Свойства дров разных пород: показатели качества древесины. Дрова. Особенности горения дров разных пород древесины Альтернативные топочные материалы
Теплотворная способность древесинного вещества любой породы и любой плотности в абсолютно сухом состоянии определяется числом 4370 ккал/кг. Считается также, что степень трухлявости древесины практически не влияет на теплотворность.
Существуют понятия объемной теплотворности и массовой теплотворности. Объемная теплотворность дров - величина довольно нестабильная, зависящая от плотности древесины и, значит, от породы дерева. Ведь у каждой породы своя плотность, мало того, одна и та же порода из разных местностей могут различаться по плотности.
Определение теплотворности дров удобнее всего производить по массовой теплотворности в зависимости от влажности. Если известна влажность (W) образцов, то определить их теплотворную способность (Q) с определнной долей погрешности можно по простой формуле:
Q(ккал/кг) = 4370 – 50 * W
По влажности древесину можно условно разделить на три категории:
- комнатно-сухая древесина, влажность от 7% до 20%;
- воздушно-сухая древесина, влажность от 20% до 50%;
- сплавная древесина, влажность от 50% до 70%;
Таблица 1. Объемная теплотворная способность дров в зависимости от влажности.
| Порода | Теплотворная способность, ккал/дм 3 , при влажности, % | Теплотворная способность, квт·ч/м 3 , при влажности, % | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 12% | 25% | 50% | 12% | 25% | 50% | |
| Дуб | 3240 | 2527 | 1110 | 3758 | 2932 | 1287 |
| Лиственница | 2640 | 2059 | 904 | 3062 | 2389 | 1049 |
| Береза | 2600 | 2028 | 891 | 3016 | 2352 | 1033 |
| Кедр | 2280 | 1778 | 781 | 2645 | 2063 | 906 |
| Сосна | 2080 | 1622 | 712 | 2413 | 1882 | 826 |
| Осина | 1880 | 1466 | 644 | 2181 | 1701 | 747 |
| Ель | 1800 | 1404 | 617 | 2088 | 1629 | 715 |
| Пихта | 1640 | 1279 | 562 | 1902 | 1484 | 652 |
| Тополь | 1600 | 1248 | 548 | 1856 | 1448 | 636 |
Таблица 2. Расчетная массовая теплотворность дров в зависимости от влажности.
| Степень влажности, % | Теплотворная способность, ккал/кг | Теплотворная способность, квт·ч/кг |
|---|---|---|
| 7 | 4020 | 4.6632 |
| 8 | 3970 | 4.6052 |
| 9 | 3920 | 4.5472 |
| 10 | 3870 | 4.4892 |
| 11 | 3820 | 4.4312 |
| 12 | 3770 | 4.3732 |
| 13 | 3720 | 4.3152 |
| 14 | 3670 | 4.2572 |
| 15 | 3620 | 4.1992 |
| 16 | 3570 | 4.1412 |
| 17 | 3520 | 4.0832 |
| 18 | 3470 | 4.0252 |
| 19 | 3420 | 3.9672 |
| 20 | 3370 | 3.9092 |
| 21 | 3320 | 3.8512 |
| 22 | 3270 | 3.7932 |
| 23 | 3220 | 3.7352 |
| 24 | 3170 | 3.6772 |
| 25 | 3120 | 3.6192 |
| 26 | 3070 | 3.5612 |
| 27 | 3020 | 3.5032 |
| 28 | 2970 | 3.4452 |
| 29 | 2920 | 3.3872 |
| 30 | 2870 | 3.3292 |
| 31 | 2820 | 3.2712 |
| 32 | 2770 | 3.2132 |
| 33 | 2720 | 3.1552 |
| 34 | 2670 | 3.0972 |
| 35 | 2620 | 3.0392 |
| 36 | 2570 | 2.9812 |
| 37 | 2520 | 2.9232 |
| 38 | 2470 | 2.8652 |
| 39 | 2420 | 2.8072 |
| 40 | 2370 | 2.7492 |
| 41 | 2320 | 2.6912 |
| 42 | 2270 | 2.6332 |
| 43 | 2220 | 2.5752 |
| 44 | 2170 | 2.5172 |
| 45 | 2120 | 2.4592 |
| 46 | 2070 | 2.4012 |
| 47 | 2020 | 2.3432 |
| 48 | 1970 | 2.2852 |
| 49 | 1920 | 2.2272 |
| 50 | 1870 | 2.1692 |
| 51 | 1820 | 2.1112 |
| 52 | 1770 | 2.0532 |
| 53 | 1720 | 1.9952 |
| 54 | 1670 | 1.9372 |
| 55 | 1620 | 1.8792 |
| 56 | 1570 | 1.8212 |
| 57 | 1520 | 1.7632 |
| 58 | 1470 | 1.7052 |
| 59 | 1420 | 1.6472 |
| 60 | 1370 | 1.5892 |
| 61 | 1320 | 1.5312 |
| 62 | 1270 | 1.4732 |
| 63 | 1220 | 1.4152 |
| 64 | 1170 | 1.3572 |
| 65 | 1120 | 1.2992 |
| 66 | 1070 | 1.2412 |
| 67 | 1020 | 1.1832 |
| 68 | 970 | 1.1252 |
| 69 | 920 | 1.0672 |
| 70 | 870 | 1.0092 |
Дрова - куски дерева, которые предназначены для сжигания в печах, каминах, топках или кострах для получения тепла, жара и света.
Каминные дрова в основном заготавливаются и поставляются в пиленном и колотом виде. Содержание влаги должно быть как можно меньшим. Длина поленьев в основном 25 и 33 см. Такие дрова продают в насыпных складометрах или фасуют, и продают по весу.
Для отопительных целей применяются различные дрова. Приоритетной характеристикой, по которой выбирают те или иные дрова для каминов и печей, является их теплотворная способность, длительность горения и комфорт при использовании (картина пламени, запах). Для отопительных целей желательно, чтобы тепловыделение происходило медленнее, но более продолжительное время. Для отопительных целей лучше всего подходят все дрова из лиственных пород.
Для топки печей и каминов используют преимущественно дрова таких пород, как дуб, ясень, берёза, лещина, тис, боярышник.
Особенности горения дров разных пород древесины:
Дрова из бука, березы, ясеня, лещины трудно растапливать, но они могут гореть сырыми, потому что имеют небольшую влажность, причем дрова из всех этих пород деревьев, кроме бука, легко раскалываются;
Ольха и осина сгорают без образования сажи, более того - они выжигают ее из дымохода;
Березовые дрова хороши для тепла, но при недостатке воздуха в топке, горят дымно и образуют деготь (березовую смолу), который оседает на стенках трубы;
Пни и корни дают замысловатый рисунок огня;
Ветки можжевельника, вишни и яблони дают приятный аромат;
Сосновые дрова горят жарче еловых из-за большего содержания смолы. При горении смоленых дров, резком повышении температуры с треском лопаются маленькие полости в древесине, в которых скапливается смола, и во все стороны разлетаются искры;
Лучшей теплоотдачей обладают дубовые дрова, единственный их недостаток - они плохо раскалываются, так же как и дрова из граба;
Дрова из груши и яблони легко раскалываются и хорошо горят, издавая приятный запах;
Дрова из пород средней твердости, как правило, легко колоть;
Долго тлеющие угли дают дрова из кедра;
Дрова из вишни и вяза при горении дымят;
Дрова из платана легко растапливаются, но тяжело колются;
Меньше подходят для топки дрова хвойных пород, потому что они способствуют образованию смолистых отложений в трубе и имеют низкую теплотворную способность. Сосновые и еловые дрова легко колоть и растапливать, но они дымят и искрят;
К породам деревьев с мягкой древесиной относят также тополь, ольху, осину, липу. Дрова этих пород хорошо горят, дрова из тополя сильно искрят и очень быстро прогорают;
Бук - дрова этой породы считают классическими каминными дровами, так как у бука красивая картина пламени и хорошее развитие жара при почти полном отсутствии искр. Ко всему перечисленному следует добавить - буковые дрова имеют очень высокий показатель теплотворной способности. Запах горящих буковых дров тоже оценён высоко - поэтому и для копчения продуктов в основном применяются буковые дрова. Дрова из бука универсальны в применении. Исходя из перечисленного, стоимость буковых дров высокая.
Необходимо учитывать тот факт, что показатель теплотворной способности дров разных пород древесины сильно колеблется. В результате чего получаем колебания плотности древесины и колебания в пересчётных коэффициентах кубометр => складометр.
Ниже приведена таблица со средними значениями теплотворной способности на один складометр дров.
| Дрова (естественная сушка) | Теплотворная способность кВт.ч/кг | Теплотворная способность мега Джоуль/кг | Теплотворная способность Мвтч./ складометр |
Объёмная плотность в кг/дм³ |
Плотность кг/ складометр |
| Грабовые дрова | 4,2 | 15 | 2,1 | 0,72 | 495 |
| Буковые дрова | 4,2 | 15 | 2,0 | 0,69 | 480 |
| Ясеневые дрова | 4,2 | 15 | 2,0 | 0,69 | 480 |
| Дубовые дрова | 4,2 | 15 | 2,0 | 0,67 | 470 |
| Берёзовые дрова | 4,2 | 15 | 1,9 | 0,65 | 450 |
| Дрова из лиственницы | 4,3 | 15,5 | 1,8 | 0,59 | 420 |
| Сосновые дрова | 4,3 | 15,5 | 1,6 | 0,52 | 360 |
| Еловые дрова | 4,3 | 15,5 | 1,4 | 0,47 | 330 |
1 складометр сухой древесины лиственных деревьев заменяет около 200 до 210 литров жидкого топлива или 200 до 210 м³ природного газа.
Советы по выбору древесины для костра.
Костра не будет без дров. Как я уже говорил, что бы костер горел долго, для этого нужно готовиться. Готовить дрова. Чем больше, тем лучше. Переусердствовать не нужно, но небольшой запас на всякий случай иметь нужно. Проведя две, три ночи в лесу, вы наверняка сможете уже более точно определить необходимый запас дров на ночь. Конечно, можно математически вычислить, какой объем дров необходим для поддержания огня на определенное количество часов. Перевести сучки той или иной толщины в кубические метры. Но на практике такой расчет будет работать не всегда. Очень много факторов, которые не возможно просчитать, а если попытаться, то разброс будет достаточно велик. Только личная практика, дает более точные результаты.
Сильный ветер увеличивает скорость горения в 2-3 раза. Влажная, тихая погода, наоборот, замедляет горение. Костер может гореть и и во время дождя, только для этого необходимо его постоянно поддерживать. Во время дождя не надо класть в костер толстые поленья, они дольше разгораются и дождь может их просто затушить. Не забывайте, более тонкие ветки разгораются быстро, но и быстро прогорают. Их нужно использовать для разжигания более толстых веток.
Прежде чем рассказать о некоторых породных свойствах древесины во время горения, хочу еще раз напомнить, что если вас не заставляет нужда ночевать в непосредственной близости у костра, старайтесь жечь костер не ближе 1-1,5 метров от края вашей лежанки.
Чаще всего нам встречаются следующие породы деревьев: ель, сосна, пихта, лиственница, береза, осина, ольха, дуб, черемуха, ива. Итак, по порядку.
Ель,
как все смолистые породы деревьев горит жарко, быстро. Если древесина сухая, огонь распространяется по поверхности достаточно быстро. Если у вас нет возможности каким-нибудь образом разделить ствол небольшого дерева на относительно не большие равные части, и вы используете для костра все дерево целиком, будте очень осторожны. Огонь, по дереву может перейти за границу кострища и наделать много неприятностей. В таком случае, очистите достаточно места под кострище, чтобы огонь не смог распространиться дальше. Ель имеет свойство «стрелять». Во время горения, смола, которая находится в древесине, под воздействием высоких температур начинает кипеть, и не находя выхода, взрывается. Кусочек горящего дерева, который находится наверху, летит прочь от костра. Наверное многие, кто жег костер, замечали такое явление. Чтобы уберечься от таких сюрпризов, достаточно класть поленья торцом к вам. Угли обычно летят перпендикулярно стволу.
Сосна. Горит жарче и быстрее ели. Легко ломается, если дерево толщиной не более 5-10 см в диаметре. «Стреляет». Тонкие сухие ветки хорошо подходят как дрова второго и третьего плана для разжигания костра.
Пихта . Главной отличительной особенностью является, то, что она практически не «стреляет». Стволы сухостоя диаметром 20-30 см очень хорошо подходят для «нодьи», костра на всю ночь. Горит жарко, равномерно. Скорость горения между елью и сосной.
Лиственница. Это дерево, в отличии от других деревьев смолистых пород, на зиму сбрасывает хвою. Древесина более плотная и крепкая. Горит долго, дольше ели, равномерно. Дает много жару. Если вы нашли на берегу реки кусок сухой лиственницы, есть вероятность того, что прежде чем этот кусок попал на берег, он пролежал в воде какоето время. Такое дерево будет гореть гораздо дольше обычного, из леса. Дерево, находясь в воде, без доступа кислорода, становится плотнее и крепче. Конечно все зависит от срока нахождения в воде. Пролежав там несколько десятков лет, оно превратиться в труху.
Свойства древесины для топки
Пригодную для топки древесину разделяют на следующие основные категории:
Хвойные породы древесины |
Лиственные породы древесины
Мягкие породы |
Лиственные породы древесины Твердые породы |
| Сосна, ель, туя и другие | Липа, осина, тополь и другие | Дуб, береза, граб и другие |
| Отличаются высоким содержанием смолы, которая не сгорает полностью и
засоряет своими остатками дымоход и внутренние части топки. При
использовании такого топлива неизбежно образование копоти на стекле
камина, если оно есть. Для данного вида топлива характерна более
продолжительная сушка дров.
|
Из-за невысокой плотности дрова из таких пород быстро сгорают, не образуют углей, обладают низкой удельной теплотворной способностью | Дрова из таких пород древесины обеспечивают стабильную рабочую температуру в топке и высокую удельную теплотворную способность |
Большое значение при выборе топлива для камина или печи играет влажность древесины. Именно от влажности в большей мере зависит теплотворная способность дров. Принято считать, что наилучшим образом для топки пригодны дрова с содержанием влаги не более 25%. Показатели теплотворной способности (количество теплоты, выделившееся при полном сгорании 1 кг дров в зависимости от влажности) указаны в нижеприведенной таблице:
Дрова для топки необходимо тщательно и заранее приготавливать. Хорошие дрова должны сохнуть не меньше года. Минимальное время сушки зависит от месяца укладки поленницы (в днях):
Еще одним важным показателем, который характеризует качество дров для топки камина или печи, является плотность или твердость древесины. Наибольшей теплоотдачей обладает древесина твердых лиственных пород, наименьшей - древесина мягких пород. Показатели плотности древесины при влажности 12% указаны в нижеприведенной таблице:
Удельная теплотворная способность древесины различных пород.
Теплотворная способность дров зависит от породы деревьев и их влажности
Дровами мы называем кусочки древесины, используемые в реакциях быстрого окисления кислородом воздуха для получения света и тепла. Огонь разжигаем просто на земле, выехав на пикник. Или в специальных устройствах – мангалах, очагах, котлах, печах, такырах или других.
Дрова бывают разнообразные, количество тепла, полученного от их сжигания, разделенное на массу (объём), называется удельная теплота сгорания печного топлива. Теплотворная способность дров зависит от породы деревьев и их влажности. К тому же полнота сгорания и коэффициент использования энергии горения зависит и от других факторов. Разные печи, сила тяги, устройство дымохода – всё влияет на результат.
Сущность физического параметра
Энергия измеряется в «джоулях» – количеству работы по перемещению на 1 метр при приложении силы в 1 ньютон в направлении приложения. Или в «калориях» – количестве тепла, нужном для нагрева 1 г воды на 1 ˚С при давлении в 760 мм ртутного столба. Международная калория соответствует 4,1868 Джоуля.
Удельная теплоемкость топлива – количество тепла, получаемого при полном сгорании, разделенное на массу или объем топлива.
Величина непостоянная, так как дрова могут сильно различаться, соответственно, варьирует и этот параметр. В лаборатории удельная теплота измеряется сжиганием в специальных устройствах. Результат верен для конкретного образца, но только для него.
Полная удельная теплота печного топлива измеряется с одновременным охлаждением продуктов горения и конденсацией испаренной воды – чтобы учесть ВСЁ количество полученной энергии.
На практике чаще пользуются рабочая, а не удельная теплота сгорания, без учета всей полученной энергии.
Сущность процесса горения
Если нагревать древесину, то при 120–150 ˚С она становится темного цвета. Это медленное обугливание, превращение в древесный уголь. Доведя температуру до 350–350 ˚С, увидим термическое разложение, почернение с выделением белого или бурого дыма. Нагревая дальше, выделяемые пиролизные газы (СО и летучие углеводороды) загорятся, превратившись в языки пламени. Прогорев какое-то время, количество летучих веществ снизится, и угольки будут продолжать гореть, но уже без пламени. На практике для поджигания и поддержания горения древесина должно разогреться до 450–650 ˚С.
Процесс горения дров
В дальнейшем температура горения печного топлива в топке составляет от приблизительно 500 ˚С (тополь) до 1000 и выше (ясень, бук). Эта величина сильно зависит от тяги, конструкции печи и многих других факторов.
Зависимость от влажности
Чем выше влажность, тем хуже горение, ниже КПД печи, сложнее зажечь и поддержать огонь. И меньше теплотворная способность дров.
Показатели теплотворной способности (количество теплоты, выделившееся при полном сгорании 1 кг дров в зависимости от влажности)
Снижается и удельная теплота печного топлива, и коэффициент её использования. Причины следующие.
- Вода в составе снижает количество топлива как такового: при влажности 50% в дровах воды – половина. И гореть она не будет…
- Часть энергии печного топлива потратится на нагрев и испарение влаги.
- Мокрая древесина лучше проводит тепло, что мешает прогреть поджигаемую часть полена до температуры возгорания.
Свежесрубленная древесина разнится по влажности в зависимости от времени рубки, породы дерева, места произрастания, но в среднем воды в ней около 50%.
Поэтому её и складывают в поленницы под навесом. За время хранения часть влаги испарится. При снижении влажности с 50 до 20% увеличивается удельная теплота сгорания печного топлива приблизительно вдвое.
Зависимость от плотности
Как ни странно, но состав деревьев разных пород похож: 35–46% целлюлозы, 20–28% лигнина + эфиры, смолы, другие вещества. А разница в теплоте сгорания печного топлива обусловлена пористостью, то есть тем, сколько места занимают пустоты. Соответственно, чем плотнее дерево, тем больше теплотворность дров из него. Качественные топливные пеллеты, получаемые просушкой и прессованием древесных отходов имеют плотность 1,1 кг/дм 3 , то есть выше плотности воды. В которой тонут.
Хозяйственные особенности различных дров
Имеет значение форма: чем мельче поленья, тем легче загораются и быстрее сгорают. Понятно, длина зависит и от конструкции: в печи или камине слишком длинные нельзя расположить, концы выпирают наружу. Слишком короткие – лишний труд при распиле или рубке. Температура горения дров зависит от размера влажности, породы дерева, количества подведенного воздуха. Ниже всего температура при сгорании дров из тополя, выше при горении твердых пород: ясеня, горного клена, дуба.
О значении влажности писалось выше. От нее и сильно зависят не только теплоотдача топлива в печи, но и трудозатраты на раскол или распиливание. Легче колется и пилится влажная, свежесрубленная древесина. Впрочем, слишком влажная вязкая, от этого колется плохо. Комлевая часть плотнее, а выкорчеванные пни, участки возле сучков обладают повышенной крепостью. Там слои дерева переплетаются, от этого намного прочнее. Дуб хорошо раскалывается в продольном направлении, что издревле используют бондари. Получение гонты, дранки, колка дров имеет свои секреты.
Ель – «стреляющая» порода, оттого нежелательная для использования в каминах или кострах. При нагреве внутренние «пузыри» со смолой вскипают и отбрасывают горящие частицы довольно далеко, что опасно: легко прожечь одежду возле костра. Или может привести к возгоранию возле камина. В закрытой топке печи это неважно. Береза даёт жаркое пламя, это отличные дрова. Но при плохой тяге у неё образуется много смолистых веществ (раньше делали берёзовый деготь), много откладывается сажи. Ольха и осина, напротив, дает мало сажи. Именно из осины, в основном, делают спички.
На практике удобно свежесрубленные дрова сразу распилить и расколоть. Потом сложить под навесами, делая поленницы так, чтобы воздух проходил, просушивая топливо и увеличивая теплоотдачу. Колка дров – трудоемкое занятие, поэтому покупая, обращайте на это внимание. А еще на то, сложенные или насыпью дрова вам привезут.
Во втором случае печное топливо размещается в кузове «рыхлее», и клиент платит частично за воздух. К тому же используемое для обогрева жидкое или газообразное топливо имеет плюс: легко автоматизировать подачу. Дрова требуют много ручной работы. Это всё стоит учитывать при выборе печи или котла для жилища.
Видео: Как выбрать дрова для топки
По рассматриваемым вопросам буду писать здесь резюме, а дальше что-то вроде параграфов из которых следуют эти резюме.
1. Удельная теплотворная способность любой древесины 18 - 0,1465W, МДж/кг=4306-35W ккал/кг
, W-влажность.
2. Объемная теплотворная способность березы (10-40%)
2,6кВт*ч/л
3. Объемная теплотворная способность сосны (10-40%) 2,1кВт*ч/л
4. Просушить до 40% и ниже не так и сложно. Для кругляка даже необходимо, если планируется колка.
5. Зола не горит. Сажа и древесный уголь близки к каменному углю
6. При сгорании сухой древесины выделяется от 567 грамм воды на килограмм дров.
7. Теоретический минимум подачи воздуха для горения - 5,2м3/кг_сухих_дров Нормальная подача воздуха при том около 3м3/л_сосны и 3_5 м3/л_березы.
8. В дымоходе температура внутренних стенок которого выше 75град конденсат не образуется (при дровах до 70% влажности).
9. КПД ТТ котла/топки без теплоутилизации не может превышать 91% при температуре дымовых газов 200град.
10. Теплоутилизатор тепла дымового газа с конденсацией пара в пределе может возвращать до 30% и более от теплоты сгорания дров, в зависимости от их исходной влажности.
11. Различие между полученным здесь выражением для удельной теплотворной способности дров и литературной зависимостью обусловлено в первую очередь использованием различных определений влажности
12. Объемная теплотворная способность трухлявых дров с сухой плотностью 0,3 кг/л составляет 1,45кВт*ч/л в широком диапазоне влажностей.
13. Для определения объемной теплотворной способности различного рода дров достаточно измерить плотность воздухосухих дров данного вида, помножить на 4 и получить теплотворную способность в кВт*ч
литра данных дров практически вне зависимости от влажности. Назову правилом четверки
Содержание
1. Общие положения.
2. Теплотворная способность абсолютно сухой древесины.
3. Теплотворная способность влажной древесины.
3.1. Теоретический расчет теплоты испарения воды из древесины.
3.2. Расчет теплоты испарения воды из древесины
4. Зависимость плотности древесины от влажности
5. Объемная теплотворная способность.
6. Об влажности дров.
7. Дым, древесный уголь, сажа и зола
8. Сколько паров воды образуется при сгорании древесины
9.Скрытое тепло.
10. Количество воздуха необходимое для сжигания дров
10.1. Количество дымового газа
11. Теплота дымового газа
12. О КПД топки
13. Суммарный потенциал теплоутилизации
14. Еще раз об зависимости теплотворной способности дров от влажности
15. О теплотворной способности трухлявых дров
16. Об объемной теплотворной способности любых дров.
Пока закончил. Буду рад дополнениям и конструктивным замечаниям/предложениям.
1. Общие положения.
Сразу оговорюсь, что выяснилось, что под влажностью древесины понимаю два разных понятия. Я далее буду оперировать только той влажностью, о которой говорят для пиломатериалов. Т.е. масса воды в дереве поделенная на массу сухого остатка, а не масса воды поделенная на полную массу.
Т.е. влажность 100% означает, что в тонне дров 500кг воды и 500кг абсолютно сухих дров
Концепт первый. Говорить об теплотворной способности дров в килограмах конечно можно, но неудобно, так как влажность дров сильно различается и соответственно удельная теплотворная способность тоже. При все при этом дрова мы покупаем кубометрами, а не тоннами.
Уголь покупаем тоннами, поэтому для него теплотворная способность в первую очередь интересна на кг.
Газ покупаем кубометрами, поэтому теплотворная способгность газа интересна именно на кубометр.
Уголь имеет теплотворную способность около 25МДж/кг, а газ примерно 40мДж/м3. Про дрова пишут от 10 до 20 МДж/кг. Разбираемся. Ниже увидим, что объемная теплотворная способность, в отличие от массоой для дров не столь сильно и меняется.
2. Теплотворная способность абсолютно сухой древесины.
Для начала определим теплотворную способность полностью сухих дров (0%) просто по поэлементному составу древисины.
Отсюда, считаю что проценты даны массовые.
1000 г абсолютно сухих дров содержат:
495г С
442г O
63г H
Наши итоговые реакции. Промежуточные опускаем (их тепловые эффекты в той или иной степени сидят в итоговой реакции):
С+O2->CO2+94 ккал / моль~400 кДж/моль
H2+0,5O2->H2O+240 кДж/моль
Теперь определим добавочный кислород - который и даст тепло сгорания.
495г С ->41,3 моль
442г O2->13,8 моль
63г H2->31,5 моль
Для сгорания углерода надо 41,3 моль кислорода и для сгорания водорода 15,8 моль кислорода.
Рассмотрим два предельных варианта. В первом весь имеющийся в дровах кислород связался с углеродом, во втором с водородом
Считаем:
1-й вариант
Получаемое тепло (41,3-13,8)*400+31,5*240=11000+7560=18,6МДж/кг
2-й вариант
Получаемое тепло 41,3*400+(31,5-13,8*2)*240=16520+936=17,5МДж/кг
Истина, вместе со всей химией где-то посередине.
Количество выделяемых углекислоты и паров воды при полном сгорании одинаково в обоих случаях.
Т.е. теплотворная способность любых абсолютно сухих дров (хоть осина, хоть дуб) 18+-0,5МДж/кг~5,0+-0,1кВт*ч/кг
3. Теплотворная способность влажной древесины.
Теперь ищем данные для теплотворной способности в зависимости от влажности.
Для расчета удельной теплотворной способности в зависимости от влажности предлагается использовать формулу Q=A-50W, где A изменяется от 4600 до 3870 http://tehnopost.kiev.ua/ru/drova/13-teplotvornost-drevesiny-drova.html
или взять 4400 в соответствии с ГОСТ 3000-45 http://www.pechkaru.ru/Svojstva drevesin.html
Разберемся. полученные нами для сухих дров 18МДж/кг=4306ккал/кг.
а 50W соответствует 20,9 кДж/г воды. Теплота испарения воды 2,3кДж/г. И тут нестыковка. Стало быть в широком диапазоне параметров влажности формула возможно неприменима. При малых влажностях из-за неопределенного A, при больших (больше 20-30%) из-за неверных 50.
В данных по непосредственно теплотворной способности противоречия от источника к источнику и есть неясность что же понимается под влажностью. Ссылки приводить не буду. Поэтому просто посчитаем теплоту испарения воды в зависимости от влажности.
3.1. Теоретический расчет теплоты испарения воды из древесины.
Для этого воспользуемся зависимостями
ограничимся 20град.
отсюда
3% -> 5%(отн)
4% -> 10%(отн)
6% -> 24%(отн)
9% -> 44%(отн)
12% -> 63%(отн)
15% -> 73%(отн)
20% -> 85%(отн)
28% -> 97%(отн)
Как из этого получить теплоту испарения? а довольно просто.
mu(пара)=mu0+RT*ln(pi)
Соответственно разница химпотенциалов пара над деревом и водой определяется как delta(mu)=RT*ln(pi/pнас). pi - парциальное давление пара над деревом, pнас - парциальное давление насыщенных паров. Их отношение это относительная влажность воздуха выраженная в доле,обозначим ее H.
соответственно
R=8,31 Дж/моль/К
T=293К
разница химпотенциалов это разница в теплоте испарения выраженная в Дж/моль. Запишем выражение в более удобоваримых единицах в кДж/кг
delta(Qисп)=(1000/18)*8,31*293/1000 ln(H)=135ln(H) кДж/кг с точностью до знака
3.2. Расчет теплоты испарения воды из древесины
Отсюда наши графические данные перерабатываются в мгновенные значения теплоты испарения воды:
3% -> 2,71МДж/кг
4% -> 2,61МДж/кг
6% -> 2,49МДж/кг
9% -> 2,41МДж/кг
12% -> 2,36МДж/кг
15% -> 2,34МДж/кг
20% -> 2,32МДж/кг
28% -> 2,30МДж/кг
Далее 2,3МДж/кг
Ниже 3% будем считать 3МДж/кг.
Чтож. У нас есть универсальные данные, применимые для любой древесины, считая что исходная картинка также применима для любой древесины. Это очень хорошо. Теперь рассмотрим процесс увлажнения древисины и соответсвенное падение теплотворной способности
пусть у нас 1кг сухого остатка, влажность 0гр, теплотворная способность 18МДж/кг
увлажнили до 3% - добавили воды 30гр. Масса выросла на эти 30 грамм, а теплота при сгорании уменьшилась на теплоту испарения этих 30 грамм. Итого у нас (18МДж-30/1000*3МДж)/1,03кг=17,4МДж/кг
далее увлажнили еще на 1% масса увеличидась еще на 1%, а скрытое тепло увеличилось на 0,0271Мдж. Итого 17,2МДж/кг
И так далее пересчитываем все значения. Получаем:
0% -> 18,0МДж/кг
3% -> 17,4МДж/кг
4% -> 17,2МДж/кг
6% -> 16,8МДж/кг
9% -> 16,3МДж/кг
12% -> 15,8МДж/кг
15% -> 15,3МДж/кг
20% -> 14,6МДж/кг
28% -> 13,5МДж/кг
30%-> 13,3МДж/кг
40%-> 12,2МДж/кг
70%-> 9,6МДж/кг
Ура! Эти данные опять же не зависят от породы древесины.
При этом зависимость отлично описывается параболой:
Q=0,0007143*W^2 - 0,1702W + 17,82
или линейно на интервале 0-40
Q = 18 - 0,1465W, МДж/кг или в ккал/кг Q=4306-35W (вовсе не 50)
С различием мы еще разберемся отдельно.
4. Зависимость плотности древесины от влажности
Буду рассматривать две породы. Сосна и береза
Для начала порылся и решил остановится на следующих данных по плотности древисины
Зная величины плотности можем определить объемный вес сухого остатка и воды в зависимости от влажности, свежеспил не учитываем, так как влажность не определена.
Отсюда плотность березы 2,10E-05x2 + 2,29E-03x + 6,00E-01
сосны 1,08E-05x2 + 2,53E-03x + 4,70E-01
тут x - влажность.
Упрощу до линейного выражения в диапазоне 0-40%
Получается
сосна ro=0,47+0,003W
береза ro=0,6+0,003W
Неплохо бы набрать статистику по данным, так как сосна 0,47 м.б. и около дела, но вот береза легче, и 0,57 где-то.
5. Объемная теплотворная способность.
Теперь рассчитаем теплотворную единицы объема способность сосны и березы
Для березы
0 0,6 18 10,8
15 0,64 15,31541 9,801862
25 0,67 13,91944 9,326025
75 0,89 9,273572 8,253479
Для березы видно, объемная теплотворная способность изменяется от 8МДж/л для свежеспила до 10,8 для абсолютно сухих. В практически значимом интервале 10-40% примерно от 9 до 10 МДж/л ~ 2,6кВт*ч/л
Для сосны
влажность плотность удельная_теплоемкость объемная теплоемкость
0 0,47 18 8,46
15 0,51 15,31541 7,810859
25 0,54 13,91944 7,516497
75 0,72 9,273572 6,676972
Для березы видно, объемная теплотворная способность изменяется от 6,5МДж/л для свежеспила до 8,5 для абсолютно сухих. В практически значимом интервале 10-40% примерно от 7 до 8 МДж/л ~ 2,1кВт*ч/л
6. Об влажности дров.
Ранее я упомянул практически значимый интервал 10-40%. Хочу пояснить. Из проведенных ранее рассуждений становится очевидным, что сухие дрова палить более целесообразно, чем сырые, джа и просто легче их жечь, проще таскать до топки. Осталось понять, что значит сухие.
Если обратимся к картинке выше, то увидим, что при тех же 20град свыше 30% равновесная влажность воздуха рядом с таким деревом 100%(отн.). Что это значит? АК то что полено ведет себя как лужа, и сохнет при любых погодных условиях, даже может сохнуть в дождь. Скорость сушки ограничивается только диффузией, а значит длиной полена если неколотое.
К слову, скорость сушки полена длиной 35см примерно эквивалдентна скорости сушки доски пятидесятки, при том за счет трещинок в полене скорость сушки его дополнительно вырастает по сравнению с доской, а укладка в однорядные полленицы еще улучшает сушку по сравнению с доской. Представляется что за пару месяцев летом в однорядной полленице на улице можно выйти на влажность 30% и менее лоя полуметровых дров. Колотые естественно сохнут еще быстрее.
Готов обсудить, если есть результаты.
Нетрудно представить что это за полено такое на вид и ощупь. Оно не содержит трещинок в торце, на ощупь чуть влажное. Если будет лежать как попало в воде - может появится плесень, грибки. Радостно забегают если тепло всякого рода жучки. Колется конечно, но неохотно. Думаю выше 50% где-то не колется практически вообще. Топор/колун входят с "хлюпом" и весь эффект
Воздухосухая древесина, уже имеет трещинки и влажность менее 20%. Уже относительно легко колется и отлично горит.
Что такое 10%? Смотрим на картинку. Это вовсе не обязательно камерная сушка. Это может быть сушка в сауне или просто в отапливаемом помещении в течении сезона. Эти дрова горят - только успевай подбрасывать, отлично разгораются, легкие и "звенящие" на ощупь. Также великолепно строгаются на лучины.
7. Дым, древесный уголь, сажа и зола
Основными продуктами горяния дров являются углекислый газ и пары воды. Которые нараду с азотом являются основными компонентами дымового газа.
Помимо этого остаются несгоревшие остатки. Это сажа (в виде хлопьев в трубе, и собственно то что мы называем дымом), древесный уголь и зола. Их состав следующий:
древесный уголь:
http://www.xumuk.ru/encyklopedia/1490.html
состав: 80-92% С, 4,0-4,8% Н, 5-15% О - тот же каменный по сути, как и предположил
Древесныйуголь содержит также 1-3% минер. примесей, гл. обр. карбонатов и оксидов К, Na, Ca, Mg, Si, Al, Fe.
А вот и зола
что такое Негорючие оксиды металлов. Золу кстати в мире применяют в качестве добавки к цементу тоже клинкер по сути, только полученный на сдачу (без доп. энергозатрат).
сажа
Элементный состав,
Углерод, С 89 – 99
Водород, Н 0,3 – 0,5
Кислород, О 0,1 – 10
Сера, S0,1 – 1,1
Минеральные вещества0,5
Правда это немного не те сажи - а технические сажи. Но думаю разница невелика.
И древесный уголь и сажа близки к каменному углю по составу, а значит мало того что горят, но и имеют высокую теплотворную способность - на уровне 25МДж/кг. Думаю образование и угля и сажи в первую очередь связано с недостаточной температурой в топке/недостатком кислорода.
8. Сколько паров воды образуется при сгорании древесины
1 кг сухих дров содержит 63грамма водорода или
Воды из этих 63 граммов при сгорании получится максимум 63*18/2 (тратим два грамма водорода на получение 18 грамм воды)=567 грамм/кг_дров
.
Суммарное количество воды образуемое при сгорании древесины таким образом составит
0% ->567 г/кг
10%->615 г/кг
20%->673 г/кг
40%->805 г/кг
70%->1033 г/кг
9.Скрытое тепло.
Интересным является вопрос, а если влагу образуемую при сгорании дрвесины сконденсировать и забрать полученное тепло, сколько его там? Оценим.
0% ->567 г/кг->1,3МДж/кг->7,2% от теплоты сгорания дров
10%->615 г/кг->1,4МДж/кг->8,8% от теплоты сгорания дров
20%->673 г/кг->1,5МДж/кг->10,6% от теплоты сгорания дров
40%->805 г/кг->1,9МДж/кг->15,2% от теплоты сгорания дров
70%->1033 г/кг->2,4МДж/кг->24,7% от теплоты сгорания дров
Вот он теоретически предел той добавки, что можно выжать от конденсации воды. При том если топить таки не сырыми дровами то весь предельный эффект в пределах 8-15%
10. Количество воздуха необходимое для сжигания дров
Вторым потенциальным источников тепла для повышения эффективности работы ТТ котла/печи является отбор тепла у дымового газа.
У нас уже есть все необходимые данные, поэтому не будем лезть в источники. Для начала нужно рассчитать теоретический минимум подачи воздуха для сжигания дров. Для начала сухих.
Обратимся к параграфу 2
1 кг дров:
495г С ->41,3 моль
442г O2->13,8 моль
63г H2->31,5 моль
Для сгорания углерода надо 41,3 моль кислорода и для сгорания водорода 15,8 моль кислорода. При том 13,8 моль кислорода уже есть. Итого потребность в кислороде для горения 43,3 моль/кг_дров. отсюда потребность в воздухе
216 моль/кг_дров=5,2 м3/кг_дров
(кислород - одна пятая).
Для различной влажности древесины имеем
0%->5,2 м3/кг->2,4 м3/л_сосны! 3,1 м3/л_,березы
10%->4,7 м3/кг->2,4 м3/л_сосны! 3,0 м3/л_,березы
20%->4,3 м3/кг->2,3 м3/л_сосны! 2,9 м3/л_,березы
40%->3,7 м3/кг->2,2 м3/л_сосны! 2,7 м3/л_,березы
70%->3,1 м3/кг->2,1 м3/л_сосны! 2,5 м3/л_,березы
Как и в случае теплотворной способности видим, что требуемая подача воздуха на литр дров слабо зависит от их влажности.
При этом меньше полученной величины подавать воздуха нельзя - будет неполное выгорание топлива, образование угарного газа, сажи и угля. Сильно больше подавать тоже нецелесообразно, так как при том неполное выгорание кислорода, снижение предельной температуры дымовых газов, большие потери в трубу.
Вводят коэффициент избытка (gamma) воздуха, как отношение фактической подачи воздуха к теоретическому минимуму (5м3/кг).Величина коэффициента избытка может быть разной и составляет обычно от 1 до 1,5.
10.1. Количество дымового газа
При этом 43,3 моль кислорода мы сожгли, но выделили 41,3 моль CO2, 31,5 моль химической воды и всю влажность древесины.
Таким образом количество дымового газа на выходе из топки больше чем на входе и составляет в пересчете на комнатную температуру
0% ->5,9 м3/кг, из них водяного пара 0,76 м3/кг
10%->5,5 м3/кг, из них водяного пара 0,89 м3/кг в том числе испаренного 0,13
20%->5,2 м3/кг, из них водяного пара 1,02 м3/кг в том числе испаренного 0,26
40%->4,8 м3/кг, из них водяного пара 1,3 м3/кг
70%->4,4 м3/кг, из них водяного пара 1,69 м3/кг
Зачем нам все это надо?
А вот зачем. Для начала можем определить кокой же температуры нужно поддерживать дымоход, чтобы в нем никогда не было конденсата. (к слову у меня конденсата в трубе нет совсем).
Для этого найдем температуру соответсвующую относительной влажности дымового газа для 70% дров. Можно по графику выше. Ищем 1,68/4,4=0,38.
А вот и нельзя по графику! Там ошибка
Берем эти данные http://www.fptl.ru/spravo4nik/davlenie-vodyanogo-para.html и получаем температуру 75град. Т.е. если дымоход будет горячее, конденсата в нем не будет.
При коэффициентах избытка больших единицы количество дымового газа следует считать как расчетное количество дымового газа (5,2 м3/кг при 20%) плюс (gamma-1) помноженное на теоретически требуемое количество воздуха (4,3 м3/кг при 20%)..
Например для избытка 1,2 и 20% влажности имеем 5,2+0,2*4,3=6,1м3/кг
11. Теплота дымового газа
Ограничимся случаем в котором температура дымового газа 200град. Взял одну из величин по ссылке http://celsius-service.ru/?page_id=766
И будем искать избыток тепла дымового газа по сравнению с комнатной температурой - потенциал теплоутилизации. Примем коэффициент избытка воздуха 1,2. Данные по дымовому газу отсюда: http://thermalinfo.ru/publ/gazy/gazovye_smesi/teploprovodnosti_i_svojstva_dymovykh_gazov/28-1-0-33
Плотность при 200град 0,748, Cp=1,097.
при нуле 1,295 и 1,042.
Обращаем внимание, что плотность связана по закону идеального газа: 0,748=1,295*273/473. А теплоемкость практически константа. Так как мы оперируем потоками пересчитанными на 20 град то определим плотность при данной температуре - 1,207. а Cp возмем среднее, где-то 1,07. Итого теплоемкость нашего стандартного куба дыма 1,29 кДж/м3/К
0% ->6,9 м3/кг->1,6МДж/кг->8,9% теплоты сгорания дров
10%->6,4 м3/кг->1,5МДж/кг->9,3% теплоты сгорания дров
20%->6,1 м3/кг->1,4МДж/кг->9,7% теплоты сгорания дров
40%->5,5 м3/кг->1,3МДж/кг->10,5% теплоты сгорания дров
70%->5,0 м3/кг->1,2МДж/кг->12,1% теплоты сгорания дров
В дополнение к тому попробуем обосновать разницу между литературной теплотворной способностью дров 4400-50W и полученными выше 4306-35W. Обосновать разницу в коэффициенте.
Предположим что авторы формулы считают тепло на нагрев дополнительного пара такими же потерями как и скрытое тепло и усушка древесины. У нас между 10 и 20% выделено дополнительного пара 0,13м3/кг_дров. Не заморачиваясь с поиском величины теплоемкости водяного пара (все равно не сильно они различаются) получаем доп потери на нагрев доп воды 0,13*1,3*180=30,4КДж/кг_дров. На один процент влажности в десять раз меньше 3 кДж/кг/% или 0,7 ккал/кг/%. Получили не 15. Все еще нестыковка. Причин пока более не вижу.
12. О КПД топки
Есть желание понять, что же кроется в т.н. КПД котла. Тепло дымового газа - безусловно потери. Потери через стенки также безусловно (если не считаются плезными). Скрытое тепло - потери? Нет. Скрытое тепло от испаряемой влаги у нас сидит в уменьшенной теплотворной способности дров. В химически образуемая вода - продукт горения, а не потеря мощности (она не испаряется а сразу образуется в виде пара).
Итого предельный КПД котла/топки определяется потенциалом теплоутилизации (без учета конденсации) написанным чуть выше. И составляет около 90% и не более 91. Для повышения КПД нужно снижать температуру дымового газа на выходе из топки, например снижением интенсивности горения, но при том следует ожидать более обширного образования сажи - дымно и не 100% сжигание дров->снижение КПД.
13. Суммарный потенциал теплоутилизации.
Из данных представленных выше довольно просто считаем для случая охлаждения с дымового газа 200 до 20 и конденсацией влаги. Для простоты всей влаги.
0% ->2,9МДж/кг->16% от теплоты сгорания дров
10%->3,0МДж/кг->18,6% от теплоты сгорания дров
20%->3,0МДж/кг->20,6% от теплоты сгорания дров
40%->3,2МДж/кг->26,3% от теплоты сгорания дров
70%->3,6МДж/кг->37,4% от теплоты сгорания дров
Следует отметить что величины довольно заметные. Т.е. потенциал теплоутилизации есть, при этом величина эффектов в абсолютной величине в МДж/кг слабо зависит от влажности, что, возможно упрощает инженерный расчет. В обозначенном эффекте где-то половина приходится на конденсацию, остальное на теплоемкость дымового газа.
14. Еще раз об зависимости теплотворной способности дров от влажности
Попробуем обосновать разницу между литературной теплотворной способностью дров 4400-50W и полученными выше 4306-35W в коэффициенте перед W.
Предположим что авторы формулы считают тепло на нагрев дополнительного пара такими же потерями как и скрытое тепло и усушка древесины. У нас между 10 и 20% выделено дополнительного пара 0,13м3/кг_дров. Не заморачиваясь с поиском величины теплоемкости водяного пара (все равно не сильно они различаются) получаем доп потери на нагрев доп воды 0,13*1,3*180=30,4КДж/кг_дров. На один процент влажности в десять раз меньше 3 кДж/кг/% или 0,7 ккал/кг/%. Получили не 15. Все еще нестыковка.
Предположим еще один вариант. Заключающийся в том, что авторы известной формулы оперировали так называемой абсолютной влажностью древесины, в то время как мы здесь оперировали относительной.
В абсолютной за W принимается отношение массы воды к полной массе дров, а в относительной отношение массы воды к массе сухого остатка (см. п.1).
Исходя из этих определений построим зависимость абсолютной влажности от относительной
0%(отн)->0%(абс)
10%(отн)->9,1%(абс)
20%(отн)->16,7%(абс)
40%(отн)->28,6%(абс)
70%(отн)->41,2%(абс)
100%(отн)->50%(абс)
Отдельно рассмотрим снова интервал 10-40. В нем можно апроксимировать полученную зависимость прямой W= 1,55 Wабс - 4,78.
Подставляем данное выражение в формулу для полученной ранее теплотворной способности и имеем новое линейное выражение для удельной теплотворной способности дров
4306-35W=4306-35*(1,55 Wабс - 4,78)=4473-54W. Получили наконец результат значительно более близкий к литературным данным.
15. О теплотворной способности трухлявых дров
В случае топки костра на природе, в том числе на шашлыках я, наверное как и многие предпочитаю топить сушняком. Данные дрова представляют собой довольно трухлявые сухие ветки. Горят хорошо, довольно жарко, но для образования определенного количества углей требуется примрно вдвое больше чем нормальной волздухосухой березы. Но где-ее взять то эту сухую березу в лесу? Поэтому и топлю тем что есть и тем что не вредит лесу. Такие же дрова отлично применимы для топления печки/котла в доме.
Что такое этот сушняк? Это та же древисина в которой обычно шел процесс гниения, в т.ч. прямо на корню, в результате плотность сухого остатка сильно уменьшилась, появилась рыхлая структура. Данная рыхлая структура более паропроницаема чем обычная древисина, поэтому ветка высохла прямо на корню при определенных условиях.
Речь веду примерно о таких дровах
Можно также использовать трухлявые стволы деревьев если они сухие. Сырую трухлявую древесину сжигать очень трудно, поэтому ее пока рассматривать не будем.
Мне не доводилось измерять плотность подобных дров. Но субъективно эта плотность где-то в полтора раза ниже обыкновенной сосны (с широкими допусками). Исходя из этого постулата посчитаем объемную теплоемкость в зависимости от влажности, при том топлю обычно сушняком от лиственных пород, плотность которых исходно была выше, чем сосны. Т.е. рассмотрим случай когда трухлявое полено имеет плотность сухого остатка вдвое меньше, чем исходной древесины.
Так как для березы и сосны линейные формулы зависимости плотности у нас совпали (с точностью до плотности абсолютно сухих дров), то и для трухли также воспользуемся данной формулой:
ro=0,3+0,003W. Это очень грубая прикидка, но похоже никто особо не исследовал поднятый здесь вопрос. М.б. у канадцев есть сведения, но у них и лес свой, со своими свойствами.
0% (0,30 кг/л) ->18,0МДж/кг ->5,4МДж/л=1,5кВт*ч/л
10% (0,33 кг/л) ->16,1МДж/кг->5,3МДж/л=1,5кВт*ч/л
20% (0,36 кг/л) ->14,6МДж/кг->5,3МДж/л=1,5кВт*ч/л
40% (0,42 кг/л) ->12,2МДж/кг->5,1МДж/л=1,4кВт*ч/л
70% (0,51 кг/л) ->9,6МДж/кг->4,9МДж/л=1,4кВт*ч/л
Что уже не особо удивительно, объемная теплотворная способность трухлявых дров опять слабо зависит от влажности и составляет около 1,45кВт*ч/л.
16. Об объемной теплотворной способности любых дров.
Вообще, рассмотренные породы, включая трухлю можно объединить под одной формулой для теплотворной способности. Для того чтобы получилась не совсем академическая формула, а применимая на практике вместо абсолютно сухой древисины запишем для 20%-й:
Плотность Теплотворная способность
0,66 кг/л -> 2,7кВт*ч/л
0,53 кг/л -> 2,1кВт*ч/л
0,36 кг/л -> 1,5кВт*ч/л
Т.е. объемная теплотворная способность воздухосухих дров вне зависимости от породы составляет примерно Q=4*плотность(в кг/л), кВт*ч/л
Т.е. чтобы понять что будут давать ваши конкретные дрова (различные фруктовые, трухлявые, хвойные и т.п.) Можно один раз определить плотность условно воздухосухих дров - взвешиванием и определением объема. Помножить на 4 и применять полученную величину для практически любой влажности дров.
Подобное измерение я бы проводил сделав короткое полено (в пределах 10см) приближенного к цилиндру или прямоугольному параллелепипеду (досочке). Цель - чтобы не заморачиваться по измерению объема и достаточно быстро высушить на воздухе. Напоминаю, вдоль волокон сушка в 6,5 раз быстрее, чем поперек. И это 10см полешко высохнет на воздухе летом за неделю.
_____________________________________________________________________________
Рисунки выложенные здесь расположены на других ресурсах. С целью сохранности информативности и во исполнение п 6.8 Правил форума прикладываю их в виде вложений. Если данные вложения нарушают чьи-то права, прошу сообщить - тогда они будут удалены.
Вложения:
Комментарии
Древесина является довольно сложным материалом по своему химическому составу.
Почему нас интересует химический состав? Да ведь горение (в том числе и горение дрова в печи) представляет собой химическую реакцию материалов дерева с кислородом из окружающего воздуха. Именно от химического состава той или иной породы древесины и зависит теплотворная способность дров.
Основными связующими химическими материалами в древесине являются лигнин и целлюлоза. Они образуют клетки – своеобразные емкости, внутри которых находится влага и воздух. Также в древесине присутствуют смола, белки, дубильные вещества и другие химические ингредиенты.
Химический состав подавляющего большинства пород дерева практически одинаковый. Небольшие колебания химического состава различных пород и определяют различия в теплотворной способности различных пород дерева. Теплотворная способность измеряется в килокалориях – то есть вычисляется количество тепла, получаемое при сжигание одного килограмма дерева той или иной породы. Принципиальных различий между теплотворными способностями различных пород древесины нет. И для бытовых целей достаточно знать усредненные значения.
Различия между породами в теплотворной способности выглядят минимально. Стоит отметить, что исходя из таблицы может показаться, что выгоднее покупать дрова, заготовленные из древесины хвойных пород, ведь их теплотворность больше. Однако, на рынке дрова поставляются по объему, а не по массе, так что в одном кубометре дров, заготовленных из древесины лиственных пород дерева их будет просто больше.
Вредные примеси в древесине
В ходе химической реакции горения древесина сгорает не полностью. После сгорания остается зола – то есть не сгоревшая часть древесины, а в процессе горения из древесины испаряется влага.
Меньше влияет на качество горения и теплотворность дров зола. Ее количество в любой древесине одинаково и составляет около 1 процента.
А вот влага, находящаяся в древесине может доставить немало проблем при их сжигании. Так, сразу после рубки древесина может содержать до 50 процентов влаги. Соответственно при горении таких дров – львиная доля энергии, выделяющейся с пламенем может уходить просто на испарение самой древесной влаги, не совершая при этом никакой полезной работы.
Влага, имеющаяся в древесине резко снижает теплотворную способность любых дров. Сгорающие дрова не просто не выполняют свою функцию, но и становятся неспособными поддерживать необходимую температуру при горении. При этом органика, находящаяся в дровах сгорает не полностью, при горении таких дров выделяется повешенное количество дыма, который загрязняет как дымоход, так и топочное пространство.
Что такое влажность древесины, на что она влияет?
Физическая величина, описывающая относительное количество воды, содержащееся в древесине называется влажностью. Измеряют влажность древесины в процентах.
При измерениях может учитываться два вида влажности:
- Влажность абсолютная – это количество влаги, которое содержится в древесине на текущий момент по отношению к полностью высушенному дереву. Такие измерения проводятся обычно в строительных целях.
- Влажность относительная – это количество влаги, которое содержится в древесине на текущий момент по отношению к ее собственному весу. Такие расчеты производятся для древесины, используемой в качестве топлива.
Так, если написано, что древесина имеет относительную влажность в 60%, то её абсолютная влажность выразится в показателе 150%.
Анализируя эту формулу можно установить, что дрова, заготовленные из хвойных пород дерева с показателем относительной влажности в 12 процентов при сжигании 1 килограмма выделят 3940 килокалории, а дрова, заготовленные из лиственных пород при сопоставимой влажности выделят уже 3852 килокалории.
Чтобы понять, что представляет собой относительная влажность в 12 процентов – поясним, что такую влажность приобретают дрова, которое длительное время сушатся на улице.
Плотность древесины и ее влияние на теплотворность
Чтобы оценить теплотворность, нужно использовать немного другую характеристику, а именно удельную теплотворность, представляющую собой величину, производную от плотности и теплотворности.
Экспериментальным путем были получены сведения об удельной теплотворности тех или иных пород древесины. Сведения даны для одинакового показателя влажности в 12 процентов. По результатам эксперимента была составлена вот такая таблица :
Используя данные из этой таблицы вы легко сможете сравнить теплотворную способность различных пород древесины.
Какие дрова можно использовать в России
Традиционно, самой любимой породой дров для сжигания в кирпичных печах в России является береза. Хотя по сути береза представляет собой сорняк, семена которого легко зацепляются за любую почву – оно чрезвычайно широко используется в быту. Неприхотливое и быстро растущее дерево верой и правдой служило нашим предкам уже множество веков.
Березовые дрова имеют сравнительно хорошую теплотворность и горят достаточно медленно, ровно, не накаляя чрезмерно печь. Кром того, даже сажа, получаемая при сгорании березовых дров идет в дело – она включает в себя деготь, который используется как в бытовых, так и в лечебных целях.
Кроме березы, из лиственных пород дерева в качестве дров используется древесина осины, тополя и липы. Качество их по сравнению с березой, конечно же не очень, но при неимении других вполне можно пользоваться и такими дровами. Кроме того, липовые дрова при сгорании выделяют особый аромат, который считается полезным.
Дрова из осины дают высокое пламя. Их можно использовать на заключительном этапе топки, чтобы выжечь сажу, образовавшуюся при сжигании других дров.
Также довольно ровно горит ольха, и после сгорания она оставляет небольшое количество золы и сажи. Но опять же по сумме всех качество ольховые дрова не могут составить конкуренцию березовым. Но с другой стороны – при использовании не в бане, а для приготовления пищи – ольховые дрова очень даже неплохи. Их ровное горение помогает качественно готовить пищу, особенно выпечку.
Дрова, заготовленные из плодовых деревьев встречаются довольно редко. Такие дрова, а особенно клен горят очень быстро и пламя при горении достигает очень высокой температуры, что может негативно сказаться на состоянии печи. К тому же вам всего лишь нужно нагреть в бане воздух и воду, а не плавить в ней металл. При использовании таких дров их необходимо перемешивать с дровами с низкой теплотворной способностью.
Дрова из хвойных пород дерева используются довольно редко. Во-первых, такая древесина очень часто используется в строительных целях, а во-вторых – наличие большого количества смолы в хвойных деревьях загрязняет топки и дымоходы. Топить печку хвойными дровами имеет смысл только после длительной сушки.
Как заготавливать дрова
Заготовка дров начинается обычно в конце осени или в начале зимы, до установления постоянного снежного покрова. Срубленные стволы оставляются на делянах для первичной сушки. По прошествии некоторого времени, обычно зимой или в начале весны дрова вывозятся из леса. Это связано с тем, что в этот период не проводится аграрных работ и замерзшая земля позволяет нагружать больший вес на транспортное средство.
Но это традиционный порядок. Сейчас, в связи с большим уровнем развития техники дрова можно заготовлять круглый год. Предприимчивые люди могут привести вам уже попиленные и поколотые дрова в любой день за разумную плату.
Как пилить и колоть дрова
Распилите привезенное бревно на отрезки, подходящие по размеру вашей топки. После полученные колоды раскалываются на поленья. Колоды с сечением более 200 сантиметров колются колуном, остальные – обычным топором.
Колоды колются на поленья так, чтобы сечение получившегося полена составляло около 80 кв.см. Такие дрова будут довольно долго гореть в банной печи и выделять больше жара. Поленья меньшего сечения используются для растопки.
Нарубленные поленья складываются в поленницу. Она предназначается не просто для накопления топлива, но и для просушки дров. Хорошая поленница будет располагаться на открытом пространстве, продуваемом ветром, но под навесом, защищающим дрова от атмосферных осадков.
Нижний ряд бревен поленницы укладывается на лаги – длинные жерди, которые предотвращают контакт дров с влажной почвой.
Сушка дров до приемлемого значения влажности происходит примерно за год. К тому же древесина в поленьях сохнет гораздо быстрее, чем в бревнах. Нарубленные дрова достигают приемлемого значения влажности уже за три месяца лета. При годовой сушке дрова в поленнице получат влажность в 15 процентов, которая идеально подходит для сгорания.
Теплотворная способность дров: видео