Neste artigo, consideraremos a questão muito importante do aquecimento de edifícios de pedra e tijolo nos velhos tempos.
No momento em que escrevo estas linhas, a temperatura fora da minha janela é de -36g. Fora da cidade -48g. A última vez em que me lembro dessas geadas foi há 12 anos. O clima nesses anos estragou as regiões do sul da Sibéria Oriental.
Em temperaturas tão baixas, a questão do aquecimento confiável e eficiente é muito importante. Na nossa era técnica, na maioria dos casos, trata-se de aquecimento de água a partir de centrais térmicas (nas cidades), ou de vários tipos de caldeiras a combustível (se for uma casa privada). Nas aldeias, tudo é à moda antiga: um fogão de tijolos com acesso de peças do fogão a todos os quartos, uma fornalha com lenha.
Mas como os enormes palácios de tijolos eram aquecidos nos velhos tempos?
Interiores de edifícios antigos com grandes salas e corredores:
A salamandra do palácio de verão de Pedro I. A impressão é que esta salamandra não está no seu lugar, ou não está prevista no projeto do palácio.
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Para aquecer efetivamente um edifício, esses fornos devem estar em todos os cômodos.
Numa casa de aldeia de madeira, tudo é mais simples, colocam o fogão no centro do edifício:
O recuperador aquece, aquece todas as divisões.
Ou é ainda mais simples, a casa tem um cômodo com um fogão russo no centro:
Há uma versão que afirma que fogões para tais palácios e salões não foram concebidos de forma alguma. Eles foram instalados depois, por desespero, quando o clima mudou para um acentuadamente continental com baixas temperaturas de inverno. Na verdade, muitos dos fornos nos palácios parecem estranhos, fora do lugar. Se havia um projeto antes da construção de tal edifício, então obviamente ninguém estava envolvido no projeto de aquecimento.
A versão oficial sobre muitos palácios diz que a maioria deles eram palácios de verão, para onde se mudavam apenas na estação quente.
Considere o progresso do aquecimento usando o exemplo do Palácio de Inverno.
O brasão do Palácio de Inverno. Mesmo agora, o aquecimento dessas salas ainda é um desafio para os designers.
No início, o aquecimento do Palácio de Inverno era obviamente um fogão. Os aposentos eram aquecidos por lareiras e fogões holandeses, almofadas térmicas colocadas nas camas - braseiros fechados com carvão.
Grandes fogões foram instalados no andar inferior do Palácio de Inverno, cujo ar quente deveria aquecer os quartos do segundo andar. Fogões de várias camadas com decoração também foram instalados nos corredores cerimoniais de dois andares, mas para salas grandes, esse sistema de aquecimento revelou-se ineficaz.
Em uma das cartas escritas no inverno de 1787, o conde P. B. Sheremetyev compartilha suas impressões: "e o frio é insuportável em todos os lugares … todas as extremidades, e os fogões são apenas para exibição e alguns não estão trancados." Não havia aquecimento suficiente nem mesmo para os aposentos da família real localizados no segundo andar, sem falar no terceiro, onde moravam as damas de honra. “Por ocasião do frio majestoso” de vez em quando até teve que cancelar bailes e recepções - nos salões cerimoniais de duas alturas a temperatura no inverno não subia acima de 10-12 ° С.
A enorme economia de fogão do Palácio de Inverno consumia muita lenha (no inverno a fornalha era feita duas vezes ao dia) e representava um grave perigo na sensação de incêndio. Embora as chaminés tenham sido limpas “com a frequência e cuidados especiais”, o desastre não pôde ser evitado.
Na noite de 17 de dezembro de 1837, ocorreu um incêndio no Palácio de Inverno, sendo possível apagá-lo apenas no dia 20. De acordo com as memórias de testemunhas, o brilho pode ser visto a vários quilômetros de distância.
No processo de restauração do palácio, optou-se por trocar o aquecimento do recuperador por ar (ou como era então denominado "pneumático"), desenvolvido pelo engenheiro militar N. A. Ammosov. Nessa época, as fornalhas de seu projeto já haviam sido testadas em outras edificações, onde se mostraram excelentes.
No forno Ammosov, a fornalha com todos os fluxos de fumaça de tubos de ferro ficava localizada em uma câmara de tijolos com passagens, na parte inferior da qual havia aberturas para o ar externo fresco ou o ar recirculado das salas aquecidas para entrar na câmara. Na parte superior da câmara do forno, existem orifícios de ventilação para a remoção do ar aquecido para as salas aquecidas.
“Um forno pneumático, pelo tamanho que possui e pela comodidade de colocar uma habitação, pode aquecer de 100 a 600 metros cúbicos. braças de capacidade, substituindo 5 a 30 fornos holandeses"
Outra diferença fundamental entre o sistema Ammosov é uma tentativa de complementar o aquecimento com a ventilação. O ar mais fresco retirado da rua era utilizado para o aquecimento das câmaras de ventilação e, para retirar o ar de exaustão das instalações, foram feitos orifícios nas paredes ligados a canais de ventilação, que “servem para retirar o entupimento e a humidade da divisão”. Além disso, canais adicionais ou sobressalentes foram feitos nas paredes para o futuro. Refira-se que em 1987, ao examinar todo o conjunto de edifícios da Ermida Municipal, foram encontrados cerca de 1000 canais de diversos fins com uma extensão total de cerca de 40 km (!).
Restos de um forno Ammos no pequeno Hermitage. Firebox e entrada para a câmara de ar.
Então, o fundador da termoquímica GI Gess conduziu um exame dos fornos de Ammosov e concluiu que eles eram inofensivos para a saúde. 258.000 rublos foram alocados para o “dispositivo de aquecimento pneumático”. e o processo começou. 86 fornos pneumáticos grandes e pequenos foram instalados nos porões do palácio. O ar aquecido subia pelos canais "quentes" para os salões cerimoniais e salas de estar. Os pontos de saída dos dutos de aquecimento foram completados com grades de cobre nos dutos de ar, feitas de acordo com os desenhos do projetista V. P. Stasova:
Para a sua época, o sistema de aquecimento proposto pelo general Amosov era certamente progressivo, mas não ideal - secava o ar. Através dos tubos com vazamento nos aquecedores, os gases de combustão entraram no ar aquecido. Não muito - a poeira estava caindo da rua junto com o ar fornecido. Tendo se acomodado na superfície quente dos trocadores de calor de ferro, a poeira queimou e entrou nas instalações na forma de fuligem. Não só as pessoas sofreram com este "efeito colateral" do sistema de aquecimento moderno - produtos de combustão assentados em cortinas pintadas, esculturas de mármore, pinturas … Vamos adicionar aqui flutuações significativas de temperatura durante e no intervalo entre as fornalhas: quando os fogões são aquecidos, os quartos ficam muito quentes, mas quando param de aquecer, o ar esfria rapidamente.
Em 1875, outro representante do corpo de engenharia militar - o engenheiro-coronel G. S. Voinitsky apresentou um projeto para aquecimento de água-ar. O novo tipo de aquecimento foi testado em uma pequena seção do Palácio de Inverno (Galeria Kutuzovskaya, Igreja Pequena, Rotunda) e, na década de 1890, foi estendido a toda a parte noroeste, instalando um total de 16 câmaras de ar no porão. A água quente era trazida de uma sala de caldeiras localizada em um dos "pátios iluminados" do palácio. A água quente era fornecida das caldeiras através de tubos de ferro para os aquecedores, e o ar aquecido passava pelos canais de calor já existentes para os aposentos (naturalmente - devido ao fato de o ar quente ser mais leve que o frio).
Só no verão de 1911 surgiu o sistema de aquecimento, mais parecido com o moderno. Técnico de gabinete e.i.v. engenheiro N. P. Melnikov desenvolveu um novo projeto. Ele criou dois sistemas complementares em Hermitage: um sistema de aquecimento por radiador de água e um sistema de ventilação com elementos de ar condicionado. A reconstrução do aquecimento no Hermitage foi concluída no outono de 1912, a ventilação foi instalada em 1914. [Fonte]
Como você pode ver, o progresso do aquecimento desses tijolos e grandes instalações durou quase 200 anos. Demasiado longo. Mas as próprias casas de tijolos de vários andares foram construídas quase da mesma forma no século XVIII. e no início do século XX. Na verdade, há ideias de que as tecnologias de aquecimento simplesmente não tiveram tempo para se ajustar na esteira da dramática mudança climática. Possivelmente mudanças climáticas pós-cataclísmicas (mudança de pólo, inundação, etc.).
Na Europa, o clima não se tornou tão severo - no passado, a maioria deles assentava em lareiras. Em termos de eficiência, são piores que os fornos. Mas, aparentemente, esse desenho da lareira foi o suficiente.
Toda esta experiência de aquecimento não podia deixar de ser aproveitada nos edifícios do final do século XIX, início do século XX.
Casa de Vilner em Minusinsk (uma cidade perto de Abakan). São mostradas chaminés nas paredes. Acho que é por isso que muitas das paredes em edifícios tão antigos têm um metro de espessura. Um fogão foi aquecido no porão e o ar quente aqueceu as paredes.
Da mesma forma, este projeto de aquecimento pode e foi usado em outros edifícios dos séculos XIX e XX. na Rússia.
E agora, com base nas informações de artigos anteriores sobre o uso da eletrostática em edifícios antigos, tentaremos, pelo menos teoricamente, fundamentar fontes alternativas de aquecimento naquela época, sobre as quais não existem livros técnicos ou outras referências. Mas as cidades de pedra, a julgar pelas descrições e mapas, eram certas.
Para quem não conhece o tema - O uso da eletricidade atmosférica no passado, leia a etiqueta “eletricidade atmosférica”.
Na física, existem muitos efeitos associados à eletricidade estática.
O efeito piezoelétrico inverso é o processo de compressão ou expansão de um material piezoelétrico sob a ação de um campo elétrico, dependendo da direção do vetor de intensidade do campo.
Se uma tensão alternada for aplicada a tal elemento piezoelétrico, então o elemento piezoelétrico irá se contrair e expandir devido ao efeito piezoelétrico inverso, ou seja, realizar vibrações mecânicas. Nesse caso, a energia das vibrações elétricas é convertida em energia de vibrações mecânicas com frequência igual à frequência da tensão alternada aplicada. Como o elemento piezoelétrico tem uma frequência natural de vibrações mecânicas, um fenômeno de ressonância é possível quando a frequência da tensão aplicada coincide com a frequência natural das vibrações da placa. Neste caso, obtém-se a amplitude máxima das oscilações da placa do elemento piezoelétrico.
Essas micro-oscilações do dielétrico podem aquecê-lo? Eu acho que, com uma certa frequência de oscilações - bastante. Outra questão - tijolo a fogo, cerâmica, pode ser o material onde este efeito é possível?
O efeito piroelétrico consiste em uma mudança na polarização espontânea dos dielétricos com uma mudança na temperatura. Os piroelétricos lineares típicos incluem turmalina e sulfato de lítio. Os piroelétricos são polarizados espontaneamente, mas ao contrário dos ferroelétricos, a direção de sua polarização não pode ser alterada por um campo elétrico externo. A uma temperatura constante, a polarização espontânea do piroelétrico é compensada por cargas livres de sinal oposto devido aos processos de condutividade elétrica e adsorção de partículas carregadas da atmosfera circundante. Quando a temperatura muda, a polarização espontânea muda, o que leva à liberação de alguma carga na superfície piroelétrica, por onde surge uma corrente elétrica em um circuito fechado. O efeito piroelétrico é usado para criar sensores térmicos e receptores de energia radiante destinados aem particular, para o registro de radiação infravermelha e de microondas.
Acontece que há um efeito eletrocalórico (o oposto do piroefeito) - um aumento na temperatura de uma substância quando um campo elétrico de força E é criado nela e uma diminuição correspondente na temperatura quando esse campo é desligado em condições adiabáticas.
Os cientistas, se estão estudando esses efeitos, apenas na direção do resfriamento:
O uso do efeito eletrocalórico (o oposto do efeito piroelétrico) possibilita a obtenção de baixas temperaturas na faixa de temperatura do nitrogênio líquido ao freon utilizando materiais ferroelétricos. Valores recordes do efeito eletrocalórico (2,6 gr. C) próximo ao PT foram observados nas cerâmicas antiferroelétricas do sistema zirconato - estanato - titanato de chumbo e nas cerâmicas de escandoniobato de chumbo. Não está excluída a possibilidade de desenvolver um conversor piroelétrico multiestágio com uma eficiência de ciclo de cerca de 10% com uma potência esperada de até 2 kW / l do portador de energia, o que no futuro criará uma competitividade real para as usinas clássicas. [Fonte]
De acordo com as previsões dos físicos, existem amplas oportunidades para o eletrocalórico criar sistemas de resfriamento de estado sólido baseados nele, semelhantes ao elemento Peltier, mas baseados não no fluxo de corrente, mas na mudança na intensidade do campo. Em um dos materiais mais promissores, a magnitude da mudança de temperatura foi igual a 0,48 Kelvin por volt de voltagem aplicada.
Um aumento na atividade da comunidade científica no estudo do efeito eletrocalórico e nas tentativas de encontrar uma aplicação válida para ele caiu na década de 60 do século XX, mas devido a uma série de capacidades técnicas e tecnológicas, não foi possível criar protótipos com uma mudança de temperatura superior a uma fração de grau. Isso claramente não era suficiente para a aplicação prática, e os estudos do efeito eletrocalórico foram quase totalmente reduzidos.
Outro efeito:
O aquecimento dielétrico é um método de aquecimento de materiais dielétricos por um campo elétrico alternado de alta frequência (HFC - correntes de alta frequência; faixa de 0,3-300 MHz). Uma característica distintiva do aquecimento dielétrico é o volume de liberação de calor (não necessariamente uniforme) no meio aquecido. No caso de aquecimento HFC, a liberação de calor é mais uniforme devido à grande profundidade de penetração de energia no dielétrico.
Um material dielétrico (madeira, plástico, cerâmica) é colocado entre as placas de um capacitor, que é alimentado com tensão de alta frequência por um gerador eletrônico em tubos de rádio. Um campo elétrico alternado entre as placas do capacitor causa a polarização do dielétrico e o aparecimento de uma corrente de deslocamento, que aquece o material.
Vantagens do método: alta taxa de aquecimento; um método limpo sem contato que permite o aquecimento a vácuo, gás de proteção, etc.; aquecimento uniforme de materiais com baixa condutividade térmica; implementação de aquecimento local e seletivo, etc.
Curiosamente, este método foi usado no final do século XIX. em medicina para o aquecimento terapêutico de tecidos.
Todos esses efeitos são baseados no possível recebimento de energia, que é convertida em calor por meio do parâmetro principal - alta tensão. As correntes em eletrostática são muito pequenas. Considerando que toda a nossa engenharia elétrica moderna é engenharia de energia. Possui um parâmetro de tensão estrito (tome nosso padrão 220V, em alguns países há uma tensão diferente na rede), e a potência do dispositivo depende das correntes consumidas.
Acho que dezenas de milhares de volts da instalação de obtenção de eletricidade da atmosfera e instalada como diferença de potencial nas paredes podem substituir nossos modernos aquecedores e convetores elétricos por meio do aquecimento dielétrico. Acontece que ninguém no sentido aplicado de pesquisa mergulhou neste tópico. Desde a época de N. Tesla, a física moderna não está interessada em eletrostática. Mas em todos os lugares há espaço para façanhas. Ao que parece, que novo pode ser inventado nos circuitos de enrolamentos de motores elétricos? Descobriu-se - você pode. Dayunov criou esse motor elétrico combinando os circuitos de enrolamento do motor de indução "estrela" e "triângulo", chamando seu circuito de enrolamento de "Slavyanka".
A eficiência do motor elétrico e suas características de tração aumentaram. Decidi deixar o desenvolvimento na Rússia, e segui o caminho de procurar investidores privados. Cada inventor tem seu próprio caminho e olhe para sua ideia …
Voltando ao que foi escrito acima, vou assumir que quase tudo novo é um velho bem esquecido … E se existe algo na teoria, então pode ser implementado na prática!
Autor: sibved
