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 компании Giacomini S.p.A.

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< 50 С.

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.

Фото: ahottei.ru

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.

Фото: techbox.dennikn.sk

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.

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.