Древесина горит по-разному, это общеизвестный факт. Если сжечь равные по объему охапки дров из дуба и тополя, то в первом случае в помещении будет значительно теплее, а горение будет продолжаться дольше. В данной статье мы попробуем разобраться в физико-химических свойствах древесины и понять, от чего зависит ее теплотворная способность.
Из чего состоит древесина?
В одном килограмме хорошо просушенных дров содержится:
· углерода — 495 г;
· кислорода — 442 г;
· водорода — 63 г.
Несмотря на разницу в теплотворной способности древесина всех без исключения пород имеет одинаковый элементный состав.
Эти элементы представляют собой основу органических соединений: целлюлозы, гемицеллюлозы, лигнина и сравнительно небольших количеств смол, жиров, камедей.
Поскольку древесина имеет ячеисто-волокнистую структуру, капиллярные явления в ней — обычное дело. Иначе говоря, дрова не бывают абсолютно сухими. И строительную, и топливную древесину разделяют на три категории по влажности:
· комнатно-сухая — 7-20 %;
· воздушно-сухая — 20-50 %;
· сплавная — 51 % и выше.
При сжигании дров остается от 1 до 3 % золы — механических примесей (песка, глины) и водорастворимых минеральных солей, которые были поглощенных корневой системой из почвы.
Какие реакции происходят при горении дров?
Итоговые реакции при горении дров — экзотермическое окисление углерода и водорода:
· C + O ₂ = CO ₂ + 400 кДж;
· H ₂ + ½ O ₂ = H ₂ O + 240 кДж.
Конечно же, целиком весь процесс протекает гораздо сложнее. При этом все тепловые эффекты, которыми сопровождаются промежуточные реакции, учтены в итоговых.
Скажем сразу, что теоретически при сгорании одного килограмма абсолютно сухих дров выделяется около 18 МДж или 4300 ккал энергии. Если вы — знаток химии, можете самостоятельно перепроверить нас: перевести массы всех трех элементов в количество моль, посчитать необходимое для горения количество «добавочного» кислорода и вычислить теплотворную способность. Мы в своих расчетах отталкивались от того, что при горении углерод и водород поделят содержащийся в древесине кислород поровну.
Теплотворная способность и влажность
Если сравните полученное нами значение массовой теплоты сгорания древесины с данными из других источников, наверняка заметите разницу. Например, в статье из Википедии можно найти, что теплотворность дуба, бука и некоторых других лиственных пород составляет не 18, а 15 МДж/кг.
Откуда берется разница в 3 МДж? Мы считали теплоту сгорания абсолютно сухого вещества, а здесь видим данные по древесине влажностью 15%. Около 3 МДж расходуются на испарение воды. 15 МДж/кг — это низшая, или рабочая теплотворная способность.
Существует также понятие о высшей теплотворной способности. При конденсации водяных паров, содержащихся в дымовых газах, выделяется некоторое количество тепла. Высшая теплотворность — это сумма энергии горения и конденсации. Она составляет около 4750 ккал/кг или 19,8 МДж/кг.
На сегодняшний день технологии усвоения энергии конденсации «работают» в отопительных газовых котлах. Для производителей дровяных печей это пока что одно из самых перспективных направлений работы по усовершенствованию своей продукции.
Объемная теплотворность дров
Дровяная топка имеет ограниченное внутреннее пространство и способна вместить в себя определенное количество древесины. Поэтому для владельца печи практическое значение имеет не массовая, а объемная теплотворная способность. Для ее расчета низшая теплота сгорания умножается на насыпной вес.
Один из факторов, определяющих теплотворность дров — полнота их сгорания. Обратите внимание на новую линейку дровяных печей «ТОП-Драйв» мощностью 15 и 25 кВт. В них реализована технология двойного горения. В верхнюю часть топки подается подогретый вторичный воздух, обеспечивающий полное окисление газов. В результате удается снять максимальное количество тепла и сделать дым экологически безопасным.
