Температура горения дерева: тонкости процесса и от чего он зависит (ч.2 – воспламеняемость)

В прошлом посте я начал разбирать, казалось бы, простой вопрос – о температуре горения дерева. Но оказалось, что если «копнуть тему», то нюансов достаточно много, поэтому времени хватило только расписать что такое горение в целом и какова вообще может быть его температура. Сегодня перехожу к воспламеняемости – как на неё влияют различные факторы.

Воспламеняемость: от каких условий зависит

Тонкость заключается в том, что в жизни предельные (максимальные) показатели достигаются редко, и дело не только в самом материале. На воспламеняемость влияют следующие условия:

• Влажность дров – самый важный фактор. 
  
• Доступ воздуха (кислорода) при горении, сила тяги в топке.
  

• Особенности поленьев: форма, размер, вес. В целом пористые поленья загораются быстрее, массивные медленнее легких. Нестроганые дрова воспламеняются, лучше, чем гладкие, 
  
• Расположение отдельных поленьев относительно тяги (горизонтально, вертикально).
  

Как влияет влажность

Свежезаготовленная древесина обладает высокой влажностью. Сразу после заготовки она достигает 55%, максимальные значения приобретает к концу весны, а вот зимой падает до минимума. Разумеется, такие поленья будут гореть, но тепла выделят намного меньше. Дело в том, что часть энергии потратится на испарение влаги: прежде, чем сгореть, им надо просохнуть, вследствие чего теплоотдача снижается.

Если вы собираетесь обогреть дом или приготовить пищу, используя влажные дрова, то необходимо понимать, что расход дров практически удвоится, чтобы достигнуть нужного результата. Специалисты не рекомендуют использовать сырой материал регулярно. Дело не только в увеличении расходов на приобретение топлива. При сгорании сырых поленьев значительно увеличиваются объемы сажи, что означает сокращение периодов между чисткой трубы.

Приобретение сухих поленьев избавит вас от этих проблем. Температура открытого пламени и теплоотдача будут максимальными, что компенсирует расходы. Влажную древесину перед употреблением просушивают, добиваясь влажности 20%. В домашних условиях используют естественную сушку.

Ее производят под навесом, на открытом воздухе, при этом топливо должно быть защищено от осадков и прямого солнца. При такой сушке влажность снижается до 18-23%. Сушка в закрытом помещении (например, в сарае) позволяет уменьшить содержание влаги в поленьях до 8-12%. На естественную сушку уходит год-полтора.

Как влияет тяга

Горение – процесс, происходящий в присутствии кислорода. Если подача кислорода в зону горения снижается, то теплоотдача также падает. При его недостатке поверхность древесины лишь обугливается (таким способом получают древесный уголь).

Очевидно, что, чем больше кислорода, тем лучше и полнее сгорают поленья, и тепловой энергии выделяется больше. Правда, надо учитывать, что топливо будет сгорать быстрее.

Скорость горения (и температуру в дровяной печи) можно регулировать, сокращая или увеличивая подачу воздуха; правда, такая манипуляция возможна лишь для закрытых отопительных приборов.

Если нужно, хозяева просто приоткрывают или закрывают заслонку в печке. Но не стоит увлекаться растяжением времени горения, ведь это сокращает количество высвобожденного тепла. Единственное место, где оправдано подобное растяжение процесса – баня. Для банных процедур крайне желательно, чтобы жар (тепло) сохранялся как можно дольше, а максимальная температура не так важна.

Свои особенности имеются и у открытых каминов. Экономия дров для них также снижает КПД, а тяга (ее интенсивность) зависит главным образом от конструкции дымохода. Чтобы получить в камине максимальную температуру горения, нужно увеличить подачу воздуха (приток кислорода) на треть (если отсчитывать от показателя, нужного для горения).

Хорошая тяга и максимум выделяемой энергии обеспечивается сочетанием двух условий: комбинацией приоткрытого поддувала и прочищенного дымохода. Так поленья будут сжигаться наиболее эффективно.

Как влияет площадь горения

Температура горения березы (как и любых других рубленых дров) определяется еще и площадью горения. Известно, что большой, больше стандартных размеров, чурбак и гореть будет значительно дольше. Это связано с тем, что сначала сгорает внешний слой, и только потом – внутренний. Внутри же дерево просто тлеет, так как доступ кислорода нарушен, и поэтому много тепла вы не получите.

Если вы хотите согреться и получить максимальный выброс тепла, стоит разрубить полено на несколько частей. Так увеличивается площадь поверхности, но одновременно сокращается и время наслаждения теплом.

О связи теплоотдачи и температуры горения

Теплоотдача связана с таким параметром из курса школьной физики, как удельная теплотворная способность (Дж/кг). Чем выше ее значение, тем больше тепла вы получите. Несмотря на то, что цифры зависят от вида растения, для любых дров можно организовать идеальные условия сжигания. К ним относят следующие факторы:

• Максимально сухие поленья подходящего размера и диаметра. 
  
• Для горения используется закрытый объем (топка). 
  
• В нужном объеме (не больше и не меньше) подается воздух.
  

Если создать оптимальные условия, то пиролизный газ в момент воспламенения запустит устойчивое горение по всей площади закладки, и сгорание будет полноценным. Процесс продолжается, пока сохраняются условия; если хоть одно из них перестает выполняться, пламя затухает.

Как определить, с какой температурой горят разные породы

Это можно сделать несколькими способами. Точный замер позволяет получить пирометр, прибор для дистанционного измерения температуры. Он способен фиксировать мощность теплового излучения, и работает в диапазоне видимого света и ИК-излучения. Бытовые модели могут делать замеры в пределах 700-1200°C, диапазон профессиональных приборов расширяется до 3000°C.

Если точные цифры не имеют значения, можно сориентироваться по цвету языков огня:

• Темно-красное пламя свидетельствует о низких температурах и слабом образовании жара. 
  
• Белое (светлое) пламя говорит об усиленной тяге и максимальных температурах, что не очень хорошо, так как теплопотери возрастают. 
  
• Желто-оранжевые языки указывают на оптимальную температуру костра или огня в очаге; теплоотдача при этом максимальная.
  

О жаропроизводительности

По теплотворности той или иной древесины можно понять, сколько тепла выделится во время сжигания дров. Но существует еще одна характеристика, описывающая твердое топливо. Это жаропроизводительность – то, насколько жарким будет горение (какой максимальной температуры можно достигнуть).

Характеристика определяется свойствами древесной породы. Дрова из деревьев с древесиной низкой плотности горят ярко, эффектно, но тепла при этом выделяют сравнительно немного. Поленья из плотной древесины дают небольшое пламя, которое, тем не менее, характеризуется повышенной жаропроизводительностью.

Жаропроизводительность измеряется в процентах к температуре горения костра, и имеет следующий вид:

• Бук, ясень: 87% к 1044°C. 
  
• Граб: 85% к 1020°C. 
  
• Зимний дуб: 75% к 900°C. 
  
• Лиственница: 72% к 865°C. 
  
• Дуб летней заготовки: 70% к 840°C.
  

Меньшими значениями жаропроизводительности характеризуются следующие породы:

• Береза: 68% к 816°C. 
  
• Сосна: 52% к 624°C. Близка к ней осина: 51% к 612°C. 
  
• Ольха: 46% к 552°C. 
  
• Тополь: 39% к 468°C.
  

Теплотворная способность дров

Количество тепла от дров удобно определять по их теплотворной способности. Она измеряется в килокалориях, для этого определяют, сколько тепла выделяется при сжигании 1 кг древесины той или иной породы.

Так как химический состав большинства видов древесины практически одинаковый (большую часть материала составляет целлюлоза) разница задается плотностью и незначительной разницей других ингредиентов (дубильных веществ, смол, белков). Для бытовых целей удобно использовать усредненные значения:

• Лиственные породы: 4460 ккал/кг. 
  
• Хвойные: 4560 ккал/кг. 
  
• Смешанные: 4510 ккал/кг.
  

С точки зрения калорийности наиболее привлекательными считаются дрова, полученные из дуба, березы, ясеня (если они правильно заготовлены). Достаточно калорийно топливо лиственницы, бука, клена. Менее калорийными оказываются поленья из ольхи и сосны. Самый низкий показатель калорийности у тополя, ели, липы; на одном уровне с ними находится ива, осина и кедр.

О теплотворной способности различных пород деревьев в следующем видео:

Продолжение следует

Первый пост был о том, что такое горение в целом и какова вообще может быть его температура. Сегодня разобрались с воспламеняемостью, теплоотдачей и жаропроизводительностью. Третий пост по теме будет о том, как правильно выбирать дрова.