Водородные котлы отопления: почему не стоит выбирать котлоагрегат на водородном топливе для отопления частного дома, обзор и сравнение эффективности и экономичности, лучшие модели и их цены

Использование водорода в отоплении

В век технологий существует множество вариантов отопить свой дом. Однако любители самостоятельно создавать разные технические приспособления могут сделать отопление дома водородом своими руками. Это экологически чистый, в то же время, очень мощный источник тепла, благодаря которому можно отопить большое помещение.

Котел отопления на водороде итальянского производства

Водородное отопление дома было разработано одной из компаний в Италии. Когда такая установка работает, она не производит никаких вредных выбросов. Таким образом, это экологически чистое, эффективное, бесшумное отопление дома.

Ученые разработали способ сжигать водород для отопления дома при такой температуре, как 300 градусов по Цельсию. Благодаря этому появилась возможность производить котлы для отопления из традиционных материалов. Такого типа котлы для функционирования не требуют специальной системы отвода продуктов сгорания в атмосферу, так как здесь таковых продуктов нет. В данном случае выделяется только пар, не вредный для окружающей среды. А получить водород – это доступный процесс. Все, на что будут идти расходы, — это только электроэнергия. А если вы будете, используя водородный генератор для отопления, задействовать еще и солнечные панели, то и затраты на электричество можно минимизировать.

Чаще всего котел на водороде применяется для того чтобы обогревать полы. И такие системы на сегодняшний день можно найти с самой разной мощностью. Монтируются они собственноручно.

Водородная установка для отопления дома состоит из следующих компонентов: котел и трубы, имеющие диаметр 25-32 мм (1-1,25 дюймов). Трубы других размеров используются редко. Трубы можно смонтировать самостоятельно, но здесь следует выполнять одно условие – после каждого разветвления диаметр должен быть меньшим. И порядок уменьшения диаметра следующий – труба D32, труба D25. После разветвления – труба D20, последняя – труба D16. Когда такое правило соблюдается, то водородная горелка для отопления будет работать эффективно и качественно.

Принцип работы водородного отопления

Газ выделяет большой объем тепловой энергии, которая образуется при взаимодействии водородных и кислородных молекулярных соединений. Процесс требует много места, выделяет КПД более 80% и при обустройстве схемы необходимо позаботиться о большой емкости, в которой и будет происходить взаимодействие молекул с последующим выделением тепла.

Если хозяин просчитывает, как сделать водородное отопление дома, нужно знать, что при выходе из котла температура теплоносителя может достигать показателей +40 С. Таких параметров хватает для подачи тепла в помещения большого размера. По устройству котлы могут быть модульными, оснащенными катализатором в каждом канале выхода. Это свойство особенно удобно при формировании системы отопления на много лучей – каждый канал можно отрегулировать с подачей теплоносителя по индивидуальным параметрам температуры.

Получается, что если правильно рассчитать показатели, то при монтаже одного котла с водородным отоплением можно провести отопление по нескольким комнатам с учетом разных температурных показателей. Например, один вывод запускается на теплые полы, второй – к трубопроводу под потолок, третий – запускается в гостиную и так далее.

Совет! Чтобы снизить расходы, можно оборудовать обогрев на солнечных батареях, коллекторах, поставить водородный генератор для отопления частного дома. В этом случае затраты на обслуживание потребуются минимальные, регулярных расходов практически не будет.

Преимущества и недостатки

Профессионалы выделяют следующие достоинства отопления на водороде:

1. Нет огня. Тепловая энергия вырабатывается в процессе протекания химической реакции, где не требуется горения любого вида топлива.
2. Постоянство температурных показателей. Теплоноситель поддерживается в нагретом до +40 С состоянии на всем протяжении времени, пока котел запущен в эксплуатацию.
3. Универсальность применения. Нет никаких ограничений для формирования системы в любых строениях.
4. Практичность. Невысокая температура теплоносителя гарантирует отсутствие ожогов, а смонтировать схему отопления сможет домашний мастер с минимальными навыками владения инструментом.
5. Экологичность. В процессе работы прибор не выделяет вредных газов, продуктов сгорания, частиц отработки и шлака. Котел выделяет нейтральный газ, не загрязняющий атмосферу.

Окупается схема через 3-3,5 года, при условии применения в качестве постоянного и основного источника тепла. Единственной альтернативой может стать газовое отопление, но при всей дешевизне топлива, подключение к магистрали не всегда возможно.

К минусам относят высокую взрывоопасность водорода, поэтому важно обеспечить все степени безопасности при использовании сырья и транспортировку топлива только в низкотемпературных режимах. Именно из-за сложностей в подвозе водорода такая схема отопления применяется сегодня достаточно редко.

Эксперименты с вечным поленом

Вечным поленом называют небольшой металлический бак с маленькими отверстиями для выхода водяного пара. Эту емкость заполняют водой, закручивают горловину болтом, и кладут на дно печи. Емкость разогревается до большой температуры, с нее выходит водяной пар, поступая прямо на горящие угли.

В результате, по заявлениям экспериментаторов, черная сажа в дыму пропадает. Т.е. якобы частички углерода, обычно уносимые в трубу, теперь все реагируют с кислородом.
Пламя становится насыщенным с длинными языками и т.д.

Но правда замеры реального полученного тепла не проводились, замерить его в домашних условиях невозможно, но все признаки большой энергоотдачи присутствуют….

Перспективы водорода как топлива для котла отопления

• Водород – это самое распространенное «топливо» во Вселенной и десятый по распространению химический элемент на Земле. Проще говоря – проблем с запасами топлива у вас не будет.
• Этот газ не может навредить ни людям, ни животным, ни растениям – он не токсичен.
• «Выхлоп» водородного котла абсолютно безвреден – продуктом горения этого газа является обычная вода.
• Температура горения водорода  достигает 6000 градусов Цельсия, что говорит о высокой теплоемкости этого вида топлива.
• Водород легче воздуха в 14 раз, то есть при утечке «выброс» топлива улетучится из котельной сам по себе, причем в очень сжатые сроки.
• Стоимость одного килограмма водорода – 2-7 долларов США. При этом плотность газообразного водорода равна 0,008987 кг/м3.
• Теплотворная способность кубического метра водорода – 13 000 кДж. Энергоемкость природного газа в три раза выше, но себестоимость водорода как топлива ниже в десятки раз. В итоге альтернативное отопление частного дома водородом обойдется не дороже практики использования природного газа. При этом владельцу водородного котла не нужно оплачивать аппетиты хозяев газовых компаний и строить дорогостоящий газопровод, а равно и проходить чрезвычайно бюрократизированную процедуру согласования всяческих «проектов» и «разрешений».

Словом, как топливо водород имеет самые радужные перспективы, которые уже оценила аэрокосмическая отрасль, использующая водород для «заправки» ракет.

Современная разработка — водородный отопительный котел

Как работает котел отопления на водороде

Точно так же, как и обычный газовый котел:

• Топливо подается на горелку.
• Факел горелки разогревает теплообменник.
• Залитый в теплообменник теплоноситель транспортируют к батареям.

Только вместо магистрального газопровода или емкостей со сжиженным горючим для производства топлива необходимо использовать особые установки – генераторы водорода.

Причем самый распространенный вид бытового генератора – это электролитическая установка, расщепляющая воду на водород и кислород. Себестоимость топлива, которое производят электрические генераторы для отопления водородом доходит до 6-7 долларов за килограмм. При этом для производства кубического метра горючего газа необходима вода и 1,2 кВт электроэнергии.

А вот на отводе продуктов горения в данном случае можно сэкономить. Ведь в процессе горения смеси кислорода и воздуха выделяется только водяной пар. Так что «настоящий» дымоход такому котлу не нужен.

Плюсы водородных котлов

• Водородом можно «топить» любые котлы. То есть абсолютно любые – даже старые «советские» агрегаты, приобретенные в 80-х годах прошлого века. Для этого вам понадобится новая горелка и гранит или шамотный камень в топке, увеличивающий тепловую инерцию и нивелирующий эффект перегрева котла.
• У водородных котлов увеличенная тепловая мощность. Стандартный газовый котел на 10-12 кВт на водороде «выдаст» до 30-40 киловатт тепловой мощности.
• Для отопления водородом по большому счету нужна только горелка. Поэтому «под водород» можно переделать даже твердотопливный котел, инсталлировав горелку в топку.
• Базу для получения топлива – воду – можно извлечь из водопроводного крана. Хотя идеальным полуфабрикатом для производства водорода является дистиллированная вода, в которую подмешен гидроксид натрия.

Минусы водородных котлов

• Малый ассортимент водородных котлов и газогенераторов промышленного типа. Большинство продавцов предлагают «самоделки» с сомнительной сертификацией.
• Высокая цена промышленных моделей.
• Взрывоопасный «характер» топлива – в смеси с кислородом (в пропорции 2:5) водород превращается в гремучий газ.
• Высокий уровень шума газогенерирующих установок.
• Высокая температура пламени – до 3200 градусов Цельсия, затрудняющая использование водорода в качестве топлива для кухонной печи (нужны особые рассекатели). Впрочем, H2ydroGEM — котел отопления на водороде итальянского производства giacomini – укомплектован горелкой температурой пламени  до 300 градусов Цельсия.

Составные части водородной установки

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

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

Котел, функционирующий на водороде, можно собрать из доступных элементов, а для его работы необходима лишь обычная или дистиллированная вода (+)

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.

В заводских водородных котлах предусмотрен блок управления. На панели отображаются показатели напряжения и тока, регулятор мощности и рычаги настройки других параметров работы

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.

Средний расход воды в современных моделях генератора не слишком велик. В течение 24 часов для функционирования прибора понадобится примерно 5,5 литров, за счет которых генерируется 1,2-2 литров топлива

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).

Установленный на горелке датчик пламени повышает безопасность системы. При затухании огня устройство в автоматическом режиме перекрывает поступление горючего газа в горелку, тем самым препятствуя его попаданию в помещение

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.

Устройства на водороде могут применяться не только как единственное отопительное оборудование в доме, но и совмещаться с другими системами нагрева. Основные теплоустановки в этом случае могут работать в низкотемпературном режиме.

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.

Что необходимо для изготовления топливной ячейки дома

Приступая к изготовлению водородной топливной ячейки, надо обязательно изучить теорию процесса образования гремучего газа. Это даст понимание происходящего в генераторе, поможет при настройке и эксплуатации оборудования. Кроме того, придётся запастись необходимыми материалами, большинство из которых будет нетрудно найти в торговой сети. Что же касается чертежей и инструкций, то мы постараемся раскрыть эти вопросы в полном объёме.

Проектирование водородного генератора: схемы и чертежи

Самодельная установка для получения газа Брауна состоит из реактора с установленными электродами, ШИМ-генератора для их питания, водяного затвора и соединительных проводов и шлангов. В настоящее время существует несколько схем электролизёров, использующих в качестве электродов пластины или трубки. Кроме того, в Сети можно найти и установку так называемого сухого электролиза. В отличие от традиционной конструкции, в таком аппарате не пластины устанавливаются в ёмкость с водой, а жидкость подаётся в зазор между плоскими электродами. Отказ от традиционной схемы позволяет значительно уменьшить габариты топливной ячейки.

Электрическая схема ШИМ-регулятора

Схема единичной пары электродов, используемых в топливной ячейке Мейера

Схема ячейки Мейера

Электрическая схема ШИМ-регулятора

Чертёж топливной ячейки

Чертёж топливной ячейки

Электрическая схема ШИМ-регулятора

В работе можно использовать чертежи и схемы рабочих электролизёров, которые можно адаптировать под собственные условия.

Выбор материалов для строительства генератора водорода

Для изготовления топливной ячейки практически никаких специфичных материалов не требуется. Единственное, с чем могут возникнуть сложности, так это электроды. Итак, что надо подготовить перед началом работы.

1. Если выбранная вами конструкция представляет собой генератор «мокрого» типа, то понадобится герметичная ёмкость для воды, которая одновременно будет служить и корпусом реактора. Можно взять любой подходящий контейнер, главное требование — достаточная прочность и газонепроницаемость. Разумеется, при использовании в качестве электродов металлических пластин лучше использовать прямоугольную конструкцию, к примеру, тщательно загерметизированный корпус от автомобильного аккумулятора старого образца (чёрного цвета). Если же для получения HHO будут применяться трубки, то подойдёт и вместительная ёмкость от бытового фильтра для очистки воды. Самым же лучшим вариантом будет изготовление корпуса генератора из нержавеющей стали, например, марки 304 SSL.

   Электродная сборка для водородного генератора «мокрого» типа

   При выборе «сухой» топливной ячейки понадобится лист оргстекла или другого прозрачного пластика толщиной до 10 мм и уплотнительные кольца из технического силикона.

2. Трубки или пластины из «нержавейки». Конечно, можно взять и обычный «чёрный» металл, однако в процессе работы электролизёра простое углеродистое железо быстро корродирует и электроды придётся часто менять. Применение же высокоуглеродистого металла, легированного хромом, даст генератору возможность работать длительное время. Умельцы, занимающиеся вопросом изготовления топливных ячеек, длительное время занимались подбором материала для электродов и остановились на нержавеющей стали марки 316 L. К слову, если в конструкции будут использоваться трубки из этого сплава, то их диаметр надо подобрать таким образом, чтобы при установке одной детали в другую между ними был зазор не более 1 мм. Для перфекционистов приводим точные размеры:
   — диаметр внешней трубки — 25.317 мм;
   — диаметр внутренней трубки зависит от толщины внешней. В любом случае он должен обеспечивать зазор между этими элементами равный 0.67 мм.
   

   От того, насколько точно будут подобраны параметры деталей водородного генератора, зависит его производительность

3. ШИМ-генератор. Правильно собранная электрическая схема позволит в нужных пределах регулировать частоту тока, а это напрямую связано с возникновением резонансных явлений. Другими словами, чтобы началось выделение водорода, надо будет подобрать параметры питающего напряжения, поэтому сборке ШИМ-генератора уделяют особое внимание. Если вы хорошо знакомы с паяльником и сможете отличить транзистор от диода, то электрическую часть можно изготовить самостоятельно. В противном случае можно обратиться к знакомому электронщику или заказать изготовление импульсного источника питания в мастерской по ремонту электронных устройств.
   

   Импульсный блок питания, предназначенный для подключения к топливной ячейке, можно купить в Сети. Их изготовлением занимаются небольшие частные компании в нашей стране и за рубежом.

4. Электрические провода для подключения. Достаточно будет проводников сечением 2 кв. мм.
5. Бабблер. Этим причудливым названием умельцы обозвали самый обычный водяной затвор. Для него можно использовать любую герметичную ёмкость. В идеале она должна быть оборудована плотно закрывающейся крышкой, которая при возгорании газа внутри будет мгновенно сорвана. Кроме того, рекомендуется между электролизёром и бабблером устанавливать отсекатель, который будет препятствовать возвращению HHO в ячейку.
   

   Конструкция бабблера

6. Шланги и фитинги. Для подключения генератора HHO понадобятся прозрачная пластиковая трубка, подводящий и отводящий фитинг и хомуты.
7. Гайки, болты и шпильки. Они понадобятся для крепления частей электролизёра между собой.
8. Катализатор реакции. Для того чтобы процесс образования HHO шёл интенсивнее, в реактор добавляют гидроксид калия KOH. Это вещество можно без проблем купить в Сети. На первое время будет достаточно не более 1 кг порошка.
9. Автомобильный силикон или другой герметик.

Заметим, что полированные трубки использовать не рекомендуется. Наоборот, специалисты рекомендуют обработать детали наждачной бумагой для получения матовой поверхности. В дальнейшем это будет способствовать увеличению производительности установки.

Инструменты, которые потребуются в процессе работы

Прежде чем приступить к постройке топливной ячейки, подготовьте такие 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.

Кроме того, если вы будете самостоятельно заниматься постройкой ШИМ-генератора, то для его наладки потребуется осциллограф и частотомер. В рамках данной статьи мы этот вопрос поднимать не будем, поскольку изготовление и настройка импульсного блока питания лучше всего рассматривается специалистами на профильных форумах.

Техника безопасности и особенности эксплуатации

Отопительный котел на водороде нужно правильно эксплуатировать.

В ходе его использования придерживайтесь следующих правил:

• Нельзя самостоятельно модернизировать и переделывать водородное нагревательное оборудование. Это повышает вероятность утечки водорода. При его взаимодействии с воздухом создается взрывоопасная ситуация.
• Установите внутри теплообменника датчики температуры. Это позволит контролировать степень нагрева воды. Периодически проверяйте температуру, не допускайте перегревания теплоносителя.
• Не эксплуатируйте отопительное оборудование в режимах и условиях, которые не предусмотрены производителем. Это может привести к нежелательной цепной реакции.
• На горелочное устройство установите запорную арматуру и подключите ее к температурному датчику. Это позволит при необходимости обеспечивать охлаждение котла.
• Если давление газа в камере сгорания критически повышается, то нужно выяснить причину такого повышения, принять меры для стабилизации работы.
• Следите за подачей воды, периодически меняйте электролитный раствор.

Важно! При правильной и бережной эксплуатации водородное нагревательное оборудование прослужит до 30 лет, вдвое превысив гарантийный срок.

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.