​Водородный котел для отопления частного дома. Сказки и экологический маркетинг или реальная экономия и защита природы?

Инженерные системы и сети|11 апреля 2018 в 19:04| 0 |

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.

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.

Оставить комментарий
Guest
Чтобы оставить комментарий, войдите или зарегистрируйтесь
Автономное отопление квартиры и частного дома. Контроль и стабилизация рабочего давления

Автономное отопление квартиры и частного дома. Контроль и стабилизация рабочего давления

Инженерные системы и сети|07 апреля 2018 в 15:55
Современной альтернативой дорогому центральному отоплению квартиры многоэтажного дома стало индивидуальное отопление. Источник тепла в данном случае уже не ТЭЦ
​Нормальное рабочее давление в системе отопления. Перепады давления и гидроудары, контроль и снижение риска аварий

​Нормальное рабочее давление в системе отопления. Перепады давления и гидроудары, контроль и снижение риска аварий

Инженерные системы и сети|05 апреля 2018 в 16:12
Централизованные системы отопления, подающие тепло в квартиры многоэтажек - сложны технически, проектируются с учетом всех норм и требований, и монтируются
Отопление частного дома. Трубы - виды, особенности и выбор. Полипропиленовые, полиэтиленовые и металлопластиковые трубы.

Отопление частного дома. Трубы - виды, особенности и выбор. Полипропиленовые, полиэтиленовые и металлопластиковые трубы.

Инженерные системы и сети|02 апреля 2018 в 15:58
Эффективный и экономичный обогрев частного дома - одна из задач собственников жилья, и решение зависит от многих факторов: грамотный проект отопительной
Отопление частного дома. Трубы - виды, особенности и выбор. Металлические трубы

Отопление частного дома. Трубы - виды, особенности и выбор. Металлические трубы

Инженерные системы и сети|30 марта 2018 в 06:02
Автономные отопительные системы индивидуальных домов дают возможность комфортного проживания, их эксплуатация безопасна, а обслуживание не требует больших