Jaká je teplota při spalování dřeva?

Palivové dřevo se stále používá jako palivo do kamen a krbů a k vaření na otevřeném ohni. Každý uživatel má zájem na tom, aby jím nakupované palivo zajišťovalo maximální teplotu hoření dřeva. Schopnost nasměrovat maximální množství tepelné energie získané při spalování dřeva k vytápění objektu a zároveň minimalizovat možné ztráty, je konečným cílem každého majitele autonomního topného systému. Tepelný výkon polen používaných jako palivo přímo závisí na faktorech, jako jsou:

• druhy dřeva;
• objem vzduchové směsi vstupující do topeniště a její teplota;
• skutečný obsah vlhkosti palivového dřeva v době jeho umístění do topeniště;
• obsah kalorií (tento termín označuje množství tepelné energie získané při spalování jednotky paliva).

Jejich kombinace má přímý vliv na účinnost spalování. Suché dřevo hoří déle a lépe než mokré dřevo. Nedostatek kyslíku dodávaného do krbu palivového dřeva v kamnech ho uvádí do režimu doutnání, což výrazně snižuje množství vydávaného tepla. Když to víte, můžete si předem koupit to, co potřebujete.

Tepelné parametry dřeva

Hlavními faktory ovlivňujícími teplotu, při které hoří palivové dřevo, jeho výhřevnost a vlastnosti otevřeného ohně (při použití dřeva jako tuhého paliva), je složení a množství pryskyřic obsažených v druhu, struktuře a hustotě materiálu. Příklad. Porézní topolové dřevo hoří jasně, ale teplota nepřesahuje 500°C. Hustší tvrdá dřeva (jasan, buk) vytvářejí při spalování teploty přesahující 1000°C. Tato hodnota u břízy kolísá kolem 800 °C, u modřínu a dubu asi 900 °C. Průměrná teplota spalování jehličnatého dřeva je 630°C.

Jak vybrat správné palivové dřevo správné kvality

Březové palivové dřevo má optimální poměr ceny a tepelné účinnosti. Použití jiných plemen, a to i při vyšších teplotách, není ekonomicky výhodné kvůli jejich vysoké ceně. Měkké dřevo se svým mírným tepelným výkonem je vhodné na ohniště. Ale je nežádoucí je používat v kamnech, kotlích na tuhá paliva nebo krbech. Teplo, které vytvářejí, nestačí k efektivnímu vytápění místnosti, ale zaručeně ucpávají topné zařízení a komín sazemi. Mezi nekvalitní palivo patří i polena z pórovitého dřeva (olše, vrba, osika, topol, lípa). Vyznačují se extrémně nízkým vývinem tepla. Zmíněné dřevo při spalování uhlíky „vystřelí“. Při spalování otevřeného krbu to může vést k požáru. Při výběru palivového dřeva věnujte pozornost jeho vlhkosti. Ty syrové mnohem hůř hoří, kouří a po dohoření zanechávají spoustu popela.

Přenos tepla a teplota spalování

Čím vyšší je první indikátor, tím více tepla se uvolní během spalování takového palivového dřeva. Proto měrná výhřevnost (J/kg) přímo závisí na druhu dřeva. Ideální podmínky pro spalování jsou:

• spalování je organizováno v uzavřeném objemu (pec topného zařízení);
• palivové dřevo je co nejsušší;
• je organizován dávkovaný přívod vzduchu (pouze v objemu potřebném pro úplné spálení).

Tabulkové hodnoty výhřevnosti dřeva jsou užitečné pouze pro počáteční srovnání různých druhů mezi sebou. Skutečná čísla jsou vždy výrazně nižší.

Co je spalování a jak k němu dochází?

Jedná se o izotermický proces uvolňující teplo, který lze rozdělit do několika fází:

• ohřev – působením otevřeného plamene z vnějšího zdroje se úsek polena zahřeje na teplotu, jejíž dosažení zajišťuje jeho zapálení.

Dosažení teploty (120-150) °C iniciuje zuhelnatění dřeva. Výsledné uhlí je schopné samovznícení. (250-350) °C začíná pyrolýza (tepelný rozklad na složky přítomné v plynné formě). Zuhelnatělá vrchní vrstva hoří bez vytvoření otevřeného ohně (doutnatí). Proces je doprovázen uvolňováním hnědého (bílého) kouře, tvořeného směsí těchto plynů s vodní párou.

• vznícení existujících pyrolýzních plynů – pokračující ohřev podporuje tepelný rozklad dřeva, zvyšuje koncentraci pyrolýzních plynů, které vzplanou.

Požár se šíří na celý vytápěný prostor. Vytvoří se stabilní plamen, který má světle žlutou barvu.

• Zapálení – palivové dřevo se zapálí. Průměrná procesní teplota (450-620) °C.

K tomu dochází vlivem vnějšího zdroje tepelné energie. Ten iniciuje zahřívání a urychluje termochemickou reakci.

Hořlavost polen závisí na značném počtu vnějších faktorů:

a) – průřez kulatiny, její tvar a objemová hmotnost;

b) – síla tahu proudu;

c) — stupeň vlhkosti dřeva;

d) – umístění klády vzhledem k pohybujícímu se proudu vzduchu (horizontálně, vertikálně);

e) – hustota kulatiny (porézní rychleji svítí, žebrované hoří lépe než kulaté, masivní hůře než malé, nehoblované rychleji než hladké).

• Spalování – jsou-li vytvořené podmínky spalování blízké optimálním, zapálené pyrolýzní plyny iniciují proces stabilního spalování, který se rozšíří na celou palivovou náplň.

Proces pokračuje tak dlouho, dokud jsou zachovány podmínky pro spalování (dostupnost paliva, přísun kyslíku, udržování teploty na požadované úrovni).

• Zhasnutí – při nesplnění některé z těchto podmínek plamen zhasne.

Jak zjistit teplotu hoření dřeva

To lze provést na dálku pomocí pyrometru (přesné měření). Stávající modely pro domácnost umožňují měření v rozsahu (700-1200) °C. Přibližná hodnota umožňuje nastavit barvu plamene:

• tmavě červená – ke spalování dochází při nízkých teplotách (nevytváří se dostatek tepla);
• bílá – vysokoteplotní proces, ke kterému dochází při zvýšeném tahu (dochází k určitým tepelným ztrátám);
• oranžovo-žlutá – optimální teplota spalování (charakteristická pro břízu) a maximální přenos tepla.

Jaké druhy dřeva mají nejvyšší tepelný výkon?

Výhřevnost dřeva udává, kolik tepelné energie se uvolní při procesu spalování. Ale je tu ještě jedna vlastnost, na kterou se často zapomíná: tepelný výkon. Toto je název pro maximální hodnotu teploty, která závisí na druhu dřeva a lze jí dosáhnout při spalování dřevěného paliva. Příklad je uveden níže (druh dřeva/tepelný výkon v %/teplota):

• popel – 87 – 1044;
• dub zimní sklizený – 75 – 900;
• letní sklizeň – 70 – 840;
• modřín – 72 – 865;
• bříza – 68 – 816;
• akát – 59 – 708;
• lípa – 55 – 660;
• borovice – 52 – 624;
• osika – 51 – 612;
• olše – 46 – 552;
• topol – 39 – 468.

Co ovlivňuje vznik teploty spalování

Kromě druhu dřeva je třeba brát v úvahu i hodnoty jako vlhkost, realizovaný tah a provedení topného zařízení, ve kterém se dřevo spaluje (kotel, kamna, krb).

Vliv vlhkosti

Bezprostředně po sklizni je to (průměrná hodnota) cca 55 %. Jejich spalovací teplota zřídka stoupne na mezní hodnoty, protože značná část se spotřebuje na odpařování stávající vlhkosti. V důsledku toho klesá přenos tepla. Aby bylo zajištěno uvolnění požadovaného množství tepla, použije se jedna z následujících tří možností:

• Pokud potřebujete vařit jídlo a vytápět místnost, pak použití čerstvě sklizeného palivového dřeva vyžaduje zdvojnásobení požadovaného objemu.

Značné objemy sazí výrazně zkracují dobu mezi údržbou plynovodů a komínů a zvyšují se náklady na nákup paliva.

• Takové dřevo musí být nejprve vysušeno na vlhkost asi 20 % (rovnováha).

Při přirozeném sušení to bude trvat 1,0-1,5 roku.

• Vykupují se suchá polena (náklady jsou kompenzovány výsledným přenosem tepla).

Výhřevnost (kW m3)

• 

Pro majitele domů, jejichž vytápění je založeno na využití přírodního paliva, je jedním z důležitých parametrů řízených při provozu topného systému teplota spalování dřeva v kamnech. Bylo by však chybné posuzovat kvalitu dřeva pouze podle teploty spalování, protože nejdůležitější je přenos tepla, množství tepla, tepla, které les při úplném spálení vydá. Očekávání majitelů domů jsou jasná, potřebují ze svého dříví vymáčknout maximum tepla.

V tomto materiálu se pokusíme pohovořit o nejdůležitějších parametrech palivového dřeva, zvážit, které palivové dřevo vydává více tepla a které méně, zjistit maximální teploty spalování různých druhů dřeva v kamnech a krbech a také faktory, které brání vzniku vzhled vysokých teplot.

Aktivní a intenzivní oheň v topeništi pece

Základní parametry

Hlavní parametry ukazující kvalitu dřeva jsou jeho spalovací teplota a přenos tepla. Obě charakteristiky spolu úzce souvisí, protože čím intenzivnější je spalování dřeva v kamnech, čím vyšší teplota, tím více tepla se uvolňuje do okolí.

Když se setkáte s různými druhy dřeva, všimnete si, že některé hoří dobře a jasně a uvolňují znatelné teplo, zatímco jiné doutnají pomalu a prakticky z nich nevychází žádné teplo. A nejde o to, že některé palivové dřevo může být vlhké, zatímco jiné může být suché. To se vysvětluje rozdílem mezi různými druhy dřeva ve složení, hustotě, struktuře a v důsledku toho v teplotě spalování a množství generovaného tepla.

Po mnoha výzkumech byli vědci schopni určit tepelný výkon a teplotu spalování hlavní dřeviny za ideálních podmínek. Za ideální podmínky byly považovány dva faktory:

1. Téměř úplná absence vlhkosti ve dřevě.
2. Spalování v uzavřeném prostoru za předpokladu, že je v něm pouze dostatek kyslíku k provedení reakce.

Některé z nejcennějších dřevin s vynikajícími vlastnostmi přenosu tepla jsou dub, buk, habr a modřín. Palivové dřevo z těchto stromů je však vzácné a stojí nemalé peníze, proto se jako palivo obvykle používají hobliny, piliny, větve a další odpad z průmyslové výroby a těžby dřeva.

Současně, abychom měli úplný obraz o tepelných charakteristikách dřeva, je vhodné studovat měrné spalné teplo každého druhu dřeva a mít představu o jejich přenosu tepla. Přenos tepla lze měřit v různých veličinách souvisejících s hmotností a objemem paliva.

Při studiu tepelných charakteristik různých druhů stromů stojí za zmínku, že dub a bříza vydávají při spalování mnohem více tepla než například olše, osika nebo borovice. Zároveň byste se neměli zcela spoléhat na tabulková data, protože v reálném životě není možné dosáhnout ideálních podmínek, takže teplota v topeništi kamen na dřevo může být při spalování podobného dříví výrazně nižší.

Hodnoty uvedené v různých tabulkách jsou ideální a slouží k zobrazení celkového obrazu, zatímco skutečná teplota v topeništi pece takových hodnot nikdy nedosáhne, což je vysvětleno dvěma jednoduchými a srozumitelnými faktory:

1. Maximální teploty je nemožné dosáhnout primárně kvůli tomu, že není možné palivové dřevo úplně vysušit doma. Pro zapalování krbů a kamen se používá dřevo s různou vlhkostí, jaké je k dispozici.
2. Dalším důležitým faktorem, který snižuje teplotu spalování dřeva v krbu nebo kamnech, je nedostatek kyslíku. Proud vzduchu regulujeme klapkou, kterou často zakrýváme.

Podívejme se na každý z identifikovaných problémů samostatně.

Faktor vlhkosti

Hlavním negativním faktorem je samozřejmě vlhkost. Čerstvě nařezané dřevo má vlhkost v rozmezí 40 až 55 %, u některých dřevin může vlhkost dosáhnout až 65 %. V kamnech můžete topit surovým dřevem, bude i hořet, ale hlavní část tepla bude využita na sušení dřeva a odpařování vlhkosti. V důsledku toho teplota v kamnech na surové dřevo nemůže dosáhnout maximální úrovně, což znamená, že přenos tepla z takového dřeva bude průměrný.

Než se tento les promění v plnohodnotné suché palivové dříví, potrvá ještě dlouho

Majitel domu samozřejmě může k topení použít mokré i suché dřevo:

• V kamnech můžete spálit čerstvě nařezané dřevo, stejně jako nedávné zásoby, ale měli byste si uvědomit, že v tomto případě bude spotřeba palivového dřeva řádově vyšší, protože bude vydávat méně tepla. Dalším negativním jevem bude velké množství sazí v komíně, které se objeví při spalování surového dřeva.
• Abyste získali suché palivové dříví, musíte dřevo řádně připravit, nařezat, naštípat na polena požadované délky, uložit do dřevníku, šest měsíců nebo i rok sušit a poté použít. Předpokládá se, že palivové dřevo sklizené v zimě a chované ve stodole po dvě letní sezóny je optimálně suché, jeho vlhkost je obvykle asi 20 %. Je to dlouhá cesta, ale umožňuje vám dosáhnout většího přenosu tepla z palivového dřeva a v důsledku toho ušetřit na dřevě.

Všimněte si, že existují stromy, které nejsou vůbec určeny k zapalování kamen při čerstvém řezu. Patří sem druhy jako topol a vrba. Při spalování těchto druhů dřeva se neuvolňuje prakticky žádné teplo a jen stěží lze nazvat jejich doutnající spalování. Po usušení topol hoří jasným a krásným plamenem, ale přesto neposkytuje mnoho tepla.

Prostup tepla ze dřeva se samozřejmě během sušení nezvýší dvakrát až třikrát, ale zvýší se o 15-20%. Zvláště silný kontrast je cítit při spalování čerstvě nařezaného dřeva a sušeného dřeva stejného druhu.

Zároveň je rozdíl v přenosu tepla mezi různými druhy dřeva tak velký, že umožňuje spalovat některé odrůdy čerstvé, například břízu, dub, jasan. Tito nepochybní lídři mají tak vysokou teplotu spalování, že jsou schopni se sami vysušit a vytopit dům. Březové palivové dřevo má navíc příjemnou vůni, která je považována za léčivou. Jehličnaté stromy nemají tak působivé vlastnosti, protože obsahují velké množství pryskyřice, takže surový smrk nebo borovice lze umístit pouze do vyhřáté trouby.

Aby dřevo vydalo maximum tepla, aby teplota v krbu nebo kamnech při spalování dřeva dosahovala vysokých hodnot, je nutné dřevo sušit.

Faktor nedostatku kyslíku

Dalším negativním faktorem, který nám neumožňuje dosáhnout maximálních teplot v peci, je nedostatek kyslíku. Zde můžeme přímo ovlivnit přenos tepla palivového dřeva použitím klapek podle určení. Bohužel nejčastěji zakrýváme klapky našich krbů a kamen, abychom snížili intenzitu požáru a prodloužili jeho dobu trvání, protože podle lidového přesvědčení nám tento způsob umožňuje šetřit palivo.

Zde stojí za zmínku, že vzduch volně proudí do otevřeného krbu, což znamená, že nedostatek kyslíku pro reakci nemá negativní dopad.

Chemický vzorec pro ideální spalování dřeva v jeho nejjednodušší podobě je následující: C + 2H2 + 2O2 = CO2 + 2H2O + Q (teplo).

• Na levé straně rovnice vidíme slučování uhlíku a vodíku, které zajišťuje spalovací reakci, když není ve vzduchu dostatek kyslíku.
• Na pravé straně jsou již zplodiny hoření po reakci, kdy se uvolňuje oxid uhličitý, pára a teplo.

eHustý oheň v topeništi pece

Pro dosažení maximálních teplot při spalování suchého dřeva je nutné dodat do topeniště jedenapůlkrát více kyslíku, než je potřeba pro úplné spálení dřeva. Když přitom klapkou uzavřeme přístup čerstvého vzduchu, rovnice se upraví a objeví se v ní oxid uhelnatý CO.

Oxid uhelnatý se začíná produkovat, protože atomy uhlíku se nespojily se dvěma atomy kyslíku, ale našly si pro sebe pouze jeden. Oxid uhelnatý, který není zcela spálen, částečně vystupuje komínem a částečně zůstává v topeništi, čímž se snižuje potenciální teplota spalování v něm a snižuje se přenos tepla palivového dřeva. Při nedostatku vzduchu dosahuje teplota v troubě pouze 65-70 % jejích schopností.

Tímto způsobem lze nalézt jasný vztah mezi úrovní přívodu vzduchu řízeného tlumičem a množstvím produkovaného oxidu uhelnatého. Čím méně kyslíku se dostane do topeniště, tím více oxidu uhelnatého a méně tepla se objeví.

Všimněte si, že přenos tepla je také aktivně ovlivňován samotnou pecí v závislosti na účinnosti jejího provozu. Pokud vařič odebírá 40 % tepla, není třeba hovořit o přítomnosti maximálních teplot v něm.

Na závěr lze poznamenat, že teplota v kamnech přímo závisí na druhu palivového dřeva, jeho vlhkosti a množství vzduchu vstupujícího do topeniště. Maximálních výsledků se dosáhne z tvrdého dřeva, které je zcela vysušené a připravené k použití.