Энергия и цивилизация

Примитивность и неэффективность традиционных методов отопления и освещения особенно примечательны, если сравнивать с часто впечатляющими механическими достижениями древних цивилизаций. Контраст еще больше на фоне широкого набора технических инноваций в Европе после Ренессанса. Открытые очаги и камины обеспечивали довольно слабое отопление почти на всем протяжении ранней современной эры (1500–1800). Свечение огня, мерцающее слабое пламя (часто дымивших) масляных ламп и (обычно дорогих) свечей обеспечивали все освещение в течение тысячелетий доиндустриальной эволюции.

В области отопления самый важный переход от затратных, нерегулируемых открытых очагов к более совершенным устройствам был очень медленным. Даже помещение огня в трехсторонний камин принесло лишь крайне малый выигрыш в эффективности. Хорошо сложенные камины могли гореть без присмотра целую ночь, но их эффективность оставалась низкой. Лучшие цифры достигали 10 %, но как правило величина колебалась лишь около 5 %. Обычно подобное устройство нагревало воздух рядом с собой, но теплый воздух уходил через трубу наружу, что приводило к общим потерям тепла в комнате. Перекрыть же тягу было нельзя, поскольку при сгорании топлива выделялся опасный, а в больших количествах даже летальный угарный газ.

Эффективность традиционных кирпичных или глиняных печей менялась не только в зависимости от конструкции (часто обусловленной предпочтениями в приготовлении пищи), но также в зависимости от главного топлива. Современные исследования, посвященные азиатским сельским печам, чья форма не менялась столетиями, позволили зафиксировать максимальную практическую эффективность. Массивные кирпичные печи с длинными трубами и плотной кладкой, которые топили дровами, имели эффективность около 20 %. В менее крупных, продуваемых печах с короткими трубами, которые топили соломой или травой, типичная величина была близка к 15 %, а иногда составляла всего 10 %. Но все традиционные отопительные устройства оставались очень неэкономными. По меньшей мере три обогревательных системы использовали дерево и пожнивные останки изобретательно эффективным образом, обеспечивая большую степень комфорта.

К их числу относились римский hypocaust, корейский ondol и китайский kang. Первые два направляли горячие продукты горения через поднятый пол комнаты перед тем, как отправить их в трубу. Hypocaust был греческим изобретением, его старейшие образцы находят в Греции и некогда населенной греками побережной части Южной Италии, и датируют III веком до н. э. (Ginouves 1962). Римляне поначалу использовали его в теплых комнатах (caldaria) публичных бань-терм, а позже для того, чтобы обогревать каменные дома в более холодных провинциях империи (рис. 4.16). Испытания сохранившегося hypocaust показали, что 1 кг каменного угля в час достаточно, чтобы поддержать температуру в 22 °C в комнате 5x4x3 м при наружной температуре 0° (Forbes 1966). Третье из упомянутых обогревательных устройств до сих пор встречается в Северном Китае. Kang, большая кирпичная платформа (минимум 2x2 м и 75 см высотой) обогревается остаточным теплом от прилегающей печи; она используется в качестве кровати по ночам и как место отдыха днем (Hommel 1937).

Рисунок 4.16.

Часть римского hypocaust (со скелетом собаки, убитой чадом) из Римского музея в Хомбург-Шварценакер (Саар). Фотография предоставлена Barbara F. McManus

Был проведен (Yates 2012) детальный инженерный анализ подобного традиционного теплообменника, затем последовали предложения по повышению его эффективности. Kang отдавал тепло медленно, распределяя его по сравнительно большой площади, жаровни же, широко распространенные в большинстве обществ Старого Света, наоборот, предоставляли точечный источник тепла и производили немало угарного газа. Японцы, успешно эксплуатировавшие китайские и корейские изобретения, не смогли адаптировать ondol или kang для своих хлипких деревянных домиков. Жители Японии пользовались жаровнями с каменным углем (hibachi) и грелками для ног (kotatsu). Такие небольшие контейнеры с каменным углем, поставленные на пол и покрытые плотной тканью, использовались даже в XX веке. Они существуют и сегодня в форме электрических kotatsu, маленьких обогревателей, встроенных в низкие столики. А Палата общин Великобритании отапливалась с помощью больших сосудов с каменным углем до 1791 г.