Від чого залежить температура горіння дров – основні фактори

Незважаючи на те, що вогонь з давніх-давен є помічником людини, він зберігає безліч таємниць. Наприклад, температура горіння деревини коливається від 235 до 1050 градусів за Цельсієм. Щоб зрозуміти, чому різниця в цифрах така велика, необхідно знати, як влаштований весь процес, починаючи від розпалювання і закінчуючи загасанням. І зрозуміти, які фактори впливають на потужність вогню.

Характеристики та властивості полум’я

Полум’я є розжареним газовим середовищем і поширюється знизу вгору. Це пов’язано з тим, що тепле повітря стає менш щільним. Нагріваючись, він спрямовується вгору і несе з собою вогонь. Тому розпалювання багаття (печі) починається знизу. Тому що скалка, запалена на самому верху, не поширить вогонь вниз, і він згасне.

Полум’я поводиться зовсім по-іншому в невагомості. Через відсутність гравітації вона поширюється відразу на всі боки і тому має форму сфери. Причому світиться він яскраво-синім кольором, але тільки до тих пір, поки поруч є кисень. Як тільки останній догорає, вогонь переходить в «холодну» стадію, непомітну для ока. І триває вона кілька хвилин. А якщо до невидимого вогнища підвести кисень, то яскраве горіння відновлюється.

На землі висота полум’я буде залежати від того, наскільки висока температура полум’я дров’яного багаття. Це безпосередньо пов’язано з інтенсивністю горіння. Причому фази розтягнуті: від повільного тління до вибуху. Але чим більша сила вогню, тим швидше вогонь догорає.

Полум’я здатне змінювати свій колір, і на це також впливає потужність. У процесі горіння вогонь переходить з червоного спектра в фіолетовий і назад. Але палітра залежить і від домішок в паливі. Якщо кинути в палаюче вогнище звичайну кухонну сіль, полум’я стане жовтим. Винен натрій. А борна кислота обумовлює бірюзовий відтінок.

Тому, коли дрова горять яскраво-оранжевого кольору, це означає, що в них міститься багато солей натрію. А синій колір багаття виходить при неповному згорянні палива. При цьому виділяється чадний газ.

Але іноді трапляється так, що полум’я практично неможливо побачити. Безбарвність вогню виникає при повному згорянні палива. При ньому виділяється тільки водяна пара і вуглекислий газ. А ці речовини непомітні навіть при нагріванні.

Будь-яке горіння супроводжується димом, так як утворюється дрібнодисперсний аерозоль. Його частинки настільки дрібні, що не встигають осісти на землю і розносяться нагрітими повітряними масами. А кількість виділень залежить від кисню. При дуже високій його концентрації вогонь горить практично бездимно. А якщо вона ледве тліє, розносячи хмари смогу, то це говорить про її нестачу.

Колір розряду безпосередньо пов’язаний з вмістом води в паливі. Якщо покласти в розпалювання мокру деревину або свіжоскошену траву, з димоходу буде валити густий і білий дим. Але коли він забарвлений в чорний спектр, це говорить про велику кількість сажі в складі палива. Яскравий приклад – щільний чорний смог при горінні автомобільної шини.

Процес згоряння деревини

Для того щоб дізнатися, при якій температурі горить дерево, потрібно детально розглянути весь процес. Від закладання дров у вогнище до повного гасіння вогню в печі. Причому вся операція відбувається поетапно.

Для того щоб шматок дерева спалахнув, його необхідно нагріти. При температурі від 120 до 150 градусів за Цельсієм поверхня починає обвуглюватися. При цьому з’являється речовина, яка вже здатна до займання. Його називають кам’яним вугіллям.

Збільшення нагріву до 250-350 °С сприяє утворенню піролізу. Це газоподібні складові, які виникають при термічному розкладанні. При цьому верхні шари вугілля в деревині вже починають тліти. Процес відбувається без вогню, але з виділенням диму.

Розведення багаття

Піролізне запалювання

Збільшення термічного розкладання, що відбувається при подальшому нагріванні, призводить до того, що газ, що виділяється, починає займатися. При цьому вогнище охоплює все більшу площу у вигляді ланцюгової реакції. З’являється стійке полум’я, забарвлене в яскравий жовто-оранжевий колір.

Запалення

Деревина ж загоряється, коли нагрівання поверхні досягає температури 450-620 °C. Більш точні цифри будуть залежати від породи деревини. Але в цілому на термохімічну реакцію (займання) впливає набагато більша кількість факторів.

Досягнення необхідної температури залежить від:

• форма і об’ємна вага шматка дерева;
• кількість вологи в ньому;
• як розташовується колода в повітряному потоці;
• сила тяги останнього;
• щільність горючого матеріалу.

Вільху, яка має пористу структуру, набагато легше розпалити, ніж міцний дуб. А кругле поліно запалюється гірше, ніж дрова, які мають бровки. Те ж саме стосується і масивності матеріалу. Великі панчохи дуже складно розпалити. Також стругана текстура погано запалюється. А повільність процесу з мокрими дровами пояснюється тим, що на випаровування води витрачається багато енергії.

Згоряння

За умови достатнього надходження кисню і достатньої кількості теплової енергії для обігріву сусідніх ділянок процес переходить в стабільну фазу. У ньому вже задіяний весь обсяг палива, а пожежі сприяє горіння вугілля (тління) і вибухи піролізних викидів.

Інші гази виводяться повільніше і практично не беруть участі в процесі горіння. У міру охолодження вони ущільнюються і стають помітними (білими). А коли вугілля тліє, повітря все більше проникає в середину деревини і покриття горіння збільшується.

Затухання

Процес може тривати нескінченно довго, якщо дотримані всі наступні умови:

• Є ще незгоріле паливо.
• Кисень подається в достатній кількості.
• Температурний рівень вогню падає не критично.
• Як тільки хоча б одна з умов порушується, пожежу гасять.

Вимірювання температури горіння

Перевірити, до якої міри розгорівся вогонь, можна тільки за допомогою спеціального обладнання. Звичайні термометри тут не підійдуть. Найточніше температуру в печі можна виміряти за допомогою пірометра. Але умільці призвичаїлися користуватися навіть мультиметром.

А в давнину люди визначали потрібну температуру в багатті за кольором полум’я. Якщо були червоні переливи, то градуси все одно низькі. Білий спектр вказував на найвищу температуру, яка була створена штучною тягою. Але при цьому буквально вся теплова енергія виходила в димохід за дуже короткий час. А про те, що настав час ставити казан на плиту, свідчив жовтий колір вогню.

Сучасними дослідженнями встановлено, що максимальна температура твердого палива безпосередньо залежить від щільності матеріалу. Цей показник називається теплоємністю і сталь вимірюється в процентному співвідношенні кожної породи деревини.

Наступний список покаже, як максимальна температура залежить від теплоємності:

• Тополя: 39% – 468 °C.
• Вільха: 46% – 552 °C.
• Осика: 51% – 612 °C.
• Сосна: 52% – 624 °C.
• Липа: 55% – 660 °C.
• Акація: 59% – 708 °C.
• Ялиця: 63% – 756 °C.
• Береза: 68% – 816 °C.
• Дуб літній: 70% – 840 °C.
• Модрина: 72% – 865 °C.
• Зимовий дуб: 75% – 900 °C.
• Граб: 85% – 1020 °C.
• Ясен і бук: 87% – 1044 °C.
• Берёзовая поленница
• Березова стіс

Чим більше пір всередині деревини, тим яскравіше і вище полум’я у неї. Але при цьому він швидко згорає і не дає стільки тепла, скільки паливо високої щільності. І через це останній матеріал має підвищену теплоємність, хоча полум’я залишається невеликим.

Кухарі, які часто готують м’ясо на відкритому вогні, призвичаїлися перевіряти готовність вогню без посуду. Температуру горіння деревного вугілля в грилі можна перевірити вручну. Але це лише приблизні цифри. Для цього потрібно провести рукою по поверхні вугілля на відстані 10 см від них.

Кількість секунд, які витримає долоня, підкаже приблизну температуру:

• 5 означає, що температура в грилі менше 150 °C;
• 4 – 200 °C;
• 3 – показати, що вогнище прогрілося до 260 °С;
• 2 – вам скажуть, що це близько 290 °C;
• 1 означає, що гриль готовий до прийому м’яса і в ньому більше 350 °C.

Що може вплинути на температуру

Але щільність (порода) деревини – не єдиний момент, який визначає градуси, при яких деревина буде горіти. Давайте розглянемо два основні фактори, які істотно впливають на збільшення тепловиділення.

Вологість

Свіжозрубана деревина має середню вологість 55%. Якщо такий стовбур відразу розпиляти на дрова і відразу кинути в піч, то велика частина виділяється теплової енергії буде витрачатися на випаровування вологи. Тому тепловіддача такого палива значно занижена і температура горіння дров в печі досягне максимальних значень занадто пізно.

Якщо іншого палива немає в наявності, то на обігрів приміщення взимку доведеться витратити вдвічі більше таких дров. Але перевитрата свіжозрізаного палива – не єдина втрата в господарстві. Використання сировини збільшує виділення сажі при горінні. Це означає, що обслуговувати димохід доведеться частіше, а можливо, і на морозі. В іншому випадку вироблення тепла в печі буде зведена до мінімуму.

Опалювальні печі для будинку: різноманітність і особливості конструкцій, плюси і мінуси, правила вибору печей

Щоб не потрапити у фінансові витрати, терміново купуючи сухі дрова, необхідно заздалегідь підготувати паливо. При цьому слід пам’ятати, що колоті колоди повинні пролежати під навісом не менше одного року. Тільки в цьому випадку їх вологість знизиться до 20%.

Наступна таблиця дозволить порівняти теплотворну здатність дров з вологістю 50% і деревини, яка рік перебувала в купі під дахом.

Подача повітря

Знизити тепловіддачу дров можна, якщо обмежити подачу кисню до вогнища. Звичайно, температура горіння березових дров в печі значно знизиться. Це станеться, якщо відсунути дросельну заслінку, що відповідає за тягу. При цьому збільшується час горіння деревини і економиться паливо.

Так звикли робити багато власників пічних опалювальних будинків. Але зменшення тепловіддачі позначається на теплі в приміщенні. Потім заслінку відкривають до відмови, щоб терміново підвищити температуру горіння палива. А надлишок повітря є наслідком того, що буквально все тепло йде в димохід.

Тому при розпалюванні печі експериментальним шляхом знаходять положення заслінки, при якому кисень надходить в топку в належній кількості для забезпечення оптимального згоряння палива. Але проблема нестачі повітря або його надлишку не єдина. Якщо в зольник подається занадто холодне повітря, він забирає частину тепла.

Виходом може стати облаштування спеціального каналу, в якому кисень, що надходить в топку, буде нагріватися від стінок топки.

Короткий огляд

Підводячи підсумки, можна зрозуміти, що для досягнення максимальної тепловіддачі від обпалюваної деревини необхідно:

• Вибирайте деревину з найбільшою щільністю.
• Заздалегідь заготовте дрова, розпилявши стовбури і розпилявши поліна.
• Зменшіть вологість деревини, витримуючи її в штабелях під навісом не менше одного року.
• При горінні в печі забезпечте подачу кисню на вогонь в необхідній кількості, стежачи за тим, щоб не перевищити необхідний поріг.

Дотримання всіх зазначених умов стане гарантією того, що температура горіння деревини досягне максимального значення, але не загубиться в димоході. При розумному підході все тепловіддача залишиться в житловому приміщенні і обігріє його оптимально.