О температуре горения и теплотворности дров

О температуре горения и теплотворности дров

Дрова – классический вариант твердого топлива в местности, богатой лесами. Сжигание древесины дает возможность получать тепловую энергию, при этом температура горения дров напрямую влияет на эффективность использования топлива. Температура пламени зависит от породы дерева, а также от степени влажности топлива и условий его сжигания.

Горящие дрова в печке

Тепловые характеристики древесины

Породы древесины различаются по плотности, структуре, количеству и составу смол. Все эти факторы влияют на теплотворность дров, на температуру, при которой они сгорают, и на характеристики пламени.

Древесина тополя пористая, такие дрова горят ярко, но максимальный температурный показатель достигает лишь 500 градусов. Плотные породы дерева (бук, ясень, граб), сгорая, выделяют свыше 1000 градусов тепла. Показатели березы несколько ниже – около 800 градусов. Лиственница и дуб разгораются жарче, выдавая до 900 градусов тепла. Сосновые и еловые дрова горят при 620-630 градусах.

Качество дров и как правильно выбирать

У берёзовых дров лучшее соотношение теплоэффективности и стоимости – топить более дорогими породами с высокими показателями температуры сгорания экономически невыгодно.

Ель, пихта и сосна пригодны для разведения костров – эти хвойные породы обеспечивают относительно умеренное тепло. Но в твердотопливном котле, в печи или камине такие дрова использовать не рекомендуется – они выделяют недостаточно тепла для эффективного обогрева жилища и приготовления пищи, сгорают с образованием большого количества сажи.

Низкокачественными дровами считается топливо из осины, липы, тополя, ивы и ольхи – пористая древесина при горении выделяет мало тепла. Ольха и некоторые другие виды древесины «стреляют» угольками в процессе горения, что может привести к возникновению пожара, если дрова использовать для топки открытого камина.

При выборе также следует обратить внимание на степень влажности древесины – сырые дрова хуже горят и оставляют больше золы.

Температура горения и теплоотдача

Температура горения древесины определяет показатели теплоотдачи топлива – чем она выше, тем большее количество тепловой энергии выделяется в процессе сгорания дров. При этом удельная теплотворность топлива зависит от характеристик древесины.

Показатели теплоотдачи в таблице указываются для дров, сжигаемых в идеальных условиях:

• минимальное содержание влаги в топливе;
• горение проходит в закрытом объеме;
• подача кислорода дозирована – поступает то количество, которое необходимо для полноценного сжигания.

Ориентироваться на табличные значения теплотворности имеет смысл только для сравнения различных видов дров между собой – в реальных условиях теплоотдача топлива будет заметно ниже.

Что такое горение

Горение является изотермическим явлением – то есть, реакцией с выделением тепла.

Процесс горения дров можно разделить на несколько этапов:

1. Разогрев . Участок древесины необходимо нагреть внешним источником огня до температуры воспламенения. При нагреве до 120-150 градусов дерево начинает обугливаться, при этом образуется уголь, способный к самовоспламенению. При нагреве до 250-350 градусов стартует процесс термического разложения на газообразные составляющие (пиролиз). Верхний, обуглившийся слой тлеет (горит без образования пламени), при этом выделяется дым белого или бурого цвета – смесь водяного пара с продуктами пиролиза.

2. Возгорание пиролизных газов . Дальнейший разогрев приводит к усилению термического разложения, и сконцентрировавшиеся пиролизные газы вспыхивают. После вспышки возгорание постепенно начинает охватывать всю зону разогрева. При этом образуется устойчивое пламя светло-желтого цвета.

3. Воспламенение . Дальнейший разогрев приводит к воспламенению дров. Температура воспламенения в естественных условиях колеблется в промежутке от 450 до 620 градусов. Древесина воспламеняется под влиянием внешнего источника тепловой энергии, который обеспечивает нагрев, необходимый для резкого ускорения термохимической реакции.

Воспламеняемость древесного топлива зависит от целого ряда факторов:

• объемный вес, форма и сечение элемента из дерева ;
• степень влажности древесины;
• сила тяги;
• расположение поджигаемого объекта относительно воздушного потока (вертикальное или горизонтальное);
• плотность древесины (пористые материалы воспламеняются легче и быстрее плотных, к примеру, разжечь ольховые дрова проще, чем дубовые).

Обратите внимание! Влажная древесина хуже разжигается и горит по причине того, что значительная часть тепловой энергии уходит на испарение излишков влаги. Дрова круглой формы разгораются хуже элементов, имеющих ребра и грани. Чем массивнее дрова, тем сложнее их разжечь. Не струганная древесина воспламенится быстрее гладкой.

Для воспламенения требуется хорошая, но не избыточная тяга – необходим достаточный приток кислорода и минимальное рассеивание тепловой энергии горения – она нужна для прогрева соседних участков древесины.

4. Горение . При условиях, близких к оптимальным, первоначальная вспышка пиролизных газов не затухает, от возгорания процесс переходит в устойчивое горение с постепенным охватом всего объема топлива. Горение делится на две фазы – тление и пламенное горение.

Тление подразумевает сгорание угля – твердого продукта процесса пиролиза. Выделение горючих газов происходит медленно и они не воспламеняются по причине недостаточной концентрации. Газообразные вещества, охлаждаясь, конденсируются, образуя характерный белый дым. В процессе тления воздух проникает вглубь древесины, за счет чего расширяется площадь охвата. Пламенное горение обеспечивается за счет сгорания пиролизных газов, при этом горячие газы движутся наружу.

Горение поддерживается, пока имеются условия для огня – наличие несгоревшего топлива, поступление кислорода, сохранение требуемого уровня температуры.

5. Затухание . При несоблюдении одного из условий процесс горения прекращается и пламя гаснет.

Измерение температуры горения дров

Чтобы узнать, какова температура горения дров, используют специальный прибор под названием пирометр. Другие виды термометров непригодны для этой цели.

Встречаются рекомендации определять температуру сгорания древесного топлива по цвету пламени. Темно-красные языки огня указывают на низкотемпературное горение, белое пламя – на высокую температуру из-за усиленной тяги, при которой основная часть тепловой энергии уходит в дымоход. Оптимальный цвет пламени – желтый, именно так горит сухая береза.

У твердотопливных котлов и печей, а также у закрытых каминов, предусмотрена возможность корректировать поступление воздуха в топку, регулируя интенсивность процесса горения и теплоотдачу.

Самые жаропроизводительные дрова

Показатель теплотворности обозначает, сколько тепловой энергии выделяется в процессе сжигания дров. Но у твердого топлива есть и другая характеристика, знание которой может пригодиться на практике – жаропроизводительность. Это максимальный уровень температуры, который может достигаться в процессе сжигания дров, и зависит от свойств древесины.

Древесина с низкой плотностью горит светлым высоким пламенем и при этом выделяет относительно небольшое количество тепла, для дров из плотных пород дерева характерна повышенная жаропроизводительность при небольшом пламени.

Факторы, влияющие на температуру горения

Температура горения дров в печи зависит не только от породы древесины. Значимыми факторами также являются влажность дров и сила тяги, которая обусловлена конструкцией теплового агрегата.

Влияние влажности

У свежесрубленной древесины показатель влажности достигает от 45 до 65%, в среднем – около 55%. Температура горения таких дров не поднимется до максимальных значений, так как тепловая энергия будет уходить на испарение влаги. В соответствии с этим снижается теплоотдача топлива.

Чтобы при сгорании древесины выделялось необходимое количество теплоты, используются три пути:

• для обогрева помещений и приготовления пищи используется почти вдвое больше свежесрубленных дров (это оборачивается ростом расходов на топливо и потребностью в частом обслуживании дымовой трубы и газоходов, в которых будет оседать большое количество сажи);
• свежесрубленные дрова предварительно высушиваются (бревна пилятся, раскалываются на поленья, которые укладывают в штабель под навес – для естественной сушки до 20% влажности требуется 1-1,5 года);
• закупаются сухие дрова (финансовые затраты компенсируются высокой теплоотдачей топлива).

Обратите внимание: свежесрубленная древесина тополя и других пористых пород, содержащих большое количество влаги, непригодна к использованию в качестве топлива. Она плохо горит и выделяет мало тепловой энергии.

Теплотворная способность березовых дров из свежесрубленной древесины достаточно высока. Также пригодно к использованию топливо из свежесрубленного ясеня, граба и других твердых пород древесины.

Влияние подачи воздуха

Ограничивая поступление кислорода в топку, мы снижаем температуру горения древесины и уменьшаем теплоотдачу топлива. Длительность сгорания закладки топлива можно увеличить, прикрывая заслонку котельного агрегата или печки, но экономия топлива оборачивается низким КПД сжигания из-за неоптимальных условий. К дровам, горящим в камине открытого типа, воздух поступает свободно из помещения, и интенсивность тяги зависит в основном от характеристик дымохода.

Упрощенная формула идеального сгорания древесины такова:

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

Углерод и водород сжигаются при подаче кислорода (левая часть уравнения), в результате образуется тепло, вода и углекислый газ (правая часть уравнения).

Чтобы сухие дрова горели при максимальной температуре, объем воздуха, который поступает в камеру сгорания, должен достигать 130% от объема, требуемого для процесса горения. При перекрывании потока воздуха заслонками образуется большое количество угарного газа, и причиной тому недостаток кислорода. Угарный газ (недожженный углерод) уходит в дымоходную трубу, при этом падает температура в камере сгорания и уменьшается теплоотдача дров.

Экономный подход при использовании твердотопливного котла на дровах – установка теплоаккумулятора, который будет запасать излишки тепла, образующегося при горении топлива в оптимальном режиме, с хорошей тягой.

С дровяными печами так экономить топливо не получится, поскольку они напрямую греют воздух. Тело массивной кирпичной печи способно аккумулировать относительно небольшую часть тепловой энергии, а у металлических печек излишки тепла напрямую уходят в дымоход.

Если вы открыли поддувало и увеличили тягу в печи, интенсивность горения и теплоотдача топлива увеличится, но и потери тепла также возрастут. При медленном сгорании дров возрастает количество угарного газа и уменьшается теплоотдача.

Важно! На эффективность сжигания топлива также влияет КПД самого теплогенератора. Для котельного агрегата он составляет около 80%, для печки – от 40%, в зависимости от конструкции и материала исполнения.

Заключение

Удельная теплота сгорания сухих березовых дров и ценовая доступность делает это топливо оптимальным выбором. Более жаропроизводительные породы древесины редко используются в качестве дров из-за высокой стоимости.

5 вещей, которые нужно знать о кирпичной печи в доме

Кирпичные печи различаются функционалом, для которого они созданы: отопительные, варочные, отопительно-варочные, садовые, банные и др. А также камины – особый вид домашней печи. Главное назначение всех печей – сжигать топливо, выделяя тепло.

1. Преимущества кирпичных печей.

• У кирпичных печей наличествует аккумулирующий тепловую энергию кирпичный массив. Это позволяет печке отдавать тепло постепенно, поддерживая температуру воздуха в доме в течение суток;
• Средняя температура кирпичной кладки снаружи – около 55-60 градусов. От нее нельзя получить серьезные ожоги, в отличие от стальных и чугунных печек;
• В отличие от отопительных приборов, печь из кирпича не требует электричества или газа, а дрова и уголь доступны и недороги;
• Универсальность – кирпичную печь можно использовать и для обогрева, и для приготовления пищи, и для получения горячей воды, и в качестве вентиляции.

2. Какой кирпич выбрать для строительства печи?

Несмотря на давние традиции и развитую печную индустрию, по сей день бытует мнение, что печную кладку можно делать из обычного кирпича и даже обломков. Это неверно. Дело в том, что обычный керамический кирпич выдерживает температуру ниже 800 градусов, тогда как внутри печи, при сгорании топлива, значения доходят до полутора тысяч! Обычный кирпич в условиях систематического перегрева, быстро теряет влагу и в короткие сроки разрушается, крошится и нарушает свойства печи. Вот почему для кладки печи и дымохода необходим специальный огнеупорный кирпич, произведенный с применением продукта из тугоплавкой глины – шамот.

3. Печной огнеупорный кирпич.

Шамот – это обожжённая до твердого состояния тугоплавкая глина – каолин. Представляет собой алюмосиликатный зернистый сплав, разновидность керамики. Получив сырье для изготовления огнеупорного кирпича, шамот измельчают и добавляют в массу на основе глины, из которой затем формируют и обжигают кирпичики. Шамот в составе замеса составляет до 70%. Именно это обуславливает сверхпрочность и устойчивость к механическим повреждениям – даже более высокую, чем у природного камня.

Шамотный кирпич выдерживает температуру до 1600 градусов. Именно поэтому топливная часть печи или камина должна быть выложена только таким материалом. Благодаря огнеупорным свойствам, шамотный кирпич долго нагревается и не очень хорошо отдает тепло дому. Вот почему внешнюю облицовку кирпичной печки необходимо сделать обычным печным кирпичом. А вот шамотным лучше всего выложить целиком камин, включая облицовку, и печную трубу – в противопожарных целях.

4. Как построить кирпичную печь – нюансы?

Люди опытные подсказывают, что лучше всего с этой целью нанять профессионального печника. Но если Вы решитесь делать печную кладку самостоятельно, начните с проекта. В нем важно предусмотреть все функции, которые Вы ожидаете получать от печки: приготовление пищи, выпечка, поддержание тепла, спальное место, если нужно, и т.д. Предусмотрите подробную порядовку. Это Вам поможет не только в процессе работы, но и в расчете строительного материала перед покупкой.

Помните, что печь, как и дом, нуждается в отдельном фундаменте, и он не должен быть сопряжен с фундаментом дома. После того, как печной фундамент хорошо отвердеет, уложите гидроизоляцию и начинайте кладку.

5. Как выбрать хорошего печника?

В сельской местности лучше всего работает «сарафанное радио». Если Вы увидели у соседа красивый камин с хорошей вытяжкой или многофункциональную печь, отлично справляющуюся со множеством функций, можно смело спросить координаты печника.

Если же Вы житель города, и впервые приобрели загородный участок, нашли несколько печников по объявлениям и теперь выбираете, то обратите внимание на «портфолио»: современные печники фотографируют свои работы и с удовольствием подробно рассказывают, что это был за заказ, с какими нюансами пришлось столкнуться, и как они вышли из положения.

Если печник специально учился своему делу и даже принес на встречу диплом, ознакомьтесь с документом – это еще не гарантия хорошей печи, но, как минимум, защита от профанации. Помните, однако, что хорошие печники встречаются и без дипломов.

Какая температура горения дров считается оптимальной

Если ориентироваться по Википедии, то температура горения дров лежит в пределах 800—1000 °С (приблизительно), а воспламенение и тление дерева начинается при 300 °С. В действительности этот диапазон еще шире – от 450 до 1050 °С. Не слишком точные данные, верно? Этому есть объяснение – температура в центре пламени зависит от многих условий. Тем, кто хочет добиться эффективного сжигания древесины в печке либо твердотопливном котле, не помешает ознакомиться с этими факторами.

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

Полезные советы

Высокая температура горения дров – залог эффективного отопления частного дома. Даже производители ТТ-котлов и дровяных печей указывают в инструкции, что лучший КПД теплогенератора наблюдается именно при работе на максимальном режиме.

Напоследок дадим несколько рекомендаций, как добиться высокой жаропроизводительности, а значит, и экономии энергоносителя:

1. Если дрова вам приходится закупать, не берите низкокалорийные породы, например, иву и тополь. Первая слишком насыщена влагой, а второй отличается малой плотностью. Помните, что вы оплачиваете кубометры, а не килограммы твердого топлива.
2. Высушите поленья насколько это возможно. Свежесрубленное дерево достигает влажности 20—25% после минимум полутора лет сушки в открытой дровнице.
3. Старайтесь не эксплуатировать котел в хваленом режиме тления, который якобы помогает экономить. Как вы могли убедиться по фото, температура огня при нормальном горении составляет 800 °С, а тлеющая древесина даст не больше 450 °С. С такой теплоотдачей дом не обогреешь.
4. Угарный газ СО не только горюч, но и токсичен. Пытаясь экономить топливо, мы перекрываем подачу воздуха в топку и провоцируем его выделение. Мало того что потенциальное топливо без толку выбрасывается наружу, но и загрязняет окружающую среду.
5. Не организовывайте подачу воздуха в топку с улицы, чтоб не терять энергии на его нагрев. При выборе твердотопливного котла обращайте внимание на модели с каналом подогрева. Их легко отличить по вентилятору, установленному на верхней панели, а не в дверце зольника.

Конечно, непрерывно поддерживать в камере высокую температуру невозможно, ведь потребность дома в тепле тоже меняется и зависит от многих факторов. Для накопления излишков энергии существуют теплоаккумуляторы, они же – буферные емкости. В крайнем случае приобретайте теплогенератор с принудительным наддувом, где в периоды отключения вентилятора доступ воздуха перекрывается полностью.

Источник https://profiteplo.com/toplivo/35-temperatura-goreniya-drov.html

Источник https://blokspb.ru/company/news/38952/

Источник https://otivent.com/temperatura-gorenija-drov