Деревина горить по-різному, це загальновідомий факт. Якщо спалити рівні за обсягом оберемки дров з дуба і тополі, то в першому випадку в приміщенні буде значно тепліше, а горіння триватиме довше. Ми спробуємо розібратися у фізико-хімічних властивостях деревини і зрозуміти, від чого залежить її теплотворна здатність.
З чого складається деревина?
В одному кілограмі добре просушених дров міститься:
- вуглецю — 495 г;
- кисню — 442 г;
- водню — 63 г.
Незважаючи на різницю в теплотворній здатності деревина всіх без винятку порід має однаковий елементний склад. Ці елементи являють собою основу органічних сполук: целюлози, геміцелюлози, лігніну і порівняно невеликих кількостей смол, жирів, камедей.
Оскільки деревина має пористо-волокнисту структуру, капілярні явища в ній — звичайна справа. Інакше кажучи, дрова не бувають абсолютно сухими. Детальніше можна дивитися на сайті. І будівельну, і паливну деревину поділяють на три категорії по вологості:
- кімнатно-суха — 7-20 %;
- повітряно-суха — 20-50 %;
- сплавна — 51 % і вище.
При спалюванні дров залишається від 1 до 3% золи — механічних домішок (піску, глини) і водорозчинних мінеральних солей, які були поглинених кореневою системою з грунту.
Які реакції відбуваються при горінні дров?
Підсумкові реакції при горінні дров-екзотермічне окислення вуглецю і водню:
- C+O₂=CO₂+400 кДж;
- H₂+½O₂=H₂O+240 кДж.
Звичайно ж, весь процес протікає набагато складніше. При цьому всі теплові ефекти, якими супроводжуються проміжні реакції, враховані в підсумкових.
Скажемо відразу, що теоретично при згорянні одного кілограма абсолютно сухих дров виділяється близько 18 МДж або 4300 ккал енергії. Якщо ви знаєте хімію, можете самостійно перевірити ще раз: перевести маси всіх трьох елементів в кількість моль, порахувати необхідну для горіння кількість «додаткового» кисню і обчислити теплотворну здатність.
Теплотворна здатність і вологість
Якщо порівняти отримане нами значення масової теплоти згоряння деревини з даними з інших джерел, можна помітити різницю. Наприклад, в статті з Вікіпедії можна знайти, що теплотворність дуба, бука і деяких інших листяних порід становить не 18, а 15 МДж/кг.
Звідки береться різниця в 3 МДж? Ми вважали теплоту згоряння абсолютно сухої речовини, а тут бачимо дані по деревині вологістю 15%. Близько 3 МДж витрачаються на випаровування води. 15 МДж/кг — це нижча, або робоча теплотворна здатність.
Існує також поняття про вищу теплотворну здатність. При конденсації водяної пари, що містяться в димових газах, виділяється деяка кількість тепла. Вища теплотворність — це сума енергії горіння і конденсації. Вона становить близько 4750 ккал/кг або 19,8 МДж/кг.
На сьогоднішній день технології засвоєння енергії конденсації "працюють" в опалювальних газових котлах. Для виробників дров'яних печей це поки що одне з найперспективніших напрямків роботи з удосконалення своєї продукції.
Об'ємна теплотворність дров
Дров'яна топка має обмежений внутрішній простір і здатна вмістити в себе певну кількість деревини. Тому для власника печі практичне значення має не масова, а об'ємна теплотворна здатність.
Один з факторів, що визначають теплотворність дров — повнота їх згоряння. Зверніть увагу на нові моделі дров'яних печей. У них реалізована технологія подвійного горіння. У верхню частину топки подається підігріте вторинне повітря, що забезпечує повне окиснення газів. В результаті вдається зняти максимальну кількість тепла і зробити дим екологічно безпечним.
