Температурата на горене на различни видове дървесина в пещ в Целзий. Температурата на изгаряне на дърва в печката: как да изберем дърва за огрев за ефективно и икономично отопление у дома

Пожарната опасност на дървесината се определя от законите на нейното термично разлагане под действието на външни топлинни потоци, което започва при температура 110˚С. По-нататъшното нагряване е придружено от отстраняване на свободната и свързана влага от дървото. Този процес завършва при температура 180˚С, след което започва разлагането на най-малко топлоустойчивите компоненти с отделяне на CO 2 и H 2 O. При температура от ~ 250˚С настъпва пиролиза на дървесината с освобождаване на газообразни продукти: CO, CH 2, H 2, CO 2, H 2 O. Изтичащата газова смес е запалима и може да се възпламени от източник на запалване. При по-високи температури процесът на термично разлагане на дървесината се ускорява. Основната маса на горими газове, съдържащи до 25% водород и до 40% горими въглеводороди, се отделя в температурния диапазон от 350 до 450˚С.

Един от важните фактори, които определят опасността от пожар на дървесината е способността му да се запалва и разпространява горенето при нагряване на въздух.

Изгарянето на дърва се случва под формата на огнено изгаряне и тлеене. При пожар основното количество топлина се отделя през периода на горене на пламъка (до 60%) и ~40% - през периода на тлеене.

Индикаторите за пожарна опасност за някои видове дървесина са показани в Таблица 4.

Таблица 4 - Индикатори за пожарна опасност на различни видове дървесина

Температурните показатели за пожарна опасност на дървесината - температурата на запалване и самозапалване - се определят от законите на нейното термично разлагане. Стойностите на тези показатели за различните видове дървесина, както се вижда от таблица 2, са в доста тесен температурен диапазон.

Сухата дървесина от всички видове е запалим (B3) силно запалим (G4) материал с висок капацитет за генериране на дим (D3). Според токсичността на продуктите от горенето дървесината принадлежи към групата на високоопасните материали (Т3). Линейната скорост на разпространение на пламъка по повърхността е 1-10 mm/s. Тази скорост зависи значително от редица фактори: вида на дървесината, нейното съдържание на влага, големината на падащия топлинен поток и ориентацията на горящата повърхност. Скоростта на тлеене също не е постоянна стойност - за различните видове дървесина варира между 0,6 - 1,0 mm/min.

В строителството широко се използват довършителни материали на базата на дървесина: ПДЧ, ПДЧ, дървени панели, летви, шперплат. Всички тези материали са запалими. Модифицирани панели, ламели, шперплат. Всички тези материали са запалими. Модификацията на дървесината с полимери, като правило, увеличава нейната пожарна опасност.

Таблица 5 показва характеристиките на запалимост на някои строителни материали на дървесна основа.

Таблица 5 - Горимост на дървесни материали

Разпространение на пламък върху повърхността на дървото

Експерименталните изследвания на разпространението на пламъка върху повърхността на дървесни материали с помощта на различни методи за изпитване показват, че не само условията на външно топлинно излагане, но и видът на дървесината влияят върху характеристиките на разпространението на пламъка.

Влиянието на вида на дървесината може да се проследи до известна степен при разглеждане на стойностите на така наречения индекс на разпространение на пламъка (FRI).

IRP съгласно GOST 12.1.044-89 е сложен индикатор, тъй като при изчисляването си, в допълнение към скоростта на разпространение на пламъка в определени области на повърхността на пробата и максималното разстояние на разпространение, той използва и данни за максималната температура на димния канал газове и времето за достигане до него. Материалите с FRI≤20 се наричат ​​бавно разпространяващи се пламъци, с FRI˃20 като бързо разпространяващи се пламъци. Всички видове дървесина принадлежат към последната група материали. Индексът им е над 55.

Таблица 4 показва стойностите на IRP на необработени дървесни проби с дебелина 19-25 mm.

Въпреки че повечето видове дървесина принадлежат към 3-тия най-опасен клас по отношение на способността им да разпространяват пламъци върху повърхността на таванните конструкции в случай на пожар, някои проби от иглолистна дървесина, както следва от таблица 6, имат по-ниски стойности на RFI и принадлежат към клас 2.

Таблица 6 - Стойност на RFI и клас на разпространение на пожар

Увеличаването на топлинния поток към повърхността на дървото води до значително увеличаване на скоростта на разпространение на пламъка. Прекратяването на процеса е възможно, ако топлинният поток от собствения му пламък стане по-малко критичен за този материал.

Изпитванията на довършителни строителни материали на дървесна основа при условия, симулиращи развитието на реален пожар, показаха доста високи скорости на разпространение на пламъка върху тях (Таблица 7).

Таблица 7 - Скорост на разпространение на пламъка върху дървени облицовки

Способност за образуване на дим и токсичност на продуктите от горене на дървесина

Емисията на дим от токсични газове е доминиращата опасност от пожар. Проявява се в токсичния и дразнещ ефект на продуктите от горенето, както и в влошаване на видимостта в задимена среда. Влошаването на видимостта затруднява евакуацията на хората от опасната зона, което от своя страна увеличава риска от отравяне с продукти на горенето. Ситуацията в случай на пожар се усложнява допълнително от факта, че димните газове бързо се разпространяват в пространството и проникват в помещения, далеч от източника на пожара. Концентрацията на изпускания дим и неговият характер зависят от структурните особености и химичния състав на горимия материал, условията на горене.

Повече от 200 съединения, продукти на непълно изгаряне, са открити в димните газове, образувани при изгарянето на дървесина. Максималната стойност на оптичната плътност при изгаряне на всеки вид дървесина зависи по сложен начин от плътността на външния топлинен поток. Коефициентът на образуване на дим при разлагане и тлеещо изгаряне на дървесина от различни видове зависи от плътността на външния топлинен поток (Фигура 14).

1 - смърч; 2 - московски бор; 3 - бор thongkaribe; 4 - Илимски бряст; 5 - акация keolai; 6 - кестен; 7 - акация; 8- евкалиптов бачдан.

Фигура 14 - Характеристики на образуването на дим.

Подобен екстремен характер на кривите за зависимостта на индекса на токсичност на продуктите от горене на дървесина от плътността на външния топлинен поток (Фигура 15). В режим на тлеещо изгаряне на смърчовата дървесина, изходът на CO е 70–240 пъти по-висок от изхода на CO по време на горене на пламък.

В режим на тлеене в температурен диапазон 450-550 ˚С всички видове дървесина се проявяват като силно опасни по отношение на токсичността на продуктите на горенето и принадлежат към групата Т3. С увеличаване на интензивността на топлинното излагане до 60-65 kW / m 2 (което съответства на температура от 700-750 ˚С), според токсичността на продуктите на горенето, дървесината от различни видове преминава в групата на умерено опасните материали Т2.

1- липа; 2 - бреза; 3 - Илимски бряст; 4 - дъб; 5 - трепетлика; 6 - бор; 7 - смърч.

Фигура 15 - Токсичност на продуктите от горенето от температурата на термично излагане.

При изгаряне на дърва се получава доста интензивно образуване на дим. Най-голямо количество дим се отделя при изгаряне на дървесни материали в режим на тлеене (таблица 8).

Таблица 8 - Способността за образуване на дим на дървесните материали по време на изпитвания в режим на тлеене

4 Мерки за пожарна безопасност при строителството на дървени сгради

Процесът на изгаряне на дърва е изотермичен процес, който е придружен от отделяне на топлина. За да се запали едно дърво, първо трябва да се нагрее до температурата на запалване.

Отопление на дърва

Загряването е нагряването на парче дърво от външен източник на топлина до температурата на запалване. Източникът на топлина може да бъде вдигнат кибрит, горящ наблизо парче дървен материал или стърготини или нещо друго, което може да загрее и загрее до необходимата температура. Когато температурата на отопляемата площ достигне 120-150°C, започва много бавно и постепенно овъгляване на дървесината, с образуване на самозапалими въглища. Когато температурата достигне 250-350°C, започва активното термично разлагане на дървесината на компоненти. По повърхността на дървото се появява видим овъглен слой, който започва да тлее (гори без пламък). В същото време от овъгления слой започва да се откроява бял (кафяв) дим. Все още няма реален процес на горене. Ако спрете нагряването, тогава няма да възникне запалване. Наличието на дим само показва, че повърхността на дървото вече се е затоплила достатъчно и е започнало термичното му разлагане до газообразни компоненти. Белият дим не е нищо повече от продукти от термичното разлагане на дървесината, ароматизирани с прилична част от водна пара.

Изплакване на пиролизни газове

При по-нататъшно нагряване и повишаване на температурата термичното разлагане на дървесината в газообразни компоненти ще се увеличи. Процесът на термично разлагане (пиролиза) ще навлезе дълбоко в дървесната маса. Концентрацията на пиролизни газове в зоната на нагряване ще достигне критично ниво и те ще се запалят (примигват). Светкавицата ще се проведе на границата с ръба на бял дим и ще се разпространи в целия си обем. Ще се появи светложълт пламък. Температурата на нагревателната зона може да се увеличи драстично поради топлината от изгарянето на пиролизни газове.
Точката на възпламеняване на горими пиролизни газове е в диапазона 250-300°C. Това е температурата, при която процесът на запалване и изгаряне на самата дървесина става теоретично възможен.

Запалване на дърва

Ако продължите да нагрявате дървата, то ще се запали. Това е началният етап на горене, по време на който енергията, подадена към системата от външен източник, води до рязко ускоряване на термохимичната реакция. Практиката показва, че при естествени условия запалването на дървесината се наблюдава при температури от 450 до 620°C.

Възпламеняемостта на дървесината е свързана с обемното му тегло, влажността, мощността на външен източник на отопление, формата на напречното сечение на дървения елемент, скоростта на въздушния поток (тяга), положението на елемента в топлинния поток (хоризонтално, вертикално), и др. Решаващо за горивния процес е плътността на материала. Леката, пореста дървесина от елша или топола се запалва по-бързо от плътната дървесина (дъб и др.). Мокрото дърво е по-трудно да се запали, тъй като преди запалването е необходимо да се изразходва допълнително количество топлина, за да се изпари водата. Забавящ фактор е и повишената топлопроводимост на мократа дървесина; възпламенения повърхностен слой от него е доста охладен. Кръглите и масивни елементи горят по-зле, отколкото с правоъгълен профил и с малко напречно сечение, с остри ребра и относително развита странична повърхност. Нерендосаната повърхност на елементите, като насипна дървесина, се запалва по-бързо от гладката.

Принципно важно и необходимо условие за запалване и изгаряне на всяко вещество е достатъчното снабдяване с кислород и концентрацията на топлина от горенето, която не се разсейва, а отива за загряване на нови съседни горивни секции до температурата на запалване.

горящи дърва

Ако условието, споменато по-горе, е изпълнено, тогава пламъкът, възникнал по време на светкавицата, вече не угасва, а покрива цялата овъглена част от дървото. Това означава, че дървесината се е запалила и процесът на запалване се е превърнал в процес на горене. Дън (остърг), ако се извади от огнището, сам ще изгори във въздуха.

От своя страна горенето на едно дърво се състои от две фази - огнена фаза и фаза на тлеене.

В режим на тлеене доминиращият процес е изгарянето на твърди продукти от пиролиза (въглища). В същото време пиролизните газове се отделят бавно и не могат да се запалят поради ниската си концентрация. Газообразните продукти се охлаждат, кондензират и отделят обилен бял дим. При горене в режим на тлеене въздухът се движи в дебелината на горящата дървесина

В режим на горене с пламък водещият процес е изгарянето на газообразни пиролизни продукти, което се характеризира с движението на горещи газове навън.

И двете фази на горене са неразривно свързани и ще продължат, докато не бъдат изпълнени три условия в зоната на горене: наличие на гориво, наличие на кислород и концентрация на необходимата температура.

По принцип горенето на TGM е подобно на горенето на газове и течности и представлява хомогенен, дифузионен процес на превръщане на горими вещества в продукти на горене с отделяне на топлина и светлина. Горенето се основава на редокс реакция.

При изгарянето на течности и TGM има допълнително сходство: необходимостта от подготовка на веществото за изгаряне (изпаряване, топене, разлагане) и отделяне на горими пари; запалване настъпва при достигане на концентрацията на горими пари и газове на NKPRP.

Нека разгледаме появата на TGM горене чрез примера дърво,който е един от най-широко използваните твърди горими строителни материали. Могат да се разграничат следните етапи на запалване и изгаряне на дървесина:

1) нагряване на мокро вещество (температура на дървесината - до 50 0 С);

2) сушене на дървесина (отстраняване на физически свързана вода) - температура до 120-150 0 С. Първите два етапа са най-дълги и отнемат около 55% от общата продължителност на запалването. Трябва да се добави, че на тези етапи разрушаването на веществото все още не настъпва;

3) отстраняване на интракапилярна и химически свързана вода - температура 150-180 0 С. На същия етап настъпва разлагането на най-малко устойчивите компоненти на дървесината (луминови киселини). Излъчват се предимно негорими газове и пари - CO 2 и H 2 O, но има относително малко количество горими газове и пари, като въглероден оксид CO.

За да се обоснове външният му вид, припомняме, че се разграничават два етапа на изгаряне на въглерод. На първия етап въглеродът се окислява до въглероден окис: C + 0,5O 2 = CO. Следователно в продуктите на горенето винаги има токсичен и запалим газ - CO (въглероден оксид). Поради факта, че продуктите от разлагането съдържат определено количество горими газове и пари, на този етап има възможност за спонтанно запалване на дървесината.

4) Отопление сухаматериал и термично разлагане (пиролиза) на дърво:

начало на пиролизата (температура 180-250 0 С). Дървесината при тази температура се превръща главно във въглища (60-70%). Като цяло се отделят малко пари и газове, повечето от тях са негорими - въглероден диоксид CO 2, водна пара H 2 O, както и малко количество въглероден окис CO, метан CH 4 и др. С повишаване на температурата, количеството на запалими газове и пари се увеличава. До края на този етап HPVA е готов за запалване от източника на запалване. И така, температурата на запалване на борова дървесина е 255 0 C, дъб - 238 0 C. Имайте предвид, че при смилането на вещество температурата на запалване намалява (например температурата на запалване на боровите стърготини е 196 0 C) при отсъствие на IZ няма да настъпи запалване на пари и само при по-нататъшно нагряване, при по-високи температури (370-400 0 C), ще настъпи тяхното самозапалване;

· интензивно разлагане на дървесината (температура 280-400 0 С). На този етап целулозата се превръща основно в газообразни горими продукти и се отделя основното количество горими газове – около 40% от общото им количество. В допълнение към изброените газове се отделят водород H 2 и етилен C 2 H 4 . В допълнение към тях могат да се отбележат двойки алкохоли, алдехиди, етери, кетони и пр. Като цяло има повече от 350 вида продукти на термично разлагане и горене на дървесината.

Подчертаваме факта, че при разлагането на дървесината са възможни два начина: а) при температури 180-250 0 С тя се превръща главно във въглища; б) при температури 280-400 0 С се отделят предимно летливи продукти. Това е от голямо значение за противопожарната защита на дървесината. Познаването на факторите, които влияят на скоростта на изгаряне, ви позволява да го контролирате.

5) Прекратяване на отделянето на летливи съединения и започване на изгаряне на въглеродния остатък – въглен (температура 500-600 0 С). Въглеродният остатък се образува в предишните етапи, но изгарянето му се възпрепятства от факта, че атмосферният кислород не прониква в него, тъй като той изгаря в зоната на пламъчни реакции. При температури над 500 0 C отделянето на "летливи вещества" практически спира и кислородът получава достъп до повърхността на въглеродния остатък (въглища). От този момент нататък едновременното разнородно горене (тлеене) на въглища и хомогенно изгаряне на продуктите от разлагането продължават да излизат през пукнатини от подлежащите слоеве дървесина. Дебелината на въглищата варира в рамките на 2,5 см. Когато всички слоеве дървесина се превърнат във въглища, отделянето на газообразни продукти от разлагането спира и продължава само изгарянето на въглищата.

Термичното разлагане на въглища, торф и редица други материали протича подобно на дървото. Всеки случай обаче има свои собствени характеристики. Така че в торфа общото количество летливи вещества е по-малко и освобождаването им започва при по-ниски температури, отколкото в дървесината (виж фиг. 5.6). Въглищата се състоят от по-устойчиви на топлина компоненти от дървесината, така че разлагането им протича при по-високи температури и по-малко интензивно.

Ориз. 5.6. Зависимост на относителния добив на летливи продукти от пиролиза на твърди вещества от температура 1 – дървесина; 2 - торф; 3 - въглища

Известно е, че дървото като строителен материал има много предимства. Той обаче е запалим и запалим. За намаляване на горимостта на дървесината се използват множество методи (средства) за противопожарна защита.

Дървото е най-разпространеният горим материал при пожар. По структура това е порест материал с много клетки, пълни с въздух. Клетъчните стени са съставени от целулоза и лигнит. Обемът на празнините в дървесината надвишава обема на твърдите вещества, което се вижда от данните, дадени в табл. 7.6.

Таблица 7.6

Обем на твърда материя и кухини от дърво

Характерът на структурата на дървесината определя нейната много ниска топлопроводимост и свързаната с нея бърза запалимост и бавно нагряване на вътрешните слоеве. Когато дървото влезе в контакт с източник на запалване, като например пламък, тънкият му повърхностен слой бързо се нагрява, влагата се изпарява и след това се разлага. Продуктите от разлагането на дървесината, получени при температури под 250 0 C, съдържат главно водна пара, въглероден диоксид CO 2 и някои горими газове, поради което не могат да горят.

Както при течностите, най-ниската температура на дървесината, при която продуктите от разлагането могат да се възпламенят от източник на запалване, се нарича точка на възпламеняване дърво.

Температурата на запалване на дървесината зависи от степента на нейното смилане. Така температурата на запалване на боровата дървесина е 255 0 C, а тази на боровите стърготини е 230 0 C.

След запалване температурата на горния слой дървесина се повишава поради топлината, излъчвана от пламъка, и достига 290 - 300 0 С. При тази температура изходът на газообразни продукти е максимален (виж фиг. 7.1) и височината на пламъка е на най-високата си стойност.

голям. В резултат на разлагането горният слой дървесина се превръща в дървени въглища, които не могат да горят при тези условия, тъй като кислородът, идващ от въздуха, реагира в зоната на горене на пламъка. Температурата на въглищата на повърхността по това време достига 500 - 700 0 С. Тъй като горният слой дървесина изгаря и се превръща във въглища, долният слой дървесина се затопля до 300 0 С и се разлага. По този начин огненото изгаряне на дървесината с образуването на малък слой въглища върху повърхността му все още не спира, но скоростта на освобождаване на продуктите от разлагането започва да намалява. По-нататъшното нарастване на въглищния слой и намаляването на добива на продуктите от разлагането водят до факта, че пламъкът остава само при пукнатините на въглищата и кислородът може да достигне повърхността на въглищата. От този момент започва изгарянето на въглища и в същото време продължава изгарянето на продуктите от разлагането. Дебелината на въглищния слой, която към този момент достига 2–2,5 cm, остава постоянна, тъй като възниква равновесие между линейната скорост на изгаряне на въглища и скоростта на нагряване и разлагане на дървесината. Едновременното изгаряне на въглища и продукти от разлагането на дървесината продължава, докато цялата дървесина се превърне във въглища. След това отделянето на газообразни продукти от разлагането на дървесината спира и продължава само изгарянето на въглища.

По този начин процесът на горене на дървесината се състои от две фази: изгаряне на пламък и изгаряне на въглища. Между тях има преходна фаза, характеризираща се с едновременно протичане на две фази.

При условия на пожар първата фаза играе основна роля, тъй като е придружена от отделяне на голям обем продукти от горенето, нагрят до висока температура и интензивна радиация (пламък). Всичко това допринася за бързото разпространение на горенето и увеличаване на площта на пожара. Ето защо, при гасене на пожари, на първо място, те се опитват да премахнат центровете, където настъпва първата фаза на горене.

Дървото все още е един от най-популярните строителни материали днес. Но с лекота на обработка, здравина, относително малка маса на материала, отлични влагоустойчиви, топлозащитни и екологични качества, дървото, като материал от органичен произход, се нуждае от допълнителна защита от огън и биологичната среда, която се осигурява от огъня -забавящи материали. Днес защитата на дървесината се осигурява с множество средства, които позволяват не само да се удължи експлоатационният живот на дървените конструкции, да се запази външният им вид, но и значително да се увеличи безопасността на тяхното използване.

Свойства на дървесината по отношение на излагане на огън.

Дървесината във въздушно-сухо състояние е горим материал - запалва и разпространява огън. Въпреки това, поради факта, че по време на горенето върху повърхността на дървесината се образуват въглища, които горят по-бавно и с топлопроводимост 4 пъти по-ниска от тази на самата дървесина, скоростта на загуба на работната секция на дървената конструкция (DC) не надвишава 0,8 mm в минута. Следователно, DC издържат на срутване по време на пожар за по-дълго време от стоманата, която може да не издържа натоварвания поради намаляване на якостта при нагряване. Наред с това, огнеустойчивостта на стоманените конструкции също намалява поради факта, че при нагряване те се удължават значително. Така, ако стоманена греда с дължина 15 m се нагрее до 500°C, тя се удължава с 90 mm, което води до възникване на разрушителни напрежения в строителните конструкции. При нагряване дървото се деформира 3-4 пъти по-малко.

Запалването на дърва от открит огън може да се случи при температура от около 210 ° C и е придружено от повишаване на температурата.

При липса на открит източник на топлина (пламък, искри) може да възникне запалване, когато дървесината се нагрява бързо (1-2 минути) до температура над 330°C. При продължително излагане на топлина температурата на запалване на дървесината намалява до 150-170°C. Това обстоятелство трябва да се има предвид при поставянето на дървени конструкции в близост до отоплителни обекти (нагреватели, комини). В тези случаи е необходимо да се осигурят такива условия за контакт на дървесината с тях, така че нейната постоянна температура да не надвишава 150 ° C.

Основното условие за продължаване и развитие на независимото горене на осветен дървен продукт е превишението на количеството топлина, натрупано от повърхностните му слоеве, над количеството топлина, отделяно в пространството. С други думи, за да се поддържа и разпространява горенето, е необходимо температурата на съседните участъци от конструкции да се поддържа над точката на запалване на дървесината.