Vodikov kotao za grijanje: uređaj + princip rada + kriteriji odabira

Načela alternativne energetike sve više privlače pažnju potrošača. Tome uvelike doprinosi rast tarifa za tradicionalne energente, kao i povremeni poremećaji na tržištu usluga.

U ovim okolnostima vodikov kotao za grijanje smatra se jednim od najperspektivnijih vrsta uređaja koji rade na obnovljivo gorivo, a to je plin H₂.

Prije donošenja odluke o kupnji takvog agregata, potrebno je upoznati se s principom njegova rada, procijeniti prednosti i nedostatke korištenja vodika kao goriva. Ova pitanja smo proučili i detaljno izložili u članku.

Osim toga, naveli smo parametre koje treba uzeti u obzir pri odabiru kotla, dali savjete o radu i pripremili pregled najboljih tvorničkih vodikovih generatora. Ljubiteljima samogradnje bit će korisne upute za sastavljanje agregata vlastitim rukama.

Svojstva vodika kao goriva

Kao što je gore navedeno, gorivo za takve agregate je vodik, najlakši plin u prirodi, bez boje i mirisa. Među njegovim prednostima može se navesti velika količina topline koja se oslobađa izgaranjem H₂ (121 MJ/kg, dok se izgaranjem propana oslobađa samo 40 MJ/kg).

U normalnim uvjetima vodik gori na temperaturi od +2000°C, međutim uz pomoć katalizatora može se smanjiti na +300°C. To omogućuje izradu kotlova od pristupačnog čelika, a ne od skupih rijetkih zemaljskih metala.

Vodik je netoksičan, što osigurava sigurnost njegove uporabe u kućanstvu. Izgaranjem ove tvari nastaje vodena para koja poboljšava mikroklimu u prostorijama i ne zahtijeva dimnjake.

Pri korištenju vodika treba strogo pridržavati sigurnosnih pravila: pri nepravilnoj uporabi plina ili dodiru s otvorenim plamenom može doći do razorne eksplozije

Među nedostatke može se ubrojiti povećana eksplozivnost vodika, osobito kada se miješa sa zrakom ili kisikom, što dovodi do stvaranja praskavog plina.

Prednosti i nedostaci vodikovih kotlova

Jake strane takvih uređaja su:

1. Potpuna ekološka prihvatljivost. Produkti razgradnje vode ne štete atmosferi, potpuno su sigurni za zdravlje ljudi i kućnih ljubimaca.
2. Visoka razina učinkovitosti koja može doseći 96%. To je znatno više od učinkovitosti dizela, prirodnog plina ili ugljena.
3. Ušteda prirodnih resursa primjenom alternativnih izvora energije.
4. Niska cijena dobivenih kalorija. Za takve uređaje dovoljno je vode i malo električne energije.

U isto vrijeme, takvi uređaji imaju i slabosti.

U nedostatke treba ubrojiti sljedeće nijanse:

1. Zahtjevnost u održavanju. Za maksimalno visoku razinu proizvodnje H₂, potrebno je svake godine zamijeniti metalne ploče. Osim zamjene elektroda, za proizvodnju planirane količine energije potrebno je redovito dodavati katalizator. Učestalost ovog postupka ovisi o snazi, kao i o značajkama određenog modela.
2. Visoku cijenu – tvornički uređaj koštat će najmanje 350-400 €.
3. Opasnost od eksplozije pri povećanju normiranog tlaka u kotlu.
4. Nedostatak vodikovih boca – rijetko ih se može pronaći u prodaji.
5. Ograničen izbor. Budući da takvi uređaji za grijanje nisu previše rašireni na ruskom tržištu, nije uvijek moguće brzo pronaći odgovarajući model, kao ni pronaći kompetentne stručnjake za montažu i popravak opreme.
6. Potreba za priključkom na komunalne vodove. Za rad uređaja potrebna je stalna priključnost na električno napajanje za provođenje reakcije elektrolize, kao i na izvor vode, čija potrošnja ovisi o snazi uređaja.

Potrebno je spomenuti da proizvođači posvećuju veliku pozornost novim tehnologijama, nastoje poboljšati vodikove kotlove, otklanjajući ili minimizirajući nedostatke.

Princip rada grijaćeg agregata

Zbog svoje aktivnosti H₂ se u čistom obliku ne pojavljuje u prirodi, ali ga je dovoljno jednostavno izdvojiti iz obične vode metodom elektrolize, pri čemu se također oslobađa plinoviti kisik.

Na prikazanoj slici može se vidjeti shematski prikaz uređaja za grijanje koji radi na vodik, s naznakom svih konstrukcijskih elemenata (+)

Za funkcioniranje uređaja za grijanje najprije je potrebno dobiti H₂. To se događa u posebnom odjeljku namijenjenom za provođenje takve reakcije. U spremnik se ulijeva tekućina u koju se uranjaju metalne ploče.

Na njih se dovodi električna struja posebno odabrane čistoće, pod čijim se utjecajem oslobađa H₂ i O₂, a kao nusproizvod – vodena para.

Dobivena smjesa propušta se kroz poseban uređaj – kemijski separator, pomoću kojega se može izdvojiti vodik, odvojivši ga od ostalih nečistoća. Pročišćeni plin dovodi se u plamenik na koji je ugrađen ventil.

Spriječava kretanje H₂ u drugom smjeru, čime se sprječava eksplozija. Pritom se kisik i vodena para kroz drugi sustav odvode u posebni spremnik.

Zatim plinoviti vodik prolazi kroz zaštitni blok i ulazi u komoru za izgaranje. Ovdje reagira s plinom u prisutnosti katalizatora, pri čemu nastaje toplina koja putem izmjenjivača topline odlazi u kućni sustav grijanja.

Vodena para koja se oslobađa u komori vraća se posebnim kanalom u spremnik s elektrolitom, čime se koristi proces recirkulacije.

Podešavanje snage provodi se pomoću posebno opremljenih kanala, čiji broj može doseći šest. Unutar svakog od tih uređaja nalazi se katalizator, zahvaljujući kojem se pri uključivanju pokreće proces proizvodnje topline.

Plinski tok, zagrijan na temperaturu od 40°C, počinje se kretati prema izmjenjivaču topline smještenom u komori za izgaranje.

Zahvaljujući odvojenim konstrukcijama, kanali mogu djelovati neovisno jedan o drugome, što omogućuje uključivanje samo nekih od njih.

Proces dobivanja vodika u suvremenim elektroliznim uređajima potpuno je automatiziran. Jedini proces koji se izvodi ručno je ulijevanje vode u sustav.

Suvremeni modeli također su opremljeni raznim instrumentima, na primjer pokazivačima razine vode i senzorima tlaka, što im omogućuje rad u automatskom načinu rada i hitno reagiranje u nepredviđenim situacijama.

Sastavni dijelovi vodikove instalacije

Uređaj sustava za grijanje koji radi na vodik prilično je jednostavan.

Kotao, koji igra ulogu izmjenjivača topline, – glavni je element u kojem se proizvodi vodik.

Kotao koji radi na vodik može se sastaviti od dostupnih elemenata, a za njegov rad potrebna je samo obična ili destilirana voda (+)

Elektrolizator – glavni radni dio kotla, gdje se odvija elektrolitička reakcija koja dovodi do razgradnje vode na H₂ i O₂. Element je spremnik napunjen vodom u koji su smještene metalne elektrode s maksimalnom vodljivošću struje.

Na pločice su spojene žice koje dovode električnu energiju.

Plamenik – uređaj koji zagrijava rashladno sredstvo u sustavu grijanja. Nalazi se u ložištu, a za njegovo paljenje dovodi se iskra.

Ventil plamenika – poseban dio smješten u gornjem dijelu uređaja. Zahvaljujući ovom dijelu, H₂ koji se podigao prema gore lako svladava barijeru nedostupnu drugim oslobođenim tvarima i ulazi izravno u plamenik.

U tvorničkim vodikovim kotlovima predviđena je upravljačka jedinica. Na ploči se prikazuju vrijednosti napona i struje, regulator snage i poluge za podešavanje drugih radnih parametara.

Cjevovod – komunikacije koje odlaze od agregata i koriste se za dovod topline u sve prostorije kuće. Za povezivanje se koriste cijevi za grijanje promjera 25-32 mm. Prilikom polaganja poštuje se temeljno pravilo: promjer svake sljedeće grane mora biti manji od prethodne.

Kriteriji odabira generatora

Kada odlučujete nabaviti takvu opremu, važno je obratiti pozornost na sljedeće kriterije.

Snaga. Kod modernih uređaja vrijednost ovog pokazatelja može znatno varirati, što omogućuje odabir optimalne varijante kako za malu kuću, tako i za dvo- ili trokatnu zgradu.

Prosječna potrošnja vode u modernim modelima generatora nije prevelika. Tijekom 24 sata za funkcioniranje uređaja bit će potrebno otprilike 5,5 litara, zahvaljujući kojima se generira 1,2-2 litre goriva.

Broj krugova. Na uređajima koji rade na vodik obično se ugrađuje krug grijanja. U nekim modelima predviđena je i dodatna ugradnja drugog (grijaćeg) kruga.

Razina potrošnje električne energije. Današnje tehnologije omogućuju postizanje izvrsne proizvodnje topline uz minimalnu upotrebu električne energije. Potrošnja energije različitih vrsta generatora varira od 1,2 do 3 kW na sat.

Niska potrošnja električne energije postiže se zahvaljujući tome što vodikov kotao ne radi neprekidno, već samo za održavanje određene temperature u prostoriji.

Izvor napajanja. Sve vrste vodikovih generatora mogu se podijeliti u dvije velike kategorije: jedna radi na plin, druga na električnu energiju.

Proizvođač. Bolje je dati prednost provjerenim proizvođačima (Italija, SAD). Treba se čuvati nekvalitetnih proizvoda koje nude sumnjiva poduzeća po iznimno niskim cijenama.

Savjeti za rad kotla

Za poboljšanje funkcionalnosti agregata važno je pridržavati se priložene upute. Rad uređaja može se unaprijediti dodavanjem dodatnih dijelova (pri tome se strogo moraju poštivati sigurnosna pravila).

Senzor plamena postavljen na plamenik povećava sigurnost sustava. Kada plamen ugasne, uređaj automatski zatvara dotok zapaljivog plina u plamenik, čime sprječava njegov ulazak u prostoriju.

U unutrašnji dio izmjenjivača topline mogu se ugraditi posebni senzori koji omogućuju praćenje porasta vrijednosti zagrijavanja vode, a također se može dopuniti konstrukcija plamenika zapornom armaturom.

Dovoljno je spojiti ga izravno na senzor temperature kako bi se kotao automatski isključio čim zagrijavanje dosegne zadanu vrijednost.

Također je korisno ugraditi uređaj za normirano hlađenje kotla.

Uređaji na vodik mogu se koristiti ne samo kao jedina oprema za grijanje u kući, već se mogu kombinirati s drugim sustavima grijanja. Glavni toplinski uređaji u tom slučaju mogu raditi u niskotemperaturnom režimu.

U slučaju poštivanja normi eksploatacije, agregat koji radi na vodik poslužit će nekoliko desetljeća. Iako jamstveni rok takvih uređaja iznosi 15 godina, u praksi oni mogu kvalitetno raditi 20-30 godina.

Popravak takvih aparata neće predstavljati problem iskusnom majstoru jer se principijelna shema kotla na vodik ne razlikuje previše od analoga koji rade na drugim vrstama goriva.

Top 5 tvorničkih vodikovih generatora

Prva tvrtka koja je proizvela i patentirala tehnologiju izrade kotla na vodikovo gorivo bila je talijanska tvrtka Giacomini. Specijalizirana je za uređaje koji se temelje na ekološkim načinima dobivanja energije: geotermalnim pumpama, solarnim pločama i drugima.

H2ydroGEM — katalitička komora za izgaranje, u čijem se svakom plameniku nalazi tvar koja ubrzava reakciju izgaranja vodika. Zahvaljujući tome, proces se odvija pri relativno niskoj temperaturi.

Trenutno se takvi modeli proizvode od strane američkih, kineskih, europskih tvrtki, međutim njihov asortiman nije preširok u usporedbi s kotlovima koji rade na drugim vrstama goriva.

Najbolji tvornički modeli vodikovih sustava

Među najpopularnijim modelima ističemo:

1. MegaTank100 – generator koji radi na struju iz mreže. Ima pouzdanu višerazinsku zaštitu od pregrijavanja i kratkog spoja, što jamči siguran i produktivan rad. Cijena modela ovisi o njegovoj opremi.
2. STAR-2000 – skupocjeni agregat (>2000 €) s odličnim tehničkim karakteristikama. Unatoč tome što ovaj generator troši minimum energije, sposoban je grijati prostor površine 251-300 četvornih metara.
3. Kingkar – uređaj koji radi na mrežu, s odličnim radnim svojstvima. Cijena modela je prilično visoka – oko 1000 €, međutim nadoknađuje se ekonomičnom potrošnjom energije.
4. H2-2 – talijanska tehnika klase "extra" po visokoj cijeni (otprilike 2500 €), koja omogućuje zagrijavanje zraka u velikim prostorima (od 300 m³ i više) uz minimalnu potrošnju električne energije.
5. Free Energy – kvalitetni uređaji po pristupačnoj cijeni u rasponu od 150 do 350 € (cijena ovisi o snazi i drugim karakteristikama). Opremljeni su upravljačkom jedinicom koja automatizira mnoge procese, višerazinskim senzorom za regulaciju napona i tlaka.

Postoje i drugi modeli u različitim cjenovnim kategorijama.

Kako sami napraviti kotao

Generatori grijanja imaju prilično laganu konstrukciju. Uz određenu razinu vještine moguće je samostalno sastaviti uređaj. Istodobno, zbog eksplozivnosti vodikove smjese, takav rad zahtijeva iznimnu odgovornost, poznavanje sigurnosnih mjera i iskustvo u montaži sličnih uređaja.

Pri samostalnoj izradi uređaja neće se moći izbjeći znatni financijski troškovi, jer je dio komponenata bolje kupiti gotove. Visok rizik tjera na razmišljanje o tvorničkim uređajima na koje proizvođači daju dugoročna jamstva.

Proces izrade vodikovog kotla vlastitim rukama može se podijeliti u nekoliko faza.

Korak br. 1 – izrada nacrta i priprema materijala. Prije svega treba pronaći slične projekte na Internetu kako bi se na temelju njih osmislio uređaj koji bi odgovarao svim uvjetima i mogućnostima.

Potrebno je točno izračunati sve pokazatelje, a prije svega potrebnu snagu, te riješiti pitanje materijala koji će se koristiti za izradu kotla. Optimalnim izborom smatraju se feromagnetske legure, no sasvim će odgovarati spremnik izrađen od nehrđajućeg čelika.

Iako generator grijanja na vodik može imati različite konstrukcije, nepromijenjeni ostaju sljedeći dijelovi:

• 12-voltni izvor energije;
• spremnik u kojem će se nalaziti konstrukcija;
• PWM regulator snage od najmanje 30 A;
• nekoliko cijevi različitog promjera, izrađenih od nehrđajućeg čelika;
• čelični lim;
• nožna pila za metal;
• plinski plamenik – bolje gotov, kupljen u trgovini.

Korak 2 – izrada elektrolita. Za izradu ploča kojima će biti opremljen elektrolizer, potrebno je uzeti čelični lim srednje debljine. Pomoću škara za metal, pile ili drugog alata, reže se na jednake trake u količini od 18 ili više komada (broj mora biti obavezno paran).

Na poleđini svake od njih potrebno je izbušiti rupe za vijke koji će biti potrebni za držanje tih elemenata u elektrolitu potpuno nepomičnima.

Sve ploče dijelimo na anode i katode, ovisno o toj podjeli na njih se spajaju žice koje prenose pozitivne odnosno negativne naboje.

Korištenje istosmjerne struje je učinkovitije nego korištenje izmjenične. Kao njezin izvor najbolje je koristiti generator tipa PWM.

Korak br. 3 – sastavljanje elektrolizatora. Najbolji materijal za izradu ovog elementa je nehrđajući čelik. Od metala se zavaruje pouzdana konstrukcija pravokutnog ili kvadratnog oblika, nakon čega se u nju ulijeva voda ili smjesa H₂O s katalizatorom, te se postavljaju pripremljene ploče s priključenim žicama.

Korak br. 4 – spajanje plamenika. U gornjem dijelu uređaja montira se plamenik – bolje je koristiti kupljeni model, koji se može nabaviti u specijaliziranoj trgovini.

Korak br. 5 – montaža i spajanje separatora, koji je potreban za izdvajanje vodika iz plinske smjese.

Na kraju se postavlja cijev kroz koju će H₂ dizati do plamenika, a također se spajaju elementi koji odvode toplinu i raspodjeljuju je po cijeloj kući.

Koja je voda bolja – obična ili destilirana

Jedno od pitanja koje često postavljaju vlasnici vodikovih kotlova tiče se vode koja se koristi za rad uređaja.

Destiliranu vodu za rad vodikovog kotla može se kupiti u trgovinama ili organizirati njezinu proizvodnju samostalno, koristeći najjednostavniji uređaj

Po mišljenju stručnjaka, najbolje rezultate tvornički ili samostalno izrađeni uređaji pokazuju pri radu na destiliranoj vodi u koju je dodano vrlo malo natrijevog hidroksida (na 10 litara H₂O – jednu žlicu).

Međutim, vodikov kotao može uspješno funkcionirati i na vodi iz vodovoda, glavno je da ne sadrži soli teških metala.

Zaključci i koristan video na temu

U videu prikazanom ispod vidjet ćete pregled modela plinskog kotla na vodikovo gorivo, proizvedenog od strane poznate korejske tvrtke DAEWOO.

Vodik se s pravom naziva gorivom budućnosti: ovaj plin može postati gotovo neograničen resurs jeftinog ekološki čistog goriva koji se može koristiti u različitim uređajima.

Kotao na vodikovo gorivo, proizveden u tvorničkim uvjetima ili samostalno, omogućit će stvaranje autonomnog sustava grijanja. To će pomoći znatno smanjiti račune za komunalne usluge, riješiti pitanje održavanja ugodne temperature u dnevnim sobama i pomoćnim prostorijama.

Imate li iskustva s korištenjem vodika kao goriva? Želite postaviti pitanja o temi ili ispričati o svom izumu? Molimo vas, komentirajte objavu, sudjelujte u raspravama i ostavite fotografije svojih samogradnji. Blok za povratnu vezu nalazi se ispod.