W poszukiwaniu ciepła. Dawne sposoby i systemy ogrzewania pomieszczeń

Nawet pobieżny rzut oka na mapę przedstawiającą lokalizację najbardziej zaawansowanych cywilizacji starożytnego świata uświadamia nam, jak ogromną rolę w ich rozwoju odgrywała sprzyjająca temperatura otoczenia. Ciepły klimat zapewniał nie tylko odpowiednią ilość pożywienia, ale także zwalniał człowieka z jakże absorbującego obowiązku ciągłego ogrzewania swoich siedzib i swojego organizmu. Łatwiej było zatem poświęcić wolny czas i energię na rozwijanie nauki, kultury, sztuki i techniki.

Sporadycznie i krótkotrwale występujące okresy chłodniejsze nie stanowiły większego zagrożenia dla bytu ludzi, a więc problem utrzymania komfortu cieplnego dotyczył raczej sfery ostentacyjnego luksusu, niż rzeczywistej potrzeby. Podbój, kolonizacja, zasiedlenie, a później samodzielny rozwój zorganizowanych społeczeństw na ziemiach o surowszym klimacie mógł natomiast z powodzeniem zaistnieć tylko pod warunkiem znalezienia sposobu na przetrwanie długiego okresu zimowego. Opału było pod dostatkiem, wszak lasy rosły niegdyś niemal wszędzie, lecz wciąż brakowało wydajnej metody przemiany paliwa w energię cieplną. Spójrzmy, jaką drogę przebyto, aby wreszcie przestać marznąć.

Pierwszym dostarczycielem ciepła na zamówienie było oczywiście ognisko. Otoczone kamieniami paleniska lokalizowano zwykle na środku pomieszczenia, a później – w bardziej reprezentacyjnych miejscach – na kamiennych podstawach. Otwarty płomień w zamkniętych salach stwarzał jednak problem w postaci dymu, a ponadto był w stanie ogrzać tylko niewielką przestrzeń. Radzono sobie z tym, wnosząc do komnat same tylko żarzące się głownie w metalowych koszykach (coś w rodzaju znanych nam koksowników ulicznych), ale ów żar szybko wygasał. Podobnie działo się z rozgrzanymi w ognisku do czerwoności stosami kamieni, które układano w narożnikach pomieszczeń. Dymem nie przejmowano się raczej w zwyczajnych parterowych siedzibach, gdzie uchodził on poprzez luźne poszycie dachu lub przez specjalnie wycięte otwory.

To chyba właśnie zdecydowana przewaga skromnej zabudowy mieszkalnej zdecydowała, że do powszechnego użytku nie wszedł komin odprowadzający dym na zewnątrz, chociaż wykopaliska archeologiczne wskazują, iż jego konstrukcję znano już na początku II tysiąclecia p.n.e. w Mezopotamii. Ponadto – jak zaznaczyliśmy na wstępie – wszędzie było dość ciepło, a więc jakoś sobie radzono bez urządzeń kominowych.

Taki stan rzeczy utrzymywał się w świecie antycznym przez setki lat, czego dowodem są z kolei odkrycia poczynione w ruinach Pompei i Herkulanum – miastach zniszczonych podczas wybuchu Wezuwiusza w roku 79. Okazało się mianowicie, że kominy budowano jedynie w piekarniach, natomiast w łaźniach (termach) i patrycjuszowskich willach stosowano tzw. hypokaustum, czyli rodzaj ogrzewania podłogowo-kanałowego. Za wynalazcę rozwiniętej formy tego starożytnego systemu przenoszenia ciepła uważany jest Sergius Caius Orata, rzymski kupiec z Neapolu, który swój pomysł urzeczywistnił ok. 80 r. p.n.e. Podobne rozwiązania konstrukcyjne mogły jednak istnieć dużo wcześniej. Świadczą o tym pochodzące z 1200 r. p.n.e. pozostałości pałacu w Anatolii i pewne fragmenty zabudowy Olimpii z 800 r. p.n.e. oraz zabytki greckie z IV w. p.n.e.

Działanie hypokaustum polegało na wprowadzeniu pod wspartą na niskich (do 80 cm) ceglanych filarkach kamienną podłogę gorącego powietrza z paleniska, które to powietrze wędrowało następnie na wyższy poziom pionowymi kanałami w ścianach, ogrzewając zazwyczaj wybrane pomieszczenia w budynku, np. łazienki. Kanały te miały ujście w dachu. Tak więc ciepła była podłoga i ściany. Do regulacji temperatury stosowano niekiedy wentylatory wykonane z brązu, umieszczane w kopule sufitu. System ten zaczęto instalować na terenie Italii juz w połowie I w. p.n.e. Na obszarze imperium rzymskiego – zwłaszcza w prowincjach północnych – rozpowszechnił się on w pierwszych wiekach naszej ery i działał aż do upadku cesarstwa.

W starożytnym Rzymie znane też były odpowiedniki rozpowszechnionych później kominków, czyli obudowane z trzech stron paleniska z zewnętrznym ujściem dla dymu. Doskonale miały się oprócz tego grzejniki przenośne, jakże przydatne w pomieszczeniach bez stałego ogrzewania, a zwłaszcza w namiotach dygnitarzy podczas dalekich wypraw. W użyciu były zatem niewielkie piecyki-pojemniki w formie tzw. węglarek oraz pięknie zdobione piecyki metalowe.  

Wydaje się, że w późniejszych wiekach jakby zapomniano o antycznym centralnym ogrzewaniu, powracając do prymitywnych ognisk. Po części mogło to wynikać z niewielkiej przydatności hypokaustum w budowlach wznoszonych wówczas w północnej Europie. Z czasem jednak – zwłaszcza w zimnych i ponurych zamkach – smrodliwy i duszący dym ponownie zmusił ludzi do intensywnego myślenia. Tak więc w XIV wieku nad paleniskami zaczęto w ścianach zewnętrznych umieszczać pionowe wnęki, tworząc stopniowo proste kominy, a same paleniska zyskiwały obudowę, stając się otwartymi na pomieszczenie kominkami.

Były oczywiście pewne chlubne wyjątki, jak np. niektóre krzyżackie zamki, gdzie starano się odtworzyć elementy dawnych wzorców, ogrzewając pomieszczenia wspólnego użytku gorącym powietrzem, doprowadzanym kanałami z paleniska położonego na niższych kondygnacjach.

Średniowieczne kominy – ze względu na zagrożenie pożarowe – wyprowadzano wysoko ponad dach. Ich nadstawę zaczęto z czasem zdobić wykonanymi z cegły lub kamienia, niekiedy rzeźbionymi zwieńczeniami, kształtującymi w sposób charakterystyczny sylwetę dachu. Stanie się to szczególnie widoczne później, już w okresie renesansu, we Francji i północnych Włoszech, gdzie stosowano m.in. zwieńczenia łupkowe.

Kominy podlegały też przemianom technicznym. Budowano zatem kominy kolumnowe o jednakowym przekroju na całej wysokości; powstawały kominy krzyżowe, które odprowadzały dym z czterech symetrycznie położonych palenisk; istniały kominy arkadowe z trzonem, czyli głównym pionowym przewodem kominowym umieszczonym nad przesklepioną arkadą w sieni budynku (dwa pochyłe kanały dymowe odprowadzające z dwóch stron spaliny do przewodu centralnego tworzyły tzw. gacie); no i funkcjonowały kominy butelkowe, których dolna część była stopniowo rozszerzana, stając się w końcu tzw. czarną kuchnią, czyli pozbawionym okien, przypominającym część pojemnościową butelki pomieszczeniem w środkowej części budynku, gdzie działało zwykle kilka palenisk roboczych, z których dym wędrował do centralnie umieszczonego w sklepieniu otworu kominowego, przypominającego szyjkę butelki. Tego typu pomieszczenia, zwane niekiedy „kuchnią polską”, znane były w zachodniej i środkowej Europie od średniowiecza. W Polsce pojawiły się w XV wieku, najpierw w kamienicach mieszczańskich, a następnie – od XVII do XIX wieku – w budynkach wiejskich, głównie na terenach północno-zachodnich.   

Kominki, które od XII wieku rozpowszechniły się zwłaszcza w zachodniej i północnej Europie, budowano zwykle z kamienia, a niekiedy z drewna grubo pokrytego gipsem. W średniowiecznych kominkach okap nad paleniskiem był zwykle znacznie wysunięty, gdyż zawierał w sobie kanał odprowadzający dym. Zwężając się ku górze dochodził do wysokiego stropu sali, a więc musiał spoczywać na wspornikach wychodzących z węgarów ujmujących wnękę paleniska. W czasach renesansu okap stopniowo zanika, ponieważ przewód dymowy umieszczany jest w ścianie lub w płaskim występie osłoniętym dekoracyjną nadstawą, również sięgającą sklepienia. Z upływem wieków rozmiary kominków zmniejszały się.

Niemal od samego początku kominki stanowiły najbardziej eksponowany i ozdobny element wnętrz reprezentacyjnych w miejskich i wiejskich rezydencjach, a ich architektoniczny kształt odzwierciedlał obowiązujący w danym okresie styl w sztuce. Tak więc zdobiono je rzeźbionymi panneau, rozbudowanymi zwieńczeniami, lustrami, tarczami herbowymi, a na nadprożu, w którego skład wchodził brus (pozioma belka podtrzymująca), nadbrusie i gzyms, umieszczano półkę, gdzie stawiano rzeźby, zegary i świeczniki kominkowe oraz rozmaite bibeloty.

Najbardziej rozbudowane oprawy otrzymywały kominki renesansowe. Z czasem pojawiły się także niezwykle dekoracyjne przybory kominkowe w postaci żelaznych szczypiec i pogrzebaczy, stojaków (wilków) na drewno do palenia oraz ekranów, czyli naciągniętych na ramę, malowanych lub haftowanych tkanin, osłaniających osoby siedzące przy kominku przed nadmiernym gorącem bijącym z paleniska. Zamiast ekranów, stawiano też osłony z gęstej metalowej siatki, przepuszczające ciepło, ale zatrzymujące niebezpieczne iskry. Przepastne wnęki kominkowe były też drzewiej miejscem załatwiania potrzeb fizjologicznych: „małych” – przez panów w sezonie grzewczym, a „dużych” i „małych” – przez panie i panów poza sezonem.

Wydajność cieplna kominków była jednak niewielka, gdyż ciepło odczuwano tylko w ich pobliżu, a ponadto wymagały one ciągłego nadzoru i nieustannego dokładania do ognia znacznej ilości drewna. Po wygaśnięciu płomienia, w wielkich komnatach momentalnie robiło się bardzo zimno. Wtedy to właśnie zwrócono uwagę na znane od tysiącleci piece do wypieku chleba. W dawnej ich wersji pozioma komora piekarnicza uzyskiwała odpowiednią temperaturę poprzez podtrzymywanie w niej ognia. Po wygarnięciu żaru i popiołu, wkładano tam uformowane do wypieku bochenki. Piec ów kumulował zatem energię cieplną, oddając ją następnie do wnętrza piekarnika. Wystarczyło zatem tak zmodyfikować konstrukcję pieca, aby był łaskaw wypromieniowywać ciepło na zewnątrz, ogrzewając dane pomieszczenie jeszcze przez wiele godzin po wygaśnięciu paleniska. W tym celu należało w jego wnętrzu poprowadzić sieć kanałów, którymi dążące do komina gorące gazy z paleniska wędrowałyby przez dłuższy czas, nagrzewając grube ściany. Jak pomyślano – tak zrobiono!

Najwcześniejsze średniowieczne piece początkowo lepiono z gliny, nadając im formę kopuły z wnęką paleniskową. Dopiero na przełomie XIII i XIV wieku zaczęto konstruować piece kaflowe o prostokątnym kształcie, z paleniskiem otwartym, nad którym umieszczano wspartą na słupkach prostokątną nadbudowę z wieloboczną nadstawą znacznej wysokości, osłaniającą kanał dymowy prowadzący do komina. Pierwsze ceglane piece posiadające wewnętrzne paleniska i ozdobione ceramiczną okładziną kafelkową zaczęły powstawać pod koniec XV wieku. W źródłach archiwalnych zachowała się np. informacja z 1490 roku o zbudowaniu takiego właśnie pieca na terenie francuskiej Alzacji.

Już w XVI wieku obudowa pieca staje się niezwykle bogata i wyszukana. Stosuje się kolorowe i złocone kafle, a cała bryła obiektu nierzadko uzyskuje architektoniczne kształty i dekorację rzeźbiarską. Z tego okresu pochodzi np. blisko 11-metrowy piec z Dworu Artusa w Gdańsku, wymurowany w latach 1545-1546. To wspaniałe dzieło Georga Stelznera zostało wyłożone 520 kaflami przedstawiającymi podobizny najwybitniejszych władców w dziejach Europy. Piec ów uważano za największy tego typu obiekt w Polsce. W dokumentach finansowych króla Zygmunta Augusta znajdujemy wzmiankę z roku 1568 o wydatkach na budowę pieców kaflowych w komnatach nowego zamku w Niepołomicach.

W wieku XVII modne są ozdobione jednolitym motywem kontynuacyjnym piece okrągłe z okładziną białą i niebieską. Do wielkiego pożaru miasta w roku 1850 stały w pałacu Biskupim w Krakowie piękne piece majolikowe, na których umieszczono herby biskupów krakowskich – Ostoję Marcina Szyszkowskiego i Nałęcz Piotra Gembickiego. Należące do Rzewuskich Podhorce mogły się natomiast poszczycić ogromnym białym piecem z kafli gdańskich, ozdobionym błękitnymi herbami Krzywdy. W wieku XVIII buduje się piece przypominające meble, zwykle szafy lub komody. Wtedy też powstają konstrukcje w formie kolumn, obelisków i piramid. Na kaflach często umieszczane są scenki rodzajowe. Dużą popularnością – zwłaszcza w krajach o surowszym klimacie – cieszył się obszerny i „wielozadaniowy” piec typu rosyjskiego.

Wzorem starożytnych Rzymian, używano również przenośnych węglarek oraz wyposażonych niekiedy w kółka piecyków metalowych (miedzianych) lub fajansowych. Były one niezwykle ozdobne, gdyż stawiano je na stolikach, obok foteli albo przy łóżkach. Piecyki podróżne z wyprowadzonym na zewnątrz kominem montowano w zabudowanych saniach rosyjskich wielmożów.  

Ozdobne, a więc bardzo kosztowne piece budowano naturalnie w zamożnych domach mieszczańskich, monarszych i magnackich pałacach oraz w szlacheckich dworach, ale nawet tam marzło się bardzo często. Aby temu zaradzić, noszono zimą odzież domową podbitą futrem, sypiano w łożach z baldachimem i kotarami, a pościel rozgrzewano specjalnymi nagrzewnicami, czyli rodzajem zamkniętych patelni z długim trzonkiem, wewnątrz których umieszczano rozpaloną „duszę” kamienną lub żelazna albo gorący piasek.

Biedota poprawiała domowe „parametry cieplne” ogrzewając się wzajemnie żarem własnych ciał we wspólnych legowiskach, co miało niewątpliwie wpływ na przyrost naturalny. Z czasem w wiejskich chałupach pojawiły się piece kuchenne i chlebowe z przypieckiem, czyli drewnianą lub murowaną ławą wokół pieca, na której siadywano lub czasami spano. Natomiast na zapiecku, tj. wysokiej platformie położonej za głównym korpusem pieca albo bezpośrednio na nim, układano posłania dla dzieci lub osób starszych. Zawsze zresztą mile widziana była gruba i ciepła pierzyna wniesiona w posagu.

Dym z tych pieców uchodził kominem sięgającym niekiedy tylko do poddasza, skąd wydostawał się na zewnątrz przez szpary w poszyciu dachu lub dymniki, tj. niewielkie otwory w dachu. Na ogół jednak kominy wystawały ponad strzechy. Wykonywano je często z pionowych żerdzi drewnianych (sztagi) wzmocnionych szalunkiem i wylepionych gliną zmieszaną ze słomą. Były to tzw. kominy zbrożynowe. Jeżeli piec stał z dala od komina, to wtedy dym do przewodu kominowego doprowadzano tzw. wywodkiem, czyli ukośnym, wykonanym z ułożonych na desce cegieł kanałem dymowym, zwanym też babką lub dziadkiem, a nawet świnką. Czyż w obliczu takich rozwiązań konstrukcyjnych można się dziwić jakże licznym pożarom na wsi?

Ludzie starali się zresztą ogrzewać indywidualnie w najrozmaitszy sposób. Na przykład pomysłowe przekupki, marznące na placach targowych, ustawiały sobie pod długimi do ziemi spódnicami kamienne garnce z żarem. A ile było dwuznacznego śmiechu, gdy zaczynało się stamtąd dymić!

Wprowadzenie pieca do powszechnego użytku niewątpliwie poprawiło warunki życia ludzi w sezonie zimowym, ale nie oznaczało to wcale, że zaniechano prób opracowania jakiegoś wydajniejszego, mniej absorbującego, bezpieczniejszego i nowocześniejszego systemu ogrzewania o charakterze powszechnym, z jednym centralnym paleniskiem.

Tym razem uwagę wynalazców zwróciła gorąca woda transportowana rurami. W XVIII wieku we Francji podgrzana w kotle woda utrzymywała odpowiednią temperaturę w niektórych cieplarniach i wylęgarniach kurcząt. Praktyczne zastosowanie wodnego centralnego ogrzewania w budynkach publicznych, a później także w domach mieszkalnych, nastąpiło za sprawą angielskiego konstruktora Williama Cooke’a. W roku 1777 instalację taką otrzymał zamek we francuskim mieście Pecq. Natomiast w roku 1792 wodne ogrzewanie, zaprojektowane przez Johna Stone’a, pojawiło się w jednym z angielskich budynków bankowych.

W kręgu zainteresowań entuzjastów nowych systemów ciepłowniczych znalazła się też para wodna. Nad sposobem jej wykorzystania pracował m.in. brytyjski wynalazca James Watt, twórca silnika parowego. Około roku 1800 pierwsza instalacja centralnego ogrzewania, w której nośnikiem ciepła była gorąca para, powstała w Instytucie Królewskim w Londynie. Zainstalował ją tam Benjamin Thompson, amerykański fizyk, autor podstaw kinetycznej teorii ciepła. W roku 1855 nowatorskie kaloryfery, do których sprężoną parę wodną doprowadzano systemem rur, zainstalował w Sankt Petersburgu przybyły z Niemiec Franz San Galli, działający w Rosji konstruktor i mechanik o włoskim rodowodzie.

Dodajmy tu jeszcze, że na początku XX wieku przypomniano sobie ideę rzymskiego hypokaustum, wprowadzając na niewielką skalę powietrzne ogrzewanie podłogowo-ścienne. Po raz pierwszy uczynił to niejaki Barker w roku 1908 w Anglii, ale system ów rozprzestrzenił się nieco dopiero po roku 1940. Wykorzystywane jest w nim zwykle powietrze podgrzane do temperatury ok. 40 st.C.

Tak oto powstały nowoczesne, stosowane w zmodyfikowanej formie do dzisiaj sposoby jednoczesnego ogrzewania znacznej liczby mieszkań, domów, instytucji publicznych i zakładów przemysłowych. W związku z tym, w lokalach użytkowych pojawiły się znane nam doskonale rury i kaloryfery żeliwne, ukrywane niekiedy za ażurowymi osłonami, we wnękach ściennych, a nawet pod kratownicami w podłogach albo też prezentujące bez żenady swe modernistyczne kształty na ścianach, zwykle pod oknami.

Powszechne zastosowanie gorącej wody do ogrzewania całych osiedli mieszkaniowych nastąpiło na terenie Rosji Sowieckiej (od 1922 r. ZSRR), gdzie już w 1924 roku przebudowano jedną z petersburskich (w czasie I wojny światowej Piotrogród, od 1924 r. Leningrad, obecnie ponownie Petersburg) elektrowni na elektrociepłownię. Dokonano tego z inicjatywy L.L. Gintera i W.W. Dmitriewa. Od roku 1931 można już mówić o masowym korzystaniu z usług miejskich elektrociepłowni w Związku Radzieckim. W Polsce pierwsza elektrociepłownia powstała w wyniku zaadaptowania elektrowni „Powiśle” w Warszawie, co nastąpiło w l. 1952-1953. Początkowo ogrzewała ona 22 budynki. Od podstaw zbudowano tego typu obiekt również w Warszawie, na Żeraniu, w l. 1954-1956. Elektrociepłownia „Żerań” została oddana do użytku w roku 1954 i zaczęła ogrzewać osiedla na Pradze oraz część Śródmieścia i Żoliborz.

Z czasem pojawiły się też ciepłownie wyspecjalizowane w dostarczaniu wyłącznie ciepła, ale przegrywały one zwykle konkurencję ekonomiczną z produkującymi dodatkowo energię elektryczną elektrociepłowniami.

Tak więc w XX wieku zaczęły obok siebie egzystować rozmaite systemy ogrzewania siedzib ludzkich. Obok kominków i pieców opalanych drewnem i węglem lub posiadających wkładki elektryczne na „nocną taryfę”, z powodzeniem działały lokalne kotłownie, w których spalano węgiel i koks, aby napełnić gorącą wodą lub parą kaloryfery w mieszkaniach i biurach, a „przy okazji” niemiłosiernie zanieczyścić powietrze w okolicy. Wielkie elektrociepłownie i ciepłownie marnotrawiły na liniach przesyłowych ogromne ilości energii, ale i tak mieszkańcy całych dzielnic i blokowisk nowych osiedli mogli się cieszyć – o ile nie było akurat awarii – znośną temperaturą i letnią kąpielą wieczorową lub raczej nocną porą w łazience… u miłej sąsiadki na parterze, gdyż na górne piętra woda jakoś często nie chciała się pofatygować. Dogrzewano się „pożarogennymi” promiennikami elektrycznymi o wdzięcznej nazwie „słoneczko”, a w chwilach dramatycznych nawet poczciwymi „kozami” („żeleźniakami”), czyli żelaznyki piecykami na węgiel, drewno, kartony, papier, stare buty i wszelkie śmiecie, których kopcące rury kominów wystawały z niejednego okna.

Później przyszedł czas na łaskawsze dla środowiska kotłownie gazowe, automatycznie działające w domach i mieszkaniach gazowe piece dające ciepło i gorącą wodę na każde żądanie, a nawet na geotermię i kolektory słoneczne na dachu zamiast komina.

A jakież pojawiło się bogactwo grzejników przenośnych! Oto mamy elektryczne grzejniki olejowe z termostatem, grzejniki konwektorowe, termowentylatory, czyli dmuchawy zwane „farelkami”, grzejniki kwarcowe, wielkie grzejniki gazowe z nawiewem gorącego powietrza stosowane w dużych sklepach, piecyki naftowe z zamkniętym obiegiem spalin i grzejniki ceramiczne. Ostatnimi czasy do łask powróciły kominki z nowoczesnymi wkładami paleniskowymi, które mają stwarzać odpowiedni klimat w salonikach współczesnych mieszkań. Aż robi się gorąco z wrażenia! Sposób ogrzewania domu zależy więc obecnie od wiedzy i pomysłowości budowniczego oraz od zamożności i woli właściciela posesji.

A wszystkie te nowinki techniczne i starania tylko po to, aby wydrzeć naturze średnio kilka lub kilkanaście stopni ciepła, które decydują nie tylko o wygodzie codziennego życia i pracy człowieka przystosowanego do egzystencji w dość przecież wąskim przedziale temperatur, ale przede wszystkim o istnieniu i rozwoju naszej cywilizacji konsumpcyjnej. Wielkie awarie systemów energetyczno-ciepłowniczych wykazują, na jak kruchych podstawach cywilizacja ta jest posadowiona i jak łatwo progresję zastąpić stagnacją, a następnie bardzo szybko popaść w zacofanie. Wystarczy tylko kilka stopni. Tylko kilka stopni…