Как сделать фрактальное горение древесины

Обновлено: 07.07.2024

В обыденной жизни граждан пожары происходят часто. Их причиной становиться неаккуратное поведение с огнем или легко воспламеняющимися материалами. Полностью застраховать себя от чрезвычайной ситуации невозможно. Как-бы человек не старался. Но не лишним будет знать, какая температура возгорания дерева.

Материал становиться источником появления огня, например, в частных домах в печах. Его легко разжечь, но в этом стоит разобраться подробно.

Тепловые свойства древесины

Любые породы имеют особенности. Загораются они при разных температурах и отдают свое количество энергии. У каждого дерева иные показатели. Это нужно рассмотреть детальнее. Особенно людям, использующим такой природный материал в частных домах.

Детальная информация видна на видео:

Температура воспламенения пород

Для отопления жилья подходят различные виды дерева. У всех способы сгорания отличаются. Определенные дрова дают высокое пламя, у иных, низкий огонь. Естественно, теплоотдача разная. Также большое влияние оказывает количество поступающего кислорода в топку, объемный вес, процент влажности.

На температуру возгорания действует сечение дерева, порода, его плотность. Все факторы неотъемлемые.

В таблице приведены полезные данные:

Наименование древесины	Температура возгорания	t ° пожара
Ольха	552	1117
Тополь	468	–
Сосна	624	1090
Береза	816	1069

Информация не обо всех породах, но понять, какая температура возгорания дерева при нагреве, можно. Есть общепринятое минимальное значение – 450 градусов. Но это зависит от многих условий.

Как ведет себя дерево при разных температурах

Если градусы повышаются, то прочность природного материала становиться меньше. При их снижении она увеличивается. Если дерево замораживается, оно становиться крепче. Температура действует сильнее на влажные дрова, чем на сухие.

Когда градусы при сырости значительно повышаются, у древесины происходит пластификация. Материал можно гнуть. Во время заморозки при влажности увеличивается хрупкость. Длительный период материал не продержится. Это приводит к раскалыванию.

Выбор дров

Здесь нужно знать некоторые нюансы. Например, бук и ясен, дают высокую температуру, но для топки обычной печи, сауны или бани они непригодны. В силу своей дороговизны.

Идеально подходят для парной дрова из березы. Для возгорания им нужна температура 816-820 градусов Цельсия.

Также хорошим выбором будет дуб и лиственница. Им нужно приблизительно столько же градусов. Если требуется разжечь костер, подходит хвоя.

Лучший выбор – сосна. Ее можно использовать и для печи. В таких деревьях большое содержание смолы. Она будет засорять дымоход, его требуется постоянно чистить. Хвойные породы подходят для таких целей в крайних случаях. Не стоит класть в топку влажные дрова. Они горят плохо и создают задымление.

Последствия разогрева дерева

Процесс, когда на участок породы воздействует наружный источник тепла и появляется огонь. Это может быть бумага, подожженная спичкой, или что-то другое. Какая температура возгорания бумаги? Бумага способна воспламеняться, если имеется источник зажигания самостоятельно, выделяя свет, тепло.

При температуре 120-150°С дерево начинает обугливаться. Образуется самовоспламе-няющийся уголь.

Когда градусы достигнут отметки 250-350°С, материал начнет термически разлагаться на составляющиеся. Поверхность дерева станет тлеть, но пламя нельзя увидеть. Появиться бурый дым. Порода уже нагрелась и готова к переходу в новую стадию.

Воспламенение

Начальный этап процесса горения, при котором термохимические реакции ускоряются. Активизируется при температуре от 460 градусов и выше.

На воспламенение влияют объем, влажность, внешний источник нагрева, тяга и другие факторы. Если порода мокрая, процесс воспламенения трудный.

Требуется дополнительная затрата энергии, чтобы испарилась вода. Также теплопроводность замедляется. Массивное округлое дерево горит хуже. Прямо-угольное с небольшим сечением – хорошо. Нестроганая поверхность дерева воспламеняется скорее в сравнении с гладкой. Также важно, чтобы поступало достаточно кислорода. Иначе ждать огня придется долго.

Самовоспламенение

Процесс возможен без влияния внешних источников. Например, определенный участок породы подвергается перегреву. Он начинает обугливаться. Древесный уголь взаимодействует с кислородом. Над поверхностью появляется горючая смесь.

Высокая температура воспламеняет образование. Тлеющий древесный уголь появляется на ворсинках досок. Чтобы избежать самовозгорания, особенно, если порода находиться возле источников огня, нужно убирать неровности. Тогда чрезвычайной ситуации не произойдет.

Продукты сгорания

В процессе газообразные частицы и твердые превращаются в дым. Их состав зависит от породы дерева. Это соединения химических элементов с кислородом.

Продуктами горения являются:

углекислый газ;
пары воды;
азот;
окись углерода;
сернистый газ.

Перечисленные продукты гореть в дальнейшем не могут. Кроме одного исключения. Им является окись углерода. Твердые частицы дыма – это сажа. Состав продуктов зависит от условий горения. Оно может быть полным, и нет.

Если воздуха мало, появляется едкий дым. Он очень опасен для человека. Часто его вдыхание в больших количествах приводит к летальному исходу.

Фазы горения

В процессе их две – пламенная и тления. В первом случае выделяется большое количество продуктов с высокой температурой. У пламени интенсивное излучение. Огонь распространяется быстро и площадь пожара стремительно увеличивается. Если происходит ЧС, спасатели ликвидируют первую фазу горения.

Тлеют твердые продукты – угли. Выделение пиролизных газов происходит медленно. Огня из-за слабой концентрации нет. Эти продукты охлаждаются, появляется густой дым белого цвета.

Две фазы горения тесно взаимосвязаны. Они продолжаются пока есть топливо, кислород, нужная температура. Если одного элемента будет не хватать, пламя прекратиться.

Детальная информация видна на видео:

Эффективность горения древесины

В процессе сжигания породы происходит выделение тепловой энергии. С ее помощью обогревается здание. Эффективность горения зависит от температуры дерева в печи.

На это влияют несколько факторов:

разновидность породы;
влажность;
интенсивность горения;
условия, при которых идет сжигание (какая тяга).

Это основные показатели эффективности горения данного природного топлива. На них требуется обращать особое внимание. В зависимости от вида дерева, его используют для приготовления шашлыка на мангале, обогрева, других нужд. Рассмотрим подробнее.

Влажность и интенсивность горения

Если дерево срубили не очень давно, оно будет сырым. На это также влияет пора года. Влаги в нем содержится 45-65%. Интенсивность горения, к примеру, в камине, будет низкой. Огню понадобиться тратить энергию, чтобы испарить воду. Теплоотдача при этом станет невысокой.

Есть способы, которые помогут добыть нужное количество энергии:

класть в камин древесины в два раза больше (материально затратное дело);
распиливать влажные бревна и колоть;
покупать хорошо просушенные дрова.

Только срубленную породу не стоит использовать для отопления, кроме березы. В сыром виде пригоден граб и ясен.

Влияние тяги в печке

За ней надо внимательно следить. Иначе дерево нормально гореть не будет. Тяга направляет выделяемые вещества с потоками воздуха к системе вытяжки. Чтобы ее проверить, нужно разжечь бумагу в печи с открытой дверцей и заслонкой на дымоходе. Если ее нет – это плохо.

Узнать, отсутствует ли тяга, можно по таким признакам:

открывая топочную дверцу, идет дым;
он появляется из конвекционных щелей;
слышны хлопки из регулятора воздуха.

На тягу влияют факторы:

правильно спроектированный дымоход;
его высота должна превышать конек крыши и здания, расположенные рядом;
труба, где выходят в воздух продукты горения, должна быть утеплена;
отсутствие или наличие вентиляции;
атмосферные явления.

Для улучшения тяги следует использовать дефлектор, флюгер и шибер. А проверять его хорошо осиной.

Возможен ли пожар в бане

Такие чрезвычайные происшествия не редкость. По статистике, объятия сауны пламенем связаны с дымоходом. Требуется производить его регулярные чистки. Пожар случается, если в нем много сажи.

Причиной возгорания в бане также становиться неисправная электропроводка. Иногда сама печь. Бывает, что люди нарушают правила безопасности и происходит пожар. Важно, из какого материала сделано помещение. Он должен хорошо изолировать.

Детальная информация видна на видео:

Пожарная безопасность при работе с деревом

Природный материал легко охватывает пламя. Любой неосторожный поступок может повлечь неприятную или опасную ситуацию. Температуры возгорания древесины разные. Это зависит от породы. Но, они не слишком большие.

Для соблюдения безопасности, требуется делать следующее:

использовать мокрую штукатурку;
применять огнезащитные пасты;
делать облицовку;
использовать лаки, эмали;
наносить огнезащитный состав.

Это поможет обезопасить себя при работе с деревом.

Выводы

Зная, при каких температурных условиях случается воспламенение топлива, получиться избежать многих неприятностей. Плюс, легче будет подобрать материал для отопления дома с помощью печи или камина. Но требуется соблюдать правила безопасности, работая с деревянным материалом.

Выбирая способ и средства защиты деревянных конструкций или элементов декора из древесины необходимо определить, какую цель вы хотите при этом достигнуть и в каких условиях древесина будет эксплуатироваться?! Для этого же необходимо хотя бы на базовом уровне понимать сущность процессов протекающих при горении древесины и способов управления ими.

Первое, что необходимо понимать, не один из способов огнезащиты, предлагаемых сегодня, не способен повысить термическую устойчивость древесины, а в некоторых случаях и вовсе ее снижают (об этом будет рассказано в последующих публикациях). В частности, для древесины сосны в качестве температуры обугливания в большинстве нормативных документов называется 270°С. Температура воспламенения обычно находится в пределах 300-360°С, а самовоспламенения (возникновение пламенного горения без участия внешнего источника огня) 450-500°С, для других пород древесины данные показатели могут незначительно изменяться в большую или меньшую стороны.

Указанные температуры определяют условия, при которых, в результате кратковременного воздействия (от нескольких секунд до 15 минут), над поверхностью древесины создаются условиях для возникновения пламенного горения.

Пламенное горение - это процесс горения газообразных продуктов термического разложения (испарения) твердых (в т.ч. древесина) и жидких веществ и материалов.

Пламенное горение, однако, не самый опасный вариант. Гораздо большую опасность представляет горение древесины в режиме тления, в результате которого пожар может длительное время развиваться незамеченным, и выйти в тот момент, когда принимать какие-либо меры по спасению людей или имущества будет уже поздно. Из практики, например, известно, что большинство пожаров в частном секторе, в результате которых происходит гибель людей, возникает в ночное время и проходит через стадию тлеющего горения. При этом, к моменту выхода открытого пламени, помещения могут быть уже полностью заполнены продуктами горения, исключающими возможность выживания людей.

Тление - режим беспламенного горения твердых органических карбонизующихся (способных к образованию угля) материалов. Иногда под тлением понимается также процесс горения жидкостей в объеме пористых материалов с высокоразвитой поверхностью (например выгорание масел на поверхности минеральных ват).

70-80 ° С - именно при таком, периодическом, температурном воздействии в течение 10-20 лет древесина претерпевает необратимые физико-химические изменения, при которых она приобретает способность самовозгораться уже при 60°С. При температурном воздействии на уровне 120°С древесина способна самовозгореться через режим тлеющего горения, в течение нескольких часов.

Именно из этих условий необходимо выбирать способ защиты деревянных конструкций. Так, например, разделка печи должна обеспечивать защиту прилегающих конструкций от нагрева выше 70°С. В случаях, когда условия эксплуатации не предполагают воздействие повышенных температур, и единственным обстоятельством, при котором такое воздействие может произойти, является пожар, принимаемые планировочные и технические решения должны обеспечивать нераспространение горения в смежные помещения. В случае же, если помещения будут захламлены, а планировка помещений будет способствовать распространению горения и его продуктов, то практически не имеет значения из какого материала сделаны стены и перегородки или выполнена их отделка. Так, например, короткое замыкание проводки и даже токовая перегрузка, в случае отсутствия иных горючих материалов, практически не способны привести к возгоранию древесины конструкций, в случае если электрическая сеть и ее защита выполнены в соответствии с требованиями электробезопасности.

Таким образом в отношении древесины можно выделить несколько основных направлений, определяющих выбор способов и средств огнезащиты:

· защита древесины от воздействия повышенных температур в процессе эксплуатации;

· применение средств и технологий, исключающих развитие скрытого тлеющего горения;

· применение технологий и средств ограничения распространения пламенного горения и газообразных продуктов горения за пределы помещения.

В дальнейшем все данные направления будут рассмотрены более подробно, ставьте лайки и подписывайтесь на канал.

Древесина, как органическое вещество, содержит в себе преимущественно углерод (С) и водород (Н). Для их воспламенения требуется кислород (О).

Химический состав древесины

Соединяя водород (Н2) и кислород (О) мы получаем воду – Н2O конденсат. Водородное топливо с точки зрения экологии самое чистое, т.к. отходом горения является вода. Соединяя углерод (С) и кислород (О) мы получаем либо безвредную углекислоту СO2, которая содержится в газировке, либо угарный газ СO, который загрязняет атмосферу и в определенных дозировках смертелен для человека. Кстати, именно на уменьшение выбросов угарного газа в атмосферу направлено Парижское соглашение 2015 года, от которого в 2021 году отказался президент США Дональд Трамп. Более того, во многих странах Европе по протоколу DIN EN 303-5-2012 вам не позволят использовать печи, которые по выбросам превышают норм СО2, впрочем, как и автомобили без катализатора. Не стоит думать, что в горении твердого топлива участвуют только водород и кислород. Во первых, этапы горения идут последовательно, во вторых, в топливе содержится множество химических веществ, и каждое горит в своё время и со своей спецификой.

Горение древесины

Древесина является самым распространенным горючим материалом в условиях пожара, По структуре она представляет собой пористый материал с множеством ячеек, заполненных воздухом. Стенки ячеек состоят из целлю- лозы и лигнина. Объем пустот в древесине превышает объем твердого вещества.

Характер строения древесины определяет весьма низкую ее теплопроводность и связанные с нею быструю воспламеняемость и медленный прогрев внутренних слоев. При соприкосновении древесины с источником воспламенения, например пламенем, происходит быстрое нагревание тонкого поверхностного слоя ее, испарение влаги и затем разложение. Продукты разложения древесины, полученные при температуре ниже 250 °С, содержат в основном водяной пар, диоксид углерода С02 и немного горючих газов, поэтому гореть не способны. Продукты разложения, полученные при 250—260°С, содержат большое количество оксида углерода СО и метана и становятся горючими. Они воспламеняются от источника зажигания (пламени) и с этого момента древесина начинает самостоятельно гореть.

Как и у жидкостей, наименьшая температура древесины, при которой продукты разложения способны воспламеняться от источника зажигания, называется температурой воспламенения

Температура воспламенения древесины зависит от степени ее измельчения. Так температура воспламенения сосновой древесины 255 °С, а сосновых опилок 230 °С.

После воспламенения температура верхнего слоя древесины повышается за счет тепла, излучаемого пламенем, и достигает 290—300°С. При этой температуре выход газообразных продуктов максимальный и высота, факела пламени наибольшая. В результате разложения верхний слой древесины превращается в древесный уголь, который в данных условиях гореть не может, так как кислород, поступающий из воз- духа, весь вступает в реакцию в зоне горения пламени. Температура угля на поверхности к этому времени достигает 500—700 °С. По мере выгорания верхнего слоя древесины и превращения его в уголь нижележащий слой древесины прогревается до 300 °С и разлагается. Таким образом, пламенное горение древесины при образовании на ее поверхности небольшого слоя угля еще не прекращается, однако скорость выхода продуктов разложения начинает уменьшаться. В дальнейшем рост слоя угля и уменьшение выхода продуктов разложения приводят к тому, что пламя остается только у трещин угля, и кислород может достигать поверхности угля. С этого момента начинается горение угля и одновременно продолжается горение продуктов разложения. Толщина слоя угля, которая к этому моменту достигает 2—2,5см, остается постоянной, так как наступает равновесие между линейной скоростью выгорания угля и скоростью прогрева и разложения древесины. Одновременное горение угля и продуктов разложения древесины продолжается до тех пор, пока не превратится в уголь вся древесина. После этого выход газообразных продуктов разложения древесины прекращается, а продолжается только горение угля.

Таким образом, процесс горения древесины состоит из двух фаз: пламенного горения и горения угля.

Между ними имеется переходная фаза, характеризуемая одновременным протеканием двух фаз.

В условиях пожара основную роль играет первая фаза, так как она сопровождается выделением большого объема нагретых до высокой температуры продуктов сгорания и интенсивным излучением (пламя). Все это способствует быстрому распространению горения и увеличению площади пожара. Поэтому при тушении пожаров в первую очередь стараются ликвидировать очаги, где протекает первая фаза горения.

Образования угарного газа

Формулы углекислоты CO2 и угарного газа СО похожи, но разница большая. Для горения с образованием углекислоты СО2 требуется много кислорода (О), а если кислорода не хватает, то образуется угарный газ СО. Более того, при горении с недостатком кислорода (О), выделяется меньше энергии. С + 2О = СО2 + 8137 калорий. С + О = СО + 2428 калорий. Аналогичные процессы происходят и в нашем организме при преобразовании углеводов (С6Н1206) в энергию. При недостатке кислорода (О), анаэробном дыхании, у спринтеров, выделяется в 2 раза меньше энергии, чем при аэробном дыхании у марафонцев. Помимо того, что горение с недостатком кислорода снижает КПД топлива, так еще и остальные компоненты топлива не успевают сгорать. Они оседают на стенках дымохода в виде сажи и улетают в трубу. Темный дым из трубы в большинстве случаев как раз и говорит нам о том, что в топке не хватает воздуха и выделяется угарный газ (СО). Также при таком режиме горения печь или котел требуется чистить чаще, вдобавок сажа может воспламениться и привести к пожару. Попытки растянуть время горения топлива путем ограничения подачи воздуха загрязняют атмосферу, котел и не позволяют извлечь из топлива большинство энергии. Поэтому лучше сжигать топливо сразу, а излишки тепла передавать, например, при водяном отоплении, в резервную емкость, которая потом тепло будет передавать теплоносителю. Либо сжигать маленькие порции топлива, например, в пеллетном котле с автозагрузкой. Не забудьте и про то, что угарный газ может попасть в помещение и привести к отравлению или смерти его обитателей. Существуют модели твердотопливных котлов, в которых подачу воздуха может регулировать автоматика. Это удобно, когда вы хотите ночью поддерживать тепло и при этом не просыпаться для закладки топлива, но это не должно приводить к тлению и образованию угарного газа (СО), по описанным выше причинам. Есть тонкость с угарным газом: в основном на планете он появляется от сжигания угля, нефти (бензина) и газа. До момента сжигания угарный газ находился в твердом или жидком состоянии, и не загрязнял атмосферу, а после сжигания стал. Биотопливо, такое как пеллеты или брикеты, сделаны из дерева, дерево поглотили углерод (С) из атмосферы, при сжигании выделили обратно, т.е. в атмосфере его не стало больше. Поэтому биотопливо считается экологичным, при условии его правильно сжигания.

Описание процесса горения

В процессе горения древесины отмечается несколько этапов:

Разогрев – происходит при температуре не менее 150 градусов по Цельсию и в присутствии наружного источника огня.
Воспламенение – необходимая температура от 450 до 620 градусов по Цельсию в зависимости от влажности и плотности древесины, а также от формы и количества дров.
Горение – состоит из двух фаз: пламенной и тления. Некоторое время оба вида протекают одновременно. После прекращения образования газов горит (тлеет) только уголь.
Затухание – возникает при прекращении подачи кислорода или когда заканчивается топливо.

Плотная древесина горит медленнее, чем менее плотная вследствие того, что имеет большую теплопроводность. При горении сырых дров много тепла затрачивается на испарение влаги, поэтому они горят медленнее сухих дров. Горение древесины — это физическое или химическое явление? Этот вопрос имеет практическое значение, и от правильной его интерпретации будут зависеть условия максимальной теплоотдачи и длительности горения. С одной стороны, это химическое явление: при горении дров происходит химическая реакция и образуются новые вещества – оксиды, выделяется тепло и свет. С другой, – физическое: во время процесса происходит увеличение кинетической энергии молекул. В итоге получается, что процесс горения древесины – это сложное физико-химическое явление. Знакомство с ним поможет правильно подобрать породы древесины, чтобы обеспечить себя длительным и устойчивым источником тепла.

Пламя

Температура в разных участках пламени
Как видно из рисунка, температура на конце пламени может достичь 1400 С°. Этого достаточно для нагрева топлива и воспламенения выделившихся из него газов. В пункте 1 температура самая низкая, т.к. в ней мало кислорода (О), но много газов. Цвет пламени голубой или бесцветный, т.к. в этот момент из-за нагрева идет пиролиз, т.е. выделение газа. По краям кислорода становится больше и окрас пламени усиливается. В пункте 2, центре, кислорода все еще недостаточно, но газов много. Яркий цвет, это сгоревший углерод (С) и другие частицы. В пункте 3 горючие вещества практически полностью смешались с кислородом и температура пламени наиболее высокая. Цвет не такой яркий, т.к. твердые частички уже сгорели. Желтый и красный цвет пламени получается из-за наличия в нем твердых частиц. Когда их нет, пламя синее или голубое, как в газовой плите. А вот если пламя горит зеленым и другими странными цветами, это означает, что в топливе есть примеси, возможно, вредные. Горение происходит не только в видимой области, но и в невидимом инфракрасном диапазоне. Мы думаем, что это жар от огня, а это инфракрасные волны. Их можно увидеть с помощью инфракрасного сканера (термографии).

Продукты горения древесины

В процессе горения древесины образуется дым — смесь газообразных продуктов сгорания с твердыми частицами.

Состав продуктов горения зависит от состава древесины и условий ее горения. Древесина состоит, главным образом, из соединений углерода, водорода, кислорода и азота. Следовательно, обычными продуктами горения древесины являются: углекислый газ, азот, пары воды, окись углерода, сернистый газ. При сгорании 1 кг древесины выделяется 7,5—8,0 м3 газообразных продуктов сгорания. Продукты горения, за исключением окиси углерода, в дальнейшем гореть больше не способны. При горении древесины твердыми частицами в дыме является сажа (углерод). На состав продуктов сгорания влияют условия, при которых происходит процесс горения. Горение может быть неполное и полное.

При недостаточном доступе воздуха получаются продукты неполного сгорания, образующие едкий дым, который часто выделяется вовремя пожара. Продукты неполного сгорания могут быть чрезвычайно разнообразными и зависят, прежде всего, от состава и свойства горящей древесины, а также от условий ее сгорания. При недостаточном доступе воздуха образуются продукты сухой перегонки, которые не успевают сгореть. Эти продукты чрезвычайно разнообразны и относятся к различным классам органических соединений. В состав их, кроме продуктов полного горения, входят: окись углерода, спирты, кетоны, альдегиды, кислоты и другие сложные органические соединения. При пожаре пары этих соединений могут присутствовать в дыме, увеличивая его ядовитые свойства. Продукты неполного горения способны гореть и образовывать с воздухом взрывчатые смеси. Взрывы таких смесей происходили при тушении пожаров в сушилках, подвалах и закрытых помещениях с большим количеством горючего материала. Неполное горение наблюдается при пожарах в сушильных камерах, где сосредоточено большое количество древесины. В результате сгорания древесины выделяются окись углерода и другие углеводороды, раздражающе действующие на слизистые оболочки глаз, носа и затрудняющие действия пожарных подразделений по тушению пожара.

Вдыхание дыма, содержащего 0,4% окиси углерода, смертельно. Противогазы БН от окиси углерода не защищают. На пожарах применяются специальные кислородные изолирующие приборы (КИП-5, КИП-7 и др.).

Итак, неполным называется горение, в результате которого получаются продукты, еще способные гореть (окись углерода, сажа и различные углеводороды).

Полным называется такое горение, в результате которого получаются продукты, не способные больше гореть (углекислый газ, пары воды, сернистый газ).

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Тление, копчение и пиролиз

Тление при недостатке кислорода, с точки зрения эффективности горения и выделения продуктов распада, наиболее неудачный процесс. Выделяется угарный газ, это раз. Выделяется бензпирен, вещество первого класса опасности, это два. А также сажа, скипидар, кислоты, канцерогенные смолы и токсичные вещества. Однозначно, это вредно. В больших городах именно этим и дышат, а воздух в провинции чистый из-за отсутствий этих примесей. При копчении продуктов горение топлива не применяется, а идет его распад методом пиролиза, т.е. выделением энергии путем нагрева без участи кислорода. При таком методе обработки пищи большинство вредных элементов в неё и переходит.

Сажа (копоть, деготь) это частицы, состоящие преимущественно из углерода. При наличии температуры и кислорода они сгорают. Если этого нет, то они слипаются в крупные кусочки, и осаживаются на стенках печки и трубы, но могут и в трубу улететь. Мало того, что это требует очистки печи, может воспламениться, так еще и снижает её КПД, т.к. образуется слой, который препятствует поглощению тепла стенками печи. К вопросу о недостаточной изученности процесса горения: в 1996 году дали Нобелевскую премию Роберту Кёрлу за открытие в саже фуллеренов.

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.

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

Образование конденсата

Как мы уже знаем, при реакции горении водорода (Н) с кислородом (О), помимо выделения энергии, образуется вода Н2О. Также вода, как правило, содержится и в самом топливе, т.к. твердого топлива с влажность 0% практически не существует. В случае с котлом или печью, полученная вода находится в газообразном состоянии. Когда этот пар поднимается по дымоходу, а дымоход холодный, происходит охлаждение пара и преобразование его в воду. Вследствие чего, на стенках трубы появляется пленка конденсата и стекает вниз. Тоже происходит и в жилом помещении, когда в воздухе помещения много влаги, за окном холодно, и окна запотевают, или в ванной комнате. Накопления конденсата в дымоходе можно избежать его нагревом, снизить принудительной вентиляцией. Кстати, образование сажи на стенках дымохода отчасти идет по схожему принципу. Не сгоревший углерод охлаждается на стенках дымохода и накапливается на них.

Из чего состоит зола? Когда дерево растет, оно формируется за счет фотосинтеза, т.е. преобразования солнечной энергии и углекислого газа (СО) в углерод (С). Из которого и состоит на 50%. Также дерево потребляет влагу. А из почвы забирает азот (Т), фосфор (Р), калий (К) и другие микроэлементы – вот это и есть зола. Наибольшее содержание будущей золы в коре (7%) и листьях (3%), а в древесине её до 2%. Кстати, чем старше дерево, тем меньше в нем золы. Поэтому в премиальных пеллетах и брикетах после сгорания золы остается меньше 1%. Также часть этих элементов разрушается во время горения и улетает в трубу. На образование золы в топке тратится энергия, соответственно чем больше золы, тем меньше тепла ушло по назначению. Зола хорошее удобрение, т.к. элементы, которое забрало растение из почвы возвращаются обратно. Зола может спекаться в шлак. Для каменного угля это нормальное явление. А вот для дров, премиальных пеллетов и брикетов нет, т.к. означает, что при их производстве были применены добавки. Для пеллетов из шелухи, соломы и других отходов наличие золы является нормальным показателем.

Несмотря на то, что огонь уже с древних времён является помощником человека, он сохраняет множество тайн. Например, температура горения дров колеблется от 235 до 1050 градусов по Цельсию. Чтобы понять, почему разница в цифрах так велика, необходимо узнать, как происходит весь процесс, от растопки до затухания. И понять, какие факторы влияют на силу огня.

Характеристики и свойства пламени

Пламя является раскалённой газообразной средой и распространяется снизу-вверх. Это происходит потому, что тёплый воздух становится менее плотным. Нагреваясь, он устремляется вверх и увлекает за собой огонь. Поэтому растопку костра (печи) начинают снизу. Потому что подожжённая на самой вершине лучина не будет распространять огонь вниз, и он затухнет.

На земле высота пламени будет зависеть от того, насколько высока температура пламени костра из дров. Это напрямую связано с интенсивностью горения. А фазы растягиваются: от медленного тления до взрыва. Но чем больше сила огня, тем быстрее прогорает костёр.

Пламя умеет изменять свой цвет, и на это также влияет мощность. В процессе горения костёр проходит от красных спектров до фиолетовых и обратно. Но также палитра зависит от примесей в горючем. Если в горящий очаг бросить обычную поваренную соль, то пламя окрасится жёлтым. В этом виноват натрий. А борная кислота вызывает бирюзовый оттенок.

Поэтому, когда дрова горят ярким оранжевым цветом, то это значит, что в них много натриевых солей. А синий цвет у костра получается при неполном сгорании топлива. При этом выделяется угарный газ. Вот он и даёт подобный спектр.

Но бывает так, что пламя почти нельзя разглядеть. Бесцветность огня происходит при полном сгорании горючего. Когда оно выделяет только водяные пары и углекислоту. А эти вещества невидимы даже при нагревании.

Любое горение сопровождается дымом, поскольку образуется мелкодисперсный аэрозоль. Его частицы настолько мелкие, что не успевают оседать на землю и увлекаются нагретыми воздушными массами. А количество выделений зависит от кислорода. При его очень большой концентрации костёр горит, практически, бездымно. А если он еле тлеет, распространяя клубы смога, то это говорит о его нехватке.

Цвет у выделений напрямую связан с содержанием в топливе воды. Если в растопку положить мокрые дрова или свежескошенную траву, то из трубы повалит густой и белый дым. Но когда он окрашивается в чёрный спектр, то это говорит о большом количестве сажи в составе горючего. Ярким примером выступает плотный чёрный смог при полыхании автомобильной покрышки.

Процесс горения древесины

Для того, чтобы узнать при какой температуре горит дерево, нужно подробно рассмотреть весь процесс. От закладки дров в очаг до полного затухания огня в печи. А вся операция проходит поэтапно.

Разогрев

Чтобы участок древесины воспламенился, его необходимо нагреть. При температуре от 120 до 150 градусов по Цельсию начинается обугливание поверхности. При этом появляется вещество уже способное к воспламенению. Его называют углём.

Повышение нагрева до 250-350 °C способствует образованию пиролиза. Это газообразные составляющие, которые возникают при термическом распаде. При этом верхние слои угля в древесине уже начинают тлеть. Процесс происходит без огня, но с выделением дыма.

Возгорание пиролиза

Усиление термического распада, которое происходит при дальнейшем нагреве, приводит к тому, что выделенный газ начинает загораться. При этом очаг охватывает все большую площадь в виде цепной реакции. Появляется устойчивое пламя, окрашенное в яркий жёлто-оранжевый цвет.

Воспламенение

А вот древесина загорается, когда нагревание поверхности достигает температуры в 450-620 °C. Более точные цифры будут зависеть от сорта дерева. Но в целом влияние на термохимическую реакцию (воспламенение) оказывает куда большее количество факторов.

Достижение необходимой температуры зависит от:

формы и объёмного веса куска древесины;
количества влаги в нем;
того, как полено расположено в воздушном потоке;
силы тяги последнего;
плотности материала горючего.

Ольху, имеющую пористую структуру, разжечь намного проще, чем крепкий дуб. А круглое полено воспламеняется хуже, чем дрова, имеющие грани. Это же касается и массивности материала. Большие чурки очень трудно разжечь. Также плохо загорается струганная текстура. А медлительность процесса при влажных дровах объясняется тем, что много энергии тратится на выпаривание воды.

Горение

При условии, когда присутствует достаточный приток кислорода и тепловой энергии хватает, чтобы прогреть соседние участки, процесс переходит в устойчивую фазу. В ней уже задействован весь объем топлива, а огню помогает горение угля (тление) и взрывы пиролизных выделений.

Другие газы вычленяются медленнее и в процессе горения, практически, не участвуют. Охлаждаясь, они конденсируются и становятся заметными (белый цвет). А при тлении угля воздух все больше проникает в середину древесины и охват горения увеличивается.

Затухание

Процесс может продолжаться бесконечно при соблюдении всех условий:

В наличии есть ещё несгоревшее топливо.
Кислород поступает в достаточном количестве.
Уровень температуры огня не понижается критически.

Как только хоть одно из условий нарушается, то происходит затухание костра.

Читайте также: