Если ориентироваться по Википедии, то температура горения дров находится в пределах 800-1000°С (примерно), а воспламенение и тление древесины начинается при 300°С. На самом деле этот диапазон еще шире — от 450 до 1050°С. Не для точных данных, верно? Этому есть объяснение – температура в центре пламени зависит от многих условий. Тем, кто хочет добиться эффективного сжигания дров в печи или твердотопливном котле, не мешало бы ознакомиться с этими факторами.
Когда дрова дают больше жара?
Чтобы организовать экономичное отопление частного дома, нужно извлечь из древесины максимум тепловой энергии, а затем передать ее в помещения с минимальными потерями. Второе условие зависит от эффективности источника тепла, а первое зависит от температуры горения дров в печи или котле. Чем она выше, тем больше выделяется тепла.
На количество тепла, выделяющегося при сгорании древесины (эффект нагревания), влияют следующие факторы:
- теплотворная способность (количество тепловой энергии, которое можно получить из единицы топлива);
- содержание естественной влаги в древесине;
- объем подаваемого воздуха и его температура.
На практике все эти параметры связаны. Калорийность пересыщенного влагой топлива примерно в 2 раза ниже, чем у сухой древесины. А без нужного количества воздуха она будет тлеть и отдавать минимум тепла. То есть фактическая температура горения дерева является переменной величиной и не может быть точно сформулирована в теоретических рассуждениях.
Для справки. Это простой способ узнать, какая температура горения достигается при сжигании дров в открытой топке. Используйте инфракрасный пирометр, измеряющий нагрев поверхностей на расстоянии, как это сделал мастер-печник в своем видео. Демонстрируются испытания каминной топки мангал, замеры сделаны во второй половине видео.
Теперь рассмотрим каждый фактор отдельно.
О теплотворной способности топлива
Разные породы древесины отличаются по плотности и весу, а также содержат разное количество углерода и водорода — основных компонентов, выделяющих тепло в процессе горения. Как правило, более плотные и тяжелые породы дерева, такие как дуб и ясень, дают больше энергии, чем тополь или ольха. Представляем вашему вниманию таблицу с данными по плотности, удельной теплоемкости и температуре горения для различных пород древесины.
Примечание. В таблице приведены значения массы и объемной теплоты сгорания сухого топлива на 1 кг и на 1 м³ хранения. Максимальная температура основана на идеальных условиях сгорания с избытком воздуха.
Если сравнить теплотворную способность по объему, то заметно, что древесина дуба или березы будет выделять больше тепла, чем менее плотные хвойные породы. И даже если условия для сжигания дров в печи, котле или котле далеки от идеальных, тенденция все равно сохранится. Это означает, что температура пламени напрямую зависит от теплотворной способности выбранной породы дерева.
Реальная скорость нагрева в центре пламени
Влияние влажности
повышенное содержание влаги – первый враг эффективной теплопередачи при сжигании биомассы. Свежесрубленная древесина влажностью 50-65% никогда не даст показателей, приведенных в таблице выше, и вот почему:
- В процессе нагрева топочной камеры вода в поленьях поглощает часть выделяемого тепла.
- Когда древесина хорошо разгорелась и отдала достаточно тепла, влага из жидкой фазы переходит в паровую фазу и забирает львиную долю полученной энергии. Так как горячий пар выходит из камеры сгорания вместе с дымовыми газами, возврат потерянного тепла невозможен.
- Сырая древесина нуждается в более высокой температуре для воспламенения. Зажечь их от спички с бумажкой довольно сложно, приходится пользоваться газовой горелкой.
Для справки. Часть водяного пара конденсируется от соприкосновения со стенками дымохода, из-за чего выделяется небольшая часть тепловой энергии. Только греет труба, а не ваш дом.
Насколько снижается теплотворная способность, а затем и температура горения древесины в зависимости от влажности, отражена в следующей таблице:
Легко видеть, что теплоотдача к свежеспиленной древесине вдвое меньше, чем к сухой древесине (влажность менее 20 %). Следовательно, для обогрева дома нужно использовать в два раза больше твердого топлива. Отдельная проблема – это печь в бане, для розжига которой требуется максимум тепла. При использовании сырых дров не получится добиться высокой температуры, сколько бы поленьев вы ни бросали в печь. Все дело в их слабом нагревающем эффекте, который не даст вам протопить баню как положено.
Расход воздуха на горение
Для полного сгорания дров и достижения максимальной температуры в топочной камере необходимо подавать воздух с избытком на 130 % от необходимого количества. При создании идеальных условий реакция окисления (горения) углерода описывается упрощенным уравнением:
На словах это означает, что при нагревании древесина распадается на углерод (С) и водород (Н), а извне поступает кислород (О). Каждый атом углерода встречается с 2 атомами кислорода и образует углекислый газ. В свою очередь, водород соединяется с оставшимся кислородом, из-за чего выделяется вода (опять же в виде пара). Латинская буква Q в конце формулы означает выделение тепла, которое используется на нужды отопления.
Но что произойдет, если идеальные условия будут нарушены:
- Водород — очень активный элемент, поэтому он окисляется первым. Когда не хватает воздуха (вы накрыли поддувал печи или котла), остается углерод без молекул кислорода. В результате образуется несгоревший угарный газ (СО), который вместе с дымом уходит в дымоход.
- При полном недостатке кислорода (так называемый режим тления) углерод превращается в уголь, золу и сажу. Последний под действием тяги дымохода также устремляется в трубу и оседает на стенках.
- Избыток воздуха возникает из-за сильной тяги дымохода или неправильной работы турбонаддува котла. Явление восполняется потерями тепла через дымоход.
Примечание. Пожар является примером источника тепла с неконтролируемой подачей воздуха. Чем он больше, тем ниже температура горения в костре и тем меньше тепла на выходе. Чтобы тепло у очага сохранялось длительное время, бревна необходимо размещать непрерывно.
Препятствием для получения хорошего тепла от дров может стать температура воздуха, подаваемого в камеру сгорания. Поток холодного воздуха отводит драгоценное тепло так же успешно, как водяной пар. Недаром производители качественных отопительных агрегатов устраивают специальный канал для нагрева воздуха от наружных стен топки. Как это реализуется на практике, показано на фото самодельного твердотопливного котла от нашего эксперта.
Воздуховод из профильной трубы обогревается задней стенкой топливной камеры, а вентилятор размещен сверху на фланце
Полезные советы
Высокая температура горения дров – залог эффективного отопления частного дома. Даже производители котлов ТТ и дровяных печей указывают в инструкции, что наилучший КПД теплогенератора наблюдается именно при работе на максимальном режиме.
Напоследок дадим несколько рекомендаций, как добиться высокого теплового эффекта, а значит, и экономии электроэнергии:
- Если вам необходимо купить дрова, не берите низкокалорийные породы, такие как ива и тополь. Первый слишком насыщен влагой, а второй имеет низкую плотность. Помните, что вы платите за кубометры, а не за килограммы твердого топлива.
- Высушите бревна, насколько это возможно. Свежесрубленное дерево достигает влажности 20-25% после не менее полутора лет сушки в открытом дровяном сарае.
- Старайтесь не использовать котел в пресловутом режиме тления, который якобы помогает сэкономить. Как видно на картинке, температура огня при нормальном горении составляет 800°С, а тлеющие дрова не дадут более 450°С. С таким разбросом тепла дом не обогреешь.
- Угарный газ CO не только легко воспламеняется, но и ядовит. Чтобы попытаться сэкономить топливо, мы перекрываем подачу воздуха в топку и продуваем ее. Потенциальное топливо не только бесцельно выбрасывается, но и загрязняет окружающую среду.
- Не организовывайте подачу воздуха в топку с улицы, чтобы не тратить энергию на ее нагрев. При выборе твердотопливного котла обратите внимание на модели с тепловым каналом. Их легко отделить от вентилятора, который установлен на верхней панели, а не в дверце пепельницы.
Конечно, невозможно постоянно поддерживать высокую температуру в камере, ведь потребность в тепле дома тоже меняется и зависит от многих факторов. Для накопления избыточной энергии существуют тепловые аккумуляторы, они же буферные емкости. В крайнем случае купите генератор горячего воздуха, где подача воздуха полностью перекрывается в периоды отключения вентилятора.
