时间,能源浪费少。但缺点也很明显,那就是存在一定的安全隐患,用户要自己承担维护责任,而且目前来看,分户供暖的收费也比集中供暖高一些。

在实际操作中,各国根据不同的地理条件和人口居住情况,因地制宜地选择了适合本地区情况的供暖方式。比如在地广人稀的加拿大,住宅建筑主要采取了分户热风供暖。每户在地下室安装独立的燃气热风炉,利用炉子加热供暖房间的室内回风和一小部分室外新鲜空气,通过风机经风道送至房间。

芬兰则采用了“间接集中供热”形式,通过供暖管道提供的热水流向每栋楼房的热交换器内,热交换器与用户的散热器之间形成一个单独的循环系统。每个用户可以自主调节供热温度和供热时间。据统计,大部分芬兰人冬季每月的供暖开支超过100欧元。

目前在我国,北方城镇主要采用集中供热,北方农村和南方广大地区则以分户供暖为主。