Обычное горение древесины. Температура горения дров в печи: как выбрать дрова для эффективного и экономичного отапливания дома

Древесина сегодня по-прежнему остается одним из востребованных строительных материалов. Но при легкости обработки, прочности, относительно небольшой массе материала, прекрасных влагозащитных, теплозащитных и экологических качествах древесина, являясь материалом органического происхождения, нуждается в дополнительной защите от огня и биологической среды, что обеспечивают огнезащитные материалы. Сегодня защита древесины обеспечивается многочисленными средствами, которые позволяют не только продлить срок службы конструкций из дерева, сохранить их внешний вид, но и во многом повышают безопасности их использования.

Свойства древесины с точки зрения воздействия огня.

Древесина в воздушно-сухом состоянии относится к сгораемым материалам - она воспламеняется и распространяет огонь. Однако из-за того, что при горении на поверхности древесины образуется уголь, горящий медленнее и с теплопроводностью в 4 раза ниже, чем у самой древесины, скорость потери рабочего сечения деревянной конструкции (ДК) не превышает 0,8 мм в минуту. Поэтому ДК противостоят обрушению при пожаре в течение более продолжительного времени, чем стальные, которые могут не выдержать нагрузок из-за снижения прочности при нагревании. Наряду с этим огнестойкость стальных конструкций падает и из-за того, что при нагревании они сильно удлиняются. Так, если нагреть стальную балку длиной 15 м до 500°С, то она удлиняется на 90 мм, что приводит к возникновению разрушающих напряжений в конструкциях здания. Древесина при нагревании деформируется в 3-4 раза меньше.

Воспламенение древесины от открытого огня может происходить при температуре около 210°С и сопровождается повышением температуры.

При отсутствии открытого источника теплоты (пламени, искр) воспламенение может произойти при быстром (1-2 минуты) нагревании древесины до температуры свыше 330°С. При длительном воздействии теплоты температура воспламенения древесины снижается до 150-170°С. Это обстоятельство необходимо учитывать при размещении деревянных конструкций вблизи нагревающихся предметов (отопительных приборов, дымоходов). В этих случаях требуется обеспечить такие условия контакта древесины с ними, чтобы установившаяся температура ее не превышала 150°С.

Основным условием для продолжения и развития самостоятельного горения зажженного деревянного изделия является превышение количества теплоты, аккумулированной поверхностными слоями его, над количеством теплоты, отдаваемой в пространство. Другими словами, для поддержания и распространения горения необходимо, чтобы температура соседних участков конструкций поддерживалась выше точки воспламенения древесины.

Процесс горения древесины относится к изометрическим процессам, и во время него выделяется большое количество тепла. Однако, первым делом для воспламенения древесина должна быть разогрета до соответствующих градусов.

От теплопроводности дров зависит их КПД, об этом знает каждый, у кого есть частный дом, с печью или камином. Однако, качество горения дров характеризуется еще одним показателем, таким как температура горения дров, а увеличение градусов, поможет скорее нагреть систему, а воду в трубах или кладку из кирпича сохранит как можно дольше горячей.

Факторы, способствующие горению дров:

• сорт используемой древесины;
• то насколько влажный материал;
• объем воздуха, заходящего в топку.

От перечисленных показателей коренным образом будет зависеть температура пламени и сжигание древесины. К примеру, для тополя характерно яркое высокое пламя, однако, его максимальная температура горения составляет 500 градусов, а этого вовсе не достаточно.

Что же касается таких пород, как ясень, граб или бук, они, хотя и поддерживают активное горение, однако выделяют в процессе температуру более 1000 градусов, чего вполне достаточно для отопления.

Как правильно выбирать

Сразу следует сказать о том, что, хотя для бука или ясеня характерна высокая температура горения дров, однако использовать их для топки печи или бани довольно дорого и нерентабельно.

Поэтому принято использовать березовые дрова, которые горят при 800 -820 градусах. Также, для этих целей подойдет дуб и лиственница, горящие при 840-900 градусах.

Хвойная порода деревьев - сосна, наиболее подойдёт для костра. Однако, никто не запрещает её использование в качестве отопления для печи. При температуре горения 610-630 градусов пойдет вполовину больше дров, чем дуба или березы.

Особенности хвойных:

• низкая температура горения;
• задымленность и образование сажи.

Поскольку в них содержится большое количество смол. Последние оседают на стенках дымохода, со временем засоряют его и требуют очистки. Поэтому, использование хвойных пород древесины для данных целей не очень желательно и рекомендуется только в крайних случаях.

Помимо этого, следует обращать внимание на влажность дров, поскольку ее процент оказывает непосредственное влияние на процесс горения. Соответственно влажный материал будет плохо гореть и создавать большое количество дыма.

Процесс разогревания

Разогреванием называется нагрев отрезка поверхности древесины от отдельного теплового источника до температуры достаточной для воспламенения. 120-150°С хватит для того, чтобы древесина очень медленно начала обугливаться.

Позже процесс продолжается с появлением угля. При температуре 250-350°С древесина под воздействием высоких градусов активно начинает разлагаться на составляющие.

Далее возникает ее тление, однако пламени пока нет, и начинает появляться белый или бурый дым. При дальнейшем нагреве процент пиролизных газов увеличивается и возникает вспышка, после чего дрова загораются.

Воспламеняемость

На воспламеняемость древесной породы большое влияние оказывает ее объемный вес и процент влаги, содержащийся в породе.

Немаловажную роль для появления огня играют мощность источника нагрева, сечение древесины, скорость воздушного потока и плотность материала. Скорейшее появление пламени способна вызвать легкая древесина, обладающая высокой пористостью.

Что же касается мокрой древесины, то она медленнее загорается, поскольку до появления открытого огня она должна высохнуть.

Совет специалиста: для хранения дров следует выбирать сухие места, вдали от влаги. В противном случае, в печи они будут долго сохнуть.

Также горение будет зависеть формы поленьев, поскольку круглые формы дерева будут не так хорошо гореть, чем поленья прямоугольной формы, имеющие малое сечение, острые ребра и развитую боковую поверхность. Не струганная древесная порода березовых поленьев скорее воспламенится, чем гладкая порода.

Очень важное условие сгорания любого сорта древесины - это нормальный приток кислорода. По некоторым параметрам горение древесины даже превосходит .

Горение

Понаблюдав за работой печей, можно задаться вопросом о том, почему на цвет пламени не оказывает большого влияния подаваемый воздух.

Ведь химическое воздействие кислорода должно придавать частичкам сажи более яркий цвет, вплоть до белого цвета. Однако, это явление вполне объяснимо, поскольку размер частицы влияет на ее температуру, и чем она меньше, тем температура ниже.

Поэтому горящие мелкие частицы древесины обладают точно такой же температурой, как и газ, окружающий их.

Также, следует заметить, что теплоотдача у каждой породы древесины разная, и для того чтобы ее узнать более детально существует специальная таблица, в которой приведены показатели теплопроводности по каждой породе древесины.

Чем лучше топить печь: дровами или брикетами, смотрите в следующем видео:

Процесс горения древесины – это изотермический процесс, который сопровождается выделением тепла. Чтобы дерево загорелось, сначала его нужно нагреть до температуры воспламенения.

Разогрев - это нагрев участка древесины от наружного источника тепла до температуры воспламенения. Источником тепла может послужить поднесенная спичка, соседний горящий участок полена или щепки, либо что-что еще, способное греть и нагревать до требуемой температуры.

Когда температура прогреваемого участка достигнет 120-150°С - начинается очень медленное и постепенное обугливание дерева, с образованием самовоспламеняющегося угля. При достижении температуры 250-350°С, начинается активное термическое разложение древесины на составляющие. На поверхности дерева появляется видимый обугливающийся слой, который начинает тлеть (гореть без пламени).

При этом из обуглившегося слоя начинает выделяться белый (бурый) дым. Самого процесса горения еще нет. Если прекратить нагрев, то возгорания не наступит. Наличие дыма говорит лишь том, что поверхность древесины уже достаточно прогрелась и началось ее термическое разложение на газообразные составляющие. Белый дым - это не что иное, как продукты термического разложения древесины, сдобреные приличной порцией водяного пара.

Вспышка пиролизных газов.

При дальнейшем разогреве и повышении температуры, термическое разложение древесины на газообразные составляющие будет усиливаться. Процесс термического разложения (пиролиз) пойдет вглубь древесной массы. Концентрация пиролизных газов в зоне разогрева достигнет критической отметки и произойдет их возгорание (вспышка). Вспышка состоится на границе с кромкой белого дыма и распространится на весь его объем. Возникнет светло-жёлтое пламя. Температура зоны разогрева может резко увеличиться за счет теплоты от сгорания пиролизных газов.
Температура вспышки горючих пиролизных газов находится в пределах 250-300°С. Это температура, при которой становится теоретически возможным процесс воспламенения и горения самой древесины.

Воспламенение.

Если и дальше продолжать разогревать древесину, то наступит ее воспламенение. Это начальная стадия горения, в течение которой энергия, подводимая к системе от внешнего источника, приводит к резкому ускорению термохимической реакции. Практика показывает, что в естественных условиях воспламенение древесины наблюдается при температуре от 450 до 620°С.

Воспламеняемость древесины связана с ее объемным весом, влажностью, мощностью внешнего источника нагрева, формой сечения деревянного элемента, скоростью воздушного потока (тяги), положением элемента в тепловом потоке (горизонтальное, вертикальное) и т, п.

Решающее значение для процесса горения имеет плотность материала. Легкая, пористая древесина ольхи или тополя воспламеняется быстрее, чем плотная (дуб и т. п.). Мокрая древесина труднее воспламеняется, так как до воспламенения необходимо израсходовать дополнительное количество теплоты на испарение воды. Замедляющим фактором также является повышенная теплопроводность мокрой древесины; загоревшийся поверхностный слой ее скорее охлаждается. Круглые и массивные элементы горят хуже, чем с прямоугольным профилем и с малым сечением, с острыми ребрами относительно развитой боковой поверхностью. Не струганная поверхность элементов, подобная рыхлой древесине, воспламеняется быстрее, чем гладкая.

Принципиально важным и непременным условием для воспламенения и горения любого вещества является достаточный приток кислорода и концентрация теплоты горения, которая не рассеивается, а идет на прогрев новых смежных участков топлива до температуры воспламенения.

Горение древесины.

Если упомянутое выше условие соблюдается, то возникшее при вспышке пламя уже не затухает, а охватывает всю обугленную часть древесины. Это означает, что древесина воспламенилась, и процесс воспламенения перешел в процесс горения. Полено (щепка), если его извлечь из очага, будет гореть на воздухе самостоятельно.

В свою очередь, горение дерева состоит из двух фаз - пламенной фазы и фазы тления.

В режиме тления доминирующим процессом является горение твёрдых продуктов пиролиза (углей). При этом, пиролизные газы выделяются медленно и не могут воспламениться из-за малой своей концентрации. Газообразные продукты охлаждаются, конденсируются и дают обильный белый дым. При горении в режиме тления происходит движение воздуха в толщу горящей древесины

В режиме пламенного горения ведущим процессом является горение газообразных продуктов пиролиза., которое характеризуется движением горячих газов наружу.

Обе фазы горения неразрывно взаимосвязаны и будут продолжаться до тех пор, пока в зоне горения будут соблюдаться три условия: наличие топлива, наличие кислорода и концентрация необходимой температуры.

Затухание древесины.

Если одно из этих условий не соблюдается, то пламя затухает и весь процесс воспламенения и горения, либо прекращается, либо, в точности повторяется с самого начала, в зависимости от стабильности наружного источника тепла.

Возгорание древесины и защита

Горение представляет собой процесс термического разложения древесины, состоящий из пламенной фазы и тления, при котором происходит движение кислорода в толщу древесины.

Горение может происходить только в том случае, когда имеется достаточный приток кислорода, а сама теплота сгорания не рассеивается, а идет на прогрев новых смежных

участков древесины до температуры воспламенения. Температура воспламенения, т. е. момент вспышки горючих газов для различных пород древесины колеблется в сравнительно небольших пределах - от 250 до 300°. Длительный нагрев древесины при температуре 120-150° сопровождается медленным и постепенным обугливанием, с образованием при этом самовоспламеняющегося на воздухе угля, весьма опасного для незащищенных деревянных элементов.

Воспламеняемость древесины связана с ее объемным весом, влажностью, мощностью внешнего источника нагрева, формой сечения деревянного элемента, скоростью воздушного потока (тяги), положением элемента в тепловом потоке (горизонтальное, вертикальное) и т, п. Решающее значение для процесса горения имеет калорийность материала. Сухая и легкая древесина воспламеняется быстрее, чем плотная (дуб и т. п.). Мокрая древесина труднее воспламеняется, так как до воспламенения необходимо израсходовать дополнительное количество теплоты на испарение воды. Замедляющим фактором также является повышенная теплопроводность мокрой древесины; загоревшийся поверхностный слой ее скорее охлаждается. Круглые и массивные элементы горят хуже, чем с прямоугольным профилем и с малым сечением, с острыми ребрами и относительно развитой боковой поверхностью. Не струганная поверхность элементов, подобная рыхлой древесине, воспламеняется быстрее, чем гладкая.

Хорошие результаты дает пропитка древесины в горячих и холодных ваннах. Для такой пропитки применяется аммофос- белый кристаллический порошок, представляющий собой аммониальные соли фосфорной кислоты, сернокислый аммоний (технический), диаммонийсфат (технический), не вызывающие коррозии стали.

Для получения раствора, обладающего одновременно огнезащитными и антисептическими свойствами, в состав добавляется фтористый натрий.

Более простым, но менее эффективным средством огнезащиты деревянных элементов является поверхностная их пропитка путем погружения на 2-3 часа в водный раствор солей (фосфорнокислый, сернокислый аммоний и т. п.) или поверхностная двух трех кратная обработка (краскопультом или кистью) водными огнезащитными растворами того же состава. При этом раствор проникает на глубину 1 - 1,5 мм.

Наконец, еще одним и также простым средством является окраска поверхностей деревянных элементов специальными огнезащитными силикатными и другими красками или обмазка огнезащитным составом (суперфосфатом и др.).

Все огнезащитные окраски и обмазки частично задерживают возгорание. При высоких температурах древесина под покровом краски или обмазки подвергается сухой перегонке, с выделением продуктов разложения - горючих газов, выходящих наружу, с последующим выпучиванием и разрывом покрова. При этом горение газовых струй происходит в значительном отдалении от поверхности древесины при уменьшенном подогревающем действии пламени и замедленной скорости и распаде древесины. Огнезащитное действие окраски и обмазки объясняется также теплоизолирующим действием их покрова, который у некоторых красок способен при действии высоких температур значительно увеличиваться в объеме, образуя пену или пузыри, отдаляющие начало сухой перегонки дерева.

Полуфабрикаты и строительные изделия

Полуфабрикаты и строительные изделия изготовляют из хвойных и лиственных пород с влажностью не выше 12% для чистого пола и 15% -для других деталей.

В зависимости от вида обработки к этой группе материалов из древесины относят: строганные бруски, строганные и шпунтовые доски для настила чистых полов, паркет, фанеру, профильные материалы - плинтусы, галтели, перильные поручни, наличники и др.

Шпунтовые доски в отличие от обычной обрезной доски имеют с одной стороны кромки шпунт (выемку), а с другой - гребень, входящий в шпунт соседней доски. Шпунт и гребень, с помощью которых доски плотно подгоняют, могут иметь различную форму - прямоугольную, треугольную, трапецеидальную и сегментную. Шпунтованные доски используют для настилки пола, устройства перегородок и других работ.

Профильные материалы - плинтусы и галтели - используют для заделки углов между стеной и полом, поручни - для устройства лестничных перил и наличники - для обшивки оконных и дверных проемов.

Паркет выпускают в виде паркетных досок, наборного и штучного паркета с влажностью древесины 8±2%. Паркетные доски состоят из двух слоев: верхнего - лицевого покрытия из паркетных планок толщиной 6-8 мм и нижнего - в виде реечного основания толщиной 18-19 мм. Планки паркета изготовляют из высококачественной древесины: дуба, бука, ясеня, сосны, лиственницы, клена, вяза и некоторых других пород.

Основанием для паркетных досок служит древесина различных пород дерева, в том числе кедра, сосны, ели, пихты, а также обработанная антисептиками древесина березы, ольхи, осины и т. п. Планки лицевого слоя паркетных досок склеивают с основанием водостойкими синтетическими клеями. Паркетные доски имеют с одной стороны кромки - паз, а с другой - гребень для плотного соединения при укладке досок в паркетный пол. Они имеют следующие преимущества по сравнению со штучным паркетом: меньший расход древесины ценных пород, более прочная наклейка паркетных планок, более высокая степень механизации производства и более высокая скорость настилки пола.

Наборный паркет представляет собой набор паркетных планок (13 твердых пород дерева: дуб, бук и др., наклеенных лицевой стороной на бумагу в определенном порядке). После укладки наборного паркета на подготовленное основание пола бумагу вместе с клеем снимают и соответствующим образом отделывают паркетный пол.

Штучный паркет состоит из планок твердых пород дерева определенного размера и формы.

Фанера - листы, получаемые склеиванием трех или более тонких слоев древесного шпона со взаимно перпендикулярным расположением волокон древесины. Фанерный шпон изготовляют на специальных лущильных станках путем срезания слоя древесины в виде непрерывной широкой ленты с последующим раскроем ее на форматные листы. Фанера бывает обычной (клееной), декоративной и бакелизированной. В зависимости от вида применяемого клея различают клееную фанеру марки ФСФ, обладающую повышенной водостойкостью - склеенную водостойкими фенолформальдегидными клеями; средней водостойкости марки ФК и ФБК - склеенную карбамидными или альбуминоказеиновыми клеями; ограниченной водостойкости марки ФБ - склеенную белковыми клеями. Для получения клееных видов фанеры широко используют древесину сосны, ели, пихты, ольхи, дуба, березы и бука.

Изготовление клееной фанеры состоит в основном из следующих технологических операций: пропаривания деревянных кряжей в горячей воде и лущения их для получения шпона, раскроя шпона на листы заданного формата, сушки и промазки клеем, укладки слоев шпона и прессования на горячих прессах в фанеру, выравнивания кромок фанеры путем обрезки, сушки и складирования. Клееную фанеру выпускают размерами 725X1230 мм при толщине от 1,5 до 12 мм. Клееная фанера, получаемая на основе синтетических клеев, достаточно водостойка, долговечна и широко применяется для обшивки наружных стен, кровельных работ, изготовления несущих и ограждающих конструкций (фанера ФСФ); для устройства внутренних перегородок в заводском домостроении и обшивки стен внутри помещений (фанера ФБ) и т. п.

Одним из наиболее распространённых видов топлива, используемого для отопления частных домов, являются дрова. Они доступны по цене и хорошо горят, выделяя много тепла. Но температура горения дерева неодинакова, поэтому необходимо понять, какая древесина горит лучше. Для домовладельцев, которые отапливают своё жильё природным топливом, важным параметром является температура горения дров в печи.

Температура горения дров – важный показатель

Тепловые свойства древесины

Разные виды древесины производят различное количество тепла. Например, сухая выдержанная древесина выделяет больше тепла, чем свежеспиленное дерево. Это связано с тем, что при первоначальной химической реакции вся теплота переходит в испарение воды из древесины. Чем меньше влаги в материале, тем скорее можно получить тепло. Лиственные породы горят дольше, чем хвойные, и выделяют больше тепла. Одними из наиболее ценных видов деревьев , обладающих отличными тепловыми характеристиками, считаются:

• граб;
• лиственница.

Однако древесина этих деревьев стоит дорого, поэтому в качестве топлива обычно используются отходы производства и лесозаготовок.

В этом видео вы узнаете, как проверить влажность дров:

Температура воспламенения разных пород

Чтобы получить полную картину тепловых характеристик древесины, целесообразно изучить удельную теплоту сгорания каждого типа древесины и иметь представление об их теплопередаче. Последняя может быть измерена в разных количествах, но полностью полагаться на табличные данные не нужно, потому что в реальной жизни достичь идеальных условий для горения невозможно. Однако таблица температуры горения древесины может помочь сделать правильный выбор дерева согласно его характеристикам.

Название древесины	Плотность, кг/куб. м	Теплотворность, кВт ч/кг	Удельная теплота сжигания 1 куб. м, кВт	Максимальная температура горения по Цельсию
Граб	496	4,2	2150	1025
Ясень	482	4,2	2050	1045
Бук	482	4,2	2050	1042
Дуб	472	4,2	2050	910
Берёза	452	4,2	1950	820
Лиственница	421	4,3	1850	867
Сосна	362	4,3	1650	625
Ель	332	4,3	1450	610

Значения, приведённые в различных таблицах температуры горения дерева разных пород, идеальны по своему характеру и предназначены для отображения всей картины, но фактическая температура в печи никогда не достигнет этих значений. Это объясняется двумя простыми и ясными факторами:

• максимальная температура не может быть достигнута, поскольку невозможно полностью высушить дрова в домашних условиях;
• древесина используется с различным уровнем влажности.

Температурные показатели в печи

Процесс горения связан с изометрическими процессами, в течение которых выделяется большое количество тепла. Однако для устойчивого горения древесину необходимо нагреть до определённой степени. Факторы, способствующие сжиганию топливной древесины:

• порода дерева;
• влажность материала;
• объем поступающего воздуха.

От этих показателей зависит температура пламени и скорость сгорания дерева. Кроме того, необходимо обратить внимание на влажность дров, так как этот процент напрямую влияет на процесс горения.

Один из факторов температуры горения – порода дерева

Для воспламенения дров в печи необходимо нагреть деревянную поверхность от отдельного источника тепла до температуры 120-150°C. При дальнейшем нагревании увеличивается процент пиролизных газов и появляется огонь. Важную роль в возникновении огня играет:

• мощность источника нагрева;
• поперечное сечение древесины;
• скорость воздушного потока;
• плотность материала.

Очень важным требованием для сжигания любого вида дерева является нормальный приток кислорода. Также следует отметить, что передача тепла для каждого дерева различна.

Вместе с теплотворной способностью дров представляет интерес их тепловая мощность. Каждая порода дерева горит по-своему - одна позволяет получить высокую температуру пламени, а другая даёт противоположную картину. Большинство печей имеет тепловую мощность около 6-8 кВт, то есть температура в печи на дровах может примерно достигать от 500 до 1000°C.

Выбор дерева для дров

Чтобы печь хорошо нагревалась, ей нужны три вещи: кислород, топливо и тепло. Конечно, много зависит от породы дерева. Лучшие дрова для печи:

• сосна;
• пихта;
• ясень;
• берёза;
• клён;
• яблоня (приятный благовонный аромат).

Существует несколько видов деревьев, которая очень хорошо подходят для топлива

У дров этих пород высокая теплоотдача и низкая дымовая эмиссия. К хорошим дровам можно отнести древесину:

• кедра;
• вишни;
• грецкого ореха.

Они дают удовлетворительную среднюю температуру, легко горят и не дают сильного дыма. Не рекомендуются дрова следующих пород:

• кипарис;
• осина;
• липа;
• тополь.

Их древесина при сжигании даёт низкую температуру, быстро сгорает или плохо горит, у некоторых пород едкий дым.

Хвойные дрова дешевле. Смола, содержащаяся в хвойных породах, вызывает сильную искру во время горения. По этой причине такие виды непригодны для открытых каминов. Однако в закрытых каминах или духовых шкафах эти породы при горении дают очень приятный запах, а смола создаёт типичный треск в огне. Ель не горит долго, но позволяет получить очень высокие температуры.

Оптимальным выбором для сжигания в печи является древесина берёзы. Это довольно распространённое дерево. Цена дров из него небольшая, а температура горения берёзы достаточно высокая.