Водородный котел отопления

Водородный котел отопления: устройство + принцип работы + критерии выбора

Принципы альтернативной энергетики все более и более завоевывают внимание потребителей. Во многом этому способствует рост тарифов на традиционные энергоносители, а также периодические сбои на рынке услуг.

В этих обстоятельствах водородный котел отопления рассматривается как один из самых перспективных видов устройств, работающих на возобновляемом топливе, которым и является газ H2.

Прежде чем принять решение о покупке такого агрегата, необходимо ознакомиться с принципом его работы, оценить достоинства и недостатки использования водорода в качестве топлива. Эти вопросы изучены нами и подробно изложены в статье.

Кроме того, мы обозначили параметры, которые стоит учесть при выборе котла, привели советы по эксплуатации и подготовили обзор лучших фабричных водородных генераторов. Любителям самоделок пригодится инструкция по сборке агрегата своими руками.

Свойства водорода как топлива

Как было сказано выше, топливом для подобных агрегатов служит водород, самый легкий в природе газ, не обладающий цветом и запахом. Среди его преимуществ можно назвать большое количество тепла, которое высвобождается при сгорании H2 (121 МДж/кг, в то время как при горении пропана выделяется всего 40 МДж/кг).

В обычных условиях водород горит при температуре +2000°С, однако с помощью катализатора ее можно снизить до +300°С. Это позволяет изготовлять котлы из бюджетной стали, а не из дорогих редкоземельных металлов.

Водород нетоксичен, что обеспечивает безопасность его использованию в быту. При сжигании этого вещества получаются водяные пары, которые улучшают микроклимат в помещениях и не нуждаются в дымоходах.

К числу недостатков можно отнести повышенную взрывоопасность водорода, особенно, когда он смешивается с воздухом либо кислородом, что ведет к образованию гремучего газа.

Преимущества и недостатки водородных котлов

Сильными сторонами подобных устройств являются:

  1. Полная экологичность. Продукты разложения воды не наносят вреда атмосфере, они совершенно безопасны для здоровья людей и домашних животных.
  2. Высокий уровень КПД, который может достигать 96%. Это значительно выше коэффициента полезного действия дизеля, природного газа или угля.
  3. Экономия природных ресурсов за счет применения альтернативных источников энергии.
  4. Невысокая цена получаемых калорий. Для подобных устройств достаточно воды и немного электричества.

В то же время у подобных устройств есть и слабые стороны.

К числу минусов нужно отнести следующие нюансы:

  1. Требовательность в обслуживании. Для максимально высокой степени выработки H2, необходимо каждый год заменять металлические пластины. Помимо замены электродов, для производства запланированного количества энергии необходимо регулярно добавлять катализатор. Частота этой процедуры зависит от мощности, а также от особенностей определенной модели.
  2. Высокую стоимость – заводская установка обойдется не менее, чем в 35-40 тысяч рублей.
  3. Опасность взрыва при повышении нормированного давления в котле.
  4. Дефицит водородных баллонов – их достаточно редко можно встретить в продаже.
  5. Ограниченность выбора. Поскольку подобные отопительные приборы не слишком распространены на российском рынке, не всегда можно быстро найти подходящую модель, а также отыскать компетентных специалистов для монтажа и ремонта оборудования.
  6. Необходимость подвода коммуникаций. Для работы устройства необходимо постоянное подключение к электропитанию для осуществления реакции электролиза, а также к источнику воды, расход которой зависит от мощности прибора.

Необходимо упомянуть о том, что производители уделяют большое внимание новым технологиям, стремятся усовершенствовать водородные котлы, устраняя или минимизируя недостатки.

Принцип работы отопительного агрегата

Благодаря своей активности H2 в чистом виде не встречается в природе, однако его достаточно просто вычленить из обычной воды методом электролиза, при этом выделяется также газообразный кислород.

Для функционирования отопительного прибора сначала требуется получить H2. Это происходит в особом отсеке, отведенном для протекания подобной реакции. В контейнер наливается жидкость, куда погружаются металлические пластины.

На них подается электроток специально подобранной чистоты, под воздействием которого выделяется H2 и О2, а также в качестве побочного продукта – пары воды.

Полученная смесь пропускается через особое устройство – химический сепаратор, с помощью которого удается вычленить водород, отделив его от прочих примесей. Очищенный газ подается в горелку, на которую установлен клапан.

Он препятствует передвижению H2 в другую сторону, что предотвращает взрыв. При этом кислород и водяной пар через другую систему отвадятся в специальную емкость.

Далее газообразный водород проходит через блок защиты и попадает в камеру сгорания. Здесь он реагирует с газом в присутствии катализатора, вследствие чего образуется тепло, которое через теплообменник поступает в домовую систему отопления.

Выделившиеся в камере водяные пары по специально выделенному каналу возвращаются в резервуар с электролитом, используя, таким образом, процесс рециркуляции.

Регулировка мощности осуществляется при помощи специально оборудованных каналов, число которых может достигать шести. Внутри каждого из этих приспособлений содержится катализатор, благодаря чему при включении стартует процесс выработки тепла.

Газовый поток, нагревшийся до температуры 40°С, начинает движение к теплообменнику, расположенному в камере сгорания.

Благодаря обособленным конструкциям, каналы могут действовать независимо друг от друга, что позволяет включать только часть из них.

Современные модели снабжаются также различными приборами, например, показателями уровня воды и датчиками давления, что позволяет им работать в автоматическом режиме и экстренно реагировать в непредвиденных ситуациях.

Составные части водородной установки

Устройство системы для отопления, функционирующей на водороде, достаточно проста.

Котел, играющий роль теплообменника, – это основной элемент, где происходит выработка водорода.

Элетролизер – главная действующая часть котла, где происходит электролитическая реакция, приводящая к распаду воды на H2 и О2. Элемент представляет собой резервуар, наполненный водой, в который помещаются металлические электроды, обладающие максимальной проводимостью тока.

К пластинкам подсоединены провода, по которым осуществляется подача электричества.

Горелка – приспособление, способствующее разогреву теплоносителя в отопительной системе. Находится в топочной камере, для ее разжигания подается искра.

Клапан горелки – специальная деталь, находящаяся в верхней части устройства. Благодаря этой детали H2, поднявшийся наверх, легко преодолевает барьер, недоступный другим выделившимся веществам, и поступает непосредственно в горелку.

Трубопровод – коммуникации, которые отходят от агрегата и используются для подачи тепла во все помещения дома. Для обвязки используют трубы отопления диаметром диаметром 25-32 мм. При прокладке соблюдают основополагающее правило: диаметр каждого следующего разветвления должен быть меньше, чем у предыдущего.

Критерии выбора генераторов

При решении приобрести подобную технику, важно обращать внимание на следующие критерии.

Мощность. У современных приборов величина этого показателя может значительно варьироваться, что позволяет выбрать оптимальный вариант как для небольшого дома, так и для двух-, трехэтажного строения.

Число контуров. На приборах, функционирующих на водороде, обычно устанавливается отопительный контур. В некоторых моделях предусмотрен также дополнительный монтаж второго (нагревательного) контура.

Уровень потребления электроэнергии. Технологии сегодняшнего дня позволяют добиться отличной производительности тепла при использовании минимума электричества. Энергопотребление различных видов генераторов варьируется от 1,2 до 3 кВт за 1 час.

Низкий расход электроэнергии достигается благодаря тому, что водородный котел работает не беспрерывно, а лишь для поддержания определенной температуры в помещении.

Источник питания. Все разновидности водородных генераторов можно разделить на две большие категории: одна работает от газа, другая – от электричества.

Производитель. Лучше предпочесть проверенных производителей (Италия, США). Стоит опасаться некачественной продукции, предлагаемой сомнительными предприятиями по крайне низким ценам.

Советы по эксплуатации котла

Для улучшения функционала агрегата важно придерживаться прилагаемой инструкции. Усовершенствовать работу прибора можно, добавив дополнительные детали (при этом следует строго соблюдать правила безопасности).

Можно вмонтировать во внутреннюю часть теплообменника специальные датчики, позволяющие отслеживать повышение показателей нагрева воды, а также дополнить конструкцию горелки запорной арматурой.

Достаточно подключить ее непосредственно к датчику температуры, чтобы котел автоматически выключался, как только нагрев достигнет заданного показателя.

Полезно также установить устройство нормированного охлаждения котла.

В случае соблюдения норм эксплуатации агрегат, работающий на водороде, послужит не один десяток лет. Хотя гарантийный срок подобных устройств составляет 15 лет, на практике они могут качественно работать на протяжении 20-30 лет.

Починка подобных аппаратов не составит труда опытному мастеру, поскольку принципиальная схема котла на водороде не слишком отличается от аналогов, работающих на иных видах топлива.

Топ-5 фабричных водородных генераторов

Первой фирмой, изготовившей и запатентовавшей технологию изготовления котла на водородном топливе, была итальянская компания Giacomini. Она специализируется на аппаратах, в основу которых положены экологические способы получения энергии: геотермальных насосах, солнечных панелях и других.

В настоящее время подобные модели изготовляются американскими, китайскими, европейскими компаниями, однако их ассортимент не слишком широк по сравнению с котлами, функционирующих на других видов топлива.

Лучшие фабричные модели водородных систем

Среди наиболее популярных моделей отметим:

  1. МегаТанк100 – генератор, работающий на электричестве от сети. Имеет надежную многоуровневую систему защиты от перегрева и замыкания, что гарантирует безопасную и продуктивную работу. Стоимость модели зависит от ее комплектации.
  2. STAR-2000 – дорогостоящий агрегат (>200000 рублей) обладает отличными техническими характеристиками. Несмотря на то, что этот генератор потребляет минимум энергии, он способен отапливать помещение площадью 251-300 квадратных метров.
  3. Kingkar – работающий от сети прибор, имеющий отличные рабочие свойства. Стоимость модели достаточно высока – около 100 тысяч рублей, однако она возмещается экономичным потреблением энергии.
  4. H2-2 – итальянская техника класса «экстра» по высокой цене (примерно 250 000 рублей). позволяющая нагревать воздух в обширных пространствах (от 300 м 3 и выше) с минимальным расходом электричества.
  5. Free Energy – качественные устройства по демократичной стоимости в пределах 15-35 тысяч рублей (цена зависит от мощности и других характеристик). Снабжены блоком управления, автоматизирующим многие процессы, многоуровневым датчиком регулирования напряжения и давления.

Существуют также и другие модели в разных ценовых категориях.

Как сделать котел самостоятельно

Генераторы отопления имеют достаточно легкую конструкцию. При известном уровне мастерства можно собрать прибор самостоятельно. В то же время из-за взрывоопасности водородной смеси такая работа требует чрезвычайной ответственности, знаний техники безопасности и опыта монтажа подобных устройств.

Процесс изготовления своими руками водородного котла можно разделить на несколько этапов.

Шаг №1выполнение чертежа и подготовка материалов. Прежде всего следует найти в Интернете аналогичные проекты, чтобы на их основе продумать приспособление, которое соответствовало бы всем условиям и возможностям.

Необходимо точно рассчитать все показатели, и прежде всего, необходимую мощность, а также решить вопрос о материалах, которые будут использоваться для изготовления котла. Оптимальным вариантом считаются ферромагнитные сплавы, однако вполне подойдет емкость, выполненная из нержавеющей стали.

Хотя отопительные водородный генератор может иметь разные конструкции, неизменными остаются следующие детали:

  • 12-вольтный источник энергии;
  • резервуар, где будет располагаться конструкция;
  • ШИМ-регулятор мощностью не менее 30 А;
  • несколько трубок разного диаметра, изготовленных из стали-нержавейки;
  • стальной лист;
  • ножовка по металлу;
  • газовая горелка – лучше готовая, приобретенная в магазине.

Шаг 2создание электролитов. Для изготовления пластин, которыми будет оснащен электролизер, нужно взять лист стали средней толщины. При помощи ножниц для металла, ножовки или иного инструмента он разрезается на равные полоски в количестве 18 и более штук (число должно быть обязательно четным).

С обратной страны в каждой из них необходимо просверлить отверстия для болтов, которые понадобятся, чтобы удерживать эти элементы в электролите совершенно неподвижно.

Все пластины делим на аноды и катоды, в зависимости от этого деления к ним подсоединяются провода, соответственно передающие положительный и отрицательный заряды.

Использование постоянного тока более результативно, нежели применение переменного. В качестве его источника лучше всего воспользоваться генератором типа ШИМ.

Шаг №3сборка электролизера. Наилучшим материалом для изготовления этого элемента является нержавеющая сталь. Из металла сваривается надежная конструкция прямоугольной либо квадратной формы, после чего в нее заливается вода либо смесь H2O с катализатором, а также размещаются подготовленные пластины с подсоединенными проводками.

Шаг №4подсоединение горелки. В верхней части устройства монтируется горелка – лучше воспользоваться покупной моделью, приобрести которую можно в специализированном магазине.

Шаг №5монтаж и подсоединение сепаратора, который необходим для выделения из смеси газов водорода.

В заключение прокладывается трубка, по которой H2 будет подниматься до горелки, а также подсоединяются элементы, отводящие тепло и распределяющие его по всему дому.

Какая вода лучше – обычная или дистиллированная

Один из вопросов, который часто задают владельцы водородных котлов, касается воды, использующейся для работы устройств.

По мнению специалистов, наилучшие показатели заводские или самодельные устройства демонстрируют при работе на дистиллированной воде, в которую добавлено совсем немного гидроксида натрия (на 10 литров H2О – одну столовую ложку).

Однако водородный котел может с успехом функционировать и на водопроводной воде, главное, чтобы в ней не содержались соли тяжелых металлов.

Выводы и полезное видео по теме

На представленном ниже видеоролике вы увидите обзор модели газового котла, работающего на водородном топливе, произведенного известной корейской компанией DAEWOO.

Водород не без основания называют топливом будущего: этот газ может стать практически безграничным ресурсом дешевого экологически чистого горючего, которое можно использовать в разных установках.

Котел на водородном топливе, изготовленный в заводских условиях или самостоятельно, позволит создать автономную отопительную систему. Это поможет значительно сократить платежи в ЖКХ, решит вопрос о поддержании комфортной температуры в жилых комнатах и подсобных помещениях.

Есть опыт использования водорода в качестве топлива? Хотите задать вопросы по теме или рассказать о своем изобретении? Пожалуйста, комментируйте публикацию, участвуйте в обсуждениях и оставляйте фотографии своих самоделок. Блок обратной связи расположен ниже.

Почему не стоит рассматривать бытовой водородный котел в качестве основного

В контексте производства климатической техники, получение энергии из водорода, по сути, является очередной, можно сказать, вынужденной попыткой найти способ отопления без образования гари и углекислого газа. Проект всё ещё находится на экспериментальной стадии и пока не нашёл массового применения.

Но, учитывая, что уже сегодня есть дельцы, предлагающие новинку, которая обеспечивает теплом «почти даром», самое время начать разбираться в этом вопросе.

Читайте в статье

Что собой представляют водородные котлы отопления

Водородный котёл отопления – предназначенный для обогрева агрегат, который в качестве горючего использует водород в форме двухатомного газа (H2).

По мнению ученых, водород является перспективным видом топлива:

  • его теплотворная способность (121 МДж) гораздо выше, чем у природного газа (32 МДж), что потенциально даёт в несколько раз больше полезной энергии;
  • в процессе сгорания из него выделяется обычная вода, а точнее горячий насыщенный пар, который не влияет ни на атмосферу, ни на окружающих людей;
  • как химический элемент он встречается в каждом уголке планеты, на долю всех атомов приходится более 88 %, а значит ресурс, условно говоря, неисчерпаем.

Проблема в том, что водород формирует связи с любыми неметаллами, т. е. существует только в молекулярных соединениях, из которых его нужно выделять.

Большинство известных промышленных способов это сделать (пламенный пиролиз, газификация, конверсия, терморазложение, плазмохимия) требуют нагрева исходного вещества просто до невероятных температур (1000–6000 °C). Поэтому для домашнего использования остаётся единственное решение – электролиз воды.

Устройство и принцип работы

Водородный генератор (электролизёр) – специальный прибор, который при помощи высокого напряжения расщепляет воду на составляющие её компоненты.

Процесс электролиза протекает внутри отдельного гальванического блока, разведённого электродами на стороны: положительную (анод) и отрицательную (катод). Ток перемещается между ними через проводящий катализатор, буквально «разрывая» молекулу воды (Н2О) на 1 атом кислорода (О) и 2 атома водорода (HH).

Получившийся в результате нетоксичный газ обозначается гипотетической формулой HHO и носит название газ Брауна (Browns), в честь физика Ю. Брауна.

Благодаря его открытию удалось добиться снижения температуры горения водорода, что позволило изготавливать такие котлы из легкодоступных материалов.

Читайте также:  Чугунные колосники для печи

Конструктивное устройство (узлы) примитивного водородного котла:

  • электролизёр, сепаратор, очиститель (опционально – блок водоподготовки);
  • трубопровод диаметром Ø 25–32 мм (разветвление – Ø 20, конечные – Ø 16);
  • панель управления и двухступенчатая система защиты на случай утечки газа;
  • теплообменник и камера сгорания, «наследуемые» от стандартного котлоагрегата.

Некоторые котлы имеют модульное строение. Максимальное число таких модулей – 6 шт., при этом каждый должен функционировать независимо от других.

1 – датчик уровня воды; 2 – заливной штуцер; 3 – датчик давления; 4 – патрубки залива электролизера (каналы подачи электролита в электролизер); 5 – патрубок выхода газа/воды из электролизера (канал отвода смеси газа и воды); 6 – патрубок выхода газа из емкости (канал сбора газообразной смеси водорода и кислорода); 7 – вентиль; 8 – водный затвор; 9 – клапан-пламегаситель; 10 – температурный датчик; 11 – электролизер; 12 – вода с добавлением гидроксида натрия (NaOH) (раствор электролита); 13 – блок широко импульсной модуляции для регулирования подаваемого напряжения по току и частоте; 14 – емкость для электролита.

Поэтапный принцип работы (образование тепла) водородного котла:

  1. Вода (электролитический водный раствор) попадает в электролизёр, где под воздействием электрического тока её расщепляет на атомы водорода и кислорода.
  2. Далее эти газы по разным каналам переходят в химический сепаратор, где из общей массы выделяется одноатомное водородное соединение – гремучий газ HHO.
  3. После очищения он направляется в камеру сгорания и там снова вступает в каталитическую реакцию окисления с кислородом (опционально – катализатором).
  4. Этот процесс сопровождается высвобождением тепла (побочный продукт – вода), которое нагревает теплообменник и теплоноситель в нем, за счёт чего и происходит обогрев дома.

Поскольку камера сгорания всё равно не используется в соответствии с её первичным назначением, специалисты рекомендуют наполнять её катализатором.

В роли катализатора чаще всего выступает обычная гранитная галька. Она способствует равномерному распределению энергии и после окончания горения газа Брауна, аккумулированное ей тепло будет передаваться теплоносителю. Кроме того гранит отгораживает теплообменник от огня, что продлит срок его службы.

Как выбрать комнатный термостат и экономить до 30% в месяц на отоплении

Требования установок к воде

Из-за низкой электропроводности воды её прямой электролиз недостаточно эффективен, поэтому часто котлы идут сразу в комплекте с блоком водоподготовки.

Наполнителем для таких контейнеров может быть почти любая щёлочь. На практике применяется раствор гидроксида калия (KOH) с электропроводностью, которая при концентрации 20–40 % достигает 0,3–0,5 Ом × см ‒1 , что в 10 7 раз больше, чем у деминерализованной воды. Иногда в основной электролит также подмешивают пентоксид ванадия (V₂O₅). Он снижает поляризацию электродов, чем упрощает работу электролизёра, но единого мнения о его безопасности пока нет.

Различные растворы добавляются в воду исключительно для минимизации электрического сопротивления, т. е. сами они не расходуются в процессе работы.

Также выпускают твёрдые электролиты на основе ионообменных мембран, в которых электропроводность обеспечивается ионами водорода или кислорода.

Для чего нужны и как применяются

Обычно энергетические затраты на выделение чистого водорода превышают долю полезного тепла, что делает его повсеместное использование бессмысленным.

Тем не менее, в некоторых случаях, водородный котёл может стать довольно неплохой альтернативой для отопления частного дома, особенно когда у владельцев есть доступ к бесплатным ресурсам – воде (колодец, скважина, водоснабжение из открытых источников) и энергии (водная и ветровая станция, солнечные панели).

Экономичность и эффективность в сравнение с электрическими или газовыми аналогами

Если использовать водородные котлы отопления в условиях коммунального обеспечения или покупки ресурсов, то говорить о какой-либо выгоде не приходится.

При трезвой оценке их экономичность не дотягивает даже до электрокотла – чемпиона по расточительству, а газовый агрегат и подавно выигрывает на его фоне.

Сравнение котла на водородном топливе с традиционными котлами:

Вид топливаЭнергоэффективность
водород10–11 %
электричество35–45 %
метан, пропан82–96 %

Зная, что при сгорании 1 кг водорода высвобождается 121 МДж энергии, а у природного газа – 32 МДж, можно примерно посчитать расход этих видов топлива.

Плотность водорода равна 0,09 кг/м 3 , что соответствует объёму 11100 л, а природного газа – 0,765 кг/м 3 на 1300 л. Учитывая потребность электролизёра в питании 1,8 кВт в час, необходимого для выработки 2040 л или 0,185 кг водорода, делаем вывод, что такой объём можно получить при сгорании 22 МДж энергии.

На 1 кВт мощности котла (чего достаточно для отопления 10 м 2 площади) потребуется 1 м 3 или 0,765 кг природного газа в час, т. е. 25 МДж энергии, что больше, чем даёт за такое же время электролизёр. Суммы тоже будут разные: 1 кВт водородной энергии обойдётся в 18,71 рубля, а газовой – всего в 0,65 рубля.

Баллоны с водородом можно покупать и не тратить воду с электричеством, но 40 кг хватит дому 60 м 2 всего на 1,5 дня, а стоимость каждого 2500–5000 рублей.

С электрокотлом он тоже не может полноценно конкурировать, ведь за 1 кВт в среднем придётся заплатить 4,76 рубля, что почти в 4 раза меньше 18,71 рубля. Поэтому энергию, которая будет потрачена на генерирование водорода, лучше сразу использовать для работы электроприборов – толку будет куда больше.

Дизельные котлы для отопления частного дома
Надежнейшие котлоагрегаты, отличающиеся от газовых лишь горелкой

Отзывы о бытовых водородных установках: преимущества и недостатки

Информации о реальном применении водородных котлов настолько мало, что её приходится собирать «по крупицам», но основные моменты выделить можно (в том числе опираясь на отзывы реальных пользователей водородных котлов для отопления).

Плюсы Минусы
«тихое горение» – нагрев теплоносителя осуществляется за счёт каталитических реакций, а значит, нет открытого пламениопасная эксплуатация – при повышении нормированного давления высок риск разгерметизации швов и взрыва котла
высокая экологичность – при работе не вырабатываются ни угарный газ, ни гарь, ни другие вредные для здоровья веществанизкая энергоэффективность – как уже говорилось, энергетические затраты на выработку HHO выше его теплоотдачи
отсутствие дымохода – из предыдущего пункта также следует, что такие агрегаты не нуждаются в удалении отводных газовнедостаток специалистов – в регионах нет сертифицированных организаций, занимающихся ремонтом таких котлов
доступность ресурсов – формально, для заправки им нужно только электричество и вода (+ замена катализатора раз в год)поиск баллонов – если покупать чистый водород, то нужно учитывать, что их тоже вряд ли удастся найти поблизости

Стоит отметить, что вышеперечисленные качества относятся к заводским моделям, т. к. переделка агрегатов часто вообще не имеет экономического смысла.

Водородные котлы, которые «умельцы» создают своими руками на базе твердотопливных или газовых предшественников, конечно, дешевле фирменного оборудования, но без знаний физики, химии и расчётов практически невозможно собрать правильно работающий котёл. К тому же никто не отвечает за безопасность.

Лучшие модели бытовых водородных котлов отопления

KingKar 3000

Популярный в азиатских странах агрегат способен вырабатывать до 3,0 м 3 водорода в час при потреблении воды 1,6 л и электроэнергии 9,0 кВт. Отличается возможностью гибкого регулирования температуры горения в пределах от 800 до 3200 °C, путём изменения процентного соотношения компонентов топливной смеси.

Стоимость: 380 000 – 460 000 рублей.

Производитель: KingKar Eco-Technologies (КингКар Эко-Технолоджи), Китай.

STAR-1.1 + генератор STAR 2000

Водородный котёл российского производства работает в паре с совместимым генератором. Он имеет низкий уровень расхода электроэнергии 300 Вт + 3 кВт в час, а также воды – 1,1 л, при этом способен вырабатывать до 2 м 3 топлива за тот же отрезок времени. По желанию комплектуется вторым водонагревательным контуром.

Стоимость: 60 000 – 73 000 + 185 000 – 200 000 рублей.

Производитель: STAR Industries (СТАР Индастриес), Россия.

Home Energy Station

Не просто котёл, а целая энергетическая станция третьей модификации HES III. Она способна вырабатывать до 2,0 м 3 водорода в час, как из природного газа, так и через электролиз, потребляя 5,0 кВт электроэнергии и 1,8 л воды. В состав входит риформер, блок очистки, компрессор, хранилище газа и солнечные панели.

Стоимость: 310 000 – 450 000 рублей.

Производитель: Honda и Plug Power (Хонда и Плаг Пауэр), Япония и США.

Цены бытовых водородных котлов отопления: итоговая таблица

Рейтинг наиболее востребованных водородных котлов для отопления:

Модель водородного агрегатаРасход воды, л/часЭнергопотребление, кВт/чВыработка, м 3 /часЦена, руб.
KingKar 30001,69,03,0415 000
STAR-1.1 + STAR 20001,13,32,0260 000
Home Energy Station1,85,02,0380 000

В заключение хотелось бы подвести небольшой итог: что касается успеха использования водородной энергии, то он, безусловно, есть, но нужно понимать – долгосрочные перспективы связаны с будущими технологиями, которые ещё не открыли, поэтому все эти котлы будут убыточны ещё минимум ближайшие 10 лет.

На текущий момент их ограниченное внедрение возможно лишь благодаря государственным дотациям и в рамках экспериментальных экологических программ.

Но если есть желание поэкспериментировать самому, то почему бы и нет, главное помнить, что водородное отопление требует знаний и умелых рук при его обустройстве. Доверять такую работу можно исключительно лицензированным специалистам, а не сомнительным дельцам, которые не ответят за качество.

Котел отопления на водороде: обзор лучших

Сегодня человечество рассматривает водородный котел для теплоснабжения приусадебных и многоквартирных домов как революционный вид теплоагрегата.

Достигнутый уровень технологий позволяет поставить водород на служение человеку. Совсем скоро этот экологически чистый, бюджетный и доступный энергоноситель вытеснит все природные виды топлива.

Водородный котел — это новое понятие в теплоэнергетике и альтернатива традиционному отоплению, без выбросов вредных дымовых газов в атмосферу. По мнению специалистов, водород сегодня самый перспективный топливный элемент, способный встать на смену углеводородному топливу, но все же, не так все просто.

Процесс выделения H2 отличается определенными сложностями. В общем, реакция описывается: H2 + 0,5 O2 → H2O. На самом же деле процесс протекает из двух десятков элементарных реакций, и из-за газа Брауна относятся к цепной реакции, сопровождающейся взрывом.

Это одномоментная реакция с выделением огромного количества тепла, которое трудно отбирать из-за скоротечности. Для того чтобы начался процесс необходимо открытое пламя или наличие искры, без этого водородная смесь может сохраняться продолжительное время.

Соотношение процесса детонации водородного котла: 1 моль O2 к 2 молям H2. Поэтому для отопления применяют каталитическую, беспламенную, реакцию горения, ход ее регулируют так, чтобы выделялось тепло в количестве достаточном для нагрева воды Т Показать

Перспективы водородных котлов

При всех сложностях технологического процесса сжигания водорода, перспективы использования этого процесса на нужды отопления весьма радужные. Общемировая тенденция всемирного применения «зеленой» энергетики вызывают интерес к этой технологии и у исследователей, и у представителей промышленного производства.

Буквально год назад водородный котел отопления позиционировался учеными, как бесперспективный. Тем не менее, в три раза большая теплотворность водорода по отношению к газу не дает покоя изобретателям.

Пока непривлекательность H2 – очевидна, чтобы разложить воду, требуется электрическая энергия, для получения которой сжигают природное топливо, отягчает перспективы такого вида отопление – качество воды, которая должна быть дистиллированной, что тоже довольно дорого.

Наступающая «зеленая» революция выдвигает свои требования к источникам нагрева и тем самым формирует иной мир. Британский парламент в конце 2018-го, открыл водородному отоплению новые возможности. Депутаты приняли курс на декарбонизацию страны, а энергоносителями в стране станут водород и электричество.

За такой инициативой политиков , последуют и другие страны , у них просто нет выбора, А многие страны уже многое сделали в этом направлении, среди лидеров: Россия, Италия и Китай.

Принцип работы и устройство котла

Устройство водородных котлов выполнено в виде модуля. В нем устанавливают четное количество каталитических пластин со специальными каналами для поступления газа в дозированных количествах, чтобы предотвратить скопление большого объема водородно-кислородной смеси, приводящей к детонации. Далее полученное тепло, традиционно, перемещается в бойлер, для нагрева внешнего контура теплоснабжения.

Принцип работы отопительной котельной:

  1. Получение H2. В специальный контейнер наливают дистиллированную воду и погружают в нее пластины из металла, на которые подается ток с особыми параметрами, в результате чего выделяется H2 и O2, а также в виде побочного продукта – водяные пары.
  2. Водородно-кислородная смесь поступает в химический сепаратор, где водород очищается от всех примесей.
  3. Далее он следует в горелку H2 с клапаном, проводящем его только в одном направлении и мешающим свободному движению, для предотвращения от взрыва, при этом O2 и пароводяная смесь через систему отвода собираются в кислородном резервуаре.
  4. H2 через защитный блок поступает в камеру сгорания.
  5. Процесс выделения тепла происходит с использованием катализатора, и направляется через теплообменник во внутридомовую систему теплоснабжения.
  6. Образовавшиеся в камере пары воды возвращаются в хранилище электролита для рециркуляции.

Мощность регулируется благодаря специально оборудованным каналам с катализатором. Каналы в водородных котлах отопления независимого действия и могут включаться поочередно. Процесс абсолютно автоматизирован, единственно.

Что выполняют вручную – заливают воду в систему. Устройство снабжено приборами безопасности: уровнемерами и датчиками. Средний суточный расход воды 5,5 л, для генерации до 2-х литров топлива, а энергопотребление колеблется от 1,0 до 3.0 кВт за 1 час.

КПД водородного котла

Тема котла отопления на водороде – революционная, но пока чисто теоретически, на практике – он имеет самый низкий КПД из всех возможных.

Сравнение эффективности котлов, КПД в %:

  • тепловые насосы, 120%;
  • пиролизные котлы, 95%;
  • газовый котел,90%;
  • электрокотел, 85%;
  • угольный отопительный котел, 80%;
  • водородный котел, 10% меньше чем у русской печи.

Конечно, день когда водородные котлы будут давать КПД до 50 % еще не наступил, тогда многие спросят, зачем они нужны, ответ прост – экологическая безопасность и дефицит ископаемого топлива, именно эти факторы являются огромным стимулом, для того чтобы проводились исследования в этом направлении.

Плюсы и минусы водородного котла

И хотя пока водородное отопление уступает по эффективности традиционному оно имеет свои преимущества:

  1. Экологическая безопасность, поскольку на выходе из водородного котла получаются неагрессивные продукты разложения воды.
  2. Экономия невозобновляемых энергоресурсов.
  3. Невысокая стоимость выработки тепла, поскольку для нее достаточно дистиллированной воды и электроэнергии.
  4. Удельная теплота сгорания H2 практически в три раза превышает показатель природного газа.
  5. Химический элемент H2 является самым распространенным на Земле, хоть и в связанном состоянии.

У котла на водороде также имеются слабые стороны:

  1. Высокая требовательность к обслуживанию. Для эффективного производства H2, требуется ежегодная замена металлопластин и добавление катализатора.
  2. Опасность создания взрыва при детонации.
  3. Высокая цена, заводская модель обходится свыше 40 тыс. руб.
  4. Ограниченность выбора на рынке.

Монтаж водородного котла

Монтаж водородного генератора выполняют поэтапно, подключая все основные элементы конструкции:

  1. Котел, в виде теплообменника, где протекает процесс генерации водорода. Его можно изготовить самостоятельно, а для процесса теплопередачи требуются только электроэнергия и вода.
  2. Электролизер – основная часть в котле, где осуществляется процесс распада воды H2О. Конструктивно он представляет собой емкость с водой, в нее опускают электроды с высокой электропроводностью.
  3. Искровая горелка для разогрева воды.
  4. Горелочный клапан, расположен вверху котла для сбора исключительно H2 и непосредственной передачи его в горелку.
  5. Управляющий блок выполняет функции регулирования рабочими процессами с демонстрацией напряжения и тока. На нем установлены регуляторы мощности и других рабочих параметров.
  6. После монтажа основного оборудования проводят обвязку системы трубопроводами диаметром 24 -32 мм. При монтаже труб учитывают уклон и выполняют требования: диаметр последующего разветвления обязан быть меньшим предыдущего.
  7. Подключают источник питания.
  8. Устанавливают датчик пламени на горелке, по требованиям безопасности системы.
  9. Устанавливают в водяном контуре датчики температур и запорно-регулирующую арматуру.

Гарантийный срок заводских водородных устройств составляет 15 лет, но практически при правильной эксплуатации они могут надежно работать 20 и более лет.

Водородный котел отопления своими руками

Принципиальная схема работы устройства настолько проста, что ее можно собрать самому.

Читайте также:  Какую трубу использовать для теплого водяного пола

Процесс монтажа котла своими руками:

  • выполняют чертеж или скачивают его для требуемой мощности котла из проверенного источника в интернете, лучше если к чертежам и схемам будет видео-пояснение с демонстрацией агрегата;
  • собирают все необходимые материалы по перечню и спецификациям;
  • лучшая комплектация для металла корпуса — ферромагнитные сплавы, но также неплохо будет использовать нержавеющую емкость;
  • основные элементы: источник тока 12 В, ШИМ-регулятор постоянного тока не менее 30 А, газовая горелка заводского изготовления;
  • создание электролизера из пластин 18 штук или более, главное число должно быть четным. Вырезают пластины из металлического листа ножницами для металла и выполняют в них отверстия для крепления. Делят их в равном соотношении на анод и катод, и далее собирают схему подключения проводов;
  • сваривают емкость прямоугольной формы, заливают в нее воду или смесь с катализатором, после чего размещают подключенные пластины;
  • в верхней части котла устанавливают клапан и присоединяют трубку, для транспортировки H2 до горелочного устройства.

4 лучших водородных установки

Российский рынок не отстает от всего мира и предлагает покупателям водородные котлы, хотя они пока не особо пользуются спросом, но это больше из-за плохой информированности населения.

Принципиальных конструктивных различий среди моделей водородных котлов практически нет. Они отличаются только рабочей выходной мощностью и применяемыми материалами.

Популярные модели устройств:

  1. МегаТанк100 – водородный котел, китайского производства функционирующий от бытовой электросети, с многоуровневой защитной системой. Производительность – 22.0 л/сут, расход воды – 2.1 л /ч, 7 кВт. Цена от 53000руб.
  2. STAR-2000 – российский агрегат способен подать надежное отопление до 300м2, расход воды – 1.1 л/ч, генерация топлива – 2.0 м3/час, набирает нагрузку за счет мощности – 3.0 кВт.
  3. Kingkar – еще один китайский котел, работающий от сети. Расход воды – 1.6.л/ч, генерация топлива – 3.0 м3/ч, 9 кВт, отапливаемая площадь до 150 м2, стоимость 114000 руб.
  4. H2-2 – котел итальянского производителя «экстра» класса, расход воды – 0.9 л/час, генерация топлива – 1.2 м3/час, 1,5 кВт, площадь до 300 м2, цена 295000 руб.

Приобретая такое оборудование надо помнить, водородные устройства относятся к объектам повышенной опасности из-за образующейся взрывоопасной газо-воздушная смеси.

Для того чтобы избежать аварии, потребуется выполнение правил пожарной безопасности и правильного выполнения монтажно-наладочных работ.

Водородный котел – экологические чистое отопление дома

Уже давно прошло время, когда обогрев частного загородного дома осуществлялся только лишь сжиганием в печи дров ли угля. Нынешние отопительные агрегаты используют различные виды топлива. Но постоянный рост цен на топливо, вынуждает идти на поиски более дешевых вариантов отопления. Но буквально у нас под носом лежит неиссякаемый источник энергии – водород. И в данной статье мы расскажем, как в качестве топлива можно использовать обычную воду, собрав водородный котел отопления своими руками.

Конструкция и принцип работы водородного генератора

Применение водорода в виде топлива для обогрева жилища – довольно заманчивая идея, ведь его теплотворность составляет 33,2 кВт/м3, в то время как у природного газа она всего 9,3кВт/м3, а это более чем в 3 раза. Теоретически добыть водород можно из воды, для того чтобы его потом сжечь в котле, можно воспользоваться водородным генератором для отопления дома.

Как энергоноситель с водородом ничто не может сравниться, а его запасы практически бесконечны. Как уже говорилось выше, при сгорании водород выделяет очень много тепловой энергии, намного больше, чем любое углеродосодержащее топливо. Вместо вредных выбросов в атмосферу, которые выделяются при использовании природного газа, водород, сгорая, образует обычную воду в виде пара. Только есть одна проблема, данный элемент не встречается в природе в чистом виде, а только в соединении с другими веществами.

Одним из таких соединений является обычная вода, которая представляет собой окисленный водород. Для того чтобы расщепить на составляющие ее элементы многие ученые потратили не один год. И не безрезультатно, техническое решение по выделению из воды ее составляющих все же было найдено. Это так называемая химическая реакция электролиза, в результате которой вода распадается на кислород и водород, получаемую смесь прозвали гремучим газом или газом Брауна.

Ниже можно увидеть схему водородного генератора (электролизера), который работает от электричества:

Электролизеры поставлены на серийное производство и служат для газопламенных (сварочных) работ. Ток определенной частоты и силы подается на группы металлических пластин, которые погружены в воду. Из-за протекающей реакции электролиза выделяются кислород и водород вперемешку с водяным паром.

Для того чтобы отделить газы от пара все пропускается через сепаратор, после которого подается на горелку. Чтобы предотвратить обратный удар и взрыв, на подаче монтируется клапан, который пропускает горючее только в одну сторону.

Водородная установка для обогрева жилища включает в себя следующие составляющие: котел и трубы диаметром 25-32 мм (1-1,25 дюймов). Трубы можно установить дома своими руками, но необходимо выполнить одно условие – после каждого разветвления диаметр должен уменьшаться.

Диаметр уменьшается по следующему принципу – труба D32, труба D25. После разветвления – D20, и последней монтируется труба D16. При соблюдении этого условия водородная горелка будет работать качественно и эффективно.

Для того чтобы следить за уровнем воды и своевременно подпитывать ею устройство, в конструкции есть специальный датчик, который отдает команду в нужный момент и вода впрыскивается в рабочее пространство электролизера. Для того чтобы давление не подпрыгивало до критической точки внутри сосуда, агрегат оборудуется аварийным выключателем и сбросным клапаном. Для обслуживания генератора водорода, необходимо только время от времени добавлять воду и все.

Преимущества водородного отопления

У водородного отопления есть несколько серьезных достоинств, которые влияют на распространенность системы:

  1. Экологически чистые системы. Единственный побочный продукт, который выбрасывается в атмосферу во время работы – вода в парообразном состоянии. Что никоим образом не вредит окружающей среде.
  2. Водород в системе отопления работает без применения огня. Тепло образуется из-за каталитической реакции. При соединении водорода с кислородом, образуется вода. Из-за этого идет большое выделение тепла. Сам поток тепла, температура которого равняется около 40оС, идет в теплообменник. Для системы теплый пол – это идеальный температурный режим.
  3. Довольно скоро отопление на водороде своими руками сможет вытеснить традиционные системы, тем самым освободив человечество от добычи других видов топлива – нефти, газа, угля и дров.
  4. Минимальный срок службы – 15 лет.
  5. КПД отопления частного дома водородом может достигать 96%.

Добыча водорода – это вполне доступный процесс. Все, на что необходимо будет тратиться это электричество. А при использовании генератора отопления включить в работу системы еще и солнечные батарею, то траты на электроэнергию можно свести к минимуму. Исходя из этого, можно заключить что, эта система наиболее экологически чистая и эффективная для отопления жилища.

Как собрать генератор водорода собственноручно?

Зачастую котел, работающий на водороде, используется для обогрева полов. Эти системы в наше время встречаются самой разной мощности. Мощность котлов бывает самая разная, начиная от 27Вт и до бесконечности. Можно взять один очень мощный котел для обогрева сразу всего дома, а можно несколько небольших. Устанавливаются они своими силами, но, как сделать водородный генератор своими руками?

Прежде чем начать сооружать топливную ячейку необходимо иметь под руками следующие инструменты:

  • ножовку по металлу;
  • дрель с набором свёрл;
  • набор гаечных ключей;
  • плоская и шлицевая отвёртки;
  • угловая шлифмашина («болгарка») с установленным кругом для резки металла;
  • мультиметр и расходомер;
  • линейка;
  • маркер.

Более того, если вы решите самостоятельно заниматься сооружением ШИМ-генератора, то для его настройки понадобятся осциллограф и частотомер.

Для того чтобы изготовить водородный генератор для отопления частного дома рассмотрим абсолютно «сухую» схему электролизера с применением электродов из пластин нержавеющей стали.

Представленная ниже инструкция показывает процесс конструирования водородного генератора:

  1. Сооружение корпуса топливной ячейки. Роль боковых стенок каркаса играют пластины оргалита или оргстекла, нарезанные по размеру будущего генератора. Стоит заметить, что он размеров агрегата напрямую зависит его производительность, но и затраты на получение ННО будут намного выше. Для сооружения топливной ячейки оптимальными являются габариты от 150×150 мм до 250×250 мм.
  2. В каждой из платин сверлятся отверстия под входной и выходной штуцера для воды. Кроме этого, необходимо сверление в боковой стенке для выхода газа и четыре отверстия по углам для того чтобы соединить элементы реактора между собой.
  3. С помощью болгарки из листа нержавейки марки 316L, вырезают пластины электродов. Они по размеру должны быть меньше стенок на 10-20 мм. Более того, при изготовлении каждой детали, в одном из углов необходимо оставлять небольшую контактную площадку. Это необходимо для того чтобы соединить отрицательные и положительные электроды в группы перед их подключением к питанию.
  4. Для получения необходимого количества ННО, нержавейку необходимо обработать мелкой наждачной бумагой с двух сторон.
  5. В каждой пластине сверлятся два отверстия: сверлом чей диаметр должен быть 6-7 мм – для подачи в пространство между электродами воды и диаметром 8-10 мм – для отвода газа Брауна. Точки сверления рассчитывают с учетом мест монтажа соответствующих подводящих и выходного патрубков.
  6. Приступают к сборке генератора. Для этого в оргалитовые стенки монтируют штуцеры служащие для подачи воды и отбора газа. Места их присоединений тщательнейшим образом герметизируют автомобильным или сантехническим герметиком.
  7. После этого одну из прозрачных корпусных деталей устанавливают на шпильки, после этого укладывают электроды. Укладка электродов должна начинаться с уплотнительного кольца. Обратите внимание: плоскость электродов должна быть абсолютно ровной, в противном случае элементы с разноименными зарядами будут касаться, что вызовет короткое замыкание!
  8. Пластины нержавейки отделяют от боковых поверхностей реактора с помощью уплотнительных колец, изготовленных из силикона, паронита или других материалов. Важно чтобы он был не толще 1 мм. Подобные детали используют как дистанционные прокладки между пластинами. В процессе укладки следят, чтобы контактные площадки разноименных электродов были сгруппированы по разные стороны генератора.
  9. После того как уложена последняя пластина устанавливают уплотнительное кольцо, после чего генератор закрывается второй оргалитовой стенкой, а саму конструкцию соединяют с помощью гаек и шайб. Делая эту работу, внимательно следите за равномерностью затяжки и отсутствием перекосов между пластинами.
  10. С помощью полиэтиленовых шлангов генератор подключается к емкости с водой и бабблеру.
  11. Контактные площадки электродов соединяются между собой любым методом, после чего к ним подводят провода питания.
  12. На топливную ячейку подается напряжение от ШИМ-генератора, после чего приступают к настройке и регулировке аппарата по максимальному выходу газа ННО.

Для того чтобы получить газ Брауна в необходимом количестве которое будет достаточным для приготовления пищи и отопления, устанавливают несколько генераторов водорода которые работают параллельно.

Рекомендации по эксплуатации котла на водороде

  1. Самостоятельно модернизировать подобное оборудование, даже при наличии подробного и профессионального инженерного чертежа – категорически запрещается. Это может поспособствовать вероятности утечки водородной смеси из генератора в открытое пространство, что довольно опасно.
  2. Рекомендуется смонтировать специальные датчики температурного режима внутри теплообменника, это даст возможность следить за вероятным превышением уровня температуры нагрева воды.
  3. В саму конструкцию горелки можно включить запорную арматуру, которая будет подключена непосредственно к самому датчику температуры. Необходимо также обеспечить нормированное охлаждение котла.
  4. И наконец, на чем необходимо сделать особое ударение это безопасность. Необходимо помнить о том, что смесь водорода и кислорода не зря назвали гремучей. ННО это опасное химическое соединение, которое при небрежном обращении может повлечь взрыв. Следуйте правилам безопасности и будьте предельно аккуратны в экспериментах с водородом.

При правильном обращении водородный котел может прослужить не 15 лет, как это обычно положено, а 20 или даже 30. Однако помните, что чем больше мощность котла, тем больше расход электроэнергии!

Водородный котел для отопления частного дома

В наши дни инноваций отопления частного дома можно назвать несколько. Возможно, возвращение к традиционной русской печи не менее удивительно, чем коллекторная разводка с термостатом в современном деревянном рубленом доме, причем один из источников энергии, распределяемой коллектором – это солнечные батареи на крыше, подключаемые через накопительный бойлер. Отопление водородом – тоже сравнительно новый метод обогрева жилья, и полемика вокруг данной инновации все еще вызывает порой ассоциации с гремучим газом, он же газ Брауна (хотя определение и не совсем корректно).

Одно из главных преимуществ водородного котла, говорящее об отличных перспективах – это неплохое сочетание данного метода выработки тепловой энергии с генераторами ВИЭ (возобновляемые источники энергии – устройства на биогазе, ветрогенераторы, гелиобатареи и др.)

Подробнее о перспективах применения водородных котлов

Общемировая тенденция перехода к «зеленым»технологиям обуславливает и спрос на эти технологии. Защита ООС, экологические строительные материалы и стремление людей жить поближе к природе, не разрушая ее, согласуется с переходом на водород как ресурс энергии для транспорта и жизнеобеспечения жилья. Водородные котлы при эксплуатации не образуют углекислого газа, этого «главного монстра» современных технологий и оборудования, которое работает на углеводородных ресурсах: газ, жидкое и твердое топливо – уже в силу этого факта утверждение о первом месте водородного котла в списках самых экологически перспективных решений в отопительной области оспаривать сложно.

Второе преимущество применения водородного котла для бытового обогрева – работа отопления на водороде не требует вентиляционных систем, не нужно отводить продукты сгорания со всеми вытекающими: поскольку единственный продукт сгорания – обычная вода. О чистке и обслуживании дымоходов и вентканалов можно забыть, так же, как и о дополнительных расходах электричества для их эксплуатации. Дополнительный плюс – водородные котлы, выделяя в качестве отходов чистые водяные пары, служат аэраторами-увлажнителями в жилище.

Но основное преимущество водородного котла, как уже было сказано – перспективное сочетание с практически любым генератором электрической энергии ВИЭ, имеющим сильно выраженную периодичность ресурса – ветер, солнце. Подключение генерирующего от ВИЭ оборудования прямо в сеть требует дорогостоящего сложного обеспечения, что несравнимо с выработкой водорода электролизом, возможного во время пиковых режимов. Полученный водород и будет использован в качестве топлива для котельного водородного агрегата. Промышленные установки уже несколько десятков лет конвертируют ВИЭ в водород, и данный энергетический ресурс имеет малую себестоимость. О бытовом оборудовании так говорить еще рано; и сегодня о людях, монтирующих у себя дома водородные котлы, говорят как о рисковых, или очень богатых, или же как о махровых оптимистах. Но технологии развиваются, и возможно – с водородным отоплением домов и автомобильными двигателями нас ждет счастливое будущее.

На сегодня энергоэффективность водородного котла при трезвой оценке не достигает даже аналогичной для электрокотла – рекордсмена низкого КПД и высокой цены при роскошном обогреве и чистой беспроблемной эксплуатации. Если электрические котлы оцениваются по энергоэффективности на 40-45%, котлы газовые и жидкотопливные на 70-75% (пиролизные и инверторные на 95% и выше), то водородный котел скромно занимает последнее место – его энергоэффективность не достигает и 10%. По сравнению с тепловыми насосами и геотермальным отоплением, минимум эффективности которого составляет 120-150%, а максимум – свыше 400%, говорить об экономии водородного отопления пока не приходится. Тот день, когда новые технологии позволят удешевить данный бытовой отопительный процесс хотя бы в десять раз, еще не наступил. Но при прочих равных условиях экологическая чистота отопления водородом – огромный стимул исследований и надежды человечества на лучшую жизнь.

Читайте также:  Устройство печи длительного горения

Пока что трудно без юмора относиться к радостной мощи интернет-предложений о «снижении счетов за ресурсы во много раз» одной только установкой в доме водородного котла. Несколько менее смешны и более опасны мастер-классы сборки водородных котлов в домашних условиях из подручных материалов. Гремучий газ, или газ Брауна, применяется для сварки и резки металлов, плавит кварц, одно его название уже говорит само за себя. Водород взрывоопасен, и при малейшем отступлении от технологии кустарный котел может стать неплохой бомбой в жилище. Специалисты предостерегают также от покупок водородных устройств от непроверенных производителей, в частности могут стать фактором риска в доме китайские агрегаты, в которых возможна некачественная гарнитура и удешевление за счет материала. О том, что утечка водорода крайне опасна, понятно и без объяснений.

Чтобы обосновать причину экономии отопления водородным котлом, ссылаются:

  1. На показатели теплоты сгорания, поскольку водород действительно сгорает с трехкратной теплоотдачей сравнительно с природным газом.
  2. Еще более авторитетно звучат тезисы о газе Брауна, или смеси водорода с кислородом в пропорции к двум атомам водорода – один кислородный атом. Эта одноатомная смесь, недаром ее еще в древности назвали гремучей – выделит при сгорании огромное тепло, и продвинутый девайс будет работать на данной энергии чуть ли не доказывая в одном отдельно взятом коттедже неверность фундаментального закона сохранения энергии.
  3. Еще один верный тезис об уникальности водорода как самого легкого газа и самого распространенного вещества в нашей вселенной, что тоже говорит в пользу водородного отопления.

Но в реальности все несколько грустнее – о легкодоступности чистого водорода как природного элемента говорить не приходится, поскольку на планете весь водород связан. Вода, например. И чтобы выделить водород из воды, нужна энергозатратная химия, тот же электролиз.

Немного о чистом водороде и КПД водородного котла

Для водородного котла нужен водород, которого вокруг огромное количество. Например, в газе метане в два раза больше атомов водорода, чем в воде, которую заливают с катализаторами в электролизер водородного бытового котла. Но выделять водород из метана смысла мало, метан сам по себе прекрасно горит, а энергии на «добычу» водорода потребовалось бы немало. Вода и электролитическая диссоциация с расщеплением молекулы воды на два атома водорода и одну кислорода (упрощенно) применяется для выработки чистого водорода достаточно широко. Все промышленные водородные котлы имеют неотъемлемую часть – электролизер или электролизную установку. Данные установки работают на электроэнергии, а сколько ее требуется – вопрос интересный, и, ответив на этот вопрос, можно получить данные о реальной выгоде использования водородного котла в быту. Ведь количество тепловой энергии, выработанной котлом, должно превышать то количество, которое пришлось израсходовать на его работу – только в этом случае можно будет утверждать о 100% – ном и более КПД установки.

О прочной связи атомов водорода и кислорода в молекуле воды понятно еще со школы. Для разрыва этих связей потребуется немало энергии, и электролизер с данной работой справляется. Далее – получена смесь из водородных и кислородных атомов с огромной потенциальной энергией, которая в процессе окисления (горения) в котле обеспечит жилище теплом. Итог всех реакций – водяной пар, то есть исходная вода, в начале процесса расщепленная на атомы. Количество воды не меняется – ее масса “защищена” законами физики. Поскольку потери энергии в любом технологическом процессе неизбежны и реальны, и идеальных процессов не бывает – то понятно: тепловой энергии можно будет получить несколько меньше, чем было затрачено электрической. Еще один нюанс – для водородного котла нужна вода исключительно высокой очистки – дистиллят, который не бесплатен. Возникающий вопрос закономерен – для чего все эти сложные процессы расщепления воды электричеством, когда электрокотел и без всякого электролиза нагреет теплоноситель в отопительной системе, и это будет проще и выгодней, чем расщепление и «воссоединение» воды в виде пара посредством сжигания водородно-кислородной смеси, с неизбежными потерями энергии на каждом этапе данного процесса, да еще с дополнительным сложным оборудованием?

Еще немного о преимуществах водородного отопления и принципе работы водородных котлов

Изобретение автомобильного двигателя, работающего на водороде, относят к 60- ым годам прошлого века. А водородные котлы придуманы не так давно, и родина их – Италия. Идеи о водороде в качестве топливного ресурса «для дома» некоторое время не могли осуществиться, камнем преткновения была огромная температура сгорания водорода и невозможность использовать обычные материалы для производства котлов. Но современные водородные котлы создают из обычных материалов, и о работе водородного отопления потребители отзываются в массе хорошо. Установки действительно работают на «гремучем» газе Брауна, но пользоваться котлом при соблюдении правил техники эксплуатации не опаснее, чем любым другим котельным агрегатом. Специалисты предостерегают лишь о недопустимости самодельных сборок и модернизаций водородного оборудования, даже с подробным и профессиональным инженерным чертежом на руках.

Утечка водородной смеси из генератора крайне опасна, и может привести к взрыву и разрушениям, Кроме того, опасен чрезмерный нагрев котла. Некоторые из мер безопасности:

  • Блок датчиков температуры в теплообменнике дает возможность контроля системы, и не допускать превышения нагрева воды сверх безопасного.
  • В горелке имеется запорная арматура, подключенная непосредственно к датчикам температуры, а охлаждение котла нормировано и обеспечивается в расчетном цикле.

Кратко об отопительном процессе: в котельном агрегате присутствует закрытый водородный резервуар, и при нагреве до 300 градусов начинается реакция водорода с кислородом, с образованием пара, воды и огромного количества тепла. Данная смесь – конденсат может быть теплоносителем и идет в контур отопительной системы жилища. Воспламенения водорода при каталитической реакции не происходит, продуктов горения нет и отводить их не нужно. Процесс абсолютно безопасен с экологической точки зрения. Теплоноситель имеет температуру всего 40 градусов по Цельсию, но для отопления этого достаточно, а системы водяного теплого пола и теплого плинтуса именно на такой нагрев и рассчитаны. Теплопотери при данном методе отопления невозможны, поскольку сконденсированная вода сама служит и жидкой фазой, и средством нагрева.

Основным элементом котла является электролизер, в котором происходит электролиз дистиллированной воды в присутствии химического катализатора. Полученная газовая смесь идет по штуцеру электролизера к водяному затвору и как более легкое вещество, поднявшись над водой, проходит к фильтро-уловителям, потом в воздушный коллектор к месту окончательной реакции – в отсек сгорания. Принципиальных различий у современных водородных котлов нет. Отличать котлы можно по мощностям, материалам корпусов, эстетике. Стандартные технические характеристики котлов:

  • Возможность обогревать площади примерно до 200-250 м2
  • Срок эксплуатации – минимум 15 лет, ремонтопригодность и несложный ремонт, по уверениям производителей
  • Воды расходуется за сутки примерно 5-6 литров
  • Выработка топливного ресурса за сутки от одного до двух литров
  • Потребляют электроэнергии от одного до трех кВт/час
  • Имеются одноконтурные и двухконтурные исполнения котлов, для дополнительного приготовления горячей воды
  • Как все виды отопительного оборудования, работают не нон-стоп, а циклично, нагревая помещение до определенных параметров. Контроль режима обеспечивают датчики

Выбирают водородные котлы по нескольким критериям:

  • По мощности – минимальную мощность называют 27 Вт. Возможно применение котлов в группах.
  • Числу контуров – нужен ли второй контур для подогрева воды на бытовые нужды
  • Уровню потребления электроэнергии
  • По данным о производителе

Одно из основных предназначений водородного котла – в системах теплых водяных полов. Монтаж трубопроводов производят с уменьшением диаметров трубы от котла и в сторону каждого разветвления: сечение прохода должно уменьшаться с максимального – обычно это 32 мм, затем труба диаметром условного прохода 25 мм, следующая – 20 мм, и диаметр последней трубы 16 мм. Функционирование точно отлаженной системы позволяет говорить о хорошей эффективности, и современные отопительные контуры с водородными котлами показывают КПД более 90%.

О недостатках работы водородного котла:

  • Если модель котла работает на сжиженном водороде, то, при повсеместной распространенности самого газа, эти баллоны можно достать не везде и не всегда, в отличие от природного газа пропана.
  • Если нормированное давление в котле превышено в результате недосмотра, и/или система контроля дала сбой, то взрыв водородного котла – крайне жестокая вещь. Это разрушения и возможные жертвы. Безопасность замкнутого цикла без вмешательства потребителя – один из гарантов безопасности, и к автоматике водородных котлов предъявляют очень серьезные требования.
  • Некоторые модели водородных котлов шумят, по отзывам потребителей.
  • Потребление дистиллированной воды для котла значительное.

Первые установки на водороде выполнялись с дополнительным дымоходом, поскольку требовался выход для воды и перегретого пара – результатов каталитических реакций и их высоких температур. Но современные водородные отопительные установки решены с выводом пара и воды непосредственно в отопительные контуры, как основной теплоноситель системы.

Если водородом удастся заменить обычные виды горючего и топливных ресурсов, то это может стать огромным прорывом в экономике, причем сокращение добычи ископаемых будет не самым главным плюсом. Главное – создание экологически чистых систем жизнеобеспечения, по определению не способных навредить ни природе, ни людям.

Водородный котел – мифы, реальность и перспективы

Водородный котел – устройство для обогрева дома, которое в качестве топлива использует газ водород. Так как этот газ в чистом виде в природе не встречается, водородные котлы оборудованы специальным устройством для выработки водорода из дистиллированной воды.

Водородный котел для отопления частного дома – одно из тех решений, которое сегодня привлекает к себе большое внимание. На «полях» интернета можно найти много предложений, сулящих обладателям такого оборудования огромные блага, например, радикальное снижение «счетов за отопление». Так ли это на самом деле, и что может, а что не может современный бытовой водородный котел, читайте в нашем обзоре.

Миф о том, что водородный котел – самый экономичный способ обогреть дом

Часто можно услышать, что водородный котел есть наиболее экономичный способ отопления для частного дома. Обычно для обоснования этого тезиса применяются ссылки на высокую теплоту сгорания водорода – более чем в 3 раза выше, чем у природного газа. Из этого делается нехитрый вывод – выгоднее топить дом водородом, чем газом.

Иногда в качестве аргумента эффективности водородного котла приводится так называемый «газ Брауна» или смесь атомов водорода и кислорода (HHO), которая выделяет при сгорании еще больше тепла, и на котором работают «продвинутые котлы». После этого обоснования эффективности просто заканчиваются, оставляя возможность воображению обывателя рисовать прекрасные картинки под общим названием «отопление почти даром». Подумать только – водород и горит «теплее», и получается из практически бесплатной воды, сплошная выгода!

Воображение подогревают и новости о постоянно растущем парке автомобилей, работающих на водородном топливе, как альтернативе традиционным. Дескать, если уж автомобили «ездят» на водороде, то водородный котел – действительно стоящая вещь.

Другие публикации TopClimat.ru по теме
Тепловые насосы для отопления вашего дома
Теплоаккумулятор – важный элемент системы отопления комфортного и безопасного дома

Но на деле все обстоит немного сложнее. Если бы чистый водород был легкодоступным в природе элементом – все так, или почти так, и было. Но дело в том, что чистый водород на Земле не встречается – только в связанном виде, например, в виде воды. Поэтому на практике сначала водород нужно откуда-то получить, причем, с помощью энергозатратных химических реакций.

Откуда берется чистый водород

Хозяину на заметку

«Чтобы привлечь внимание к своей продукции, некоторые производители водородных котлов делают ссылки на некий “секретный катализатор” или на использование “газа Брауна” в своих устройствах».

Например, можно извлечь водород из газа метана, где водорода аж 4 атома! Только вот, зачем? Метан и сам по себе – горючий газ, зачем терять дополнительную энергию на выработку чистого водорода? Где тут энергоэффективность? Поэтому чаще всего водород извлекают из воды, которая, как всем известно, не может гореть, применяя для этого метод электролиза. В самом общем виде этот метод можно описать как расщепление молекул воды на водород и кислород под действием электроэнергии.

Электролиз давно известен и широко применяется для получения чистого водорода. На практике ни один промышленный водородный котел, пока во всяком случае, не обходится без электролизной установки или электролизера. Все бы хорошо, но эта установка требует электроэнергии. Итак, водородный котел должен в обязательном порядке потреблять энергию. Вопрос в том, каковы же эти энергозатраты?

Все разговоры о «теплоте сгорания» водорода немного уводят нас в сторону от данного вопроса, а между тем, он наиболее важен. Итак, водородный котел может быть выгоден в единственном случае – произведенная им тепловая энергия должна быть выше, чем израсходованная на работу котла.

Энергоэффективность водородного котла

Чтобы понять, получится ли у нас «на выходе» котла энергия больше, чем затраченная, просто рассмотрим внимательнее молекулу воды – в ней два атома водорода и один кислорода, которые крепко связаны между собой. Чтобы разорвать эту связь, необходимо «приложить» довольно много энергии, это и делает электролизер за счет электричества. В результате получается смесь водорода и кислорода, которые обладают потенциальной (буквально, растворенной в них) энергией, и которая может выделиться в результате процесса горения и обеспечить тепло дому. Чтобы понять, сколько же энергии получится от горения, стоит присмотреться к тому, что получится в результате горения. А получится у нас… та же самая вода, которую мы расщепляли на атомы.

Фактически, после всех этих манипуляций, в лучшем случае мы получим ровно столько энергии, сколько было потрачено на разделение исходной молекулы воды. Так как, от воды мы уходили, и к воде же и пришли. Но это – в идеальном случае, где отсутствуют неизбежные в реальности потери. Т.е. даже в идеальном случае сколько электричества мы потратим, столько тепла получим.

Дополнительные молекулы воды для расщепления тоже взять неоткуда – сколько сначала разделили, столько потом и соединим при сжигании водородно-кислородной смеси. Опять же, за вычетом потерь. Кроме того, не надо забывать, что водородный котел работает за счет дистиллированной воды, на производство которой тоже расходуется энергия. Как видно невооруженным глазом, эффективность водородного котла не может быть высокой.

Тогда встает закономерный вопрос – зачем все эти сложности с расщеплением, если существуют устройства, которые непосредственно переводят электроэнергию в тепло и называются электрические котлы? Если просто нагревать воду за счет электрической энергии, вся эта энергия практически без потерь уйдет на нагрев воды – получается выгоднее, чем через электролизное разложение и последующее «восстановление» воды сжиганием смеси водорода и кислорода с сопутствующими потерями.

Сравнение водородного котла с другими устройствами отопления

Как известно, электрический котел считается самым неэффективным отопительным устройством, иначе говоря, стоимость тепла, произведенного за счет этого устройства, будет наиболее дорогой.

Сравнение отопления с помощью теплового насоса с другими способами.

Добавить комментарий