تاریخچه گرمایش
روند استفاده از گرمایش و سیستم‌های گرمایشی درزندگی بشر فراز و فرودهایی داشته که در این مقاله سعی در توضیح مختصری راجع به تاریخچه گرمایش داریم. در طول دوران مختلف تاریخی، بشر همواره به دنبال راه‌هایی بوده است تا از خود در برابر سرما محافظت نماید. این موضوع در طی سال‌ها دستخوش پیشرفت‌هایی گردیده و امروزه با استفاده از فناوری‌های جدید سیستم‌های گرمایشی، خانه‌هایمان گرم و ایمن شده است. از مزیت‌های سیستم‌های گرمایشی جدید تعمیر و نگهداری آسان با انجام یک سرویس سالیانه و هزینه‌ای مناسب است. امروزه با چرخاندن یک کلید و تنظیم ترموستات گرمای خانه را کنترل کرده و در مصرف انرژی صرفه‌جویی می‌کنیم؛ این در صورتی است که همیشه این‌گونه نبوده است.
تاریخچه گرمایش
سیستم‌های گرمایشی از دوران باستان تا امروز
نویسنده: افشین کهن‌ترابی
گرمایش در دوران باستان – نئاندرتال‌ها
از شواهد باستان‌شناسی می‌دانیم که هومو ارکتوس و آسترا لوپیتکوس در آن زمان از آتش به عنوان ابزاری کاربردی استفاده می‌کردند. در نقطه‌ای از تاریخ نیز آتش کمپ به داخل غارها و کلبه‌ها آورده شد. قدیمی‌ترین چیدمان، یک آتش مرکزی و یک سقف مرکزی برای خروج دود بود.
این اواخر کشف شد که در 44000 سال قبل از میلاد، نئاندرتال‌ها از اجاق‌هایی داخل غارها برای گرم نگهداشتن و پخت و پز و همچنان فرض بر این است که اجداد اولیه‌ی ما از آتش در غارها برای گرم نگه داشتن خود استفاده می‌کرده‌اند. البته در سال‌های بعد، سیستم گرمایش متنوع شد ولی همچنان تا حدود قرن چهاردهم، اجاق گاز حرف اول را می‌زد و رایج‌ترین وسیله‌ی مورد استفاده برای گرمایش بود.
گرمایش از کف دوران باستان
آتش اجاق هنوز در این زمان رایج‌ترین شکل برای گرمایش و آشپزی در خانه بود. با این حال با ابداع گرمایش از کف استثنائاتی نیز پدید آمد.
هزاره قبل از میلاد – اُندُل‌های کره‌ای
شواهدی وجود دارد که کره‌ای‌ها از نوعی گرمایش کف به نام اُندُل استفاده می‌کردند. آتشی توسط چوب در زیر یک بنا راه می‌انداخته و گرمای آتش را جذب و به خانه منتقل می‌کردند.
اجزای اصلی اُندُل سنتی عبارتند از یک “آگونگی” (جعبه آتش یا اجاق گاز) که از اتاق مجاور (معمولا آشپزخانه یا اتاق خواب اصلی) قابل دسترسی است، یک “ماسونری” که زیر آن گذرگاه‌های افقی دود قرار گرفته است، و یک “دودکش عمودی” و مستقل بر روی دیوار بیرونی مقابل که دود از آن خارج می‌شود. کف نیز با پایه‌های سنگی یا بافل‌هایی برای پخش دود پشتیبانی می‌شود. در ضمن این کف توسط صفحات سنگی، خاک رس و یک لایه غیر قابل نفوذ مانند کاغذ روغنی پوشیده شده است.
اُندُل به طور سنتی قبل از دهه 1960 به عنوان بخشی از زندگی مردم مانند نشستن، غذا خوردن، خوابیدن و سایر تفریحات در اکثر خانه‌های کره‌ای مورد استفاده قرار می‌گرفت. کره‌ای‌ها عادت دارند روی زمین بنشینند و بخوابند و به جای میزهای بلند با صندلی، روی میزهای کوتاه کار کرده و غذا بخورند. سوخت این کوره‌ها عمدتاً کاه شلتوک برنج، ضایعات محصولات کشاورزی، زیست توده یا هر نوع هیزم خشک شده است. برای پخت و پز کوتاه مدت، کاه شلتوک برنج یا ضایعات محصول ترجیح داده می‌شد. در حالی که برای ساعت‌های طولانی پخت و پز و گرم کردن کف، به هیزم با زمان سوختن طولانی‌تری نیاز بود. برخلاف بخاری‌های امروزی، بسته به دفعات پخت و پز و شرایط آب و هوایی فصلی، سوخت به صورت پراکنده یا به طور منظم (دو تا پنج بار در روز) سوزانده می‌شود.
500 سال قبل از میلاد – هیپوکاست‌های رومی
رومی‌ها سیستم گرمایشی به نام هیپوکاست ایجاد کردند. ساختمان‌ها بر روی ستون‌ها ساخته می‌شدند و کف و دیوارها دارای فضاهایی در آنها بودند. آتش‌ها در زیر ساختمان‌ها روشن شده و اجازه می‌دادند گرما از فضای کف و دیوارها عبور کند و از طریق دودکش‌ها در سقف خارج شود. این روند به طور موثر ساختمان را گرم می‌کرد بدون اینکه اجازه دهد دود هوای داخل خانه را آلوده کند. استفاده از هیپوکاست همراه با زوال امپراتوری روم کاهش یافت و گرمایش خانه دوباره به سمت اجاق گاز گرایش پیدا کرد.
هیپوکاست‌ها برای گرم کردن حمام‌ها و سایر ساختمان‌های عمومی در روم باستان استفاده می‌شد. آنها همچنین در خانه‌های شخصی مورد استفاده قرار می‌گرفتند. به خصوص مرسوم بود تا در ویلاهای طبقه بازرگانان ثروتمند سرتاسر امپراتوری روم از هیپوکاست استفاده شود. ویرانه‌های هیپوکاست‌های رومی در سرتاسر اروپا (به عنوان مثال در ایتالیا، انگلیس، اسپانیا، فرانسه، سوئیس و آلمان) و همچنین در آفریقا یافت شده است. هوای گرم و دود حاصل از کوره از طریق یک ناحیه محصور شده و سپس از طریق دودکش‌های سفالی یا کاشی در دیوارهای اتاق‌های بالا به خروجی‌های پشت بام می‌رود و در نتیجه کف و دیوار اتاق‌های بالا را گرم می‌کند. از این دودکش‌های کاشی به عنوان “کالیدوکت” یاد می‌شد. اتاق‌های نزدیک به کوره به طور معمول گرم‌ترین اتاق‌ها بودند و گرمای آنها با تنظیم مقدار چوبی که در آتش قرار داده می‌شد تنظیم می‌گردید. اجرای یک هیپوکاست پرهزینه بود، زیرا مستلزم توجه مداوم به آتش و سوخت زیاد بود، بنابراین، این ویژگی به طور معمول فقط در ویلاهای بزرگ و حمام‌های عمومی قابل اجرا بود.
گرمایش در قرون وسطی
هیچ پیشرفت عمده‌ای در گرمایش خانه در قرون وسطی رخ نداد. اجاق با سقف باز همچنان منبع اصلی گرمایش خانه بود.
دودکش – قرن دوازدهم
با اختراع دودکش در قرن دوازدهم، شومینه شروع به جایگزینی اجاق گاز کرد که توسط سوراخی در مرکز سقف تخلیه می‌شد. منشأ دودکش به دودکش‌های جانبی شیبدار مورد استفاده در قلعه‌های نورمن بازمی‌گردد. دودکش باعث شد که شومینه در کنار اتاق قرار گیرد. پیشرفت در طراحی دودکش‌ها ساخت و استفاده از شومینه‌های متعدد را امکان پذیر کرد.
لویی ساووت فرانسوی در اوایل دهه 1600 یک شومینه گردشی طراحی کرد. ساووت از کف و پشت آهنی توخالی در اجاق برای ورود هوای سرد، گرم کردن آن و وارد نمودن دوباره آن به محیط از سوراخ‌هایی که روی تعبیه شده بود استفاده کرد.
یکی دیگر از پیشرفت‌ها در انگلستان بود، که هوای احتراق را از طریق مجرای بیرونی فراهم می‌کرد. یک کشیش فرانسوی (در واقع یک کاردینال) اولین کتابچه راهنمای جامع طراحی شومینه به نام Mechanique du Feu را در سال 1713 نوشت. علم ساخت شومینه با بنجامین تامپسون و کنت رامفورد که شومینه‌های دودکش‌دار را در سال 1796 روانه بازار کردند، به اوج خود رسید.
اجاق گاز – قرن هفدهم
شومینه تا قرن هفدهم کماکان منبع اصلی گرمایش خانه‌ها بود تا اینکه اجاق گاز اختراع گردید. مانند شومینه‌ها، اجاق‌ها نیز برای اولین بار در دهه 800 به عنوان دستگاه‌های خام ساخته شده از آجر سفالی ظاهر شدند. اجاق‌های بنایی در اروپای شمالی در دهه 1500 رایج شد. اجاق‌ها که تحت عنوان‌های روسی یا سوئدی نامیده می‌شدند، بسیار بزرگ بودند. نسخه‌های بعدی آنها بسیار آراسته و با پوشش کاشی بودند.
اولین اجاق‌های فلزی که پس از سال 1400 ظاهر شدند، از اجاق‌های چدنی متصل به هم ساخته می‌شدند. بعدها، مقاطع چدنی به طور خاص برای ساخت اجاق گاز طراحی شدند و هلند و آلمان به مراکز پیشرو برای تولید اجاق‌های آهنی تبدیل شدند.
یکی از دلایل اصلی استفاده مردم از اجاق گاز، ایجاد یک مدل ایمن و کارآمد توسط بنجامین فرانکلین بود که گونه‌ای از آن هنوز نام او را دارد. پیشرفت‌های دیگر شامل معرفی اجاق گازی توسط Eliphalet Nott در سال 1833 و اجاق گاز هوابند Isaac Orr در سه سال بعد بود. در این دوره، منبع اولیه سوخت شومینه و اجاق گاز، چوب بود. زغال سنگ تا سال 1885 مورد استفاده گسترده قرار نگرفت، زمانی که گاری‌ها و بعدها کامیون‌ها بارهای این سوخت فسیلی را برای 50 سال آینده یا بیشتر به زیرزمین‌های سراسر جهان می‌رساندند. این در حالی است که اکنون زغال سنگ هنوز برای تولید انرژی الکتریکی استخراج می‌شود و در سیستم گرمایشی نفت یا گاز طبیعی جایگزین آن شده است.
بخار و گرمای الکتریکی – قرن نوزدهم
قرن نوزدهم شاهد اختراع رادیاتور در روسیه و سپس بخاری برقی توسط توماس ادیسون در سال 1883 بود. استفاده از دیگ‌ها، رادیاتورها و بخار یا آب گرم برای گرم کردن خانه‌ها پس از جنگ داخلی رایج‌تر شد. کاخ سفید و ساختمان کنگره با سیستم گرمایش بخار در دهه 1840 مجهز شدند. در حالی که ساختمان‌های تجاری و عمومی بزرگ از بخار استفاده می‌کردند، اکثر خانه‌ها به رادیاتورهای آب گرم با فشار پایین‌تر مجهز بودند، زیرا ایمن‌تر بود. در اواخر دهه 1800، “دیو لنوکس” یک کوره ذغال سنگ فولادی ساخت و به بازار عرضه کرد که از رادیاتورهای چدنی ارزان قیمت برای گرم کردن خانه استفاده می‌کرد. این بدان معنی بود که مردم دیگر مجبور نیستند برای گرم شدن دور شومینه یا اجاق گاز جمع شوند.
سیستم های هوای گرم – قرن بیستم
گرمایش با هوای گرم
گرمایش هوای گرم همان‌طور که می‌دانیم ممکن است به حدود سال 200 مربوط شود، زمانی که گفته می‌شود امپراتور “هلیوگابالوس” یک قصر داشت که توسط هوا، گرم می‌شد. یک اجاق در اتاقک آجری زیر اتاق‌ها قرار داده شده بود. هوای بیرون به داخل محفظه زیر اجاق گاز هدایت می‌شد، سپس هوای گرم شده از طریق منافذ به داخل اتاق‌های بالا جریان می‌یافت.
اولین رکوردهای خوب از یک سیستم هوای گرم به سال 1200 برمی‌گردد. این سوابق نشان می‌دهد که تالار شهر در لونبرگ آلمان دارای سیستم مرکزی هوای گرم با استفاده از سه کوره بوده است. محفظه گرمایش با کانال‌های گردی که در زیر صندلی ها باز می‌شد به اتاق‌های بالا متصل بود. دما به صورت جداگانه با پوشش‌های آهنی روی دهانه مجرا تنظیم می‌شد. سیستم مشابهی نیز در همان زمان در قلعه ماربورگ در آلمان ساخته شد.
انقلاب صنعتی کاتالیزوری برای سیستم‌های پیشرفته‌تر هوای گرم فراهم کرد. در انگلستان در حدود سال 1805، “ویلیام استروت” کوره‌ای با هوای گرم اختراع کرد که شامل یک محفظه هوای پرچ شده و فرفورژه بود که در آجر محصور شده بود. چند اینچ فاصله بین آجر و آهن به گردش هوا اجازه می‌داد. فضای بزرگی در خارج از آجر به صورت افقی به دو قسمت تقسیم می‌شد، قسمت پایینی برای هوای خنک و قسمت بالایی برای هوای گرم. انبوهی از 2 متر مربع. روزنه‌ها در پوشش آجری نفوذ داشتند. هوای خنک از محفظه پایینی از طریق دهانه‌ها حرکت می‌کرد، توسط کوره آهنی گرم می‌شد و از طریق دهانه‌های بالایی به داخل محفظه هوای گرم منتقل می‌شد.
کانال، هوای گرم‌شده را به اتاق‌ها می‌رساند و دهانه‌های اتاق که با دمپرهایی تعبیه شده بود ورود هوای گرم را کنترل می‌کرد. کوره‌های هوای گرم Strutt به عنوان اجاق‌های «کاکل»، «بلپر» یا «دربی» نامیده می‌شوند.
تقریباً در همان زمان کوره‌های هوای گرم فایرتیوب در فرانسه اختراع شد. “کالریفرها” از تعدادی لوله آهنی ساخته شده بودند که با فاصله‌ای جزئی در میان سطوح آجری یک اتاق آتش قرار می‌گرفتند. هوای خنک از یک طرف وارد می‌شد و در مجاورت لوله‌هایی که به طور مستقیم در معرض آتش بودند گرم شده و از طرف دیگر خارج می‌شد.
از نظر فنی، کوره‌های “کاکل” و “کالریفر” پیشرفت‌های مهمی بودند، اما سازندگان آنها نسبت به پیشینیان باستانی خود، اطلاعات کمی در مورد اصول واقعی گرمایش هوای گرم داشتند.
زمانی که پروفسور دکتر “پل مایسنر” از مؤسسه پلی تکنیک وین اتریش، کتابی در مورد گرمایش با هوای گرم در سال 1821 منتشر کرد، رویکرد علمی‌تری پدید آمد که در آن قوانین گرمایش با هوای گرم را توضیح داد. او اولین کسی بود که تشخیص داد باید تمهیداتی برای بیرون کشیدن هوای خنک در نظر گرفته شود. زیرا این هوای خنک می‌تواند برای گرم کردن مجدد به کوره بازگردانده شود. او حتی استفاده از دمپرهای مخلوط را پیشنهاد کرد.
سایر سیستم‌های هوای گرم قبل از سال 1820 برای استفاده در ساختمان‌های بزرگتر در ایالات متحده معرفی شدند. اولین ساختمان ایالات متحده که به طور مرکزی گرم شد به طور احتمال کالج پزشکی ماساچوست در سال 1816 بود. این سیستم از یک سیستم هوای گرم گرانشی با یک کوره در زیرزمین و کانال‌کشی برای اتاق‌ها استفاده می‌کرد.
گفته می‌شود که بعدها یک کوره حرارت مرکزی، از نوع گرانشی در سال 1835 در ووستر – مایلند اختراع شد. هیچ صنعت کوره‌ای به خودی خود وجود نداشت و کوره‌های اولیه به صورت محلی برای کار خاص تولید می‌شدند. اولین تولیدکننده کوره در ایالات متحده، شرکت ریچاردسون و بوینتون بود که در حدود سال 1837 بازاریابی کوره‌های انبوه را آغاز کرد. این شرکت تا سال 1942 دوام آورد.
پس از آن در زمان جنگ داخلی چندین تولیدکننده وجود داشت، اما عصر طلایی برای کوره‌های هوای گرم، بعد از جنگ بود. از سال 1866 تا 1900، ده‌ها شرکت وارد تجارت کوره شدند.
کوره‌های اولیه براساس اندازه دیگ آتش‌نشانی و یا براساس حجم هوای ساختمان که گرم می‌کردند رتبه‌بندی می‌شدند. هیچ استاندارد خاصی برای رتبه‌بندی وجود نداشت و کوره‌های یکسان رتبه‌بندی‌های متفاوتی را توسط تولیدکنندگان مختلف داشتند. ادعاهای عجیبی مطرح شد و تا سال 1900 بسیاری از تولیدکنندگان به دلیل جنگ شدید قیمت‌ها از کار افتادند یا ادغام شدند. جنگ قیمت‌ها منجر به ادعاهای وحشیانه‌تر برای محصولات ارزان‌تر شده بود و در آغاز قرن، گرمایش با هوای گرم به عنوان یک صنعت شهرت بدی پیدا کرد.
در سال 1905 برای اولین بار، تلاشی برای استانداردسازی و رتبه‌بندی در بین تولیدکنندگان انجام شد. این تلاش‌ها در انجمن ملی گرمایش و تهویه هوای گرم در سال 1914 به اوج خود رسید. برنامه‌های آزمایشی و تحقیقاتی نیز در دانشگاه ایلینویز انجام شد. این انجمن بعدها یک سری دستورالعمل برای اندازه و نصب صحیح سیستم‌های گرمایش هوای گرم تولید کرد.
“آلیس پارکر” یک سیستم گرمایش مرکزی را در سال 1919 ثبت اختراع کرد. با توجه به کمبود برق برای فن‌ها گرما از طریق کانال‌ها توسط فرآیند همرفت طبیعی منتقل می‌شد. کمتر از 20 سال بعد، یک کوره زغال سنگ و یک فن الکتریکی به شبکه‌ای از کانال‌ها برای تامین هوای گرم در سراسر خانه متصل شدند. در اواسط قرن بیستم، مردم برای گرم‌کردن خانه‌های خود انتخاب‌های مختلفی داشتند. گزینه‌ها شامل دیگ‌ها و کوره‌هایی بود که با سوخت نفت، پروپان، گاز طبیعی و برق کار می‌کردند. دیگر سیستم‌های گرمایش خانه شامل پمپ‌های حرارتی هستند که می‌توانند منبع هوا یا زمین گرمایی باشند که از اختلاف دمای هوای داخل و خارج استفاده می‌کنند. موتورهای دمنده فن‌هایی را می‌چرخانند که هوای گرم را با استفاده از کانال‌ها و رجیسترها در سراسر خانه به گردش در می‌آورند. امروزه شاهد هستیم که مردم در برخی نقاط همچنان از چوب در شومینه‌ها و اجاق‌های هیزمی مدرن و کارآمد استفاده می‌کنند. خانه‌ها نیز در حال ساخت و یا مقاوم سازی با شومینه‌های گازی هستند. گرمایش خورشیدی اولین بار در دهه 1990 شروع شد.
گرم نگه داشتن امروز
سیستم های گرمایش خانه مدرن بی صدا و کارآمد و اتوماتیک هستند و از منابع سوخت مختلفی مانند برق، گاز، نفت، چوب و غیره استفاده می کنند. این را با ترموستات‌های قابل برنامه‌ریزی یا حتی خودآموز ترکیب کنید و گرمای خانه‌تان را می‌توانید با برنامه‌ریزی‌تان تنظیم کنید تا آسایش را بهینه کنید و هزینه‌ها را به حداقل برسانید.