Дрова – самый востребованный и доступный вид твердого топлива. Процесс сжигания древесины сопровождается выделением тепловой энергии, которая используется для обогрева частных домов и бань. Теплотворная способность дров определяется температурой их горения, которая зависит от породы древесины и уровня ее влажности. Чем выше температура горения дров, тем эффективнее работают системы обогрева дома и горячего водоснабжения.
Что влияет на жаропроизводительность дров?
Для организации эффективной системы автономного отопления дома необходимо максимальный объем тепловой энергии, полученной при сжигании древесины, направить на обогрев помещений и при этом минимизировать возможные потери.
Жаропроизводительность дров зависит от следующих факторов:
- калорийности (объем тепловой энергии, полученной при сгорании единицы топливного материала);
- естественного уровня влажности в древесине после усушки;
- объема и температуры подаваемой воздушной смеси в топливную камеру;
- породы древесины.
Совокупность всех перечисленных факторов напрямую влияет на эффективность процесса горения топлива. Хорошо высушенные дрова горят сильнее и дольше, чем перенасыщенные влагой. Недостаточный объем воздуха в топке превратит горение дров в тление, а значит, снизит количество производимого тепла. Некоторые породы древесины горят сильнее, другие – слабее, следовательно, и жаропроизводительность у них будет ниже.
Тепловые свойства древесины
Для заготовки дров в качестве топлива используются различные породы древесины, которые отличаются по структуре, плотности и химическому составу. Это оказывает существенное влияние на тепловые свойства древесины – теплоемкость, температуру горения и жаропроизводительность.
При температуре нагрева до 150 градусов древесина превращается в угольный осадок, подверженный самовоспламенению. Температурный режим в 350 градусов способствует термическому разложению топлива и образованию дыма светло-синего или бурого оттенка. Далее горячие дымовые газы продолжают загораться, превращаясь в открытые языки пламени. Этот этап сопровождается повышением температуры до 620 градусов и выше.
Таблица теплотворности древесины
Чем выше температура огня при сжигании древесины, тем лучше показатели теплотворности топлива.
Представляем таблицу сравнительных характеристик по плотности, температуре горения и теплоотдаче разных пород древесины.
| Древесина | Плотность, кг/куб. м | Теплотворность, кВт. ч/кг | Удельная теплота сжигания 1 куб. м, кВт | Максимальная температура горения, С° | Жаропроизводительность, % |
|---|---|---|---|---|---|
| Граб | 496 | 4,2 | 2150 | 1025 | 86 |
| Ясень | 482 | 4,2 | 2050 | 1045 | 88 |
| Бук | 482 | 4,2 | 2050 | 1042 | 88 |
| Дуб | 472 | 4,2 | 2050 | 910 | 76 |
| Береза | 452 | 4,2 | 1950 | 820 | 69 |
| Лиственница | 421 | 4,3 | 1850 | 867 | 73 |
| Сосна | 362 | 4,3 | 1650 | 625 | 53 |
| Ель | 332 | 4,3 | 1450 | 610 | 51 |
При сравнении теплотворности по плотности очевидно, что граб, бук и ясень при сгорании выделяют больше тепла, чем береза, сосна и ель с меньшим показателем плотности. К тому же они относятся к ценным породам, поэтому реже используются для заготовки топливного материала.
Теплотворность – важный параметр выбора подходящего топлива. Несмотря на экологическую безопасность, теплоотдача каменного и древесного угля в 2 раза выше, чем у сухих дров. Это значит, что уголь будет гореть дольше и сгенерирует больше тепловой энергии в единицу времени.
Параметры теплотворной способности указаны для дров, сжигание которых проводится в следующих условиях:
- минимальный уровень влаги в топливном материале;
- процесс горения проходит в закрытом топливнике;
- подача воздуха осуществляется дозированно.
Цвет пламени
Определить температуру горения древесины можно исходя из цвета пламени.
- огонь имеет темно-красный цвет – низкая температура пламени с недостаточным образованием жара;
- белый цвет пламени – высокая температура с усиленной тягой, которая может привести к тепловым потерям;
- оранжевый цвет пламени – оптимальная температура горения с максимальной теплоотдачей.
Какие факторы влияют на температуру горения дров?
Температура возгорания дерева зависит от пород деревьев, которые использовались для заготовки топлива. Ключевые факторы – сорт, влажность древесины и объем воздушной смеси, подаваемой в топливный отсек печи, камина или котла.
Уровень влажности
У свежих дров уровень влажности составляет от 42 до 66%, средний показатель – 54%. Температура горения такого топлива не будет высокой, поскольку производимое тепло расходуется на испарение излишней влаги. В результате это может привести к снижению теплоотдачи топливного материала.
Достичь максимальных температурных показателей при сжигании древесного топлива можно следующими способами:
- для обогрева дома, организации горячего водоснабжения и приготовления еды использовать двойной объем свежих дров, что повлечет за собой увеличение расходов на закупку топлива и обслуживание отопительной системы;
- свежесрубленное дерево правильно подготовить и просушить – провести распилку бревен на поленья и складировать под защитный навес для сушки на открытом воздухе. Оптимальная продолжительность сушки – 12 месяцев;
- выполнить оптовую закупку уже готового хорошо просушенного топлива.
Дозированная подача воздуха
Чтобы обеспечить полное сжигание топлива и достигнуть высокой температуры, в топливном отсеке должна быть организована подача воздуха в избыточном объеме.
Идеальное горение древесины можно описать следующей формулой:
C+2H2+2O2=CO2+2H2O+Q (тепло)
При подаче кислорода в топливную камеру дровяной печи в процессе сжигания топлива образуется водород и углерод (левая часть формулы), которые выделяют тепло, пар и углекислый газ (правая часть формулы).
Чтобы температура костра была максимальной, объем воздушной смеси, подаваемой в топливник, должен составлять 130% от объема, который необходим для горения дров.
Закрытие дымоотводных заслонок приводит к уменьшению объема поступающего воздуха и образованию угарного газа. В результате падает температура горения, снижается теплоотдача топлива.
Современные твердотопливные дровяные котлы дополнительно оснащаются теплоаккумуляторами. Они позволяют накапливать излишки тепловой энергии, которая генерируется в процессе сгорания топлива при высоком КПД и хорошей дымоходной тяге.
В некоторых случаях достаточно приобрести теплогенераторную установку с принудительной циркуляцией воздуха.
Конструкция дровяных печей не позволяет экономить топливо, поскольку весь объем тепловой энергии сразу расходуется на обогрев помещения или нагрев воды. Впрочем, увеличение тяги в печах можно обеспечить за счет повышения интенсивности сгорания дров, а также их теплотворности.
Также температура горения зависит от конструктивных особенностей отопительных приборов. Для изготовления котлов и печей используются износостойкие материалы с различным уровнем теплового расширения.
В габаритной каменке из кирпича дровяное топливо сгорает медленно и в полном объеме. Металлические устройства обеспечивают ускоренный процесс горения дров. Они отличаются незначительной зольностью и высокой теплоотдачей.
Как измерить температуру горения дров
Использовать бытовой термометр для измерения температуры горения дров просто невозможно. Да и определить на глаз, насколько жарким является огонь в топливной камере, сложно.
Лучшим устройством для домашних исследований является профессиональный пирометр, работающий по принципу бесконтактного измерения в диапазоне инфракрасного излучения.
Пирометр может направляться на отопительное оборудование с любого расстояния, но ограничен диаметром измеряемого объекта и прозрачностью окружающего воздуха.
Полученные значения измерений находятся в диапазоне от 750 до 1200 градусов.
Сжигание дров в отопительных устройствах – сложный и длительный процесс, результатом которого является выделение тепловой энергии. При этом эффективность самого процесса напрямую зависит от качества и тепловых свойств используемого топлива.
