Температура горения разных пород дерева в печи по цельсию. Температура горения дров в печи: как выбрать дрова для эффективного и экономичного отапливания дома

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

Процесс горения древесины - это изотермический процесс, который сопровождается выделением тепла. Чтобы дерево загорелось, сначала его нужно нагреть до температуры воспламенения.

Разогрев древесины

Разогрев - это нагрев участка древесины от наружного источника тепла до температуры воспламенения. Источником тепла может послужить поднесенная спичка, соседний горящий участок полена или щепки, либо что-что еще, способное греть и нагревать до требуемой температуры. Когда температура прогреваемого участка достигнет 120-150°С - начинается очень медленное и постепенное обугливание дерева, с образованием самовоспламеняющегося угля. При достижении температуры 250-350°С, начинается активное термическое разложение древесины на составляющие. На поверхности дерева появляется видимый обугливающийся слой, который начинает тлеть (гореть без пламени). При этом из обуглившегося слоя начинает выделяться белый (бурый) дым. Самого процесса горения еще нет. Если прекратить нагрев, то возгорания не наступит. Наличие дыма говорит лишь том, что поверхность древесины уже достаточно прогрелась и началось ее термическое разложение на газообразные составляющие. Белый дым - это не что иное, как продукты термического разложения древесины, сдобреные приличной порцией водяного пара.

Вспышка пиролизных газов

При дальнейшем разогреве и повышении температуры, термическое разложение древесины на газообразные составляющие будет усиливаться. Процесс термического разложения (пиролиз) пойдет вглубь древесной массы. Концентрация пиролизных газов в зоне разогрева достигнет критической отметки и произойдет их возгорание (вспышка). Вспышка состоится на границе с кромкой белого дыма и распространится на весь его объем. Возникнет светло-жёлтое пламя. Температура зоны разогрева может резко увеличиться за счет теплоты от сгорания пиролизных газов.
Температура вспышки горючих пиролизных газов находится в пределах 250-300°С. Это температура, при которой становится теоретически возможным процесс воспламенения и горения самой древесины.

Воспламенение древесины

Если и дальше продолжать разогревать древесину, то наступит ее воспламенение. Это начальная стадия горения, в течение которой энергия, подводимая к системе от внешнего источника, приводит к резкому ускорению термохимической реакции. Практика показывает, что в естественных условиях воспламенение древесины наблюдается при температуре от 450 до 620°С.

Воспламеняемость древесины связана с ее объемным весом, влажностью, мощностью внешнего источника нагрева, формой сечения деревянного элемента, скоростью воздушного потока (тяги), положением элемента в тепловом потоке (горизонтальное, вертикальное) и т, п. Решающее значение для процесса горения имеет плотность материала. Легкая, пористая древесина ольхи или тополя воспламеняется быстрее, чем плотная (дуб и т. п.). Мокрая древесина труднее воспламеняется, так как до воспламенения необходимо израсходовать дополнительное количество теплоты на испарение воды. Замедляющим фактором также является повышенная теплопроводность мокрой древесины; загоревшийся поверхностный слой ее скорее охлаждается. Круглые и массивные элементы горят хуже, чем с прямоугольным профилем и с малым сечением, с острыми ребрами н относительно развитой боковой поверхностью. Не струганная поверхность элементов, подобная рыхлой древесине, воспламеняется быстрее, чем гладкая.

Принципиально важным и непременным условием для воспламенения и горения любого вещества является достаточный приток кислорода и концентрация теплоты горения, которая не рассеивается, а идет на прогрев новых смежных участков топлива до температуры воспламенения.

Горение древесины

Если упомянутое выше условие соблюдается, то возникшее при вспышке пламя уже не затухает, а охватывает всю обугленную часть древесины. Это означает, что древесина воспламенилась, и процесс воспламенения перешел в процесс горения. Полено (щепка), если его извлечь из очага, будет гореть на воздухе самостоятельно.

В свою очередь, горение дерева состоит из двух фаз - пламенной фазы и фазы тления.

В режиме тления доминирующим процессом является горение твёрдых продуктов пиролиза (углей). При этом, пиролизные газы выделяются медленно и не могут воспламениться из-за малой своей концентрации. Газообразные продукты охлаждаются, конденсируются и дают обильный белый дым. При горении в режиме тления происходит движение воздуха в толщу горящей древесины

В режиме пламенного горения ведущим процессом является горение газообразных продуктов пиролиза., которое характеризуется движением горячих газов наружу.

Обе фазы горения неразрывно взаимосвязаны и будут продолжаться до тех пор, пока в зоне горения будут соблюдаться три условия: наличие топлива, наличие кислорода и концентрация необходимой температуры.

Принципиально горение ТГМ аналогичногорению газов и жидкостей и представляет собой гомогенный, диффузионный процесс превращения горючих веществ в продукты горения с выделением тепла и света. В основе горения лежит окислительно-восстановительная реакция.

В горении жидкостей и ТГМ есть дополнительное сходство: необходимость подготовки вещества к горению (испарение, плавление, разложение) и выделение горючих паров; воспламенение происходит при достижении концентрации горючих паров и газов НКПРП.

Возникновение горения ТГМ рассмотрим на примере древесины, являющейся одним из наиболее широко приме­няемых твердых горючих строительных материалов. Можно выделить следующие стадии воспламенения и горения дре­весины:

1) нагрев влажного вещества (температура древесины – до 50 0 С);

2) сушка древесины (удаление физически связанной во­ды) – температура до 120-150 0 С. Первые две стадии являются наиболее длительными и занимают порядка 55 % от общей продолжительности воспламенения. Необходимо добавить, что на этих стадиях ещё не происходит разрушения вещества;

3) удаление внутрикапиллярной и химически связанной воды – температура 150-180 0 С. На этой же стадии происходит разложение наименее стойких компонен­тов древесины (луминовых кислот). Выделяются в ос­новном негорючие газы и пары – СО 2 и Н 2 О, но име­ется сравнительно небольшое количество горючих га­зов и паров, например монооксида углерода СО.

Для того чтобы обосновать его появление, напомним, что различают две стадии горения углерода. На первой стадии углерод окисляется до монооксида углерода: С + 0,5О 2 = СО. Поэтому в продуктах горения всегда присутствует токсичный и пожаровзрывоопасный газ – СО (угарный газ). В связи с тем, что в продуктах разложения имеется некоторое количество горючих газов и паров, на этой стадии имеется возможность самовозгорания древесины.

4) Нагрев сухого материала и термическое разложение (пиролиз) древесины:

· начало пиролиза (температура 180-250 0 С). Древесина при этой температуре превращается преимуществен­но в уголь(60-70 %). Паров и газов выделяется, в це­лом, немного, большинство из них негорючие – диок­сид углерода СО 2 , пары воды Н 2 О, а также незначи­тельное количество оксида углерода СО, метана СН 4 и др. С ростом температуры количество горючих га­зов и паров увеличивается. К концу этой стадии ГПВС готова к воспламенению от источника зажигания. Так, температура воспламене­ния сосновой древесины 255 0 С, дубовой – 238 0 С. Отметим, что с измельчением вещества температура его воспламенения уменьшается (например, темпера­тура воспламенения сосновых опилок – 196 0 С) при отсутствии ИЗ воспламенение па­ров не произойдет, и лишь при дальнейшем нагрева­нии, при более высоких температурах (370-400 0 С), произойдет их самовоспламенение;

· интенсивное разложение древесины (температура 280-400 0 С). На этой стадии целлюлоза превращается в основном в газообразные горючие продукты и выделяется основное количество горючих газов – порядка 40 % от их общего количества. Поми­мо перечисленных газов, выделяются водород Н 2 , этилен С 2 Н 4 . Кроме них можно отметить пары спиртов, альдегидов, эфиров, кетонов и т. д. В це­лом, насчитывается более 350 наименований про­дуктов термического разложения и горения древеси­ны.

Подчеркнём тот факт, что при разложении древесины возможны два пути: а) при температурах 180-250 0 С она превращается, в основном, в уголь; б) при температурах 280-400 0 С выделяются преимущественно летучие продукты. Это имеет большое зна­чение при огнезащитедревесины. Знание факторов, влияющих на скорость горения, позволяет ею управлять.

5) Прекращение выхода летучих соединений и начало горения уг­леродистого остатка – древесного угля (температура 500-600 0 С). Углеродистый остаток образуется на пре­дыдущих стадиях, однако его горению препятствует то, что кислород воздуха не проникает к нему, поскольку сгорает в зоне пламенных реакций. При температуре выше 500 0 С выход «летучих» прак­тически прекращается и кислород получает доступ к по­верхности углеродистого остатка (угля). С этого момента происходит одновременное гетерогенное горение (тление) угля и гомогенное горение продуктов разложения, продол­жающих выходить через трещины из нижележащих слоев древесины. Толщина угля колеблется в пределах 2,5 см. Ко­гда все слои древесины превращаются в уголь, выход газооб­разных продуктов разложения прекращается, а продолжает­ся только горение угля.

Аналогично древесине протекает термическое разложение каменного угля, торфа и ряда других материалов. Однако в каждом случае имеют место свои особенности. Так, у торфа общее количество летучих веществ меньше и выход их начинается при более низких температурах, чем у древесины (см. рис. 5.6). Каменный уголь состоит из более термостойких компонентов, чем древесина, поэтому его разложение протекает при более высоких температурах и менее интенсивно.

Рис. 5.6. Зависимость отно­сительного выхода летучих продуктов пиролиза твердых веществ от температуры 1 – древесина; 2 – торф; 3 – каменный уголь

Известно, что древесина как строительный материал обладает многочисленными достоинствами. Однако она яв­ляется горючей легковоспламеняемой. Чтобы снизить го­рючесть древесины используют многочисленные методы (средства) огнезащиты.

Древесина является самым распространенным горючим материалом в условиях пожара. По структуре она представляет собой пористый материал с множеством ячеек, заполненных воздухом. Стенки ячеек состоят из целлюлозы и лигнита. Объем пустот в древесине превышает объем твердого вещества, что можно видеть из данных, приведенных в табл. 7.6.

Таблица 7.6

Объем твердого вещества и пустот древесины

Характер строения древесины определяет весьма низкую ее теплопроводность и связанные с нею быструю воспламеняемость и медленный прогрев внутренних слоев. При соприкосновении древесины с источником воспламенения, например пламенем, происходит быстрое нагревание тонкого поверхностного слоя ее, испарение влаги и затем разложение. Продукты разложения древесины, полученные при температуре ниже 250 0 С, содержат в основном водяной пар, диоксид углерода СО 2 и немного горючих газов, поэтому гореть не способны.

Как и у жидкостей, наименьшая температура древесины, при которой продукты разложения способны воспламеняться от источника зажигания, называется температурой воспламенения древесины.

температура воспламенения древесины зависит от степени ее измельчения. Так, температура воспламенения сосновой древесины 255 0 С, а сосновых опилок 230 0 С.

После воспламенения температура верхнего слоя древесины повышается за счет тепла, излучаемого пламенем, и достигает 290 – 300 0 С. При этой температуре выход газообразных продуктов максимальный (см. рис. 7.1) и высота факела пламени наи

большая. В результате разложения верхний слой древесины превращается в древесный уголь, который в данных условиях гореть не может, так как кислород, поступающий из воздуха, весь вступает в реакцию в зоне горения пламени. Температура угля на поверхности к этому времени достигает 500 – 700 0 С. По мере выгорания верхнего слоя древесины и превращения его в уголь, нижележащий слой древесины прогревается до 300 0 С и разлагается. Таким образом, пламенное горение древесины при образовании на ее поверхности небольшого слоя угля еще не прекращается, однако скорость выхода продуктов разложения начинает уменьшаться. В дальнейшем рост слоя угля и уменьшение выхода продуктов разложения приводят к тому, что пламя остается только у трещин угля, и кислород может достигать поверхности угля. С этого момента начинается горение угля и одновременно продолжается горение продуктов разложения. Толщина слоя угля, которая к этому моменту достигает 2 – 2,5 см, остается постоянной, так как наступает равновесие между линейной скоростью выгорания угля и скоростью прогрева и разложения древесины. Одновременное горение угля и продуктов разложения древесины продолжается до тех пор, пока не превратится в уголь вся древесина. После этого выход газообразных продуктов разложения древесины прекращается, а продолжается только горение угля.

Таким образом, процесс горения древесины состоит из двух фаз: пламенного горения и горения угля. Между ними имеется переходная фаза, характеризуемая одновременным протеканием двух фаз.

В условиях пожара основную роль играет первая фаза, так как она сопровождается выделением большого объема нагретых до высокой температуры продуктов сгорания и интенсивным излучением (пламя). Все это способствует быстрому распространению горения и увеличению площади пожара. Поэтому при тушении пожаров в первую очередь стараются ликвидировать очаги, где протекает первая фаза горения.

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.