Русская печь в интерьере современного загородного дома

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.

Бытовое применение

В быту также есть применение водороду. В первую очередь это автономные отопительные системы. Но здесь некоторые особенности. Установки по производству чистого водорода стоят значительно дороже, чем генераторы газа Брауна, последние даже можно собрать самостоятельно. Но при организации отопления дома необходимо учитывать, что температура горения газа Брауна значительно выше, чем у метана, поэтому потребуется специальный котел, который несколько дороже обычного.

В интернете можно встретить немало статей, в которых написано, что для гремучего газа можно использовать обычные котлы, это делать категорически нельзя. В лучшем случае они быстро выйдут из строя, а в худшем могут стать причиной печальных или даже трагических последствий. Для смеси Брауна предусмотрены специальные конструкции с более термостойким соплом.

Необходимо заметить, что рентабельность отопительных систем на основе водородных генераторов вызывает большое сомнение ввиду низкого КПД. В таких системах имеются двойные потери, во-первых, в процессе генерации газа, во-вторых, при нагреве воды в котле. Дешевле для отопления сразу нагревать воду в электрическом бойлере.

Не менее спорная реализация для бытового использования, при которой газом Брауна обогащают бензин в топливной системе двигателя автомобиля с целью экономии.

Обозначения:

• а – генератор ННО (принятое обозначение для газа Брауна);
• b – отвод газа в камеру сушки;
• с – отсек для удаления водяных паров;
• d – возвращение конденсата в генератор;
• е – подача осушенного газа в воздушный фильтр топливной системы;
• f – автомобильный двигатель;
• g – подключение к аккумулятору и электрогенератору.

Нужно заметить, что в некоторых случаях такая система даже работает (если ее собрать правильно). Но точные параметры, коэффициент прироста мощности, процент экономии вы не найдете. Эти данные сильно размыты, и достоверность их вызывает сомнения. Опять же не ясен вопрос, насколько уменьшится ресурс двигателя.

Но спрос порождает предложения, в интернетах можно найти подробные чертежи таких приспособлений и инструкцию по их подключению. Есть и готовые модели, сделанные в стране Восходящего Солнца.

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.

Производитель указывает на наличие «секретного» катализатора

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.

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.

При применении водорода следует строго соблюдать правила безопасности: при некорректном применении газа или контакте с открытым огнем может произойти разрушительный взрыв

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

Особенности водородного генератора

Исходя из требований и квадратуры частного или муниципального сооружения, необходимо выбрать водородную горелку с оптимальным уровнем мощности, адаптированным под нужды конкретного помещения. Следует заметить, что максимально возможный показатель мощности генераторов равняется 6.

Получение водорода, по праву признанного самым экономичным видом топлива, возможно в любом количестве. Обязательным условием для этого является наличие электрической энергии, а также воды.

Основная задача техники – полноценное самостоятельное отопление помещений. Однако установки, работающие на основе водорода, могут отлично дополнять уже работающие системы обогрева дома. Следует только следить за тем, чтобы все элементы теплосистемы функционировали на уровне низких температур.

Также эти агрегаты используются для обогрева помещения с помощью теплых полов, которые в настоящее время легко собрать своими руками.

Принцип действия устройства

Процесс выработки тепла основан на электролизе воды в среде, насыщенной катализатором. Главное условие нормальной работоспособности, а также безопасности генератора в том, что в таких условиях вода не распадается на кислород и водород, сочетание которых может быть взрывоопасным.

Современные генераторы работают на выработку газа Брауна. Это совершенно невзрывоопасное вещество коричневатого или зеленого оттенка, называемое также водяным газом. После выработки и нагревания до 40 градусов он сразу идет на камеры сгорания, а конкретнее – в теплообменник. Там происходит его смешивание с воздушно-топливными элементами.

Компоненты водородного генератора

Основными конструктивными составляющими простейшего водородного агрегата являются трубы и непосредственно котел. Часто никаких технических аксессуаров или дополнительных элементов и приспособлений больше не требуется.

Это касается и комплектующих, предназначенных для вывода продуктов горения. Ведь в результате функционирования генератора в атмосферу выделяется исключительно пар: водяной, чистый и совершенно безопасный.

Часто горелки такого типа имеют модульную конструкцию, в каждой части которой работает свой катализатор, что увеличивает общую эффективность работы системы.

Что касается труб для системы водородного отопления. то целесообразно применять те, диаметр которых находится в диапазоне от 1 до 1,25 дюймов. Допускаются некоторые отклонения, но чаще всего для обогрева дома используют конкретно эти

Важное правило, которым не следует пренебрегать при установке отопительных труб, – каждое предыдущее разветвление должно быть большим по диаметру, чем последующее

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.

На представленном изображении можно увидеть схематичное устройство нагревательного оборудования, работающего на водороде, с указанием всех элементов конструкции (+)

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.

Процесс получения водорода в современных электролизных аппаратах полностью автоматизирован. Единственный процесс, выполняемый вручную, – заливание воды в систему

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.

Какое отопление лучше: критерии оценки

Каждый человек может вложить в понятие «эффективное отопление частного дома» свое собственное значение, поэтому универсальной формулы выбора подходящей системы не существует. Но всегда находятся общие критерии, по которым можно определить наиболее оптимальный вариант «в целом».

К современным отопительным системам применяются следующие требования:

1. Правильное соотношение цены и качества. Под качеством в данном случае подразумевается высокий КПД, т.е. система должна обеспечивать здание необходимым количеством тепла, причем затраты на него должны сводиться к минимуму.
2. Наличие максимума автоматизации. Современная система отопления должна требовать минимального вмешательства при эксплуатации. Как показывает практика, большинство домовладельцев предпочитают один раз настроить систему и больше к ней не подходить. Качественные современные отопительные системы для частных домов позволяют это сделать.
3. Надежность. Система должна быть максимально надежной, чтобы не пришлось обновлять ее элементы каждые полгода. К тому же, изначальная стоимость конструкции должна быть как можно ниже: мало кто согласится пользоваться системой, стоимость которой можно сравнить со стоимостью самого здания.
4. Простота монтажа. Установка всей системы должна быть простой и требовать минимума затрат. В некоторых случаях для монтажа требуются специфические инструменты, которые в долгосрочной перспективе могут оказаться бесполезными.

Как работает водородное отопление

Такой способ отопления был разработан одной из итальянских компаний. Водородный котел работает, не образуя никаких вредных отходов, из-за чего считается самым экологическим и бесшумным способом обогрева дома. Инновация разработки в том, что ученым удалось добиться сжигания водорода при относительно низкой температуре (порядка 300?С), а это позволило изготавливать подобные отопительные котлы из традиционных материалов.

Водородные топливные элементы для дома

При работе котел выделяет только безвредный пар, и единственное, что требует затрат – это электроэнергия. А если совместить такое с солнечными панелями (гелиосистемой), то эти расходы можно и вовсе свести к нулю.

Обратите внимание! Зачастую котлы на водороде используются для нагрева систем «теплого пола», которые можно легко смонтировать своими руками. Как же все происходит? Кислород вступает в реакцию с водородом и, как мы помним из уроков химии в средних классах, образует молекулы воды. Реакция провоцируется катализаторами, в результате выделяется тепловая энергия, нагревающая воду примерно до 40?С – идеальной температуры для «теплого пола»

Реакция провоцируется катализаторами, в результате выделяется тепловая энергия, нагревающая воду примерно до 40?С – идеальной температуры для «теплого пола»

Как же все происходит? Кислород вступает в реакцию с водородом и, как мы помним из уроков химии в средних классах, образует молекулы воды. Реакция провоцируется катализаторами, в результате выделяется тепловая энергия, нагревающая воду примерно до 40?С – идеальной температуры для «теплого пола».

Регулировка мощности котла позволяет добиться определенного температурного показателя, необходимого для отопления помещения с той или иной площадью. Также стоит отметить, что такие котлы считаются модульными, т. к. состоят из нескольких независимых друг от друга каналов. В каждом из каналов имеется упомянутый выше катализатор, в результате в теплообменник поступает теплоноситель, уже достигший необходимого показателя в 40?С.

Обратите внимание! Особенностью такого оборудования является то, что каждый из каналов способен вырабатывать разную температуру. Таким образом, один из них можно провести к «теплому полу», второй к соседнему помещению, третий к потолку и т. д

д.

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.

Выгодно ли отапливать дом водородом

Продавцы компактных генераторов водорода убеждают покупателей в необычайной дешевизне отопления дома водородом. Якобы это даже выгоднее, чем топить газом. Мол, вода, которую заливают в установку, ничего не стоит, об остальных затратах умалчивают. Такие обещания оказывают магическое действие на некоторых наших сограждан, обожающих халяву. Но давайте не будем уподобляться Буратино и, прежде чем ступить в Страну дураков, выясним, почём на самом деле обходится водородное отопление дома.

Средняя отпускная цена природного газа для населения на нужды отопления и для выработки электроэнергии — 4,76 руб/м3. В 1 м3 содержится 0,712 кг. Соответственно, 1 кг природного газа стоит 6,68 рубля. Средняя теплотворная способность природного газа — 50 000 кДж/кг. У водорода — намного выше, 140 000 кДж/кг. То есть, для того чтобы получить количество тепловой энергии, равное той, что образуется при сгорании 1 кг водорода, потребуется 2,8 кг природного газа. Его стоимость — 13,32 рубля. Теперь сравним показатели стоимости тепловой энергии, полученной от сжигания 1 кг водорода, полученного в хорошем заводском электролизере и от 2,8 кг природного газа: 420 рублей против 13,32. Разница — поистине чудовищная, в 31,5 раз! Даже по сравнению с самым дорогим из традиционных видов отопления — электрическим, водород даже близко не может конкурировать, он обходится в 4 раза дороже! Ту электроэнергию, которая будет потрачена на работу электролизера, лучше использовать для работы нагревательных электроприборов, толку будет не в пример больше.

Именно такие рекламные технологии и методы убеждения используют продавцы установок для отопления дома водородом, чтобы втридорога сбыть свой бесполезный товар

Что касается перспектив водородной энергетики, то они есть, но успех связан с перспективными промышленными технологиями, которых ещё не придумали. Бытовые генераторы водорода и водородомобили однозначно убыточны как минимум на ближайшие десятилетия. Их весьма ограниченное использование в некоторых странах возможно лишь благодаря серьёзным государственным дотациям в рамках экспериментальных экологических программ.

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.

Тип отопления	Энергоэффективность, %
Тепловой насос	150-400
Котел на жидком топливе или газе	70-96
Электрический котел	35-45
Водородный котел	5-10

Как мы уже выяснили, отопление за счет водородного котла уступает по эффективности даже электрическому. Правда, мир не стоит на месте. Вполне возможно, что настанет день, когда использование современных технологий позволит удешевить сотни бытовых процессов, а отопление за счет водородного котла или его аналогов станет действительно выгодным.

Отечественный опыт строительства водородных генераторов в домашних условиях ↑

А что у нас, в среде отечественных «кулибиных»? Интернет-форумы полны споров о возможности постройки генератора водорода своими руками. Адепты гидрогениума тычут в глаза скептикам фотками самогонных аппаратов, переделанных в установки по производству чистого топлива. Скептики: покажите конкретный пример постоянно работающего устройства. В ответ — тишина. Кто-то что-то собрал, подключил к кухонной плите, пожарил на водороде яичницу, съел. Теперь вот стоит в сарае, а к плите опять подключен газ, это проще, дешевле, безопаснее. Правда, умные люди всё же извлекают из «диванной» гидрогениумной энергетики пользу: завлекательные посты обеспечивают владельцев аккаунтов лайками, большим числом просмотров и подписчиков, что приносит неплохие деньги.

Если кто-то из читателей хочет повторить опыт гаражных мастеров, то, пожалуйста, вот достаточно подробное описание конструкции «самопального» водородного реактора.Ничего сложного.

В этом ролике нам красиво показывают, как мелкосерийное отечественное устройство обслуживает два десятка радиаторов, но не называют ни его тепловую мощность, ни себестоимость килокалории тепла.