Температура горения дров различных пород дерева

Температура горения дров различных пород дерева

Домовладельцы, использующие для обогрева своих жилищ твердотопливные котлы и печи, часто обращают внимание на такой параметр, как температура горения дров. Интерес к вопросу понятен, ведь для хозяина дома важно получить максимальное количество тепла. Соответственно, во время заготовки топлива на зиму надо побеспокоиться о достаточном количестве дров на весь сезон. На самом деле вопрос теплоотдачи древесины стоит несколько шире и зависит не только от температуры, но и других параметров. Каких – рассмотрим в данном материале.

Когда дрова дают больше жара?

Чтобы организовать экономичное отопление частного дома, нужно извлечь из древесины максимум тепловой энергии, а затем передать ее в помещения с минимальными потерями. Второе условие зависит от КПД источника тепла, а вот первое – как раз от температуры сжигания дров в топке печи или котла. Чем она выше, тем больше теплоты выделяется.

На количество жара, образующегося при горении древесины (жаропроизводительность), влияют следующие факторы:

  • калорийность (количество тепловой энергии, которую можно получить от единицы топлива);
  • содержание природной влаги в дереве;
  • объем подаваемого воздуха и его температура.

На практике все перечисленные параметры взаимосвязаны между собой. Калорийность горючего, перенасыщенного влагой, примерно в 2 раза ниже, чем у сухого дерева. А без нужного объема воздуха оно станет тлеть и выделять минимум жара. То есть, реальная температура горения дерева – величина непостоянная и не может быть точно указана в теоретических рассуждениях.

Для справки. Есть простой способ определить, какая температура огня достигается при сжигании дров в открытом топливнике камина. Воспользуйтесь инфракрасным пирометром, измеряющим нагрев поверхностей на расстоянии, как это сделал мастер – печник в своем видео. В нем демонстрируются испытания каминной топки мангала, замеры производятся во второй половине ролика.

Теперь давайте рассмотрим каждый фактор в отдельности.

О теплотворной способности топлива

Различные породы дерева отличаются по плотности и весу, а еще содержат разное количество углерода и водорода – основных компонентов, выделяющих тепло в процессе сжигания. Как правило, более плотные и тяжелые породы, например, дуб и ясень, дают больше энергии, чем тополь либо ольха. Представляем вашему вниманию таблицу с данными по плотности, удельной теплоте и температуре горения различных пород дерева.

Примечание. В таблице указаны значения массовой и объемной теплоты сжигания сухого топлива в расчете на 1 кг и на 1 м³ складского хранения. Максимальная температура дана в расчете на идеальные условия горения с избытком воздуха.

Если сравнивать теплотворность по объему, то заметно, что дубовые или березовые поленья выделят больше теплоты, нежели менее плотные хвойные породы. И хотя условия сжигания дров в печи, буржуйке либо котле далеки от идеальных, тенденция все равно сохранится. То есть, температура пламени напрямую зависит от теплотворной способности выбранной породы дерева.

Реальный показатель нагрева в центре пламени

Влияние влажности

Повышенное содержание влаги – первый враг эффективной теплоотдачи при горении любой биомассы. Свежесрубленная древесина влажностью 50—65% никогда не обеспечит показателей, приведенных выше в таблице, и вот почему:

  1. В процессе разогрева топки вода, содержащаяся в поленьях, поглощает часть выделяемого тепла.
  2. Когда дрова хорошо разгорелись и дали достаточно жара, влага из жидкой фазы переходит в паровую, отнимая львиную долю полученной энергии. Поскольку горячий пар покидает топливник вместе с дымовыми газами, то вернуть потерянную теплоту невозможно.
  3. Для воспламенения сырого дерева нужна более высокая температура. От спички с бумажкой их разжечь довольно трудно, надо пользоваться газовой горелкой.

Для справки. Часть водяного пара конденсируется от соприкосновения со стенками дымохода, отчего выделяется малая доля тепловой энергии. Только греет она трубу, а не ваше жилище.

Насколько снижается теплотворная способность, а следом и температура горения дерева в зависимости от влажности, отражено в следующей таблице:

Нетрудно проследить, что теплоотдача свежераспиленных дров вдвое ниже, чем сухих (влажность менее 20%). Соответственно, для обогрева дома придется израсходовать вдвое больше твердого топлива. Отдельный вопрос – печь в бане, требующая максимум жара для растопки. При использовании сырой древесины достигнуть высокой температуры не удастся, сколько поленьев ни бросай в топку. Все дело в их слабой жаропроизводительности, которая не даст вам протопить баньку как положено.

Расход воздуха на горение

Для полного сжигания дров и достижения максимальной температуры в топливнике необходимо подавать воздух с избытком в размере 130% от требуемого количества. При создании идеальных условий реакция окисления углерода (горения) описывается упрощенным уравнением:

На словах это означает, что при нагреве древесина разлагается на углерод (С) и водород (Н), а кислород (О) подается извне. Каждый атом углерода встречает 2 атома кислорода и образует углекислый газ. В свою очередь, водород соединяется с остатками кислорода, отчего выделяется вода (опять же, в виде пара). Латинская Q в конце формулы означает выделение теплоты, идущей на нужды отопления.

А вот что получится, если идеальные условия нарушены:

  1. Водород – очень активный элемент, поэтому он окисляется в первую очередь. Когда воздуха недостаточно (вы прикрыли поддувало печи или котла), то без молекул кислорода остается углерод. В результате образуется недожженный угарный газ (СО), вылетающий в трубу вместе с дымом.
  2. При тотальной нехватке кислорода (так называемый режим тления) углерод превращается в древесный уголь, золу и сажу. Последняя под воздействием дымоходной тяги тоже устремляется в трубу и оседает на ее стенках.
  3. Переизбыток воздуха случается от сильной дымоходной тяги или неправильной работы турбонаддува котла. Явление чревато потерями тепла через дымоход.

Примечание. Костер – пример источника тепла с неконтролируемой подачей воздуха. Чем его больше, тем ниже температура огня в костре и меньше тепла на выходе. Чтобы долго греться возле очага, поленья нужно подкладывать непрерывно.

Препятствием для получения хорошего жара от дров может стать температура воздуха, подаваемого в камеру сгорания. Холодный воздушный поток столь же успешно отнимает драгоценное тепло, как и водяной пар. Неспроста производители качественных отопительных агрегатов устраивают специальный канал для подогрева воздуха от наружных стенок топливника. Как это реализуется на практике, показано на фото самодельного твердотопливного котла от нашего эксперта.

Воздуховод из профильной трубы подогревается задней стенкой топливной камеры, а вентилятор ставится сверху на фланец

Что может влиять на качество дров как топлива?

Наиболее негативно на теплотоворную способность дров оказывает содержащаяся в них вода. При жизни любая древесина содержит в себе воду, которая добывается корнями растений. При большой влажности древесины тепловая энергия, выделяемая при сгорании будет расходоваться не только на полезные цели (например, обогрев помещения, приготовление пищи или нагрев воды в бане) но и просто на испарение влаги из древесины.

Для понимания проблемности ситуации отметим, что если древесина (практически любая) содержит всего лишь 15 процентов влаги, то ее теплотворный показатель уменьшается до 3660 калорий. А теперь сравните эту цифру с показателями, приведенными в таблице и получится, что использовать влажные дрова – это все равно, что выкинуть часть их еще до размещения в топке.

Читайте также  Теплоизоляция стен в квартире

Потери, определяемые влагой в дровах настолько велики, что эквивалента испарения 15 процентов влаги в килограмме дров хватит, чтобы нагреть до кипения около 10 литров воды.

tehnopost.kiev.ua — Сайт про отопление и обогрев, горение и теплотворность, пиролизные и пеллетные котлы, пиролиз и топливо, дрова и пеллеты, газ и уголь, калории и джоули, котлоагрегаты и печки, чертежи и схемы, конвертеры единиц и величин

  • Что такое «Альтернативное Отопление»
  • Виды альтернативного отопления

Отопление и отопительные технологии X

Горение древесины

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

Разогрев древесины

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 древесины

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 н 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.

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;
  • ель;
  • пихта;
  • ясень;
  • дуб;
  • бук;
  • 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;
  • вяз;
  • 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.

Фактор влажности

Основным негативным фактором, конечно же, является влажность. Свежесрубленный лес имеет влажность в диапазоне от 40 до 55%, а у некоторых пород деревьев влажность может достигать даже отметки в 65%. Растапливать печь сырыми дровами можно, они даже будут гореть, но основная часть жара станет использоваться для просушки древесины и испарения влаги. Следовательно, температура в печи на сырых дровах никак не может выйти на пиковый уровень, а значит и теплоотдача от такой древесины будет посредственная.

Пройдет много времени пока этот лес превратиться в полноценные сухие дрова

Конечно, хозяин дома для его отопления может использовать как сырые, так и сухие дрова:

  • Можно жечь в печи свежесрубленную древесину, а так же недавние запасы, но следует понимать, что в этом случае расход дров будет на порядок выше, поскольку тепла они будут отдавать меньше. Дополнительным негативным явлением станет большое количество сажи в дымоходе, появляющейся при сгорании сырого дерева.
  • Чтобы получить сухие дрова, следует правильно заготовить лес, распилить его, наколоть на полешки необходимой длины, уложить на хранение в дровнице, посушить в течение полугода или даже года, а потом использовать. Считается, что дрова заготовленные зимой и пролежавшие в сарае два летних сезона являются оптимально сухими, их влажность обычно составляет порядка 20%. Длинный путь, но позволяющий добиться от дров большей теплоотдачи, и как следствие сэкономить на лесе.
Читайте также  Мутная вода в колодце

Отметим, что существуют деревья, которые совсем не предназначены для растопки печей в свежесрубленном виде. К ним относятся такие породы как тополь, ива. При сгорании этих пород дерева практически не выделяется тепло, да и горением назвать их тление вряд ли возможно. После просушки тополь горит уже ярким и красивым пламенем, но вот тепла все равно много не дает.

Конечно, теплоотдача от древесины не увеличивается при сушке в два-три раза, но на 15-20% растет. Особо сильный контраст чувствуется при сжигании свежесрубленного леса и просушенной древесины одной породы.

В то же время разница в теплоотдаче разных пород дерева настолько велика, что позволяет сжигать некоторые сорта в свежем виде, например, березу, дуб, ясень. Эти несомненные лидеры имеют настолько высокую температуру горения, что способны и себя высушить и дом отопить. Березовые дрова дополнительно обладают приятным ароматом, считающимся целебным. Хвойные породы деревьев не имеют таких внушительных характеристик, поскольку в их составе присутствует большое количество смолы, поэтому сырую ель или сосну можно закладывать лишь в растопленную печь.

Чтобы дерево отдало максимальное количества тепла, чтобы температура в камине или печи при сгорании дров достигала высоких значений, следует обязательно высушить древесину.

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.

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

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 каменного угля.

Что влияет на жаропроизводительность дров?

Для организации эффективной системы автономного отопления дома необходимо максимальный объем тепловой энергии, полученной при сжигании древесины, направить на обогрев помещений и при этом минимизировать возможные потери.

Жаропроизводительность дров зависит от следующих факторов:

  • калорийности (объем тепловой энергии, полученной при сгорании единицы топливного материала);
  • естественного уровня влажности в древесине после усушки;
  • объема и температуры подаваемой воздушной смеси в топливную камеру;
  • породы древесины.

Совокупность всех перечисленных факторов напрямую влияет на эффективность процесса горения топлива. Хорошо высушенные дрова горят сильнее и дольше, чем перенасыщенные влагой. Недостаточный объем воздуха в топке превратит горение дров в тление, а значит, снизит количество производимого тепла. Некоторые породы древесины горят сильнее, другие – слабее, следовательно, и жаропроизводительность у них будет ниже.

Основные параметры

Главными параметрами показывающими качество древесины является температура ее горения и теплоотдача. Обе характеристики плотно связаны между собой, ведь чем горение дров в печи идет интенсивнее, чем выше температура, тем больше тепла выделяется в окружающую среду.

Сталкиваясь с различными породами дерева можно заметить, что одни отлично и ярко горят, выделяя ощутимое тепло, а другие вяло тлеют, и жара от них практически нет. И дело здесь не в том, что одни дрова могут быть сырыми, а другие сухими. Объясняется это различием разных пород древесины по составу, плотности, строению, и, как следствие, по температуре сгорания и количеству выделяемого тепла.

После долгих исследований ученые смогли определить жаропроизводительность и температуру горения основных пород деревьев при идеальных условиях. За идеальные условия приняли два фактора:

  1. Практически полное отсутствие влаги в древесине.
  2. Горение в ограниченном пространстве при условии, что кислорода в нем ровно столько, сколько требуется для проведения реакции.

Одними из самых ценных пород дерева, имеющими отличные характеристики теплоотдачи, считают дуб, бук, граб и лиственница. Однако дрова из этих деревьев встречаются нечасто и стоят приличных денег, поэтому обычно в качестве топлива используются стружки, опилки, ветки и другие отходы от промышленного производства и лесозаготовки.

В то же время, чтобы иметь полную картину о тепловых характеристиках древесины, желательно изучить удельную теплоту сгорания каждой породы дерева, а также иметь представление об их теплоотдаче. Теплоотдача может измеряться в различных величинах, связанных с весом и объемом топлива.

Изучая тепловые характеристики разных пород деревьев стоит отметить, что дуб и береза выделяют жара при сгорании значительно больше, чем, например, ольха, осина или сосна. В то же время полностью полагаться на табличные данные не стоит, ведь в реальной жизни добиться идеальных условий не представляется возможным, поэтому температура в топке дровяной печи может быть значительно меньше при сжигании аналогичных дров.

Значения, приведенные в различных таблицах носят идеальный характер и призваны показать общую картину, в то время как реальная температура в топке печи никогда не достигнет подобных значений, и это объясняют два простых и понятных фактора:

  1. Добиться максимальной температуры нельзя прежде всего из-за того, что полностью просушить дрова в домашних условиях не представляется возможным. Для растопки каминов и печей используется древесина с различным уровнем влажности, та, которая есть в наличии.
  2. Другим важным фактором, от которого снижается температура горения дров в камине или печи, является недостаток кислорода. Приток воздуха мы регулируем заслонкой, которую зачастую прикрываем.

Давайте рассмотрим каждую из выявленных проблем по отдельности.

Зависимость от воздушной подачи

Парадокс в том, что температуру горения и отдачу тепла топлива мы уменьшаем сами путем ограничения поступления кислорода. Заслонки печи или котла прикрываются с целью расширить продолжительность процесса и подобным образом, согласно нашей точке зрения, экономить горючее. Исключение — температура горения костра в камине открытого типа, куда воздух из помещения поступает свободно.

Однако даже каминный костер подчиняется химической формуле хорошего горения древесины, предоставленной в упрощенном виде:

С + 2Н2 + 2О2 = СО2 + 2Н2О + Q (теплота).

В левой части уравнения – углерод и водород, сжигаемые в наличии кислорода. В правой – продукты горения, это углекислый газ, вода и выделяющееся тепло, что мы применяем для обогревания. Как показала практика в топочную камеру нужно подавать воздух в количестве 130% от объема, необходимого для сжигания. Тогда сухие дрова при возгорании развивают температуру, близкую к достаточно высокой.

Когда мы прикрываем воздушную подачу заслонками, уравнение нарушается, в нем появляется 3-ий ингредиент – монооксид углерода (СО). Это результат того, что не все атомы углерода повстречали по два атома кислорода, им просто не хватило для этого воздуха. Недожженный монооксид углерода летит в трубу, температура в топливнике уменьшается, а за ней и отдача тепла.

Читайте также  Как правильно пользоваться водонагревателем

Серьезный подход – это установить буферную емкость и всегда выводить котел на твердотопливных элементах на достаточно высокой рабочий режим с достаточной подачей воздуха и полноправным сжиганием. А вот с печами такой фокус не пройдёт, они греют воздух помещения, а не воду в системе, так что накоплять тепло не выйдет. Вот почему при возгорании смоленых дров, да и вообще, любой древесины в печах всегда находится монооксид углерода.

Не забывайте, кол-во угарного газа зависит от того, насколько закрыта подача воздуха. Чем меньше кислорода проходит в топочную камеру, тем больше появится угара, а тепла — меньше.