Самовозгорание древесины

Дрова являются классическим и самым распространенным вариантом твердого топлива. При сжигании древесины образуется тепловая энергия, которая используется для отопления различных помещений. Эффективность сгорания всецело зависит от температуры горения дров, а вот она в свою очередь зависит от породы древесины, их влажности и условий сжигания. Каждая разновидность древесины может использоваться для выполнения разных целей и задач. Одни используют для приготовления пищи на мангале или печке, другие для обогрева пространства (в камине или буржуйке).

Горение древесины: основные этапы

Горение – это изотермическое явление, проще говоря, реакция, при которой идет выделение тепла. У каждой породы дерева свое КПД тепла. Чтобы измерить температуру горения дерева в печи используют специальный термометр – пирометр. Все другие приборы и термометры для этой цели не годятся, сколько бы вы не старались.

Определить температуру сгорания можно и по цвету пламени используемой породы. Если порода загорается темно-красным пламенем, значит это низкотемпературное горение. Белое пламя указывает на высокую температуру горения. Но самое оптимальное пламя все же должно быть желтого цвета. Таким пламенем горит обычно сухая береза.

Весь процесс горения дерева заключается в нескольких важных этапах, которые взаимосвязаны между собой.

Этапы горения древесины:

1. Разогрев. При температуре 120 – 150 градусов дерево обугливается, в результате образуется уголь, который затем сам воспламеняется.
2. Возгорание дымовых газов. Дальнейший разогрев способен привести к термическому разложению и газы вспыхивают, охватывая всю зону. Дерево при этом горит светло-желтым пламенем.
3. Воспламенение. Его температура составляет 450 – 620 градусов. Для успешного воспламенения требуется хорошая тяга в определенном количестве.
4. Горение. Оно состоит из двух фаз: процесса тления и горение пламенем. Горит огонь в том случае, пока для него создаются и поддерживаются определенные условия: пока есть само несгоревшее топливо, продолжает поступать кислород и сохраняется нужная температура.
5. Затухание. Если хоть одно из условий не соблюдается, процесс горения прекращается и огонь тухнет.

Самыми качественными дровами являются твердые лиственные породы, они имеют высокую теплопроводность и обладают длительным горением. К таким породам можно отнести дуб, бук, березу, акацию. Бук так же отличается приятным ароматом и его используют для копчения. А вот если разжечь в доме грушу, яблоню или вишню, то их приятный запах заполнит все помещение. Способность березовых дров разгораться даже в свежесрубленном виде очень высока, поэтому они являются самым выгодным и востребованным топливом.

Температура горения древесины: факторы, способствующие процессу

Каждый владелец частного дома, где есть печь или камин, знает, что от теплопроводности дров будет зависеть и их КПД. Так же за качество горения дров отвечает и еще один важный показатель. Таким показателем является температура горения дров. У каждой породы дерева она различна. Чем больше будет происходить увеличение градусов, тем система обогрева будет нагреваться быстрее, а вот вода в трубах или кирпичная кладка сохранит тепло дольше.

Существует разный каменный уголь, в котором присутствует большее или меньшее содержание золы. Так же есть отличия и у разных пород древесины. Например, отличаются они температурой, которая выделяется в процессе горения и составом продуктов, оставшихся после сгорания дров.

Чтобы выбрать качественную и добротную древесину, нужно знать некоторые важные факторы, которые отвечают за лучшее горение дерева. От этих факторов будет зависеть не только качество возгорания костра, но и температура пламени и самого процесса сгорания.

Факторы, которые способствуют процессу горения:

• Сорт древесины;
• Влажность дерева;
• Количество воздуха, поступающего в топку.

Так же породы дерева отличаются: плотностью, структурой, а так же составом смол и его количеством. Все эти факторы прямым образом так же влияют на теплопроводность, характер пламени, температуру воспламенения и сгорания разных пород. Например: тополь загорается высоким и очень ярким пламенем, однако максимальная его температура горения может составлять только 500 градусов Цельсию, а это вовсе не достаточно для обогрева. А вот при сгорании таких пород как: бук, ясень или граб выделяется температура более 1000 градусов, что способствует отличному отоплению.

Жаропроизводительность дров: таблица основных пород

Рассматривая разные породы дерева, в итоге, можно заметить некоторые различия: одни из них очень ярко и отлично горят, при этом ощущается сильное тепло, а другие просто еле-еле тлеют, оставляя за собой практически никакого жара. Дело здесь вовсе не в их сухости или влажности, а в их структуре и составе, а так же строении дерева.

Однако стоит обратить свое внимание и на то, что влажное дерево очень плохо возгорается и горит, при этом остается большое количество золы, что плохо сказывается на дымоходе, они сильно засоряются.

Самая высокая жаропроизводительность у дуба, бука, березы, лиственницы или граба, однако эти породы являются самыми нерентабельными и дорогими. Поэтому их применяют очень редко и то в виде стружки или опилок. Самая низкая теплоотдача – у тополя, ольхи и осины. Существует таблица, в которой указаны основные породы и их жаропроизводительность.

Таблица некоторых основных пород и их теплоотдача:

• Ясень, бук – 87%;
• Граб – 85%;
• Дуб – 75, 70%;
• Лиственница – 72%;
• Береза – 68%;
• Пихта – 63%;
• Липа – 55%;
• Сосна – 52%;
• Осина – 51%;
• Тополь – 39%.

Хвойные породы имеют низкую температуру горения, поэтому их лучше использовать для загорания открытого огня (костра). Однако древесина сосны загорается очень быстро и способна долго тлеть, так как в ее состав входит огромное количество смол, поэтому эта порода способна длительное время сохранять тепло. Но все же для отопления хвойную породу лучше не использовать, так как при ее сгорании образуется много дымовых газов, которые оседают в виде сажи на дымоходе и его приходится чистить, так как он быстро засоряется.

Полное и неполное сгорание: что выделяется при горении древесины

Гореть может не только дерево, но и его продукты (ДСП, ДВП, МДФ), а так же металл. Однако температура горения у всех продуктов разная. Например: температура горения стали составляет 2000 градусов, алюминиевой фольги – 350, а дерево начинает воспламеняться уже при 120 – 150.

При сгорании древесины в конечном итоге образуется дым, где твердым веществом является сажа. Весь состав продуктов сгорания всецело зависит от составляющих дерева. Древесина в основном состоит из самых главных составляющих: водорода, азота, кислорода и углерода.

Если сгорел 1 кг древесины, то продуктов сгорания в газообразном состоянии выделиться где-то 7,5 – 8,0 м кубических. В дальнейшем они гореть уже не способны, кроме окиси углерода.

Продукты сгорания дерева:

• Азот;
• Окись углерода;
• Углекислый газ;
• Пары воды;
• Сернистый газ.

Горение по характеру может быть полным или неполным. Но оба они происходят с образованием дыма. При неполном горении некоторые продукты сгорания еще могут гореть в дальнейшем (сажа, окись углерода, углеводороды). А вот если произошло полное сгорание, то тогда продукты, которые образовались в дальнейшем, гореть не способны (сернистый и углекислый газы, пары воды).

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:

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.

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 - 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.