Температура возгорания дерева: воспламенение древесины при нагреве, таблица

Автор статьи

Редакция сайта СДВ

Без рубрики

Время чтения 13 минут

Просмотры
443

Опубликовано
08.09.2022

Обновлено
06.04.2023

Как человек освоил огонь?

Огонь был известен еще людям, жившим в каменном веке. Люди абсолютно не всегда могли собственными силами добывать огонь. Первое знакомство человека с процессом горения, согласно мнению ученых, случилось эмпирическим путем. Огонь, добытый из лесного пожара или отвоеванный у смежного племени, оберегался как очень дорогостоящее, что было у людей.

На протяжении какого-то времени человек заметил, что определенные материалы обладают наиболее располагающими к горению качествами. К примеру, сухие травка или мох могут воспламениться только от нескольких искр.

Гораздо позднее, в 1805 году, французский химик Жан Шансель изобрел первые спички. Открытие получило грандиозное распространение, и человек уже смело мог извлекать огонь если понадобится.

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.

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

Что такое процесс горения?

Горение – это процесс на рубеже физики и химии, заключающийся в преобразовании вещества в остаточный продукт. При этом в больших количествах выделяется тепловая энергия. Процесс горения, как правило, сопровождается излучением света, которое называют пламенем. Также в процессе горения выделяется углекислый газ – СО2, избыток которого в непроветриваемом помещении может привести к головной боли, удушью и даже смерти.

Для нормального протекания процесса необходимо выполнение ряда обязательных условий.

Во-первых, горение возможно только при наличии воздуха. В вакууме процесс возгорания невозможен.

Во-вторых, если область, в которой происходит горение, не нагрета до температуры воспламенения материала, то процесс горения прекратится. Например, пламя погаснет, если в только что растопленную печь сразу бросить большое полено, не дав ей прогреться на мелких дровах.

В-третьих, если субъекты горения сырые и выделяют пары жидкости, а скорость горения еще низкая, процесс также прекратится.

Тление

Тление — режим горения материалов и веществ с образованием после протекания процесса их пиролиза твёрдой карбонизированной фазы с догоранием в газовой среде продуктов её гетерогенного окисления. Материалы, склонные к тлению, обладают особенно высокой и специфической пожарной опасностью. Процесс их горения вначале имеет скрытый период, когда появившийся очаг обнаружить трудно, а иногда невозможно.

Однако по прошествию некоторого времени, при изменении обстановки, связанной с изменением концентрации кислорода, давления, размеров очага пожара, тление может перейти к пламенному режиму горения. Например, тление, начавшееся в основании бурта древесных опилок высотой 0,85 м, проникает на поверхность в виде пламенного горения в течение 10 дней.

Из практики пожаротушения известно, что материалы, склонные к тлению, крайне трудно поддаются тушению. Это связано с тем, что процесс тления может протекать при низкой (около 2% об.) концентрации кислорода в окружающей среде. Результаты проведённых научных исследований показали, что наиболее эффективными средствами для тушения тлеющих пожаров являются вода и специальные газовые огнетушащие составы.

При тушении очага тление объёмным способом наиболее эффективным является использование многокомпонентных составов с плотностью, близкой к плотности воздуха, имеющих более высокие показатели теплопроводности, теплоёмкости и диффузии. Предпочтительным является использование газовых составов, в которых присутствует гелий.

Самовозгорание

Самовозгорание – это самопроизвольное возникновение горения твердых горючих веществ и материалов в условиях аккумуляции энергии, выделяемой в результате экзотермической реакции их окисления. Как правило, самовозгорание происходит при скоплении указанных материалов в дисперсном состоянии. Оно может проявляться в виде тления и пламенного горения.

В зависимости от механизма, который запускает процесс самовозгорания, выделяют три его вида:

Тепловое

Тепловое самовозгорание возникает при нагревании вещества каким-либо внешним теплом до температуры, обеспечивающей его термическое разложение и дальнейший процесс спонтанного самонагревания за счет тепла экзотермических реакций в объеме. При этом большую роль играют реакции окисления продуктов термического разложения. Горение в глубине объема твердого дисперсного вещества протекает в форме тления, которое со временем и при доступе воздуха переходит в пламенное горение.

Разновидностью теплового самовозгорания является так называемое «очаговое самовозгорание». Понятие «очаговое самовозгорание» используется для случаев с предварительным прогревом массы материала до температур, существенно превышающих температуру окружающей среды. В производственных условиях вещество может подвергаться температурной обработке (например, сушке), после чего нагретый материал засыпается в бункер, либо формируется в кучу, штабель. На практике отмечаются случаи самовозгорания при превышении штабелем (насыпью) критических величин характеристического размера.

Химическое

Химическое самовозгорание возникает при контакте химически активных веществ, реагирующих с выделением большого количества тепла. В этом случае самовозгорание обычно начинается на поверхности материала, а затем распространяется вглубь. При перемешивании химических веществ самовозгорание может начаться в глубине объема. И, скорее всего, именно там и начнется, т.к. именно там имеются наилучшие условия для аккумуляции тепла, его накопления и постепенного развития реакции.

Если же окислителем является кислород воздуха, классификация вида самовозгорания может быть не такой однозначной. Тут надо учитывать интенсивность тепловыделения в зоне реакции, скорость развития процесса и т.д.

Микробиологическое

Микробиологическое самовозгорание характерно для органических дисперсных и волокнистых материалов, внутри массива которых возможна жизнедеятельность микроорганизмов. Первичное самонагревание массы материала происходит за счет тепла, выделяемого микроорганизмами.

Повышение температуры в объеме способствует ускорению экзотермических реакций окисления и возникает процесс самонагревания материала. На определенном этапе бактерии гибнут, а процесс продолжает развиваться уже по механизму теплового самовозгорания.

В зарубежной, американской в частности, литературе, процесс самовозгорания называют спонтанным горением или «спонтанной химической причиной». Указывается, что последний термин более точен, так как вещество, вместо того, чтобы зажигаться в какой то одной точке, или с какой то одной стороны, зажигается во всей своей массе примерно в такое же время, и тепло поступает не из какого-нибудь внешнего источника, а выделяется в результате химических процессов, происходящих внутри этого вещества.

Единственная движущая сила в данном случае – это экзотермическая реакция, при которой выделяется тепло и если это тепло не удаляется сразу, оно может поднять температуру топлива. Так как скорость реакции удваивается с каждым подъемом температуры на 10 °С, можно видеть, что реакция сама себя ускоряет, постоянно увеличивая скорость выделения тепла. При недостаточном выведении тепла, температура может подняться до точки зажигания всей реагирующей массы.

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.

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

Воспламенение

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

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

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.

Читайте также!

Кожухотрубчатый теплообменник: чертеж, расчет

Подробнее

Совсем по-другому ведёт себя пламя в невесомости. Ввиду отсутствия гравитации оно распространяется сразу во все стороны и потому имеет форму шара. Причём он светится ярким голубым цветом, но только до тех пор, пока рядом есть кислород. Как только последний выгорает, огонь переходит в «холодную» стадию, незаметную для глаза. Причём длится она несколько минут. А если к невидимому очагу подвести кислород, то яркое горение возобновляется.

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.

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.

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.

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.

Температура самовоспламенения древесины

Невысокая температура, до которой необходимо подогреть древесину, чтобы она загорелась, именуется температурой самовоспламенения.

Температура самовоспламенения древесины 250—300°. Это можно объяснить тем, что при нагреве из дерева выделяются огнеопасные горючие газы (летучие продукты), и также приличное количество кислорода.

Так, к примеру, температура самовоспламенения стружки из дерева намного меньше, чем деревянных брусков. Это можно объяснить тем, что поверхность 1 кг стружки больше, чем 1 кг брусков. А с большей деревянной поверхности выделяется при нагреве больше летучих веществ, способных к окислению и самовоспламенению.

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.

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

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.

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).

Горение древесины. Являясь материалом органического происхождения, дерево подвержено разрушительному воздействию высоких температур: при поступлении воздуха оно сгорает, образуя углекислый газ и водяные пары, при отсутствии кислорода дерево разрушается, превращаясь в древесный уголь и выделяя при этом горючие газы.

Поэтому чаще такие котлы используются в районах, где есть проблемы с подачей природного газа или же для загородного дома. В качестве преимущества твердотопливных котлов выступает также доступность и невысокая стоимость топлива. Недостаток большей части представителей котлов этого класса тоже очевиден – они не могут работать в полностью автоматическом режиме, так как требуют регулярной загрузки топлива.

Являясь материалом органического происхождения, дерево подвержено разрушительному воздействию высоких температур: при поступлении воздуха оно сгорает, образуя углекислый газ и водяные пары, при отсутствии кислорода дерево разрушается, превращаясь в древесный уголь и выделяя при этом горючие газы.

Читайте также!

Утепление стен изнутри минватой плюс гипсокартон

Подробнее

Воспламеняемость деревянных элементов и конструкции зависит от твердости древесины, ее влажности, характера обработки поверхности, расположения в помещении. Так, твердые породы дерева и гладкостроганые поверхности обладают меньшей степенью воспламеняемости; наличие “каминного эффекта” (тяги) и деревянной конструкции способствует быстрому развитию очага загорания.

При температуре 275° на открытом воздухе начинается горение древесины, т. е. соединение ее с кислородом воздуха, сопровождающееся светящимся пламенем. При этом в толстых кусках древесина из-за малой теплопроводности не прогревается; начавшееся горение переходит в тление и прекращается совсем. Поэтому практически точкой воспламенения древесины можно считать (для сосны) 300-330°.

Пиролиз древесины

При действии на древесину температуры выше 100° без доступа воздуха в ней начинают происходить химические изменения, характеризующиеся выделением газообразных и парообразных продуктов разложения древесины. Этот процесс носит название пиролиз древесины.

Чем отличается самовоспламенение от самовозгорания

Иногда эксперты путают самовозгорание с самовоспламенением. Например, тепловое самовозгорание с загоранием вещества (материала) при контакте с горячей поверхностью. Еще раз объясним, в чем принципиальное различие этих двух процессов. При тепловом самовозгорании предварительный нагрев является только толчком (исходным импульсом) к разогреву, а основной разогрев, приводящий, в конечном счете, к возникновению пламенного горения, идет в массе вещества непосредственно за счет его окисления кислородом воздуха и выделения при этом тепла.

Нагретая же поверхность, чтобы обеспечить самовоспламенение вещества, должна нагреть его «до конца», т.е. до критической температуры (температуры самовоспламенения), при которой произойдет резкая интенсификация процессов термического разложения вещества с возникновением пламенного горения. Чтобы осуществить первый процесс, вещество нужно прогреть до значительно меньших температур, чем чтобы осуществить второй.

Так, например, у сосновой древесины температура тления, которая инициирует самовозгорание древесных опилок, составляет по справочным данным 295 °С (а у пирофорной древесины может спускаться до 80 °С), в то время, как температура самовоспламенения составляет около 400 °С. Соответственно, первый процесс идет достаточно медленно (чтобы «добрать тепло» за счет гетерогенного окисления кислородом воздуха, нужно время), в то время, как до самовоспламенения процесс может дойти достаточно быстро, был бы источник тепла достаточно мощным.

Горение древесины

Процесс горения древесины – это изотермический процесс, который сопровождается выделением тепла. Чтобы дерево загорелось, в первую очередь его необходимо подогреть до температуры возгорания.

Подогрев древесины

Подогрев — это нагрев участка древесины от наружного теплового источника до температуры возгорания. Тепловым источником может послужить поднесенная спичка, находящийся по соседству горящий участок полена или щепки, либо что-что еще, способное согревать и подогревать до необходимой температуры. Когда температура прогреваемого участка достигнет 120-150°С — начинается очень медлительное и постепенное обугливание дерева, с образованием самовоспламеняющегося угля.

При достижении температуры 250-350°С, начинается активное термическое разложение древесины на составляющие. На деревянные поверхности рождается заметный обугливающийся слой, который начинает тлеть ( гореть без пламени). При этом из обуглившегося слоя начинает выделяться белый (бурый) дым. Самого процесса горения еще нет. Если остановить нагрев, то загорания не наступит.

Вспышка газогенераторных газов

При будущем разогреве и повышении температуры, термическое разложение древесины на газообразные составляющие будет усиливаться. Процесс термического разложения (пиролиз) пойдёт вглубь деревянной массы. Концентрация газогенераторных газов в зоне разогрева достигнет критичной метки и случится их загорание (вспышка). Вспышка состоится на границе с кромкой белого дыма и распространится на весь его объем. Появится светло-жёлтое пламя.

Температура зоны разогрева может резко увеличиться за счёт теплоты от сгорания газогенераторных газов. Температура вспыхивания горючих газогенераторных газов находится в границах 250-300°С. Это температура, при которой становится в теории допустимым процесс возгорания и горения самой древесины.

Воспламенение древесины

Если и дальше продолжать разогревать древесину, то наступит ее воспламенение. Это первая стадия горения, на протяжении которой энергия, подводимая к системе от внешнего источника, приводит к резкому ускорению термохимической реакции. Опыт говорит, что в природных условиях воспламенение древесины встречается при температуре от 450 до 620°С.

Замедляющим аргументом также считается очень высокая проводимость тепла влажной древесины; загоревшийся верхний слой ее скорее охлаждается. Круглые и тяжелые детали горят хуже, чем с прямоугольным профилем и с малым сечением, с острыми ребрами н относительно развитой поверхностью сбоку. Не струганная поверхность компонентов, аналогичная рыхлой древесине, загорается быстрее, чем гладкая.

Принципиально важным и обязательным требованием для возгорания и горения любого вещества считается достаточный приток кислорода и концентрация теплоты горения, которая не рассеивается, а идет на прогрев новых соседних участков топлива до температуры возгорания.

Горение древесины

Если упомянутое выше требование выполняется, то появившееся при вспышке пламя уже не тухнет, а охватывает всю обугленную часть древесины. Это значит, что древесина воспламенилась, и процесс возгорания перешел в процесс горения. Полено (щепка), если его извлечь из очага, будет гореть на воздухе собственными силами.

Со своей стороны, горение дерева состоит из 2-ух фаз — пламенной фазы и фазы тления.

В режиме тления преобладающим процессом считается горение твёрдых продуктов пиролиза (углей). При этом, газогенераторные газы выделяются неторопливо и не могут воспламениться из-за небольшой собственной концентрации. Газообразные продукты охлаждаются, конденсируются и дают богатый белый дым. При возгорании в режиме тления происходит движение воздуха в толщу горящей древесины

Две фазы горения неразделимо связаны и будут длиться до той поры, пока в зоне горения будут соблюдаться три условия: наличие топлива, наличие кислорода и концентрация нужной температуры.

Затухание древесины

Если одно из таких условий не выполняется, то пламя тухнет и общий процесс возгорания и горения, либо заканчивается, либо, точно повторяется изначально, в зависимости от постоянности наружного теплового источника.

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.

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.

Считается, что температура воспламенения летучих (газообразных продуктов пиролиза) составляет 270-300°С в том смысле, что при нагреве древесины до такой температуры можно добиться по крайней мере кратковременной вспышки газообразных продуктов пиролиза от внешнего источника зажигания. Температура самовоспламенения обугленного слоя (и фактически древесины, поскольку древесина при температурах самовоспламенения уже имеет обугленный слой), более информативна, поскольку определяет пожарную опасность древесины как конструкционного материала и лёгкость зажигания древесины как топлива.

Считается, что древесный уголь древесины разных пород самовоспламеняется на воздухе при 300-470°С, однако при очень длительном нагреве древесины в связи с возможностью образования ультрамелкой сажи на поверхности древесины (пирофорного угля) может наблюдаться самовоспламенение уже при 140°С. Так или иначе, финские специалисты полагают, что деревянные потолки в саунах в принципе способны самовоспламеняться при 140°С (при поддержании сухой сауны в квартире в разогретом виде, может быть, и годами).

Поэтому на электрокаменках рекомендуется устанавливать термовыключатели, срабатывающие при температурах потолка 140°С. Что касается пожарников, то они в нашей стране полагают, что температуры самовоспламенения древесины превышают 320°С, в связи с чем максимальная температура внешних поверхностей металлических печей по НПБ 252-98 установлена 320°С (в помещениях с временным пребыванием людей).

Думаю, что не загорится ввиду отсутсвия источника воспламенения и низкой температуры (ну не будет на батарее температура выше 80 градусов).

Принципиально горение ТГМ аналогично горению газов и жидкостей и представляет собой гомогенный, диффузионный процесс превращения горючих веществ в продукты горения с выделением тепла и света. В основе горения лежит окислительно-восстановительная реакция.

Возникновение горения ТГМ рассмотрим на примере древесины, являющейся одним из наиболее широко приме­няемых твердых горючих строительных материалов. Можно выделить следующие стадии воспламенения и горения дре­весины:

1) нагрев влажного вещества (температура древесины – до 50 0 С);

2) сушка древесины (удаление физически связанной во­ды) – температура до 120-150 0 С. Первые две стадии являются наиболее длительными и занимают порядка 55 % от общей продолжительности воспламенения. Необходимо добавить, что на этих стадиях ещё не происходит разрушения вещества;

3) удаление внутрикапиллярной и химически связанной воды – температура 150-180 0 С. На этой же стадии происходит разложение наименее стойких компонен­тов древесины (луминовых кислот). Выделяются в ос­новном негорючие газы и пары – СО 2 и Н 2 О, но име­ется сравнительно небольшое количество горючих га­зов и паров, например монооксида углерода СО.

4) Нагрев сухогоматериала и термическое разложение (пиролиз) древесины:

• начало пиролиза (температура 180-250 0 С). Древесина при этой температуре превращается преимуществен­но в уголь (60-70 %). Паров и газов выделяется, в це­лом, немного, большинство из них негорючие – диок­сид углерода СО 2 , пары воды Н 2 О, а также незначи­тельное количество оксида углерода СО, метана СН 4 и др. С ростом температуры количество горючих га­зов и паров увеличивается. К концу этой стадии ГПВС готова к воспламенению от источника зажигания. Так, температура воспламене­ния сосновой древесины 255 0 С, дубовой – 238 0 С. Отметим, что с измельчением вещества температура его воспламенения уменьшается (например, темпера­тура воспламенения сосновых опилок – 196 0 С) при отсутствии ИЗ воспламенение па­ров не произойдет, и лишь при дальнейшем нагрева­нии, при более высоких температурах (370-400 0 С), произойдет их самовоспламенение; интенсивное разложение древесины (температура 280-400 0 С). На этой стадии целлюлоза превращается в основном в газообразные горючие продукты и выделяется основное количество горючих газов – порядка 40 % от их общего количества. Поми­мо перечисленных газов, выделяются водород Н 2 , этилен С 2 Н 4 . Кроме них можно отметить пары спиртов, альдегидов, эфиров, кетонов и т. д. В це­лом, насчитывается более 350 наименований про­дуктов термического разложения и горения древеси­ны.

Подчеркнём тот факт, что при разложении древесины возможны два пути: а) при температурах 180-250 0 С она превращается, в основном, в уголь; б) при температурах 280-400 0 С выделяются преимущественно летучие продукты. Это имеет большое зна­чение при огнезащите древесины. Знание факторов, влияющих на скорость горения, позволяет ею управлять.

5) Прекращение выхода летучих соединений и начало горения уг­леродистого остатка – древесного угля (температура 500-600 0 С). Углеродистый остаток образуется на пре­дыдущих стадиях, однако его горению препятствует то, что кислород воздуха не проникает к нему, поскольку сгорает в зоне пламенных реакций. При температуре выше 500 0 С выход «летучих» прак­тически прекращается и кислород получает доступ к по­верхности углеродистого остатка (угля).

С этого момента происходит одновременное гетерогенное горение (тление) угля и гомогенное горение продуктов разложения, продол­жающих выходить через трещины из нижележащих слоев древесины. Толщина угля колеблется в пределах 2,5 см. Ко­гда все слои древесины превращаются в уголь, выход газооб­разных продуктов разложения прекращается, а продолжает­ся только горение угля.

Известно, что древесина как строительный материал обладает многочисленными достоинствами. Однако она яв­ляется горючей легковоспламеняемой. Чтобы снизить го­рючесть древесины используют многочисленные методы (средства) огнезащиты.

Температура горения древесины уже бегло упоминалась в нашей публикации о « «, и сегодня мы углубимся в этот вопрос.

Мы все привыкли верить, что горит само топливо. И хотя без него горение невозможно, но на самом деле воспламеняется газ, выделяемый топливом при горении. Правда для того, чтобы древесина стала выделять достаточное для воспламенения количество этого самого газа, ей необходима высокая температура. И эта температура отличается для разных пород древесины и для разных условий.

На скорость и количество выделяемого газа влияют структура, плотность, влажность и другие особенности, потому некоторые породы дерева быстро разгораются, дают много жара и света, в то время как другие очень трудно поджечь, а тепла от них исходит куда меньше, чем хотелось бы. Весьма важным это становится при , и, особенно, при выборе материалов для растопки. В таблице ниже приведена температура горения некоторых распространенных пород древесины.

Справедливости ради, стоит отметить, что градусы Цельсия, указанные в таблице, приведены для идеальных условий (закрытое пространство, сухость используемой древесины и контролируемая подача кислорода в оптимальных для горения объёмах), которые достигаются разве что в котлах, но никак не в костре, разведенном посреди поляны. Но, несмотря на это, в качестве ориентира, данные таблицы вполне пригодны.

Для растопки лучше использовать породы с низкой температурой горения, а в качестве основных дров — породы с высокой. В противном случае вы можете столкнуться с двумя типами проблем:

• Температура горения выбранной древесины выше, чем температура, генерируемая вашим . Из-за этого топливо просто не разгорится, либо потребует дополнительной обработки, подготовки и приготовлений.
• Температура горения выбранной древесины низкая, и в результате выделяется недостаточно тепла. По этой причине вам может потребоваться смена древесной породы по мере сжигания топлива, либо большего количества дров.

Из данных таблицы можно сделать вывод, что температура горения тополя делает его хорошей растопкой, т.к. активно гореть он начнет уже при 468 градусах Цельсия, в то время как, например, сосну придётся прогревать до 624 градусов. Если под рукой не окажется ничего кроме дуба, то для его воспламенения доведется хорошенько попотеть, чтобы поднять температуру горения до 840-900 градусов, и только тогда добавлять дубовые поленья.

Низкая температура горения делает тополь хорошей растопкой, но в роли основного топлива его лучше не использовать из-за его малой жаропроизводительности, обозначенной во второй колонке таблицы. На эту роль куда лучше подойдут сосна, береза, или тот же дуб. Эти породы производят больше газа, следовательно, больше света и тепла.

Запоминать значения всех колонок таблицы не вижу особого смысла, т.к. куда проще использовать её в качестве ориентира для построения собственного хит-парада древесных пород с учётом особенностей флоры вашего региона. Простая последовательность типа «сначала жжём породу X, потом переключаемся на породу Y» на три-четыре шага куда легче запоминается и используется в поле.

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:

• дуб;
• бук;
• 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:

Какова температура воспламенения дерева?

Сложно встретить такого человека, который не сталкивался в жизни с горением древесины. Многие люди хоть раз ходили в походы, которые не обходятся без разведения костра. Некоторые имеют опыт в растопке домовых и банных печей. Большинство хотя бы раз в жизни пробовало выжигать по дереву специальным прибором или увеличительным стеклом.

Но не многие люди задавались вопросом о том, при какой температуре воспламенение дерева становится возможным. Существует ли разница между температурой воспламенения разных пород деревьев? Читателю представляется прекрасная возможность углубиться в эти вопросы и получить много полезной информации.

При какой температуре происходит воспламенение древесины?

Пиролиз – процесс разложения древесины при высокой температуре на СО 2 и остатки горения – происходит в три фазы.

Начальная протекает при 160-260 градусах. В дереве начинают происходить необратимые изменения, заканчивающиеся возгоранием. Температура воспламенения древесины колеблется в районе 200-250 градусов.

Вторая фаза пиролиза – 270-430 градусов. Начинается разложение древесины под действием высокой температуры.

Третья фаза характерна для разведенного костра, растопленной печи. Температура воспламенения дерева по Цельсию в третьей фазе составляет 440-610 градусов. При таких условиях загорится дерево почти в любом состоянии и оставит после себя древесный уголь.

Температура горения и способствующие факторы

Температура, достигаемая на первой стадии самовозгорания, заметно превышает тот же показатель для беспламенного периода сгорания продуктов разложения. На начальной стадии тонкий слой угля образуется лишь на поверхности древесины, и он сначала не горит, несмотря на то, что находится в раскалённом состоянии.

Дело в том, что на этом этапе практически весь кислород расходуется на поддержание пламени и имеет ограниченный доступ к другим продуктам сгорания. Уголь начинает разлагаться только с того момента, когда полностью завершается этап пламенного горения.

Эффективному развитию горения в деревянных конструкциях способствует близкое расположение отдельных элементов, как правило, монтируемых параллельно и с небольшим зазором.

Наглядным примером такого расположения являются стропила и обрешётка кровель. Вследствие этого неизбежен их взаимный разогрев с одновременным усилением воздушной тяги в продольных направлениях.

Всё перечисленное заставляет строителей предпринимать специальные меры защиты древесных сооружений от воздействия открытых очагов огня.

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).

Процесс разогревания

Разогревание — это нагрев отдельного участка деревянного материала до температуры достаточной для воспламенения всей поверхности.

После этого процесс продолжится, когда образуется уголь. При нагреве до 250-350 градусов, выбранный материал начнёт разлагаться на составляющие. Далее начинается тление, но пламя еще не появляется. В этот момент можно наблюдать образование дыма. Когда температура продолжает повышаться, уровень пиролизных газов увеличивается — происходит вспышка. Дрова загорятся полностью.

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.

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.

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.

Воспламеняемость материалов

На воспламеняемость оказывает прямое влияние процент влаги, который содержится в выбранной породе. Важную роль играет мощность источника нагрева, а также сечение древесины и скорость потока воздуха.

Чтобы пламя разгорелось быстрее, использовать желательно легкую древесину, у которой большая пористость. Мокрое дерево будет загораться очень медленно, поскольку перед тем как образуется открытый огонь, она будет высушиваться.

Горение ещё зависит от формы дерева — желательно использовать прямоугольник, поскольку круг разгораться будет намного дольше. Для ускорения процесса необходимо подбирать материал с малым сечением и острыми ребрами. Важно проследить, чтобы на разгораемый участок подавалось необходимое количество кислорода.

Если печь — массивная, то дрова в ней сгорят практически полностью, но это процесс станет проходить очень долго. Нужно соблюдать большую осторожность при использовании. Несоблюдение мер безопасности может привести к возгоранию дровяной бани при высокой температуре горения печи.

Печка-буржуйка, изготавливаемая из стального листа, быстро остывает, при этом тепло распределяется по окружающему пространству, но сначала из зоны горения оно будет переходить на стенки, а уже после — в помещение.

Процесс горения

Наблюдая за функционированием печи, можно подумать о том, почему подаваемый воздух не оказывает влияние на цвет образовавшегося пламени. Кислород должен оказывать химическое воздействие и придавать сажи яркий цвет, который может стать даже белым. Но это явление можно легко объяснить, ведь размер частицы влияет также и на температуру. Чем она меньше, тем ниже получится температура.

От чего зависит эффективность горения?

Эффективность горения – показатель, который определяется тепловой энергией, которая не «улетает в трубу», а передается печи, нагревает ее. На этот показатель влияют несколько факторов.

Прежде всего это целостность печной конструкции. Щели, трещины, избыток золы, грязный дымоход и прочие неполадки делают горение неэффективным.

Второй важный фактор – плотность дерева. Самой высокой плотностью обладают дуб, ясень, груша, лиственница и береза. Наименьшей – ель, осина, сосна, липа. Чем выше плотность, тем дольше будет гореть кусок древесины, а следовательно, дольше выделять тепло.

Какие дрова горят лучше, а какие – хуже?

Лучше всего горят сухие дрова. Древесина, пропитанная влагой, тоже горит, но для вывода и испарения влаги требуется большая температура и некоторое время. Этот процесс обычно сопровождается характерным шипением. Не многие знают, что при горении «сырой» древесины выделяется уксусная кислота.

Этот факт крайне негативно сказывается на печном оборудовании и на общем КПД горения. Крайне рекомендуется пользоваться сухими дровами, а также закупать дрова весной, чтобы они успели просохнуть до наступления холодов.

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;
• ель;
• пихта;
• ясень;
• дуб;
• бук;
• берёза;
• клён;
• яблоня (приятный благовонный аромат).

У дров этих пород высокая теплоотдача и низкая дымовая эмиссия. К хорошим дровам можно отнести древесину:

Они дают удовлетворительную среднюю температуру, легко горят и не дают сильного дыма. Не рекомендуются дрова следующих пород:

Их древесина при сжигании даёт низкую температуру, быстро сгорает или плохо горит, у некоторых пород едкий дым.

Оптимальным выбором для сжигания в печи является древесина берёзы. Это довольно распространённое дерево. Цена дров из него небольшая, а температура горения берёзы достаточно высокая.

Жаропроизводительность древесины

Помимо значения теплотворности, то есть количества выделяемой тепловой энергии при сгорании топлива, есть еще понятие жаропроизводительности. Это та максимальная температура в печи на дровах, которой может достигать пламя в момент интенсивного горения древесины. Данный показатель также полностью зависит от характеристик древесины.

В частности, если дерево имеет рыхлую и пористую структуру, оно сгорает на довольно низких температурах, образуя светлое высокое пламя, и дает довольно мало тепла. А вот плотная древесина, хоть и гораздо хуже разгорается, даже при слабом и низком пламени дает высокую температуру и большое количество тепловой энергии.

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.

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.

Критерии выбора вида древесины в зависимости от предназначения

При выборе необходимого материала, следует знать несколько нюансов. К примеру, если использовать ясень или бук, то можно повысить температуру до больших показателей, но если применять их для бани или топки печи, то это очень дорого и нерентабельно – дрова быстро горят. По этой причине люди стали использовать иную древесину – березу. Сгорание березовых дров сопровождается получением 800 градусов.

Также часто применяется дуб и лиственница. Температура при горении их составляет от 840 до 900 градусов.

Температура горения материала составляет около 610-630 градусов. Но по этой причине придётся использовать примерно наполовину больше дров, чем при использовании березы или дуба.

Особенности хвойной породы:

1. Температура горения — низкая.
2. При помещении в огонь образовывается большое количество сажи и дыма.

Появление дыма и сажи происходит из-за большого количества смолы, содержащейся в древесине. Она оседает на стенках дымохода, а поэтому его необходимо периодически прочищать после использования. Поэтому хвойные породы не так популярны для топки – процесс очистки весьма трудоемкий. Такой материал используют только в крайнем случае, если нет другого варианта.

Также при разведении костра необходимо обращать внимание на влажность материалов, поскольку этот процент напрямую влияет на горение. Чем влажнее дрова, тем хуже будут они гореть. Но при этом также создается очень много дыма.

Самое сильное пламя вызывает ясень, смолистая лиственница, клен, сосна или дуб, срубленный в летний период.

Многие предпочитают сжигать сосну – это один из самых популярных вариантов

Немного меньше жара образовывает пихта, каштан и кедр.

Самой плохой теплоспособностью обладает тополь, ольха, осина.

Из всего этого можно сделать вывод, что лучше всего образуют тепло те дрова, которые наиболее увесистые и плотные.

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.

Это интересно: теплота сгорания каменного и древесного угля.

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.

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.

Измерение температуры горения

Проверить, до которого градуса разгорелся костёр, можно только специальной аппаратурой. Обычные термометры тут не подойдут. Точнее всего температура в печи может быть замерена с помощью пирометра. Но умельцы наловчились использовать даже мультиметр.

Требования по пожарной безопасности при обращении с огнем

Не следует забывать, что при обращении с огнем залогом успешных действий является соблюдение правил пожарной безопасности. Выполните несколько условий и обезопасьте себя и других от пожара.

1. Запрет на разведение костров в лесу в летний период введен не просто так. Летом шансы возгорания лесной подстилки и быстрого распространения пожара гораздо выше, нежели в другое время года.
2. При разведении костра на природе обязательно выкопать небольшое кострище, сняв лопатой верхний слой дерна. В дальнейшем дерн желательно вернуть на место.
3. В целях локализации огня рекомендуется обнести костер ограждением из камней или кирпича.
4. Всегда в зоне шаговой доступности должно быть средство пожаротушения: огнетушитель, песок или емкость с водой.
5. При тушении костра обязательно удостовериться в том, что все угли погасли, и костер не разгорится вновь. Для этого рекомендуется обильно залить очаг водой, присыпать сверху землей или заложить дерном.
6. Ни в коем случае нельзя оставлять детей наедине с источником огня. Это может привести к плачевным последствиям.
7. При пользовании печью или камином не следует хранить в непосредственной близости от топки легковоспламеняющиеся предметы, средства для розжига. Желательно выполнить напольное покрытие рядом с топкой из негорючего материала (стальной лист).
8. Необходимо поддерживать печь в исправном состоянии: своевременно заделывать все образовавшиеся щели, периодически выгребать золу.
9. Фундамент для печи необходимо выполнять из кирпича. Не рекомендуется использовать в этих целях деревянные подмостки. Это чревато обрушением всей конструкции.
10. Печную трубу на чердаке необходимо изолировать негорючим материалом, не хранить на чердаке легковоспламеняющиеся материалы.
11. Нельзя полностью закрывать заслонку печи, не удостоверившись, что процесс горения в топке прекратился. В противном случае возможно удушье от избытка углекислого газа.

Выводы

Из всего вышесказанного можно сделать следующие выводы:

1. Наиболее ходовыми дровами для костра, являются: сосна, берёза, ольха — благодаря массовости произрастания деревьев данных пород и повсеместном их распространении. Подходят как для готовки пищи, так и для обогрева.
2. К не особо качественным дровам, которые можно использовать, когда других вариантов нет — относятся осина, ива, тополь. Вполне сгодятся для получения кипятка или быстрой готовки.
3. В крайнем случае, когда деревьев нет — выручит засохшее высокое разнотравье или кизяк.
4. Самые непригодные дрова для костра — ель, пихта.