Теплотворная способность дров

Изготовление и применение древесного топлива

Этот материал относится к отдельной категории, так как его не добывают, а изготавливают в специальных печах. Заранее подготовленную древесину мастера обжигают в больших камерах сгорания, что позволяет изменить структуру топлива и удалить из него всю лишнюю влагу. Основная технология изготовления эффективного теплоносителя известна ещё с далёких времён. В старину люди обжигали древесные заготовки в специальных глубоких ямах, перекрыв доступ кислороду. Современные технологии шагнули далеко вперёд, благодаря чему в распоряжение мастеров поступили многофункциональные углевыжигающие печи.

При условии, что готовые угли хранятся в подходящих условиях, уровень их влажности не превышает отметки 16%. Воспламенение топлива наблюдается при нагреве до 200˚С. Удельная теплота находиться на довольно высоком уровне — 7400 ккал/кг. Специалисты отмечают тот факт, что температура горения такого угля во многом зависит от условий сжигания и породы древесины. К примеру, топливо на берёзовой основе отлично подходит для разогрева специального кузнечного горна, а также для ковки металла.

Если воздух подаётся достаточно интенсивно, то гореть уголь будет при температуре 1250˚С. Что касается обычных печек и котлов, этот показатель будет находиться в пределах 900˚С. А вот в мангале древесный уголь отлично горит при температуре 700˚С.

Кроме высокой теплоотдачи, такой материал отличается низкой зольностью. Многочисленные положительные характеристики и доступная цена повлияли на то, что древесный уголь активно используется для жарки ароматного мяса на мангале, каминного отепления, а также для приготовления вкуснейших блюд в печах.

Особенности углевыжигательных печей

Те устройства, которые обогревают помещение за счёт угля, имеют свои функциональные и конструктивные отличия. Несмотря на высокую популярность древесного угля, далеко не все знают, что этот материал не относится к категории полезных ископаемых, а был придуман человеком. Температура горения этого топлива составляет 900°C, благодаря чему выделяется достаточное количество тепла.

Изготовление древесного угля основано на специфической обработке древесины, благодаря чему меняется её структура и уходит лишняя влага. Для реализации таких идей используются специальные печи, принцип действия которых основан на пиролизе.

Состоят такие агрегаты из четырёх основных элементов:

Дымохода.
Вместительной камеры сгорания.
Специального отсека для вторичной переработки.
Укреплённого основания.

Читать подробнее: дымоход своими руками.

Производственный процесс

Когда дрова загружены в специальную камеру, тогда начинается постепенное тление дров. Этот процесс происходит благодаря наличию в топке большого количества газообразного кислорода, который непрерывно поддерживает горение. Во время этой процедуры выделяется достаточное количество тепла, а вся избыточная жидкость превращается в пар.

Весь образуемый дым поступает в отсек для вторичной переработки, где он полностью сгорает и выделяет тепло. Столь универсальная углевыжигательная печь может выполнять несколько задач одновременно. Так, с её помощью изготавливается качественный древесный уголь, а в самом помещении поддерживается комфортная для человека температура.

Специалисты утверждают, что процесс изготовления такого топлива является очень деликатным, так как малейшая невнимательность может привести к полному сгоранию дров. Работник должен своевременно извлекать из печи уже обуглившиеся заготовки.

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.

https://youtube.com/watch?v=CWXiiIyC4XA

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.

Цвет древесины при горении может изменяться в зависимости от температуры

Хозяйственные особенности различных дров

Ниже всего температура при сгорании дров из тополя

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.

Еловые дрова

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.

Пеллеты

Пеллетами (топливными гранулами) называется твердое топливо, созданное промышленным путем из древесных и растительных отходов: стружки, коры, картона, соломы.

Измельченное до состояния трухи сырье высушивается и засыпается в гранулятор, откуда уже выходит в виде гранул определенной формы. Для добавления массе вязкости применяют растительный полимер – лигнин. Сложность производственного процесса и высокий спрос формируют стоимость пеллетов. Материал используется в специально обустроенных котлах.

Разновидности топлива определяются в зависимости от того, из какого материала они переработаны:

кругляка деревьев любых пород;
соломы;
торфа;
подсолнечной шелухи.

Среди преимуществ, которыми обладают топливные гранулы, стоит отметить следующие качества:

экологичность;
неспособность к деформации и устойчивость к грибку;
удобство хранения даже под открытым небом;
равномерность и длительность горения;
относительно невысокая стоимость;
возможность использования для различных отопительных устройств;
подходящий размер гранул для автоматической загрузки в специально обустроенный котел.

Вид топлива	Тепловая способность, ккал/кг
Пеллеты	4500
Дрова	2500
Уголь древесный	7500
Каменный уголь	7400
Мазут	9800
ДТ	10200
Природный газ	8300

Породы древесины

Теплотворная способность дров в наибольшей степени зависит именно от породы древесины. Выделяют две основные категории: хвойные и лиственные. Качественный топочный материал относится ко второй группе. Здесь также имеется своя классификация, так как не все сорта подходят для той или иной цели по своей плотности.

Хвойные

Зачастую самой доступной древесиной является хвоя. Ее низкая стоимость обуславливается не только распространенностью елей и сосен, но и ее свойствами. Дело в том, что теплоемкость дров такого плана невысокая, а также имеется масса других недостатков.

Хвоя сгодится для розжига небольшого костра на вылазке или для временного отопления при неимении альтернативных вариантов

Главный недостаток хвойных пород — наличие большого количества смол. При нагревании таких дров смола начинает расширятся и закипать, что в результате приводит к разбросу искр и горящих фрагментов на дальнее расстояние. Также смола приводит к образованию копоти и гари, которые засоряют камин и дымоход.

Лиственные

Гораздо выгоднее использовать лиственные породы. Все сорта разделяются на три категории, в зависимости от их плотности. К мягким породам относятся:

липа;
осина;
тополь;
ольха;
ива.

Они быстро прогорают и поэтому не имеют особой ценности в плане обогрева дома.

К среднеплотным относят такие деревья, как:

клен;
береза;
лиственница;
акация;
вишня.

Удельная теплота сгорания березовых дров приближается к породам, которые относят к твердым, в частности к дубу.

Береза входит в тройку лидеров материалов, используемых для отопления

Помимо дуба в категорию высокоплотных сортов входят:

граб;
орех;
бук;
кизил;
тик.

Теплотворность дров такого типа максимальная, но при этом обработка древесины затрудняется из-за ее высокой плотности.

Дуб — еще один популярный вид топлива

Полезные качества таких пород обусловливают их более высокую стоимость, зато это позволяет сократить объем материала, который понадобится для поддержания комфортной температуры в доме.

Сборник задач по физике, Лукашик В.И.

1033. Какие дрова — березовые, сосновые или осиновые — при полном сгорании выделяют больше теплоты, если все они одинаково высушены и массы их равны? (Удельная теплота сгорания осины около 1,3 • 107 Дж/кг.)
Удельная теплота всех этих дров одинакова, поэтому при их сгорании выделится одинаковое количество теплоты.

1034. Можно ли рассчитать, какое количество теплоты выделится при полном сгорании соснового полена? Если можно, то как это сделать, что необходимо знать?
Можно. Для этого надо знать удельную теплоту сгорания и массу полена.

1035. Вычислите, сколько энергии выделится при полном сгорании древесного угля массой 15 кг; керосина массой 200 г.

1036. Какое количество теплоты выделится при полном сгорании бензина массой 5 кг; каменного угля массой 10 кг?

1037. Какое количество теплоты выделится при полном сгорании пороха массой 25 г; торфа массой 0,5 т; каменного угля массой 1,5 т?

1038. Сколько теплоты выделится при полном сгорании сухих березовых дров объемом 5 м3?

1039. Сколько теплоты выделится при полном сгорании керосина объемом 0,25 м3; спирта объемом 0,00005 м3; бензина объемом 25 л; нефти объемом 250 л?

1040. На сколько больше теплоты выделится при полном сгорании бензина массой 2 кг, чем при сгорании сухих березовых дров той же массы?

1041. Во сколько раз больше выделится теплоты при полном сгорании водорода массой 1 кг, чем при полном сгорании сухих березовых дров той же массы?

1042. Смешали бензин массой 2 кг и керосин массой 3 кг. Какое количество теплоты выделится при полном сгорании полученного топлива?

1043. Смешали бензин объемом 1,5 л и спирт объемом 0,5 л. Какое количество теплоты выделится при полном сгорании этого топлива?

1044. В печи сгорели сухие сосновые дрова объемом 0,01 м3 и торф массой 5 кг. Сколько теплоты выделилось в печи?

1045. К зиме заготовили сухие сосновые дрова объемом 2 м3 и каменный уголь массой 1,5 т. Сколько теплоты выделится в печи при полном сгорании в ней заготовленного топлива?

1046. а) При полном сгорании антрацита (твердое топливо) массой 10 кг выделяется 2,9 • 107 Дж энергии. Чему равна удельная теплота сгорания антрацита?
б) В лифте высотного здания Московского университета студент поднялся со спортивным грузом (4 спортивных молота). На какую высоту был поднят груз, если его потенциальная энергия относительно пола первого этажа здания стала эквивалентна энергии, выделяемой при полном сгорании 1 г нефти? (Сведения о грузе смотри в таблице 17.)

1047. На какой высоте над поверхностью океана летела в самолете команда футболистов в то время, когда потенциальная энергия их футбольного мяча в самолете была эквивалентна количеству теплоты, которая выделяется при полном сгорании 1 г нефти? (О мяче смотри таблицу 17.)

1048. Сколько нужно сжечь каменного угля, чтобы выделилось 1,5 • 108 Дж энергии; 1,8 • 105 кДж энергии?

1049. В топке котла парового двигателя сожгли торф массой 20 т. Какой массой каменного угля можно было бы заменить сгоревший торф? (Удельную теплоту сгорания торфа принять равной 1,5 • 107 Дж/кг.)

1050. Сколько каменного угля нужно сжечь, чтобы получить столько же энергии, сколько ее выделяется при сгорании бензина объемом 6 м3?

1051. Сколько спирта надо сжечь, чтобы изменить температуру воды массой 2 кг от 14 до 50 °С, если вся теплота, выделенная при горении спирта, пойдет на нагревание воды?

1052. Сколько воды, взятой при температуре 14 °С, можно нагреть до 50 °С, сжигая спирт массой 30 г и считая, что вся выделяемая при горении спирта энергия идет на нагревание воды?

1053. На сколько изменится температура воды объемом 100 л, если считать, что вся теплота, выделяемая при сжигании древесного угля массой 0,5 кг, пойдет на нагревание воды?

1054. На сколько изменится температура воды, масса которой 22 кг, если ей передать всю энергию, выделившуюся при сгорании керосина, масса которого равна 10 г?

Нравится

Преимущества топливных брикетов

Главное преимущество брикет — в 1,5-2 раза выше температура горения, чем у дров. При влажности 20% теплотворная способность древесины 2500—2700 ккал/кг, брикет — 4500—4900 ккал/кг.

И этому есть простые и логичные объяснения:

У брикетов низкая влажность. Чем ниже влажность дров, тем выше их теплоотдача. Нормальная влажность древесины при правильном хранении составляет 15-20%. У брикетов влажность составляет 4-8% и достигается за счет принудительной сушки — обязательного этапа их производства.
У брикетов высокая плотность. Почему дубовые дрова горят жарче тополиных? Из-за плотности. Плотность дуба — 0,81г/см3, тополя — 0,4г/см3. То есть, в каждом см3 дуба содержится больше полезного и горючего древесного вещества, чем в тополе. Плотность брикет 0,95-1г/см3. В них содержание горючего вещества на единицу объема еще выше, чем у дуба. Соответственно выше и теплотворная способность.

Низкая влажность и высокая плотность — залог успеха брикетов. Если высушить дрова до влажности 4-8%, то по теплотворности они сравнятся с брикетами.

Другие преимущества брикет:

Занимают меньше места.
Равномернее и дольше горят.
Делаются из отходов. Если вам небезразлична экология и окружение.
За счет низкой влажности, брикеты выделяют меньше сажи и слабее загрязняют дымоход.

Все о сортах древесины и ее энергетической ценности

Клён

Клён – универсальный вид деревьев. Его древесина прекрасно подходит для производства мебели. Сравнительно редко используется для отопления.

Теплотворная способность: 1900 кВт⋅ч/м3 и 4,1 кВт⋅ч/кг.

Береза

Березовые дрова часто используют для камина, поскольку эти дрова, если они сухие, не образуют искр. Пламя горит с легким голубым оттенком и имеет приятный характерный запах. Береза имеет около 85% теплотворной способности бука. По весу – около 105%. Недостатком березы является высокое сажеобразование. Время сушения: 1,5 года.

Теплотворная способность: 1900 кВт⋅час/м3 и 4,3 кВт⋅час/кг.

Бук

Самое популярное дерево для отопления. Легкий в заготовке и хранении, бук так же обладает высокой теплотворной способностью. Идеален как для камина, так и для топки в котлах и печах. Время сушения: примерно 2 года.

Теплотворная способность: 2200 кВт⋅час/м3 и 4,1 кВт⋅час/кг.

Дуб

Очень хорошая древесина для отопления. Основным ее недостатком является трудность раскалывания. В связи с высоким содержанием танина дубовые дрова необходимо сушить дольше чем другие виды древесины. Для горения танина необходима высокая температура, которая достигается только тогда, если древесина хорошо высушена. Дубовым дровам для горения необходимо больше кислорода, чем, например, буку. Время сушения: 2,5 – 3 года.

Теплотворная способность: 2100 кВт⋅час/м3 и 4,2 кВт⋅час/кг.

Ольха

Ольха – лиственное дерево с низкой отопительной ценностью. Ее достоинством является низкое сажеобразование. Ольха, даже свежесрезанная, горит относительно хорошо, но ее не рекомендуется использовать для отопления. Время сушения – 1,5 года.

Теплотворная способность: 1500 кВт⋅час/м3 и 4,1 кВт⋅час/кг.

Ясень

Древесина ясеня имеет очень хорошую отопительную ценность, подобно дубу и буку. Однако ясеневые бревна трудно раскалывать, потому ясень не так популярен в качестве материала для отопления. Но благодаря его высокой плотности и твердости он считается благородным сортом древесины. Время сушения: 2 года.

Теплотворная способность: 2100 кВт⋅час/м3 и 4,2 кВт⋅час/кг.

Ель

По причине высокого содержания смолы древесина ели искрит при горении, и, поэтому, пригодна для сжигания только в закрытых печах. Это дерево легко воспламеняется и легко расщепляется. Именно поэтому оно прекрасно подходит для розжига. Ель идеально подходит для разжигания еще и потому что она примерно на 30% дешевле чем древесина лиственных пород; однако древесина ели высыхает гораздо быстрее, а также легче в обработке. Дополнительным преимуществом является быстрое восстановление еловых ресурсов.

Теплотворная способность: 1600 кВт⋅час/м3 и 4,4 кВт⋅час/кг.

Сосна

Как и все хвойные деревья вызывает искрение при горении, поэтому оптимально подходит для сжигания в закрытых печах. Древесина лиственницы легко воспламеняется и легко раскалывается, поэтому она прекрасно подходит для розжига. Сосна, как и все виды мягкой древесины горит очень быстро и неравномерно, это связано с низькой плотностью этой древесины.

Теплотворная способность: 1700 кВт⋅час/м3 и 4,4 кВт⋅час/кг.

Лиственница

Теплотворная способность: 1700 кВт⋅час/м3 и 4,4 кВт⋅час/кг.

Пихта

Теплотворная способность: 1500 кВт⋅час/м3 и 4,4 кВт⋅час/кг.

Ива

Большинство разновидностей ивы является быстрорастущими деревьями. Ежегодный рост на 1,5 – 2 м не является редкостью. Верба редко используется как древесина для отопления. В будущем, в связи с способностью к быстрому росту деревьев, возможно разведение ивы как сельскохозяйственной культуры предназначенной для производства щепы.

Теплотворная способность 1400 кВт⋅час/м3 и 4,1 кВт⋅час/кг.

Дрова хвойных пород: сосна, ель, лиственница

По характерному потрескиванию поленьев, которое буквально ласкает слух, и ярким разлетающимся искрам можно определить горение хвойных поленьев. Они дают много жара, однако сгорают довольно быстро. Но многие недостатки быстро забываются благодаря неповторимому смолистому аромату, который доносится от сгораемых сосновых или еловых дров. Только при этом следует соблюдать предельную бдительность, поскольку выстреливающие время от времени искры могут натворить немало неприятностей. Поэтому необходимо соблюдать технику безопасности.

Стоит заметить, что сосновые поленья дают больше жара, чем еловые. Во многом за счет высокого содержания смолистых веществ, благодаря которым выделяется упомянутый выше аромат. Сосновый и еловый, он одинаково производит бодрящий эффект. К тому же может оказывать тонизирующее воздействие на органы верхних дыхательных путей. Кроме того, «стреляющим» эффектом обладают как раз еловые поленья, а сосновые дрова – дымовым. Но древесина обеих пород легко колется и растапливается, хоть и сильно коптит.

Что касается лиственницы, то такими дровами редко кто разжигает топку в силу малой распространенности. При этом стоит учитывать, что при сгорании поленьев в большом количестве выделяется угарный газ. По этой причине не стоит сразу же закрывать заслонку, а в дачном домике или загородном коттедже должна быть качественная вентиляция.

Осина – очищающие дрова

Осина тоже долго разжигается и быстро сгорает. Поэтому такими дровами не стоит растапливать печку, что называется, «с нуля». В то же время языки пламени получаются длинными и яркими. Также есть еще некоторые ценные свойства. Помимо того что дрова сами по себе не образуют копоти, они способны удалять нагар, образовавшийся от других поленьев. Вместе с тем, если сравнивать с березовыми дровами, осиновые поленья при сгорании дают гораздо меньше тепла.

Зато их можно использовать для «прочистки» дымохода. С этой целью рекомендуется на завершающей стадии топки подкинуть несколько осиновых дровишек. И дымоход «прочистится». Хоть сами они не дают жара, но способны долгое время поддерживать тепло.

§ 12. Твердое топливо

Дрова – наиболее распространенный вид твердого топлива для комнатных печей и кухонных очагов. Теплотворная способность дров зависит от их влажности. Сухие дрова легко загораются. При горении они развивают более высокую температуру, чем сырые, следовательно, дают больше тепла.

Теплотворная способность дров различных пород древесины на единицу массы (1 кг) практически одинакова. Однако на единицу объема (1м3) дрова более плотной и тяжелой древесины дают значительно больше тепла, например березовые дрова дают на 20-25% больше тепла, чем осиновые, и на 15-18% больше, чем сосновые.

Заготовляют дрова в виде поленьев определенной длины: 35; 50; 75 и 100 см. Толщина расколотых поленьев 6-8 см.

Торф представляет собой остатки перегнивших растительных веществ. По способу добычи различают торф резной, кусковой, прессованный (в форме брикетов) и фрезерный (в виде торфяной крошки). Влажность кускового торфа, которым чаще всего пользуются для отопления, колеблется от 25 до 40%. По своему химическому составу и теплотворной способности торф приближается к дровам, но имеет большую зольность.

В безлесных местностях, где нет ни торфяников, ни каменного угля, печи топят кизяком – высушенными на воздухе плитками из навоза и соломы. По внешнему виду, химическому составу, способности рассыпаться в сухом виде кизяк сходен с торфом низших сортов. Как и торф, кизяк содержит много влаги. Его рекомендуется сжигать в таких же топливниках, что и торф.

Каменный уголь залегает пластами в недрах земли, иногда на очень большой глубине. По химическому составу каменный уголь представляет собой в основном соединение углерода и водорода. Ценность каменного угля в его высокой теплотворной способности.

Каменный уголь подразделяется на следующие виды: уголь богатый летучими веществами и малозольный (газовый); уголь бедный летучими веществами и малозольный (антрацит); уголь многозольный с большим количеством влаги (подмосковный уголь, сланцы). Для каждого из видов угля топливник должен иметь свои особенности, однако во всех случаях топливник для сжигания твердого топлива должен быть оборудован колосниковой решеткой.

Список источников