Горение древесины. Свойства древесины. Продукты горения древесины

Многие мечтают об экологически чистом жилье из дерева на берегу озера. Но вызывает беспокойство долговечность древесины. Со временем она подвергается старению и гниению. Несмотря на это, натуральное дерево очень популярно и широко используется в обустройстве интерьера.

Понятие «теплоотдача»

Теплоотдача – это один из параметров, на который надо обращать внимание, выбирая сырье для обогрева дома. Тепловая энергия при сгорании одинакового объема дров из разных пород древесины будет разной. Чем этот показатель выше, тем эффективнее будет обогрев, и меньше надо будет тратить сырья для получения необходимого эффекта. А значит и средств будет затрачено меньше. На теплоотдачу влияет качество древесины – ее плотность. Чем тверже дерево, тем теплоотдача больше.

Самой большой теплоотдачей обладают дубовые, березовые поленья, плашки из осины, сосны и ели, а также из ольхи. Каждая разновидность обладает своими плюсами и минусами.

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.

Воспламенение древесины от открытого огня может происходить при температуре около 210°С и сопровождается повышением температуры.

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.

Чем глаже (без трещин) ворса поверхность деревянных изделий, тем выше у них теплоотражающая способность, тем труднее они загораются. Острые углы, выступы, трещины снижают эту способность.

Изучаем вопрос: зачем необходимо проводить обработку дерева огнем

Казалось бы, что может быть проще – купить лак, обработать древесину и жить спокойно. Но в процессе использования любые химические соединения – незаметно, но, увы, постоянно – могут выделять некоторое количество соединений в окружающую среду. Чаще всего это происходит под воздействием температур, солнечного света или радиаторных батарей. Не все отделочные материалы одинаково хорошо поддаются химобработке. Однако дерево – идеальный вариант для использования технологии прямого обжига. Как это работает? Во время контролируемого нагрева во внешнем слое древесины начинаются процессы, которые стимулируют сужение волокон, и внешние «поры» дерева закрываются смолой и сажей. Благодаря этому верхний слой древесины становится неуязвим для негативного воздействия окружающей среды, попадания бактерий, влияния огня, а также солнечных лучей. Кроме того, это действительно выглядит очень красиво.

Текстура пиломатериала приобретает интересный рисунок: неповторимый, стильный, броский

Среди множества способов защиты деревянных изделий от воздействия негативных факторов обжиг считается наиболее удобным способом, который легко использовать в домашних условиях.

Совет! Чаще всего для обжига используют газовые горелки, а обжиг проводят со специальными средствами тушения: огнетушителем и ведром с песком. Однако, если вы правильно подберете вариант древесины, никаких эксцессов возникнуть не должно.

В древности никаких вспомогательных инструментов не использовалось. Нужные древесные заготовки просто обжигали с помощью факелов, поэтапно переворачивая на веревках или кожаных ремнях бревно. Иногда это называли обжигом, иногда томлением. Чаще всего использовался кедр, бук, клен, ясень. После обжига мастера снимали нагар, промывали заготовки и пропитывали тунговым маслом. В процессе обработки дерево важно было не сжечь, а именно опалить. Если технология была соблюдена правильно, то в результате дерево получало неповторимый оттенок, а срок его эксплуатации увеличивался до 80 лет.

Обработанный методом обжига спил ясеня. После очистки и обработки заготовка может превратиться в шикарную столешницу

Читайте также:  Как сделать помпейскую печь своими руками пошаговая инструкция

Интересный факт! До сих пор на острове Наосами (Япония) в качестве основного стройматериала используют обожженное дерево. Оно обрабатывается особым способом, нюансы которого держатся в строжайшем секрете. Техника называется Shou Sugi Ban, что означает «томленый кедр». Из обработанной древесины строят не только дома, но и используют ее для изготовления мебели и элементов декора.

А теперь расскажем поподробнее о вариантах термообработки деревянных конструкций. Результат (оттенок, глубина обжига, характеристики) зависят от типа обработки и вида заготовки. Для обработки древесины используются три типа обжига:

  • Вариант №1. Поверхностный обжиг. Один из самых часто используемых типов обработки. Он не требует большого времени, специальной подготовки и расходов. Обжиг обычно проводится в домашних условиях с помощью газовой горелки или паяльной лампы. Максимальная глубина обжига составляет около 5 мм.

Процесс обжига достаточно прост. Важно обработать все элементы изделия

  • Вариант №2. Полный обжиг. Этот вид обработки древесины доступен далеко не всем. Дело в том, что для такого обжига необходимо обеспечить достаточную температуру – примерно 400 °C. Ее можно достичь лишь в специальных вакуумных печах. Массово для обработки стройматериалов его нельзя использовать: дерево теряет свой объем практически вдвое. Однако такой вид обработки дерева популярен в штучном производстве мебели и декоративных элементов.

На производстве используются также специальные пиролизные печи для сушки древесины

  • Вариант №3. Глубокий обжиг. Этот тип обработки популярен для специального состаривания древесины, уже бывшей в употреблении. Обычно такой вид обжига используют для оформления бруса. Оттенки здесь зависят от времени воздействия – от графитового, до угольно-черного.  Иногда обработанное таким образом дерево можно использовать для устройства специальных панно и садовых дорожек. В этом случае глубина обжига может достигать 20 мм.

Вот такая необычная мостовая из обработанных огнем срезов дерева может появиться и у вас на даче

Процесс разогревания

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.

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

Разогреванием называется нагрев отрезка поверхности древесины от отдельного теплового источника до температуры достаточной для воспламенения. 120-150°С хватит для того, чтобы древесина очень медленно начала обугливаться.

Позже процесс продолжается с появлением угля. При температуре 250-350°С древесина под воздействием высоких градусов активно начинает разлагаться на составляющие.

Фактор влажности

Если древесина была срублена недавно, то в ней содержится от 45 до 65 % влаги в зависимости от времени года и породы. У таких сырых дров температура горения в камине будет невысокой, поскольку большое количество энергии будет затрачиваться на испарение воды. Следовательно, теплоотдача от сырых дров будет достаточно низкой.

Достигнуть оптимальных показателей температуры в камине и выделения достаточного для прогрева количества тепловой энергии можно несколькими способами:

  • Сжигать за один раз в 2 раза больше топлива, чтобы обогреть дом или приготовить еду. Такой подход чреват существенными материальными затратами и усиленным накоплением сажи и конденсата на стенках дымоотвода и в ходах.
  • Сырые бревна распиливают, колют на небольшие поленья и размещаются под навесом для просушки. Как правило, за 1-1,5 года дрова теряют до 20 % влаги.
  • Дрова можно закупить уже хорошо просушенными. Хотя они несколько дороже, зато теплоотдача от них намного больше.

В то же время, у березовых сырых дров наблюдается достаточно высокая теплотворность. Кроме того, пригодны для использования сырые поленья из граба, ясеня и прочих пород дерева с плотной древесиной.

Основным негативным фактором, конечно же, является влажность. Свежесрубленный лес имеет влажность в диапазоне от 40 до 55%, а у некоторых пород деревьев влажность может достигать даже отметки в 65%. Растапливать печь сырыми дровами можно, они даже будут гореть, но основная часть жара станет использоваться для просушки древесины и испарения влаги.

Пройдет много времени пока этот лес превратиться в полноценные сухие дрова

Конечно, хозяин дома для его отопления может использовать как сырые, так и сухие дрова:

  • Можно жечь в печи свежесрубленную древесину, а так же недавние запасы, но следует понимать, что в этом случае расход дров будет на порядок выше, поскольку тепла они будут отдавать меньше. Дополнительным негативным явлением станет большое количество сажи в дымоходе, появляющейся при сгорании сырого дерева.
  • Чтобы получить сухие дрова, следует правильно заготовить лес, распилить его, наколоть на полешки необходимой длины, уложить на хранение в дровнице, посушить в течение полугода или даже года, а потом использовать. Считается, что дрова заготовленные зимой и пролежавшие в сарае два летних сезона являются оптимально сухими, их влажность обычно составляет порядка 20%. Длинный путь, но позволяющий добиться от дров большей теплоотдачи, и как следствие сэкономить на лесе.
Читайте также:  Как отопить дачу: дровяное, газовое и электрическое отопление

Отметим, что существуют деревья, которые совсем не предназначены для растопки печей в свежесрубленном виде. К ним относятся такие породы как тополь, ива. При сгорании этих пород дерева практически не выделяется тепло, да и горением назвать их тление вряд ли возможно. После просушки тополь горит уже ярким и красивым пламенем, но вот тепла все равно много не дает.

В то же время разница в теплоотдаче разных пород дерева настолько велика, что позволяет сжигать некоторые сорта в свежем виде, например, березу, дуб, ясень. Эти несомненные лидеры имеют настолько высокую температуру горения, что способны и себя высушить и дом отопить. Березовые дрова дополнительно обладают приятным ароматом, считающимся целебным.

Чтобы дерево отдало максимальное количества тепла, чтобы температура в камине или печи при сгорании дров достигала высоких значений, следует обязательно высушить древесину.

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).

Теплотворная способность березовых дров из свежесрубленной древесины достаточно высока. Также пригодно к использованию топливо из свежесрубленного ясеня, граба и других твердых пород древесины.

Влияние подачи воздуха

Упрощенная формула идеального сгорания древесины такова

С + 2Н2 + 2О2 = СО2 + 2Н2О + Q (теплота)

Углерод и водород сжигаются при подаче кислорода (левая часть уравнения), в результате образуется тепло, вода и углекислый газ (правая часть уравнения).

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.

С дровяными печами так экономить топливо не получится, поскольку они напрямую греют воздух. Тело массивной кирпичной печи способно аккумулировать относительно небольшую часть тепловой энергии, а у металлических печек излишки тепла напрямую уходят в дымоход.

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.

Достоинства и недостатки древесины

Древесине присущи следующие достоинства:

  • отличная обрабатываемость;
  • легкая гвоздимость;
  • хорошо окрашивается, полируется, лакируется;
  • обладает способностью поглощать звуки;
  • стойкость к воздействию кислот;
  • высокая способность к изгибу.

К недостаткам древесины относят:

  • изменение формы и размеров в связи с усушкой и разбуханием;
  • низкое сопротивление раскалыванию;
  • гниение;
  • порча насекомыми;
  • загорание при несоблюдении правил безопасности.

Использование древесины в разных отраслях народного хозяйства

Древесина находит широкое применение в следующих отраслях:

  • фанерная – шпон, фанера;
  • деревообрабатывающая – плиты древесные, спички, изделия столярные, мебель;
  • лесозаготовительная – сырье, используемое в лесохимической промышленности, продукция ширпотреба, дрова всех видов;
  • лесопильная – различные пиломатериалы;
  • лесохимическая – деготь, уголь древесный, кислота уксусная;
  • целлюлозно-бумажная – бумага, картон, целлюлоза;
  • гидролизная – дрожжи кормовые, спирт этиловый.

Плюсы и минусы технологии

Обработка дерева огнем имеет несколько существенных преимуществ. Прежде всего, такая технология исключает использование химических веществ, которые могут нанести потенциальный вред здоровью человека. Не менее важна и простота технологии. Обжигать древесину можно в домашних условиях, не имея специальных навыков. Древесина, обработанная при помощи такой технологии, устойчива к возгоранию, что повышает степень пожаробезопасности помещений, где она применяется. Это обусловлено тем, что обожженная древесина не воспламеняется повторно. Обработанная при помощи огня древесина – это экологически чистый материал, защищенный от воздействия грибковых организмов и бактерий. В процессе обжига происходит уничтожение целлюлозных частиц древесины, которые представляют собой благоприятную среду для вредителей. Ключевая особенность заключается в повышении прочности материала за счет обжига.

Однако у такой древесины есть и один недостаток – трудозатраты. Процесс обжига предполагает не только обработку огнем, но и предварительную ее зачистку, и дальнейшую обработку при помощи масел и лака.

Читайте также:  Декоративный фальшкамин из гипсокартона

Подготовка и растопка металлической и каменной печи

Огонь без доступа кислорода гореть не будет. Для этого особое внимание уделяется тяге. Очищаются поддувало и жерло, вычищается сажа между колосниками. Вся зола и отработанные угли убираются.

Разжигать печь начинают тогда, когда водой заполнены емкости, а поддувало открыто.

Топка металлической печи дровами

Как правильно топить баню с металлической печью дровами? Необходимо помнить, что любая сталь во время нагрева может деформироваться. Поэтому топку печи нужно держать на контроле.

Порядок действий следующий:

  • Ведется прогрев дымохода. Для этого в печи сжигается бумага или мелкие щепки.
  • Выкладываются в виде колодца дрова. Располагаются они с зазором не менее 1 см.
  • Чтобы сгорание было равномернее, сверху остается свободное пространство 2 см.
  • Под самый низ колодца подкладывается бумага. Ее можно заменить мелкими щепками.
  • Бумага поджигается при открытых заслонках.
  • Дверца топливника закрывается, а поддувало остается открытым. Задвижка стоит в среднем положении.
  • Как только первая порция дров прогорает, головешки разгребаются кочергой, и добавляется очередная партия.
  • Полностью закрывается поддувало. Температура в печи доводится до 50–60 градусов и на этом подбрасывание дров прекращается.
  • Чтобы снизить теплопотери, полностью закрывается заглушка и печь набирает окончательную температуру.

Для металлической печи дрова лучше подкладывать маленькими порциями. Так легче контролируется процесс горения.

Топка металлической печи углем

Применение такого вида топлива требует осторожности. Уголь дает много жара. Это может привести к деформации металла.

Как правильно топить баню с металлической печью углем:

  • В отделения для топлива укладываются бумага или мелкие щепки.
  • На них колодцем располагаются дрова. Зазор соблюдается 1 см.
  • Открываются все дверцы и задвижка.
  • Поджигается бумага.
  • Как только образуются головешки, сверху укладывается уголь. Толщина слоя 5–6 см.
  • После сгорания и разравнивания кочергой, добавляется очередной 5–6 см слой угля.
  • Так продолжается до тех пор, пока не будет обеспечена необходимая температура.

Когда все достигнуто, задвижка закрывается и происходит набор печью окончательной температуры.

Топка кирпичной печи дровами

В отличие от металлической конструкции, выложенная из кирпича печь значительно медленнее нагревается. Иногда вместе с бумагой, для разжигания используют таблетку сухого спирта.

Как топить кирпичную печь дровами:

  • На некотором расстоянии друг от друга в печь укладывается 2 полена.
  • Зазор между ними заполняется бумагой и стружкой.
  • Затем добавляются еще 2 полена.
  • Печь зажигается, при открытой дверце поддувало. Потом оно наполовину прикрывается.
  • 15 минут спустя, ведется подкладывание дров. Делается это не хаотично. Лучше укладывать их ровно, выдерживая расстояние от верхнего края полена до потолка камеры 25 см.
  • Через час забрасывается очередная партия. Протапливание ведется в течение 3–6 часов. Температура набирается до 60 градусов.
  • Кирпичные стенки окатываются водой, при полностью открытых дверцах.
  • Все закрывается, оставляется только форточка.
  • В течение 2 часов ведется просушивание помещения бани.

Важно перед началом топки, все деревянные емкости заполнить водой. Это необходимо сделать, чтобы они не рассохлись.

Топка кирпичной печи углем

Этот вид топлива значительно дешевле дерева, но имеет и недостаток. Он не выделяет того аромата, что древесина. Правда, дает значительно больше жара. Поэтому процесс топки нужно контролировать, чтобы не допустить превышения температуры. Стенки печи должны быть определенной толщины.

Порядок разжигания следующий:

  • В печь укладывается бумага и щепки.
  • В виде шалаша располагаются поленья.
  • Открываются задвижка и дверца поддувало.
  • После того как дрова разгорелись, через 15 минут укладывается слой угля, толщиной 5–6 см.
  • Задвижка и поддувало закрываются.
  • Весь прогоревший материал разравнивается кочергой и сверху укладывается очередной слой угля.
  • В летнее время топка продолжается 3 часа, а в зимнее в 2 раза дольше. Процесс заканчивается при температуре 60 градусов.
  • Задвижка закрывается.
  • Парилка окатывается водой и проветривается.

В случае, когда топка углем ведется постоянно, в заслонке следует изготовить отверстия диаметром 1,5 см. Через него эффективно будут выводиться газы.

Влажность и интенсивность горения

Если древесина была срублена недавно, то в ней содержится от 45 до 65 % влаги в зависимости от времени года и породы. У таких сырых дров температура горения в камине будет невысокой, поскольку большое количество энергии будет затрачиваться на испарение воды. Следовательно, теплоотдача от сырых дров будет достаточно низкой.

Достигнуть оптимальных показателей температуры в камине и выделения достаточного для прогрева количества тепловой энергии можно несколькими способами:

  • Сжигать за один раз в 2 раза больше топлива, чтобы обогреть дом или приготовить еду. Такой подход чреват существенными материальными затратами и усиленным накоплением сажи и конденсата на стенках дымоотвода и в ходах.
  • Сырые бревна распиливают, колют на небольшие поленья и размещаются под навесом для просушки. Как правило, за 1-1,5 года дрова теряют до 20 % влаги.
  • Дрова можно закупить уже хорошо просушенными. Хотя они несколько дороже, зато теплоотдача от них намного больше.

Стоит отметить, что совершенно непригодна для использования в качестве топлива древесина сырого срубленного тополя и некоторых других пород. Она рыхлая, содержит очень много воды, поэтому при горении дает очень мало тепла.

В то же время, у березовых сырых дров наблюдается достаточно высокая теплотворность. Кроме того, пригодны для использования сырые поленья из граба, ясеня и прочих пород дерева с плотной древесиной.