Teplota spalování palivového dřeva: srovnání různých druhů 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)

Palivové dřevo je prastarý a osvědčený druh paliva, který je v mnoha regionech stále oblíbený. Jedná se o velmi cenově dostupné tuhé palivo, které se snadno nakupuje, skladuje a přepravuje.

Ekonomický přínos závisí především na tom, jak rychle a kolik tepla toto palivo uvolní. Teplota spalování palivového dřeva závisí na mnoha faktorech, od druhu dřeva po podmínky prostředí.

Vlastnosti a parametry spalování dřeva v kamnech

Plamen je speciální plynné prostředí, ve kterém aktivně probíhají oxidační procesy za pomoci kyslíku. Plamen má poměrně složitou strukturu, proto se teplota v jeho částech mění.

Podle barvy plamene můžete určit mnoho nuancí:

• Přibližný teplotní rozsah;
• Přítomnost nečistot, pryskyřic, solí v materiálu;
• Stupeň vyhoření paliva;
• Jak intenzivně se uvolňuje nebezpečný oxid uhelnatý?

Důležité! Pokud dřevo hoří modrým plamenem, svědčí to o nedokonalém spalování materiálu, což znamená prudké a silné uvolňování nebezpečného oxidu uhelnatého a nízký tepelný výkon dřeva.

Spalování paliva tímto způsobem se nevyplácí. Tento jev je obvykle pozorován u vlhkého palivového dřeva. Takovým dřevem nemá smysl topit v kamnech. Teplota takového plamene je nejnižší – od 235 do 800 stupňů.

Pokud plamen nemá žádnou barvu, znamená to, že palivové dřevo je téměř úplně spáleno, všechny procesy rozpadu částic v něm probíhají až do konce. Tento jev lze pozorovat na koncích plamene, které nejsou v troubě tak jasně viditelné. Nejlépe je to vidět na svíčce nebo v ohni. Teplota takového plamene je obvykle od 800 do 1000 stupňů.

Barva plamene však nevypovídá o přenosu tepla ani tepelném výkonu dřeva.

Co určuje teplotu hoření dřeva?

Teplota spalování palivového dřeva se pohybuje od 500 do 1100 stupňů.

Záleží na několika faktorech:

• Stupně spalování: dřevo se teprve zahřívá nebo již hoří silou a hlavní;
• Objem kusu dřeva;
• Tvary kusu: Žebrované nebo rýhované palivové dřevo se vznítí rychleji než rovná, kulatá polena;
• Hustota dřeva a přítomnost dutých oblastí nebo pórů v něm;
• Proudy vzduchu obklopující palivové dříví;
• Množství vlhkosti v palivovém dřevě;
• Množství pryskyřice v palivovém dřevě.

Hustý dub, který obsahuje malé množství pryskyřice, je mnohem obtížnější zapálit než porézní olše. Zároveň je účinnost dubového palivového dřeva mnohem vyšší, protože existuje více látek, které podléhají rozkladu.

Dřevo tedy hoří déle a produkuje více tepla. Teplotní práh pro spalování dřeva závisí na struktuře dřeva – tedy na tom, jak moc je potřeba materiál zahřát.

Prahová teplota spalování:

• Porézní, modřínové druhy: olše, bříza – 450-500 stupňů;
• Volné, jehličnaté druhy s velkým množstvím pryskyřic: smrk, borovice – 620-650 stupňů;
• Husté, modřínové druhy: dub, jasan, habr – 800-900 stupňů.

Teplota spalování je obvykle mírně vyšší než práh vznícení. Při dosažení prahu hoření se materiál sám vznítí.

Je zřejmé, že výkon kamen na dubové dřevo bude dvakrát vyšší než výkon stejné jednotky naplněné levnějším materiálem.

Etapy spalování dřeva

Teplota spalování jakéhokoli materiálu závisí také na fázích tohoto procesu a na tom, jak se vyvíjí.

• Zahřívání Jedná se o přípravnou fázi před začátkem chemické reakce pyrolýzy, tedy spalování. Teplota je 120-150 stupňů. V této fázi se z palivového dřeva odpaří přebytečná vlhkost a dřevo zuhelnatí. Po dosažení prahové hodnoty 250-300 stupňů začíná tepelný rozklad materiálu. Není žádný oheň, ale uvolňuje se kouř.
• Začátek pyrolýzy. Tepelný rozklad je zachycen v řetězové reakci. Z pevných látek se začíná vyvíjet plyn. Objeví se červenožlutý plamen. Pokud je palivové dříví dosti vlhké, například se jedná o čerstvě pořezaný strom, pak se většina tepelné energie spotřebuje na odpařování vody. To povede k dlouhodobému zahřívání dřeva, protože teplota nedosáhne kritických hodnot vznícení.
• Spalování. Začíná, když je k dispozici kyslík a teplota je dostatečná pro udržení plamene a ohřev materiálu. Proto je snazší zapálit oheň v kamnech než na venkovním ohni. Tento proces bude pokračovat, dokud bude existovat materiál k rozkladu a podpoře spalovací reakce, tedy dokud bude k dispozici palivové dřevo. V tuto chvíli teplota plamene dosahuje 600 – 1000 stupňů, jeho barva se stává jasně žlutou, bílou nebo průhlednou.
• Útlum. Začíná, jakmile začne mizet jeden z faktorů, které tvoří spalování: přítomnost dostatečného objemu kyslíku, paliva nebo požadovaná okolní teplota.

Znáte-li tyto procesy a jste schopni určit teplotu plamene podle barvy, můžete regulovat úroveň přenosu tepla ze samotných kamen. Je zřejmé, že čím je plamen teplejší, tím více a rychleji uvolňuje teplo do místnosti.

Rada. Dnes je mnoho pecí a spalovacích komor vybaveno speciálním zařízením – pyrometrem. Toto je jediné zařízení, které dokáže přesně měřit teplotu plamene.

Tepelný výkon palivového dřeva

Tepelný výkon palivového dřeva je parametr, který ukazuje maximální teplotu, kterou dřevo dokáže vyprodukovat. Takže u dubu bude mnohem vyšší než u olše, i když plamen dubového dřeva bude méně jasný a intenzivní.

Tepelný výkon jednotlivých druhů palivového dřeva a teplota spalování:

dřevo	Tepelný výkon	Teplota spalování
Beech	89%	1040
Habr	82%	1010
Dub	72%	910
Larch	71%	860
Birch	69%	820
Jedle	64%	750
Lime tree	56%	650
Borovice	51%	620
Aspen	50%	550
Alder	46%	460

Tyto ukazatele jsou vypočteny na základě skutečnosti, že palivové dřevo by mělo být prakticky suché a jeho vlhkost by neměla přesáhnout 12%. Mokré palivové dřevo produkuje mnohem méně tepla.

Proč je potřeba počítat s teplotou?

Mnoho ekonomických ukazatelů a operací závisí na tepelném výkonu a teplotě spalování:

• Výpočet množství palivového dřeva potřebného k jednorázovému zahřátí místnosti.
• Kalkulace nákladů na palivové dříví. Ačkoli olše stojí méně než dub, v důsledku toho je jí potřeba více, což znamená, že se na ni vynakládá více peněz.
• Výpočet objemu palivového dřeva, které je třeba připravit na určité období: měsíc, šest měsíců, zima, chladné měsíce.
• Určení způsobu skladování palivového dřeva. Obvykle se sypký materiál skladuje venku pod přístřeškem nebo v nevytápěné kůlně. Malá část palivového dřeva, vhodná pro 1-2 plnohodnotné topeniště, je uložena v domě nebo v jiné vytápěné místnosti, kde má čas vyschnout.
• Výpočet nákladů na přepravu palivového dřeva, který přímo závisí na jeho objemu.

Je zřejmé, že je ekonomicky výhodnější používat husté palivové dříví než dřevo lehké, porézní a levné.

Ale protože je obtížnější zapálit tento typ paliva, bude vhodné jej pro zapálení kombinovat s lehkým dřevem, které rychle zvyšuje teplotu velké části paliva.