В Российской Федерации ежедневно происходит в среднем около 700 только зарегистрированных пожаров, на которых погибает 40-50 человек... И, к сожалению, наблюдается тенденция к росту количества пожаров. Подвержены горению сооружения и конструкции из дерева.

А между тем древесина - бесподобное творение природы, оптимальнейший строительный материал, экологически здоровый, возобновляемый, теплый, технологичный, с достаточно высокой механической прочностью. Такие органические недостатки древесины, как горючесть и подверженность биоразрушению, в настоящее время легко преодолеваются с помощью доступных антипиренов, антисептиков, других средств защиты. Поэтому во всем мире, в том числе и в России, в настоящее время значительно возрастают объемы строительства зданий различного назначения из древесины. Особенно много из древесины сооружается мансард, коттеджей, загородных дач, бань, других объектов малоэтажного и малометражного строительства, наиболее опасных в пожарном отношении.

Большая часть древесины поступает к застройщику в натуральном виде - без огнезащитной и биозащитной обработки, так что проводить огне- и биозащиту приходится самим строителям. В предлагаемой вниманию читателей статье рассмотрены основные распространенные способы огнезащиты.

СВОЙСТВА ДРЕВЕСИНЫ С ТОЧКИ ЗРЕНИЯ ВОЗДЕЙСТВИЯ ОГНЯ

Древесина в воздушно-сухом состоянии относится к сгораемым материалам - она воспламеняется и распространяет огонь. Однако из-за того, что при горении на поверхности древесины образуется уголь, горящий медленнее и с теплопроводностью в 4 раза ниже, чем у самой древесины, скорость потери рабочего сечения деревянной конструкции (ДК) не превышает 0,8 мм в минуту. Поэтому ДК противостоят обрушению при пожаре в течение более продолжительного времени, чем стальные, которые могут не выдержать нагрузок из-за снижения прочности при нагревании. Наряду с этим огнестойкость стальных конструкций падает и из-за того, что при нагревании они сильно удлиняются. Так, если нагреть стальную балку длиной 15 м до 500°С, то она удлиняется на 90 мм, что приводит к возникновению разрушающих напряжений в конструкциях здания. Древесина при нагревании деформируется в 3-4 раза меньше.

Воспламенение древесины от открытого огня может происходить при температуре около 210°С и сопровождается повышением температуры.

При отсутствии открытого источника теплоты (пламени, искр) воспламенение может произойти при быстром (1-2 минуты) нагревании древесины до температуры свыше 330°С. При длительном воздействии теплоты температура воспламенения древесины снижается до 150-170°С. Это обстоятельство необходимо учитывать при размещении деревянных конструкций вблизи нагревающихся предметов (отопительных приборов, дымоходов). В этих случаях требуется обеспечить такие условия контакта древесины с ними, чтобы установившаяся температура ее не превышала 150°С.

Основным условием для продолжения и развития самостоятельного горения зажженного деревянного изделия является превышение количества теплоты, аккумулированной поверхностными слоями его, над количеством теплоты, отдаваемой в пространство. Другими словами, для поддержания и распространения горения необходимо, чтобы температура соседних участков конструкций поддерживалась выше точки воспламенения древесины.

Чем глаже (без трещин) ворса поверхность деревянных изделий, тем выше у них теплоотражающая способность, тем труднее они загораются. Острые углы, выступы, трещины снижают эту способность.

МЕХАНИЗМ ГОРЕНИЯ ДРЕВЕСИНЫ: ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ГОРЮЧЕСТИ

Древесина, как известно, построена волокнами целлюлозы, склеенными лигнином. Эти вещества при воздействии высокой температуры, возникающей, например, в пламени спички, подвергаются пиролизу (термическому разложению) с образованием газообразных, легко загорающихся органических веществ, причем их сгорание идет с выделением теплоты. Эта теплота может поддерживать и даже повышать тот уровень температуры, при котором огонь распространяется на соседние участки деревянного изделия.

На первой стадии горения наряду с газообразными веществами образуется и твердый углеродистый остаток (уголь), который тоже сгорает, но без пламени.

Скорость сгорания газовой фазы на несколько порядков выше, чем угля.

Основываясь на этом представлении о механизме горения, можно предложить четыре группы теоретически оправданных способов снижения горючести древесины.

Первая группа: пропитывание изделий из древесины такими веществами, которые снижали бы скорость термического разложения древесины или сдвигали направление реакций пиролиза в сторону образования меньших количеств горючих газов. Такие материалы назовем огнезащитными пропитками. Их еще называют огнезащитными составами.

Вторая группа: создание на поверхности изделий из древесины покрытия из таких материалов, которые мешали бы загоранию древесины, ее пиролизу. Назовем эти покрытия огнезащитными обмазками.

Третья группа: разбавление горючих газов негорючими газообразными веществами, например водяными парами, углекислым газом, азотом.

Четвертая группа: создание на поверхности изделий из древесины теплоотражающих покрытий.

Ранее автором статьи был сделан обзор по огнезащитным краскам, покрытия (ПК) из которых способны вспучиваться (терморасширяться, вспениваться) и образовывать слой негорючей пены с малой теплопроводностью, которая и должна спасти строительные конструкции, изделия других назначений от опасного нагрева, после которого начинается обрушение (стальные, железобетонные конструкции) или горение древесины. В обзоре была также изложена информация по вспучивающимся краскам, предназначаемым для защиты от пожара всех элементов здания - стальных, железобетонных, деревянных конструкций, электрических кабелей, воздуховодов и систем отопления, кровель, стеклянных ограждений.

В настоящем обзоре речь пойдет об огнезащите лишь ДК, причем не только огнезащитными красками, но и всеми предлагаемыми ныне видами средств. Однако описание тех вспучивающихся красок, которые вошли в предыдущий обзор, данная статья повторять не будет, хотя, подчеркнем, знать о них следовало бы.

ПРОПИТКИ

Антипиренами называют вещества, которые могут проникать внутрь древесины и делать ее негорючей. Название этих веществ происходит от имени древнегреческого бога Пироса - повелителя огня. Повышение огнестойкости путем пропитывания называют антипирированием.

Этот способ повышения огнестойкости применяют преимущественно на заводах, где производят заготовки из древесины - бруски, брус, доски.

В качестве антипиренов используют преимущественно водные растворы солей фосфорной или борной кислот или их смесей. Для увеличения глубины проникновения к растворам добавляют поверхностно-активные вещества. Пропитывание и обработку производят кистью, пневмораспылением или погружением в ванну.

Перед тем, как рассмотреть некоторые примеры пропиток и других огнезащитных средств, отметим, что объем и однородность приводимой информации для каждой из них различны. И это не небрежность автора, а следствие того, что фирмы-изготовители не всё рассказывают о своей продукции.

Пропитка противопожарная для дерева «ГАИМС-ОГНЕБТОР 20», ТУ 2182-004-42942526-98, предназначена для придания древесине 2-ой группы огнезащитной эффективности (ГОЭ). Необходимый расход - 400 г/кв. м.

Огнезащитный состав «Старый вяз» предназначен для придания древесине 1-ой или 2-ой ГОЭ в зависимости от способа обработки и расхода. Бесцветный, прозрачный, не меняет фактуру древесины. Необходимый расход - не менее 100 г/кв. м.

Огнезащитный состав «МС» предназначен для придания древесине 2-ой ГОЭ. Бесцветный, прозрачный, не меняет фактуру древесины и проявляет и биозащитные свойства.

Препарат огнебиозащитный для древесины «СЕНЕЖ-ОБ» , ТУ 5362-021-02495282-98, предназначен для придания древесине 2-ой ГОЭ и представляет собой водный раствор 25 %-ной концентрации.

Огнезащитный состав «Вупротек-2» предназначен для придания древесине 1-ой ГОЭ. Производится он в виде жидкости и порошка. Для достижения заявляемого эффекта расход порошка должен быть не менее 200 г/кв. м, жидкости - 600 г/кв. м. Порошок перед употреблением разводят водой в соотношении 1:2.

Огнезащитная несолевая пропитка с антисептическим эффектом для древесины (биопирен) «Пирилакс-3000», ТУ 2499-027-24505934, обеспечивает 1-ую и 2-ую ГОЭ (по НПБ 251-98), защищает древесину от возгорания, останавливает распространение пламени в действующем пожаре. Для придания древесине 1-ой ГОЭ необходимый расход состава - 280 г/кв. м. Для получения слабогорючей, не распространяющей пламя, трудновоспламеняемой древесины с умеренной дымообразующей способностью (показатели огнезащиты П, РП1, В1, Д2 по НПБ 244) расход состава - 400 г/кв. м. Обработка производится при температуре - 25°С h 50°С. Агрегатное состояние - прозрачная жидкость желтого цвета.

ОГНЕЗАЩИТНЫЕ ОБМАЗКИ

По большому счету, это наиболее эффективные в настоящее время, как и в далеком прошлом, средства защиты от пожара. Они представляют собой композиции на основе минеральных вяжущих (цементов различных видов, гипса строительного, жидкого стекла, фосфатных связующих, наполненных асбестом, вспученным вермикулитом, перлитовым песком, рядом других легких и огнеупорных материалов). Обмазки наносят на конструкции слоем, толщина которого может достигать нескольких сантиметров - это предопределяется желаемым интервалом времени огнезащитной эффективности. На сегодняшний день в деревянном домостроении эти обмазки применяются редко, однако некоторые из них все же отметим.

Отбросив критерий «возраста», на первое место поставим обмазку суперфосфатную, с помощью которой во время Великой Отечественной войны в Ленинграде были спасены от немецких зажигательных бомб многие здания, ведь их кровельные конструкции были деревянными. Представляет она собой смесь суперфосфата с водой в соотношении 70:30. Наносят обмазку кистью два раза с промежуточной сушкой не менее 24 час. Расход обмазки - от 1,5 кг/кв. м.

Опишем, так же нарушив критерий «возраста», и обмазку известково-глино-соле-вую, потому что она достаточно эффективна и может быть приготовлена на месте из самого доступного и дешевого сырья. Это смесь известкового теста с глиной и поваренной солью в соотношении 75:15:10. Приготавливают ее на месте использования следующим образом. Известь-пушонку, просеянную через сито с размером ячейки не более 1 мм, смешивают с водой в соотношении 1:1, получая тесто. Поваренную соль растворяют в воде, добавляя к 1 кг соли 3 кг воды, и на этом растворе замешивают глину, соблюдая то соотношение, которое приведено выше. Полученное глиняное тесто смешивают с ранее приготовленным известковым тестом, опять-таки выдерживая указанное соотношение.

Обмазку наносят кистью или шпателем в два слоя с промежуточной сушкой после первого слоя не менее 10 час. При температуре около 20°С обмазка высыхает за 12 час. Расход обмазки на оба слоя - около 1,5 кг/кв. м.

Весьма перспективными являются обмазки, наполнителем в которых является вспученный вермикулит - разновидность слюды, запасами которой Россия не обделена. Этот наполнитель легкий, устойчив к нагреванию вплоть до 800°С. Поэтому в настоящее время объемы применения таких обмазок растут довольно быстрыми темпами. Попутно отметим, что на вспученном вермикулите ныне изготавливают плиты вермикулито-силикатные «Минпласт-А», ТУ 5.967-11866-2004, толщиной 20 мм, плотностью 700 и 800 кг/куб. м, которые предназначены в том числе и для защиты от возгорания древесины. Такой плитой, разрезанной на доски соответствующих размеров, можно обкладывать плоские участки деревянных конструкций. Крепление может быть клеевым или механическим.

Огнезащитное покрытие «Вермивол-М» на основе вспученного вермикулита. Предел огнестойкости - до 3 час, срок службы - не менее 15 лет.

Огнезащитное покрытие ОПВ-2, ТУ 5767-005-00281980-2003, тоже на основе вспученного вермикулита. Предел огнестойкости при защите стальных конструкций - 0,75 - 2,5 час. при толщине 15 - 30 мм. Покрытие может эксплуатироваться лишь в условиях, исключающих воздействие атмосферных осадков. Композицию для покрытия готовят на месте применения, смешивая порошок, поставляемый заводом-изготовителем, с обычной водой. Смешивание рекомендовано производить в механических смесителях типа СО-23Б, СО-46Б. Наносить композицию желательно пневмораспылителем послойно, достигая за три прохода толщины 30 мм. Каждому слою необходимо дать высохнуть в течение 12 час. в естественных условиях. Расход при толщине слоя 30 мм - 12 кг/кв. м, предел огнестойкости - до 2,5 час.

Пиросейф фламмопласт КС-1. Из этой обмазки формируют покрытия толщиной 12 мм. Для защиты от влаги и придания цвета используют защитный лак «ПИРОСЕЙФ» СП-2. Срок противопожарной эффективности покрытия - не менее 30 лет. Эковата - один из самых необычных материалов для огнезащитных покрытий, производство которого в настоящее время в нашей стране развивается довольно быстро. Эковата - это макулатура, распушенная на волокна, к которой добавлены бура, борная кислота и натриевая соль карбоксиметил-целлюлозы. Покрытия из нее обеспечивают не только защиту от огня, но и от биоповреждений. Наряду с этим эковата повышает теплозащитные свойства, поглощает звуки. Особенно эффективно использование эковаты именно в коттеджном строительстве - для утепления чердаков, междуэтажных перекрытий, стен, водопроводных труб, герметизации щелей. Наносят ее напылением с помощью специальных выдувных установок или вручную - штукатурными инструментами. Объемная масса покрытий из эковаты - 30 - 70 кг/куб. м.

ОКРАШИВАНИЕ ОГНЕЗАЩИТНЫМИ ЛАКОКРАСОЧНЫМИ МАТЕРИАЛАМИ (ЛКМ)

Покрытия, образующиеся при высыхании этих материалов, обладают огнестойкостью более высокой, чем древесина, и таким образом предохраняют ее от возго¬рания. Огнезащитные ЛКМ бывают трех видов: лаки, эмали и краски.

Лаки - это растворы полимеров, в данном случае негорючих, например хлорсульфополиэтилена. После улетучивания растворителя они образуют прозрачное покрытие, не скрывающее текстуру древесины.

Эмали - это лаки, к которым добавлены пигменты и наполнители. Они образуют цветные непрозрачные покрытия.

Если ЛКМ «построен» на основе водной дисперсии полимеров, то его называют водно-дисперсионной краской или просто краской.

Ниже приведены примеры некоторых огнезащитных лаков, эмалей и красок.

Огнезащитный лак «Вупротек-1» предназначен для придания древесине 2-ой ГОЭ. Для достижения этого эффекта расход лака должен быть не менее 150 г/кв. м. Представляет он собою двухупаковочную систему, состоящую из водного раствора антипиренов (упаковка А) и пленкообразующей композиции (упаковки Б). Содержимое упаковок смешивают перед употреблением. Этот лак полностью сохраняет фактуру древесины, а по желанию заказчика возможно его тонирование.

Огнезащитный лак «Щит-1» предназначен для придания древесине 1-ой ГОЭ. Бесцветный, прозрачный, он не меняет фактуру древесины и проявляет и биозащитные свойства. Расчетный срок действия огнезащиты - до 10 лет.

Огнезащитный лак «Терма», ТУ 2313-008-47935838-2003, предназначен для огнезащиты деревянных изделий, эксплуатируемых как внутри, так и снаружи помещения. Он обеспечивает 1-ую ГОЭ. Расчетный срок службы покрытия из него - до 15 лет.

Этот лак представляет собой суспензию от светло-серого до светло-коричневого цвета (автор статьи позволяет себе заметить, что лак не может быть суспензией, лак - истинный раствор, не содержащий твердых частиц, так что вместо термина «лак» надо было бы для этого средства использовать термин «краска»), он производится в трех разновидностях: А, Б и В. Лак А и В образует блестящее покрытие, а Б - матовое. Поставляется он в трех упаковках: грунтовка, основа лака, отвердитель.

На поверхность сначала наносят первый слой грунтовки, высушивают, после чего наносят второй слой грунтовки. Расход грунтовки на оба слоя должен составлять около 500 г/кв. м. После этого наносят один слой лака, причем лак разновидности В перед употреблением смешивают с 15%-ным водным раствором отвердителя в соотношении 10:2. Смесь необходимо использовать не более, чем за 6 час. Расход лака В(смеси) должен составлять не менее 300 г/кв. м, а А и Б - по 200 г/кв. м. По степени воздействия на человека этот продукт относится к 4-му классу опасности.

Эмаль огнезащитная КО-5101, ТУ 2312-422-05763441-2004, предназначена для придания древесине 2-ой ГОЭ. После высыхания образуется ПК серо-белого цвета. Необходимый расход - 250 г/кв. м. До рабочей вязкости доводится растворителями 646 или ксилолом.

ЛАКОКРАСОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ, ОБРАЗУЮЩИЕ ВСПУЧИВАЮЩИЕСЯ ПОКРЫТИЯ

Постепенно эти средства защиты от пожара становятся все более востребованными, поскольку их можно наносить на конструкцию тонким слоем, не утяжеляющим ее (в отличие от обмазок). Защитное действие таких ЛКМ (их еще называют интумесцентными) основано на том, что при нагревании покрытия, образуемые ими, вспучиваются (терморасширяются). При этом возникает слой кокса (негорючего) с малой теплопроводностью твердого тела. Этот слой и предохраняет конструкцию от перегрева.

В качестве функциональных добавок, обеспечивающих вспучивание при нагревании, используют самые разнообразные вещества, но в последние годы наиболее эффективными среди них следует считать так называемые интеркалированные соединения графита (ИСГ). Под действием огня или беспламен¬ного теплового удара ЛКМ, содержащие ИСГ, начинают вспучиваться уже при 120 °С, причем объем увеличивается в десятки раз. Из ИСГ как раз и образуется слой кокса. Он покрывает защищаемые поверхности, заполняет отверстия и щели, что приводит к изолированию ДК от очага пожара. Вследствие всех этих обстоятельств ПК, содержащее ИСГ, может быть толщиной всего в несколько десятков сантиметров. Разработчиком вспучивающихся красок с ИСГ является Московский государственный университет.

Файрекс-200 - композиция на основе неорганического пленкообразователя, покрытие из которой при повышении температуры более чем до 120°С вспучивается. Она предназначена для защиты изделий из древесины, фанеры, ДСП и ДВП, эксплуатируемых внутри помещения, и отвечает требованиям СНиП 21-01-97 «Пожарная безопасность зданий и сооружений». Согласно ГОСТ 16-636-76, обеспечивает 1-ую ГОЭ; предел распространения пламени на поверхности - нулевой.

Рекомендуемая толщина ПК - от 1 до 2 мм, расход - от 1,5 до 3 кг/кв. м. Для создания покрытия толщиной 2 мм композицию рекомендуется наносить в два слоя, причем второй наносят на первый после 10-часовой выдержки.

Краска вспучивающаяся «Протерм Вуд» белая, ТУ 2316-004-20942052-00, при расходе около 400 г/кв. м обеспечивает 1-ую ГОЭ. Она представляет собой суспензию пигментов газообразующих веществ.

Огнезащитная краска ОЗК-45Д, ТУ 2316-019-17297211-01, при расходе 350 г/кв. м может обеспечить 1-ую ГОЭ. Коэффициент вспучивания при температуре 800°С - не мене 15. Краску изготавливают на основе поливинилацетатной дисперсии, наполнителей и целевых добавок; наносят ее в два слоя кистью, валиком или распылителем.

Огнезащитный лак для внутренних работ «Нортекс-лак-огнезащита», ТУ 2313-014-24505934-02, обеспечивает 1-ую ГОЭ (по НПБ 251-98). Он предназначен для покрытия древесины, ДСП, ДВП, ламинированных и крашеных поверхностей (кроме нитроцеллюлозных) внутри зданий и сооружений и представляет собой вязкую жидкость светло-коричневого цвета. При нанесении лак надежно сцепляется с древесиной, образуя на поверхности защитную пленку. Под воздействием высоких температур и пламени защитная пленка преобразуется в пенококсовый слой, предотвращающий доступ кислорода и распространение пламени. Расход лака для придания древесине 1-ой ГОЭ составляет 180 г/кв. м.

В. А. ВОЙТОВИЧ, к. т. н., Аоцент, Нижегородский ГАСУ

СтройПРОФИЛЬ №2(48) 2006

Содержание

Дрова – классический вариант твердого топлива в местности, богатой лесами. Сжигание древесины дает возможность получать тепловую энергию, при этом температура горения дров напрямую влияет на эффективность использования топлива. Температура пламени зависит от породы дерева, а также от степени влажности топлива и условий его сжигания.

Горящие дрова в печке

Тепловые характеристики древесины

Породы древесины различаются по плотности, структуре, количеству и составу смол. Все эти факторы влияют на теплотворность дров, на температуру, при которой они сгорают, и на характеристики пламени.

Древесина тополя пористая, такие дрова горят ярко, но максимальный температурный показатель достигает лишь 500 градусов. Плотные породы дерева (бук, ясень, граб), сгорая, выделяют свыше 1000 градусов тепла. Показатели березы несколько ниже – около 800 градусов. Лиственница и дуб разгораются жарче, выдавая до 900 градусов тепла. Сосновые и еловые дрова горят при 620-630 градусах.

Качество дров и как правильно выбирать

У берёзовых дров лучшее соотношение теплоэффективности и стоимости – топить более дорогими породами с высокими показателями температуры сгорания экономически невыгодно.

Ель, пихта и сосна пригодны для разведения костров – эти хвойные породы обеспечивают относительно умеренное тепло. Но в твердотопливном котле, в печи или камине такие дрова использовать не рекомендуется – они выделяют недостаточно тепла для эффективного обогрева жилища и приготовления пищи, сгорают с образованием большого количества сажи.

Низкокачественными дровами считается топливо из осины, липы, тополя, ивы и ольхи – пористая древесина при горении выделяет мало тепла. Ольха и некоторые другие виды древесины «стреляют» угольками в процессе горения, что может привести к возникновению пожара, если дрова использовать для топки открытого камина.

При выборе также следует обратить внимание на степень влажности древесины – сырые дрова хуже горят и оставляют больше золы.

Температура горения и теплоотдача

Температура горения древесины определяет показатели теплоотдачи топлива – чем она выше, тем большее количество тепловой энергии выделяется в процессе сгорания дров. При этом удельная теплотворность топлива зависит от характеристик древесины.

Показатели теплоотдачи в таблице указываются для дров, сжигаемых в идеальных условиях :

• минимальное содержание влаги в топливе;
• горение проходит в закрытом объеме;
• подача кислорода дозирована – поступает то количество, которое необходимо для полноценного сжигания.

Ориентироваться на табличные значения теплотворности имеет смысл только для сравнения различных видов дров между собой – в реальных условиях теплоотдача топлива будет заметно ниже.

Что такое горение

Горение является изотермическим явлением – то есть, реакцией с выделением тепла.

Процесс горения дров можно разделить на несколько этапов :

1. Разогрев . Участок древесины необходимо нагреть внешним источником огня до температуры воспламенения. При нагреве до 120-150 градусов дерево начинает обугливаться, при этом образуется уголь, способный к самовоспламенению. При нагреве до 250-350 градусов стартует процесс термического разложения на газообразные составляющие (пиролиз). Верхний, обуглившийся слой тлеет (горит без образования пламени), при этом выделяется дым белого или бурого цвета – смесь водяного пара с продуктами пиролиза.

2. Возгорание пиролизных газов . Дальнейший разогрев приводит к усилению термического разложения, и сконцентрировавшиеся пиролизные газы вспыхивают. После вспышки возгорание постепенно начинает охватывать всю зону разогрева. При этом образуется устойчивое пламя светло-желтого цвета.

3. Воспламенение . Дальнейший разогрев приводит к воспламенению дров. Температура воспламенения в естественных условиях колеблется в промежутке от 450 до 620 градусов. Древесина воспламеняется под влиянием внешнего источника тепловой энергии, который обеспечивает нагрев, необходимый для резкого ускорения термохимической реакции.

Воспламеняемость древесного топлива зависит от целого ряда факторов :

• объемный вес, форма и сечение элемента из дерева;
• степень влажности древесины;
• сила тяги;
• расположение поджигаемого объекта относительно воздушного потока (вертикальное или горизонтальное);
• плотность древесины (пористые материалы воспламеняются легче и быстрее плотных, к примеру, разжечь ольховые дрова проще, чем дубовые).

Обратите внимание! Влажная древесина хуже разжигается и горит по причине того, что значительная часть тепловой энергии уходит на испарение излишков влаги. Дрова круглой формы разгораются хуже элементов, имеющих ребра и грани. Чем массивнее дрова, тем сложнее их разжечь. Не струганная древесина воспламенится быстрее гладкой.

Для воспламенения требуется хорошая, но не избыточная тяга – необходим достаточный приток кислорода и минимальное рассеивание тепловой энергии горения – она нужна для прогрева соседних участков древесины.

4. Горение . При условиях, близких к оптимальным, первоначальная вспышка пиролизных газов не затухает, от возгорания процесс переходит в устойчивое горение с постепенным охватом всего объема топлива. Горение делится на две фазы – тление и пламенное горение.

Тление подразумевает сгорание угля – твердого продукта процесса пиролиза. Выделение горючих газов происходит медленно и они не воспламеняются по причине недостаточной концентрации. Газообразные вещества, охлаждаясь, конденсируются, образуя характерный белый дым. В процессе тления воздух проникает вглубь древесины, за счет чего расширяется площадь охвата. Пламенное горение обеспечивается за счет сгорания пиролизных газов, при этом горячие газы движутся наружу.

Горение поддерживается, пока имеются условия для огня – наличие несгоревшего топлива, поступление кислорода, сохранение требуемого уровня температуры.

5. Затухание . При несоблюдении одного из условий процесс горения прекращается и пламя гаснет.

Измерение температуры горения дров

Чтобы узнать, какова температура горения дров, используют специальный прибор под названием пирометр. Другие виды термометров непригодны для этой цели.

Встречаются рекомендации определять температуру сгорания древесного топлива по цвету пламени. Темно-красные языки огня указывают на низкотемпературное горение, белое пламя – на высокую температуру из-за усиленной тяги, при которой основная часть тепловой энергии уходит в дымоход. Оптимальный цвет пламени – желтый, именно так горит сухая береза.

У твердотопливных котлов и печей, а также у закрытых каминов, предусмотрена возможность корректировать поступление воздуха в топку, регулируя интенсивность процесса горения и теплоотдачу.

Самые жаропроизводительные дрова

Показатель теплотворности обозначает, сколько тепловой энергии выделяется в процессе сжигания дров. Но у твердого топлива есть и другая характеристика, знание которой может пригодиться на практике – жаропроизводительность. Это максимальный уровень температуры, который может достигаться в процессе сжигания дров, и зависит от свойств древесины.

Древесина с низкой плотностью горит светлым высоким пламенем и при этом выделяет относительно небольшое количество тепла, для дров из плотных пород дерева характерна повышенная жаропроизводительность при небольшом пламени.

Факторы, влияющие на температуру горения

Температура горения дров в печи зависит не только от породы древесины. Значимыми факторами также являются влажность дров и сила тяги, которая обусловлена конструкцией теплового агрегата.

Влияние влажности

У свежесрубленной древесины показатель влажности достигает от 45 до 65%, в среднем – около 55%. Температура горения таких дров не поднимется до максимальных значений, так как тепловая энергия будет уходить на испарение влаги. В соответствии с этим снижается теплоотдача топлива.

Чтобы при сгорании древесины выделялось необходимое количество теплоты, используются три пути :

• для обогрева помещений и приготовления пищи используется почти вдвое больше свежесрубленных дров (это оборачивается ростом расходов на топливо и потребностью в частом обслуживании дымовой трубы и газоходов, в которых будет оседать большое количество сажи);
• свежесрубленные дрова предварительно высушиваются (бревна пилятся, раскалываются на поленья, которые укладывают в штабель под навес – для естественной сушки до 20% влажности требуется 1-1,5 года);
• закупаются сухие дрова (финансовые затраты компенсируются высокой теплоотдачей топлива).

Обратите внимание: свежесрубленная древесина тополя и других пористых пород, содержащих большое количество влаги, непригодна к использованию в качестве топлива. Она плохо горит и выделяет мало тепловой энергии.

Теплотворная способность березовых дров из свежесрубленной древесины достаточно высока. Также пригодно к использованию топливо из свежесрубленного ясеня, граба и других твердых пород древесины.

Влияние подачи воздуха

Ограничивая поступление кислорода в топку, мы снижаем температуру горения древесины и уменьшаем теплоотдачу топлива. Длительность сгорания закладки топлива можно увеличить, прикрывая заслонку котельного агрегата или печки, но экономия топлива оборачивается низким КПД сжигания из-за неоптимальных условий. К дровам, горящим в камине открытого типа, воздух поступает свободно из помещения, и интенсивность тяги зависит в основном от характеристик дымохода.

Упрощенная формула идеального сгорания древесины такова :

С + 2Н2 + 2О2 = СО2 + 2Н2О + Q (теплота)

Углерод и водород сжигаются при подаче кислорода (левая часть уравнения), в результате образуется тепло, вода и углекислый газ (правая часть уравнения).

Чтобы сухие дрова горели при максимальной температуре, объем воздуха, который поступает в камеру сгорания, должен достигать 130% от объема, требуемого для процесса горения. При перекрывании потока воздуха заслонками образуется большое количество угарного газа, и причиной тому недостаток кислорода. Угарный газ (недожженный углерод) уходит в дымоходную трубу, при этом падает температура в камере сгорания и уменьшается теплоотдача дров.

Экономный подход при использовании твердотопливного котла на дровах – установка теплоаккумулятора, который будет запасать излишки тепла, образующегося при горении топлива в оптимальном режиме, с хорошей тягой.

С дровяными печами так экономить топливо не получится, поскольку они напрямую греют воздух. Тело массивной кирпичной печи способно аккумулировать относительно небольшую часть тепловой энергии, а у металлических печек излишки тепла напрямую уходят в дымоход.

Если вы открыли поддувало и увеличили тягу в печи, интенсивность горения и теплоотдача топлива увеличится, но и потери тепла также возрастут. При медленном сгорании дров возрастает количество угарного газа и уменьшается теплоотдача.

Важно! На эффективность сжигания топлива также влияет КПД самого теплогенератора. Для котельного агрегата он составляет около 80%, для печки – от 40%, в зависимости от конструкции и материала исполнения.

Заключение

Удельная теплота сгорания сухих березовых дров и ценовая доступность делает это топливо оптимальным выбором. Более жаропроизводительные породы древесины редко используются в качестве дров из-за высокой стоимости.

Древесина сегодня по-прежнему остается одним из востребованных строительных материалов. Но при легкости обработки, прочности, относительно небольшой массе материала, прекрасных влагозащитных, теплозащитных и экологических качествах древесина, являясь материалом органического происхождения, нуждается в дополнительной защите от огня и биологической среды, что обеспечивают огнезащитные материалы. Сегодня защита древесины обеспечивается многочисленными средствами, которые позволяют не только продлить срок службы конструкций из дерева, сохранить их внешний вид, но и во многом повышают безопасности их использования.

Свойства древесины с точки зрения воздействия огня.

Древесина в воздушно-сухом состоянии относится к сгораемым материалам - она воспламеняется и распространяет огонь. Однако из-за того, что при горении на поверхности древесины образуется уголь, горящий медленнее и с теплопроводностью в 4 раза ниже, чем у самой древесины, скорость потери рабочего сечения деревянной конструкции (ДК) не превышает 0,8 мм в минуту. Поэтому ДК противостоят обрушению при пожаре в течение более продолжительного времени, чем стальные, которые могут не выдержать нагрузок из-за снижения прочности при нагревании. Наряду с этим огнестойкость стальных конструкций падает и из-за того, что при нагревании они сильно удлиняются. Так, если нагреть стальную балку длиной 15 м до 500°С, то она удлиняется на 90 мм, что приводит к возникновению разрушающих напряжений в конструкциях здания. Древесина при нагревании деформируется в 3-4 раза меньше.

Воспламенение древесины от открытого огня может происходить при температуре около 210°С и сопровождается повышением температуры.

При отсутствии открытого источника теплоты (пламени, искр) воспламенение может произойти при быстром (1-2 минуты) нагревании древесины до температуры свыше 330°С. При длительном воздействии теплоты температура воспламенения древесины снижается до 150-170°С. Это обстоятельство необходимо учитывать при размещении деревянных конструкций вблизи нагревающихся предметов (отопительных приборов, дымоходов). В этих случаях требуется обеспечить такие условия контакта древесины с ними, чтобы установившаяся температура ее не превышала 150°С.

Основным условием для продолжения и развития самостоятельного горения зажженного деревянного изделия является превышение количества теплоты, аккумулированной поверхностными слоями его, над количеством теплоты, отдаваемой в пространство. Другими словами, для поддержания и распространения горения необходимо, чтобы температура соседних участков конструкций поддерживалась выше точки воспламенения древесины.

Пожарная опасность древесины определяется закономерностями ее термического разложения под действием внешних тепловых потоков, которое начинается при температуре 110˚С. Дальнейший нагрев сопровождается удалением из древесины свободной и связанной влаги. Этот процесс завершается при температуре 180˚С, после чего начинается разложение наименее термостойких компонентов с выделением СО 2 и Н 2 О. При температуре ~250˚С происходит пиролиз древесины с выделением газообразных продуктов: СО, СН 2 , Н 2, СО 2, Н 2 О. Выделяющаяся газовая смесь является горючей и способна воспламеняться от источника зажигания. При более высоких температурах процесс термического разложения древесины ускоряется. Основная масса горючих газов, содержащая до 25% водорода и до 40% горючих углеводородов, выделяется в температурном интервале от 350 до 450˚С.

Одним из важных факторов, определяющих пожарную опасность древесины, является ее способность к воспламенению и распространению горения при нагревании на воздухе.

Горения древесина происходит в виде пламенного горения и тления. В условиях пожара основное количество тепла выделяется в период пламенного горения (до 60%) и ~40% - в период тления.

Показатели пожарной опасности некоторых видов древесины приведены в таблице 4.

Таблица 4 - Показатели пожарной опасности различных видов древесины

Температурные показатели пожарной опасности древесины – температуры воспламенения и самовоспламенения – определяются закономерностями ее термического разложения. Значения этих показателей для разных пород древесины, как видно из таблицы 2, находятся в достаточно узком температурном интервале.

Сухая древесина всех пород является легковоспламеняемым (В3) сильногорючим (Г4) материалом с высокой дымообразующей способностью (Д3). По токсичности продуктов горения древесина относятся к группе высокоопасных материалов (Т3). Линейная скорость распространения пламени по поверхности составляет 1-10 мм/с. Эта скорость существенно зависит от ряда факторов: породы древесины, ее влажности, величины падающего теплового потока, ориентации горящей поверхности. Скорость тления также не является постоянной величиной – для различных пород древесины она колеблется в пределах 0,6 – 1,0 мм/мин.

В строительстве широко используется отделочные материалы на основе древесины: древесно-стружечные плиты, древесно-волокнистые плиты, деревянные панели, рейки, фанера. Все эти материалы являются горючими. Модифицированные панели, рейки, фанера. Все эти материалы являются горючими. Модификация древесины полимерами, как правило, повышает ее пожарную опасность.

В таблице 5 приведены характеристики горючести некоторых строительных материалов на основе древесины.

Таблица 5 - Горючесть древесных материалов

Распространения пламени по поверхности древесины

Экспериментальные исследования распространения пламени по поверхности древесных материалов с применением разных методов испытания показали, что не только условия внешнего теплового воздействия, но и разновидность древесины сказывается на характеристиках распространения пламени.

Влияние разновидности древесины в некоторой степени прослеживается при рассмотрении значений так называемого индекса распространения пламени (ИРП).

ИРП согласно ГОСТ 12.1.044-89 является комплексным показателем, поскольку при его расчете, помимо скорости распространения пламени на отдельных участках поверхности образца и предельного расстояния распространения, использует также данные о максимальной температуре отходящих дымовых газов и времени ее достижения. Материалы с ИРП≤20 относят к медленно распространяющим пламя, с ИРП˃20 – к быстро распространяющим пламя. Все разновидности древесины относятся к последней группе материалов. Их индекс превышает 55.

В таблице 4 представлены значения ИРП необработанных образцов древесины толщиной 19-25 мм.

Хотя большинство видов древесины относится к 3, наиболее опасному, классу по способности распространять пламя по поверхности потолочных конструкций при пожаре, некоторые образцы хвойных пород, как следует из таблицы 6, имеют более низкие значения ИРП и относятся ко 2 классу.

Таблица 6 - Значение ИРП и класс по способности распространять пламя

Увеличение теплового потока к поверхности древесины вызывает существенное повышение скорости распространения пламени. Прекращения процесс возможно, если тепловой поток от собственного пламени станет меньше критического для данного материала.

Испытания отделочных строительных материалов на основе древесины в условиях, моделирующих развитие реального пожара, показали достаточно высокие скорости распространения пламени по ним (таблица 7).

Таблица 7 - Скорость распространения пламени по облицовкам из древесных материалов

Дымообразующая способность и токсичность продуктов горения древесины

Выделение дыма токсичных газов представляет доминирующую опасность при пожаре. Она проявляется в токсическом и раздражающем действии продуктов сгорания, а также в ухудшении видимости в задымленной среде. Ухудшение видимости затрудняет эвакуацию людей из опасной зоны, что, в свою очередь, повышает риск их отравления продуктами сгорания. Ситуация при пожаре осложняется еще и тем, что дымовые газы быстро распространяются в пространстве и проникает в помещения, удаленные от очага пожара. Концентрация выделяющегося дыма и его природа зависят от структурных особенностей и химического состава горючего материла, условий горения.

В дымовых газах, образующихся при сгорании древесины, обнаружено более 200 соединений – продуктов неполного сгорания. Максимальное значение оптической плотности при горении каждой из разновидностей древесины сложным образом зависит от плотности внешнего теплового потока. Коэффициент дымообразования при разложении и тлеющем горении древесины разных видов зависит от плотности внешнего теплового потока (рисунок 14).

1 – ель; 2 – сосна подмосковная;3 - сосна тхонгкарибэ; 4 – ильим карагач; 5 – акация кеолай; 6 – каштан; 7 – акация; 8- эвкалипт бачдан.

Рисунок 14 - Характеристика дымообразования.

Аналогичный экстремальный характер кривых для зависимости показателя токсичности продуктов горения древесины от плотности внешнего теплового потока (рисунок 15). В режиме тлеющего горения древесины ели выход СО в 70-240 раз превышает выход СО при пламенном горении.

В режиме тления в диапазоне температур 450-550 ˚С все разновидности древесины проявляют себя как высокоопасные по токсичности продуктов сгорания и относятся к группе Т3. С увеличением интенсивности теплового воздействия до 60-65 кВт/м 2 (что соответствует температуре 700-750 ˚С) по токсичности продуктов горения древесина разных видов переходит в группу умеренно опасных материалов Т2.

1- липа; 2 – береза; 3 – ильим карагач;4 – дуб; 5 – осина; 6 – сосна; 7 – ель.

Рисунок 15 - Токсичность продуктов горения от температуры теплового воздействия.

При горении древесины происходит достаточно интенсивное дымообразование. Наибольшее количество дыма выделяется при горении древесных материалов в режиме тления (таблица 8).

Таблица 8 - Дымообразующая способность древесных материалов при испытаниях в режиме тления

4 Мероприятия по пожарной безопасности при строительстве деревянных зданий

Одним из наиболее распространённых видов топлива, используемого для отопления частных домов, являются дрова. Они доступны по цене и хорошо горят, выделяя много тепла. Но температура горения дерева неодинакова, поэтому необходимо понять, какая древесина горит лучше. Для домовладельцев, которые отапливают своё жильё природным топливом, важным параметром является температура горения дров в печи.

Температура горения дров – важный показатель

Тепловые свойства древесины

Разные виды древесины производят различное количество тепла. Например, сухая выдержанная древесина выделяет больше тепла, чем свежеспиленное дерево. Это связано с тем, что при первоначальной химической реакции вся теплота переходит в испарение воды из древесины. Чем меньше влаги в материале, тем скорее можно получить тепло. Лиственные породы горят дольше, чем хвойные, и выделяют больше тепла. Одними из наиболее ценных видов деревьев , обладающих отличными тепловыми характеристиками, считаются:

• граб;
• лиственница.

Однако древесина этих деревьев стоит дорого, поэтому в качестве топлива обычно используются отходы производства и лесозаготовок.

В этом видео вы узнаете, как проверить влажность дров:

Температура воспламенения разных пород

Чтобы получить полную картину тепловых характеристик древесины, целесообразно изучить удельную теплоту сгорания каждого типа древесины и иметь представление об их теплопередаче. Последняя может быть измерена в разных количествах, но полностью полагаться на табличные данные не нужно, потому что в реальной жизни достичь идеальных условий для горения невозможно. Однако таблица температуры горения древесины может помочь сделать правильный выбор дерева согласно его характеристикам.

Название древесины	Плотность, кг/куб. м	Теплотворность, кВт ч/кг	Удельная теплота сжигания 1 куб. м, кВт	Максимальная температура горения по Цельсию
Граб	496	4,2	2150	1025
Ясень	482	4,2	2050	1045
Бук	482	4,2	2050	1042
Дуб	472	4,2	2050	910
Берёза	452	4,2	1950	820
Лиственница	421	4,3	1850	867
Сосна	362	4,3	1650	625
Ель	332	4,3	1450	610

Значения, приведённые в различных таблицах температуры горения дерева разных пород, идеальны по своему характеру и предназначены для отображения всей картины, но фактическая температура в печи никогда не достигнет этих значений. Это объясняется двумя простыми и ясными факторами:

• максимальная температура не может быть достигнута, поскольку невозможно полностью высушить дрова в домашних условиях;
• древесина используется с различным уровнем влажности.

Температурные показатели в печи

Процесс горения связан с изометрическими процессами, в течение которых выделяется большое количество тепла. Однако для устойчивого горения древесину необходимо нагреть до определённой степени. Факторы, способствующие сжиганию топливной древесины:

• порода дерева;
• влажность материала;
• объем поступающего воздуха.

От этих показателей зависит температура пламени и скорость сгорания дерева. Кроме того, необходимо обратить внимание на влажность дров, так как этот процент напрямую влияет на процесс горения.

Один из факторов температуры горения – порода дерева

Для воспламенения дров в печи необходимо нагреть деревянную поверхность от отдельного источника тепла до температуры 120-150°C. При дальнейшем нагревании увеличивается процент пиролизных газов и появляется огонь. Важную роль в возникновении огня играет:

• мощность источника нагрева;
• поперечное сечение древесины;
• скорость воздушного потока;
• плотность материала.

Очень важным требованием для сжигания любого вида дерева является нормальный приток кислорода. Также следует отметить, что передача тепла для каждого дерева различна.

Вместе с теплотворной способностью дров представляет интерес их тепловая мощность. Каждая порода дерева горит по-своему - одна позволяет получить высокую температуру пламени, а другая даёт противоположную картину. Большинство печей имеет тепловую мощность около 6-8 кВт, то есть температура в печи на дровах может примерно достигать от 500 до 1000°C.

Выбор дерева для дров

Чтобы печь хорошо нагревалась, ей нужны три вещи: кислород, топливо и тепло. Конечно, много зависит от породы дерева. Лучшие дрова для печи:

• сосна;
• пихта;
• ясень;
• берёза;
• клён;
• яблоня (приятный благовонный аромат).

Существует несколько видов деревьев, которая очень хорошо подходят для топлива

У дров этих пород высокая теплоотдача и низкая дымовая эмиссия. К хорошим дровам можно отнести древесину:

• кедра;
• вишни;
• грецкого ореха.

Они дают удовлетворительную среднюю температуру, легко горят и не дают сильного дыма. Не рекомендуются дрова следующих пород:

• кипарис;
• осина;
• липа;
• тополь.

Их древесина при сжигании даёт низкую температуру, быстро сгорает или плохо горит, у некоторых пород едкий дым.

Хвойные дрова дешевле. Смола, содержащаяся в хвойных породах, вызывает сильную искру во время горения. По этой причине такие виды непригодны для открытых каминов. Однако в закрытых каминах или духовых шкафах эти породы при горении дают очень приятный запах, а смола создаёт типичный треск в огне. Ель не горит долго, но позволяет получить очень высокие температуры.

Оптимальным выбором для сжигания в печи является древесина берёзы. Это довольно распространённое дерево. Цена дров из него небольшая, а температура горения берёзы достаточно высокая.