Водороден котел за отопление: устройство + принцип на работа + критерии за избор

Принципите на алтернативната енергетика все повече и повече привличат вниманието на потребителите. В голяма степен на това допринася нарастването на тарифите за традиционните енергоносители, както и периодичните смущения на пазара на услуги.

В тези обстоятелства водородният котел за отопление се разглежда като един от най-перспективните видове устройства, работещи с възобновяемо гориво, какъвто е газът H₂.

Преди да вземете решение за покупка на такъв агрегат, е необходимо да се запознаете с принципа на неговата работа, да оцените предимствата и недостатъците на използването на водород като гориво. Тези въпроси са проучени от нас и подробно изложени в статията.

Освен това ние посочихме параметрите, които трябва да се вземат предвид при избора на котел, дадохме съвети за експлоатация и подготвихме преглед на най-добрите фабрични водородни генератори. Любителите на самоделки ще се възползват от инструкцията за сглобяване на агрегата със собствени ръце.

Свойства на водорода като гориво

Както беше казано по-горе, горивото за подобни агрегати е водородът, най-лекият газ в природата, който няма цвят и мирис. Сред неговите предимства може да се посочи голямото количество топлина, което се освобождава при изгаряне на H₂ (121 МДж/кг, докато при изгаряне на пропан се отделя само 40 МДж/кг).

При обикновени условия водородът гори при температура +2000°C, но с помощта на катализатор тя може да се намали до +300°C. Това позволява да се изработват котли от бюджетна стомана, а не от скъпи редкоземни метали.

Водородът е нетоксичен, което осигурява безопасност при използването му в бита. При изгаряне на това вещество се получават водни пари, които подобряват микроклимата в помещенията и не се нуждаят от комини.

При използване на водород трябва стриктно да се спазват правилата за безопасност: при неправилно използване на газа или контакт с открит пламък може да настъпи разрушителен взрив

Към недостатъците може да се отнесе повишената взривоопасност на водорода, особено когато той се смесва с въздух или кислород, което води до образуване на гръмлив газ.

Предимства и недостатъци на водородните котли

Силните страни на подобни устройства са:

1. Пълна екологичност. Продуктите на разлагането на водата не нанасят вреда на атмосферата, те са напълно безопасни за здравето на хората и домашните животни.
2. Високо ниво на КПД, което може да достигне 96%. Това е значително по-високо от коефициента на полезно действие на дизела, природния газ или въглищата.
3. Икономия на природни ресурси чрез използване на алтернативни източници на енергия.
4. Ниска цена на получаваните калории. За подобни устройства са достатъчни вода и малко електричество.

В същото време подобните устройства имат и слаби страни.

Към минусите спадат следните нюанси:

1. Взискателност при обслужване. За максимално висока степен на производство на H₂ е необходимо всяка година да се подменят металните плочи. Освен подмяната на електродите, за производство на планираното количество енергия е необходимо редовно да се добавя катализатор. Честотата на тази процедура зависи от мощността, както и от особеностите на конкретния модел.
2. Висока цена – заводската инсталация ще струва не по-малко от 350-400 €.
3. Опасност от експлозия при повишаване на нормираното налягане в котела.
4. Недостиг на водородни баллони – те могат да се намерят доста рядко в продажба.
5. Ограничен избор. Тъй като подобни отоплителни уреди не са много разпространени на руския пазар, не винаги може бързо да се намери подходящ модел, както и да се намерят компетентни специалисти за монтаж и ремонт на оборудването.
6. Необходимост от присъединяване към комунални услуги. За работа на уреда е необходимо постоянно захранване с електричество за извършване на реакцията на електролиза, както и към източник на вода, чийто разход зависи от мощността на уреда.

Трябва да се спомене, че производителите обръщат голямо внимание на новите технологии, стремят се да усъвършенстват водородните котли, като отстраняват или минимизират недостатъците.

Принцип на работа на отоплителния агрегат

Благодарение на своята активност H₂ в чист вид не се среща в природата, но може да бъде отделен от обикновената вода чрез електролиза, при което се отделя и газообразен кислород.

На представеното изображение може да се види схематично устройство на отоплително оборудване, работещо с водород, с посочване на всички елементи на конструкцията (+).

За функционирането на отоплителния уред първо трябва да се получи H₂. Това става в специален отсек, предназначен за протичане на такава реакция. В контейнер се налива течност, в която се потапят метални плочи.

През тях се пропуска електрически ток със специално подбрана чистота, под въздействието на който се отделят H₂ и O₂, както и като страничен продукт – водни пари.

Получената смес се пропуска през специално устройство – химически сепаратор, чрез който се извлича водородът, като се отделя от останалите примеси. Пречистеният газ се подава към горелка, на която е монтиран клапан.

Той предотвратява движението на H₂ в другата посока, което предотвратява взрив. При това кислородът и водната пара през друга система се отвеждат в специален резервоар.

След това газообразният водород преминава през защитния блок и попада в горивната камера. Тук той реагира с газа в присъствието на катализатор, в резултат на което се образува топлина, която чрез топлообменника постъпва в домашната отоплителна система.

Водните пари, отделени в камерата, по специално обособен канал се връщат в резервоара с електролит, като по този начин се използва процесът на рециркулация.

Регулирането на мощността се осъществява с помощта на специално оборудвани канали, чийто брой може да достигне шест. Във всяко от тези устройства се съдържа катализатор, благодарение на което при включване стартира процесът на генериране на топлина.

Газовият поток, нагрят до температура 40°C, започва движение към топлообменника, разположен в горивната камера.

Благодарение на обособените конструкции, каналите могат да действат независимо един от друг, което позволява да се включва само част от тях.

Процесът на получаване на водород в съвременните електролизни апарати е напълно автоматизиран. Единственият процес, изпълняван ръчно, е наливането на вода в системата.

Съвременните модели се снабдяват също с различни уреди, например, показатели на нивото на водата и сензори за налягане, което им позволява да работят в автоматичен режим и да реагират спешно в непредвидени ситуации.

Съставни части на водородната инсталация

Устройството на системата за отопление, функционираща на водород, е доста просто.

Котел, играещ ролята на топлообменник, е основният елемент, където се извършва генерирането на водород.

Котел, функциониращ на водород, може да се сглоби от достъпни елементи, а за неговата работа е необходима само обикновена или дестилирана вода (+)

Електролизер – главната действаща част на котела, където се извършва електролитна реакция, водеща до разпадане на водата на H₂ и O₂. Елементът представлява резервоар, напълнен с вода, в който се поставят метални електроди, притежаващи максимална проводимост на тока.

Към пластинките са свързани проводници, по които се осъществява подаването на електричество.

Горелка – приспособление, способстващо за загряване на топлоносителя в отоплителната система. Намира се в горивната камера, за нейното запалване се подава искра.

Клапан на горелката – специална част, намираща се в горната част на устройството. Благодарение на тази част H₂, издигнал се нагоре, лесно преодолява бариера, недостъпна за другите отделени вещества, и постъпва директно в горелката.

В заводските водородни котли е предвиден блок за управление. На панела се показват показателите на напрежението и тока, регулаторът на мощността и лостовете за настройка на други работни параметри.

Тръбопровод – комуникациите, които излизат от агрегата и се използват за подаване на топлина до всички помещения на къщата. За обвръзка се използват отоплителни тръби с диаметър 25-32 мм. При полагането се спазва основното правило: диаметърът на всяко следващо разклонение трябва да бъде по-малък от този на предходното.

Критерии за избор на генератори

При решението да закупите подобна техника, е важно да обърнете внимание на следните критерии.

Мощност. При съвременните уреди стойността на този показател може значително да варира, което позволява да се избере оптимален вариант както за малка къща, така и за дву- или триетажна сграда.

Средният разход на вода в съвременните модели на генератора не е твърде голям. В рамките на 24 часа за функционирането на уреда ще са необходими приблизително 5,5 литра, за сметка на които се генерират 1,2-2 литра гориво.

Брой контури. При уредите, функциониращи на водород, обикновено се инсталира отоплителен контур. В някои модели е предвиден и допълнителен монтаж на втори (нагревателен) контур.

Ниво на потребление на електроенергия. Съвременните технологии позволяват да се постигне отлична производителност на топлина при използване на минимум електроенергия. Енергопотреблението на различните видове генератори варира от 1,2 до 3 кВт за 1 час.

Ниският разход на електроенергия се постига благодарение на това, че водородният котел работи не непрекъснато, а само за поддържане на определена температура в помещението.

Източник на захранване. Всички разновидности на водородните генератори могат да бъдат разделени на две големи категории: едната работи на газ, другата – на електричество.

Производител. По-добре е да предпочетете проверени производители (Италия, САЩ). Трябва да се пазите от некачествена продукция, предлагана от съмнителни предприятия на изключително ниски цени.

Съвети за експлоатация на котела

За подобряване на функционалността на агрегата е важно да се придържате към приложената инструкция. Можете да усъвършенствате работата на уреда, като добавите допълнителни части (при това трябва стриктно да спазвате правилата за безопасност).

Инсталираният на горелката датчик за пламък повишава безопасността на системата. При загасване на огъня устройството в автоматичен режим затваря подаването на горивен газ към горелката, като по този начин предотвратява навлизането му в помещението.

Могат да се вградят във вътрешната част на топлообменника специални датчици, които позволяват да се следят повишенията на показателите за нагряване на водата, както и да се допълни конструкцията на горелката със спирателна арматура.

Достатъчно е да я свържете директно към сензора за температура, за да може котелът автоматично да се изключва, веднага щом нагряването достигне зададения показател.

Полезно е също така да се инсталира устройство за нормирано охлаждане на котела.

Устройствата на водород могат да се прилагат не само като единствено отоплително оборудване в дома, но и да се съвместяват с други системи за нагряване. Основните топлоинсталации в този случай могат да работят в нискотемпературен режим.

В случай на спазване на нормите за експлоатация, агрегатът, работещ на водород, ще служи десетки години. Въпреки че гаранционният срок на подобни устройства е 15 години, на практика те могат да работят качествено в продължение на 20-30 години.

Ремонтът на подобни апарати няма да представлява трудност за опитен майстор, тъй като принципната схема на котела на водород не се различава твърде много от аналозите, работещи на други видове гориво.

Топ-5 на фабричните водородни генератори

Първата фирма, която е изработила и патентовала технологията за изработване на котела на водородно гориво, е била италианската компания Giacomini. Тя се специализира в апарати, в основата на които са заложени екологични начини за получаване на енергия: геотермални помпи, слънчеви панели и други.

H2ydroGEM — каталитична горивна камера, във всяка горелка на която се намира вещество, което ускорява реакцията на изгаряне на водорода. Благодарение на това процесът протича при сравнително ниска температура.

В днешно време подобни модели се изработват от американски, китайски, европейски компании, обаче асортиментът им не е твърде широк в сравнение с котлите, работещи на други видове гориво.

Най-добрите фабрични модели на водородни системи

Сред най-популярните модели отбелязваме:

1. МегаТанк100 – генератор, работещ на електричество от мрежата. Има надеждна многостепенна система за защита от прегряване и късо съединение, което гарантира безопасна и продуктивна работа. Цената на модела зависи от неговата комплектация.
2. STAR-2000 – скъпоструващ агрегат (над 2000 €) притежава отлични технически характеристики. Въпреки че този генератор консумира минимум енергия, той е способен да отоплява помещение с площ от 251-300 квадратни метра.
3. Kingkar – уред, работещ от мрежата, с отлични работни характеристики. Цената на модела е доста висока – около 1000 €, обаче тя се компенсира с икономична консумация на енергия.
4. H2-2 – италианска техника от клас „екстра“ на висока цена (приблизително 2500 €), която позволява да се нагрява въздух в обширни пространства (от 300 м³ и нагоре) с минимален разход на електричество.
5. Free Energy – качествени устройства на достъпна цена в диапазона 150-350 € (цената зависи от мощността и други характеристики). Снабдени са с управляващ блок, който автоматизира много процеси, и многостепенен датчик за регулиране на напрежението и налягането.

Съществуват също и други модели в различни ценови категории.

Как да направите котел самостоятелно

Отоплителните генератори имат доста лесна конструкция. При известно ниво на майсторство може да сглобите уреда самостоятелно. В същото време, поради взривоопасността на водородната смес, такава работа изисква изключителна отговорност, познания по техника на безопасност и опит в монтажа на подобни устройства.

При самостоятелното изработване на уреда няма да се избегнат значителни финансови разходи, тъй като част от компонентите е по-добре да се закупят готови. Високият риск кара да се замислим за фабричните инсталации, за които производителите дават дългосрочни гаранции.

Процесът на изработване на водороден котел със собствени ръце може да се раздели на няколко етапа.

Стъпка №1 – изготвяне на чертеж и подготовка на материали. На първо място трябва да се намерят в интернет подобни проекти, за да се обмисли на тяхна основа устройство, което да отговаря на всички условия и възможности.

Необходимо е точно да се изчислят всички показатели, и преди всичко необходимата мощност, както и да се реши въпросът за материалите, които ще се използват за изработване на котела. За оптимален вариант се смятат феромагнитните сплави, но напълно подходящ е съд, изработен от неръждаема стомана.

Въпреки че отоплителният водороден генератор може да има различни конструкции, непроменливи остават следните части:

• 12-волтов източник на енергия;
• резервоар, където ще се разполага конструкцията;
• ШИМ-регулатор с мощност не по-малка от 30 А;
• няколко тръби с различен диаметър, изработени от неръждаема стомана;
• стоманен лист;
• ножовка за метал;
• газова горелка – за предпочитане готова, закупена от магазин.

Стъпка 2 – създаване на електролити. За изработване на пластините, с които ще бъде оборудван електролизьорът, трябва да се вземе лист стомана със средна дебелина. С помощта на ножици за метал, ножовка или друг инструмент той се нарязва на равни ленти в количество от 18 и повече броя (броят трябва задължително да е четен).

От обратната страна на всяка от тях трябва да се пробият отвори за болтове, които ще са необходими, за да се задържат тези елементи в електролита напълно неподвижни.

Всички пластини разделяме на аноди и катоди; в зависимост от това разделение към тях се свързват проводници, които съответно предават положителни и отрицателни заряди.

Използването на постоянен ток е по-резултативно, отколкото прилагането на променлив. Като негов източник е най-добре да се използва генератор от тип ШИМ.

Стъпка №3 – сглобяване на електролизера. Най-добрият материал за изработване на този елемент е неръждаема стомана. От метала се заварява надеждна конструкция с правоъгълна или квадратна форма, след което в нея се залива вода или смес от H₂O с катализатор, а също така се поставят подготвените пластини с присъединени проводници.

Стъпка №4 – свързване на горелката. В горната част на устройството се монтира горелка – по-добре е да се използва закупен модел, който може да се закупи в специализиран магазин.

Стъпка №5 – монтаж и свързване на сепаратора, който е необходим за отделяне на водорода от газовата смес.

В заключение се прокарва тръба, по която H₂ ще се издига до горелката, а също така се свързват елементите, отвеждащи топлината и разпределящи я из цялата къща.

Коя вода е по-добра – обикновена или дестилирана

Един от въпросите, които често задават собствениците на водородни котли, се отнася до водата, използвана за работа на устройствата.

Дестилирана вода за работа на водородния котел може да се закупи в магазините или да се организира нейното производство самостоятелно, като се използва най-проста инсталация

Според специалистите, най-добри показатели заводските или домашно направените устройства демонстрират при работа с дестилирана вода, към която е добавено съвсем малко натриев хидроксид (на 10 литра H₂O – една супена лъжица).

Водородният котел обаче може успешно да функционира и с чешмяна вода, основното е в нея да не се съдържат соли на тежки метали.

Изводи и полезно видео по темата

В представеното по-долу видео ще видите преглед на модел газов котел, работещ с водородно гориво, произведен от известната корейска компания DAEWOO.

Водородът не без основание се нарича гориво на бъдещето: този газ може да стане практически безграничен ресурс от евтино екологично чисто гориво, което може да се използва в различни инсталации.

Котел на водородно гориво, изработен в заводски условия или самостоятелно, ще позволи да се създаде автономна отоплителна система. Това ще помогне значително да се намалят плащанията към комуналните услуги, ще реши въпроса за поддържане на комфортна температура в жилищните стаи и помощните помещения.

Имате ли опит с използването на водород като гориво? Искате ли да зададете въпроси по темата или да разкажете за своето изобретение? Моля, коментирайте публикацията, участвайте в дискусиите и оставете снимки на своите домашни изработки. Блокът за обратна връзка се намира по-долу.