Римский город
Системы отопления помещений, как мы их понимаем сейчас, распространились, в основном, начиная с ХVIII-ХIХ веков. В предшествующие эпохи в домах мы находим только открытые очаги или переносные жаровни. Даже печи в Европе начали распространятся не раньше, чем в IV веке. Их введение требовало развития техник вентиляции и дымоходов.
Это может показаться поразительным, если принять во внимание сложные системы отопления, которые использовались в римскую эпоху. Наряду с традиционной переносной жаровней на древесном угле, которая получила развитие как в функциональном значении (она использовалась и для нагрева воды посредством пропуска последней через трубы решетки), так и как декоративный элемент, можно найти первую систему централизованного отопления.
Подобная система, названная гипокауст (отопление снизу), состоит в том, чтобы заставить циркулировать под полами и вдоль стен горячий воздух, идущий из печи. Изобретение этой системы относится к I веку до н.э. и приписывается Кайо Серджо Ората, который построил первые балнеае пенсилес, применив для отопления помещений технику, которая использовалась для эксплуатации геотермических источников склонов Везувия.
Система гипокауст применялась в крупных римских термах для нагрева воды и помещений с помощью одной печи, но ее можно найти и в некоторых богатых домах, где она применялась для нагрева ванных или других частей дома.
Из анализа технических деталей этих систем выявляется особое внимание римлян к проблемам отопления.
В течении двух веков после изобретения ипокаусто наблюдается постоянное развитие этой системы и повышение ее термического коэффициента полезного действия вплоть до того, что все это вносит изменения в приемы архитектоники.
Сжигание дров, выбираемых таким образом, чтобы они не давали слишком много дыма, происходило в топке-праефурниум — которая в термальных сооружения была расположена в центральной части, чтобы укоротить маршрут движения как воды, так и горячего воздуха.
Ветрувио в своем Де Архитектура описывает изощренную систему с двойным котлом, расположенным над праефурнием для подогрева воды для калидариум и для тепидариум. Горячий же воздух, идущий из печи, циркулировал под комнатами и поднимался по стенам вертикального прохода для вывода продуктов сгорания. С этой целью полы термальных помещений или жилых комнат опирались на кирпичики под названием суспенсурае, расположенные на одинаковом друг от друга расстоянии.
В термах Стабиане, в Помпеях, мы находим систему прямого нагрева воды бассейна калидариум с помощью цилиндрического бронзового резервуара, расположенного над печью и представляющего собой придаток бассейна. Разогретая в цилиндрическом резервуаре вода поднималась в силу конвекции в бассейн, заставляя более холодную воду опускаться на дно.
Таким образом было возможно прямо и равномерно поднимать температуру водяной массы, не ставя купающихся в контакт с сильно разогретыми поверхностями.
В ванной Каза делла Менандро, тоже в Помпеях, печь располагалась непосредственно под гипокаустом, и сложная система регулируемых отверстий позволяла поддерживать желаемую температуру в калидариум, расположенном сверху и прекрасно сохранившемся до настоящего времени.
В более крупных термальных сооружениях было несколько праефурниа не только с целью обеспечения функционирования различных частей купальни, но и для того, чтобы избежать слишком длинный путь внутри гипокауст, который проходят продукты сгорания, и для того, чтобы обеспечить более равномерное распределение тепла в помещении, расположенном сверху.
На своем пути между суспенсурае горячий воздух встречал значительное аэродинамическое сопротивление. С целью облегчения вытяжки и сбора конденсированной воды поверхность, на которую опирались суспенсурае, должна была иметь легкий наклон в сторону грунта. По традиции пилястры делались из кирпичей четырехугольной формы, но затем были разработаны и разных других форм в попытке улучшить вытяжку и увеличить поверхность для теплообмена.
В северной Италии можно найти суспенсуарае, сделанные из круглых или восьмиугольных кирпичей, или пилястры из камня с выемкой в центральной части, в то время, как в Германии нашло применение еще более рациональное решение: пилястры, сделанные из полых кирпичей или труб из терракоты с отверстиями, чтобы позволить проход горячего воздуха и внутри них.
В других гипокауст применялись маленькие кирпичные своды или даже целая система каналов. Эти подземные коридоры позволяли направлять тепло в определенные точки и избегать чрезмерного нагревания зон, находящихся над входом в гипокауст продуктов сгорания (система коридоров затем будет заимствована в так называемой печке Клемента УП, построенной в 1530 году в Замке Святого Ангела в Риме). Особое внимание было уделено коэффициенту теплопередачи пола; для этого некоторые ванные были вымощены металлическими листами.
Сначала продукты сгорания после прохода через гипокауст входили в дымовые трубы, погруженные в стены. Но уже в более совершенных термах Помпеев была усовершенствована система вытяжки через воздушную прослойку стен, которые в то же самое время являются нагревающими стенами. Через полые кирпичи, которые покрывают стены, горячий воздух равномерно поднимается вдоль стен, распределяя тепло помещениям. Здесь тоже существуют различные системы: применяющие тубули (кирпичи с отверстиями), мамматае (черепицы с выступом для создания воздушной прослойки), хаматае (подобные предыдущим, но которые крепятся к стенам гвоздями или скобками ). Подобные стены не только выполняли роль дымовой трубы, но и термической изоляции, предотвращая чрезмерное охлаждение помещения при выключенном отоплении.
Чтобы повысить изоляцию терм, Ветрувио советовал применение воздушных прослоек и подвесных потолков, которые часто использовались особенно в северных зонах Империи.
Что касается непосредственно законов архитектоники, Ветрувио указывал на необходимость ориентации нагреваемых залов на запад, чтобы термальные помещения получали как можно больше послеполуденных солнечных лучей, так как в это время дня в термах наблюдался наибольший наплыв купающихся.
Обычно освещение осуществлялось через отверстия в своде или южной части, снабженные застекленными дверцами, открываемыми по необходимости. Некоторые термальные помещения поздней Империи имеют обширное арочное отверстие (Гелиокаминус, то есть, солнечная печь) для прямого использования солнечных лучей. Эти отверстия, повернутые на юго-запад, были, возможно, закрыты таким прозрачным материалом, как слюда или стекло, технология производства которых развивалась в ту эпоху.
Таким образом, солнечная энергия добавлялась к теплу, произведенному с помощью гипокауст. С развитием техники гелиокамина в римской архитектуре появилось и первое признание права солнца на вход со стороны Улипано во II веке н.э. (четыре века спустя Кодекс Юстиниана будет утверждать, что в присутствии гелиокамина вход солнцу — абсолютная необходимость).
В Остии были найдены многочисленные дома богатых торговцев и магистратов поздней Империи, в которых различные техники отопления применялись не только для ванн, но и гостиных. Тем не менее, наибольшего развития эти технологии получили в грандиозных термальных сооружениях, роль которых состояла в том, чтобы посредством сложных лечебно-бальнеологических процедур (массаж, растирания, гимнастика) и различных видов развлечений (музыка, конференции, спортивные состязания, встречи и т.д.) создавать ощущение полного комфорта и благополучия.
