Огниво | Записки истопника » Древесина » Теплотворность древесины

Теплотворность древесины

Древесина

Теплотворность дров для разных пород дерева

Теплотворность древесины, теплота сгорания древесины, теплотворная способность древесины ...

Древесина – природный отопительный материал, относящийся к восстанавливаемым видам топлива. Отопительная ценность древесины определяется теплотворностью. Теоретическое определение и расчёт теплотворности древесины – занятие исключительно обобщающего характера в приблизительных цифрах. Точное определение теплотворности древесины в лабораторных условиях верно для конкретного исследуемого образца и весьма сомнительно: образец сжигают в калориметре, результат перепроверке не подлежит. Теплотворность древесины связана с теплотворностью дров – «Дрова | Теплотворность дров»

  1. Древесинное вещество
  2. Теплотворность древесины
  3. Удельная теплотворность древесины
  4. Высшая (абсолютная) теплотворность древесины
  5. Низшая (рабочая) теплотворность древесины
  6. Низшая (рабочая) массовая удельная теплотворность
  7. Низшая (рабочая) объёмная удельная теплотворность
  8. Расчёт теплотворности древесины
  9. Таблица удельной теплотворности древесины
  10. Перевод единиц теплотворности древесины

Таблица удельной теплотворности древесины

Весовая удельная теплотворность для всех пород деревьев одинакова:

Объемная удельная теплотворность древесины зависит от породы и плотности дерева:

Порода дерева Рабочая (низшая) объёмная теплотворная способность древесины(ккал/дм3) Плотность древесины
(кг/дм3)
Предел плотности древесины
(кг/дм3)
Дуб 3240 0,810 0,690-1,03
Ясень 3000 0,750 0,520-0,950
Рябина (дерево) 2920 0,730 0,690-0,890
Яблоня 2880 0,720 0,660-0,840
Бук 2720 0,680 0,620-0,820
Акация 2680 0,670 0,580-0,850
Вяз 2640 0,660 0,560-0,820
Лиственница 2640 0,660 0,470-0,560
Клён 2600 0,650 0,470-0,560
Берёза 2600 0,650 0,510-0,770
Груша 2600 0,650 0,610-0,730
Каштан 2600 0,650 0,600-0,720
Кедр 2280 0,570 0,560-0,580
Сосна 2080 0,520 0,310-0,760
Липа 2040 0,510 0,440-0,800
Ольха 2000 0,500 0,470-0,580
Осина 1880 0,470 0,460-0,550
Ива 1840 0,460 0,490-0,590
Ель 1800 0,450 0,370-0,750
Верба 1800 0,450 0,420-0,500
Орех лесной 1720 0,430 0,420-0,450
Пихта 1640 0,410 0,350-0,600
Бамбук 1600 0,400 0,395-0,405
Тополь 1600 0,400 0,390-0,590

Прим.

  1. Показатели таблицы теплотворности соответствуют влажности древесины 12%
  2. Показатели плотности древесины взяты из
    «Справочник по массам авиационных материалов»
    изд. «Машиностроение» Москва 1975г

Древесинное вещество

Древесинное вещество – материал стенки клеток древесины. Древесинное вещество – твёрдая древесная масса без внутриклеточных пустот и околоклеточных полостей. Химический состав древесинного вещества практически одинаков у всех пород деревьев, примерно – 60% целлюлозы, 30% лигнина, 7...9% сопутствующих углеводородов и 1...3% минеральных веществ.

Соответственно, удельный вес древесинного вещества разных пород деревьев не особо отличается и равен, примерно 1540 кг/м3. Больше, чем плотность воды! Не имей древесина пустотно-ячеистую структуру строения, то – тонула-бы в воде, как камень. Древесинное вещество (материал стенок древесных клеток) – главная теплотворная составляющая часть древесины. Древесинное вещество горит с выделением тепла.

Производство (прессование) древесных отопительных брикетов, евродров и пеллет – не что иное, как попытка уплотнить пустотно-ячеистую структуру древесины до состояния плотности древесинного вещества. Плотность качественного прессованного древесного топлива всегда выше единицы и начинается от 1,1 г/см3

Теплотворность древесины

Теплотворность, (теплота сгорания, теплотворная способность) древесины – количество тепла, образующегося при горении древесины. Вернее, теплотворность древесины – это количество тепла, которое образуется при горении древесинного вещества (главной теплотворной составляющей части древесины) и сопутствующих углеводородов (смол и эфирных масел).

Важный момент.
При горении древесины образуются водяные пары.
Образование водяных паров имеет двойственную природу происхождения. Во-первых, древесина очень гигроскопична, вода в свободном виде находится в пустотах и полостях. Во-вторых, водяные молекулы синтезируются непосредственно в процессе горения (температурного распада и окисления) углеводородных соединений, из которых, собственно, древесина и состоит.

В зависимости от того, учитывается или нет теплота горения топлива, расходуемая на испарение (синтез) воды и разогрев водяного пара – различают высшую и низшую (абсолютную и рабочую) теплотворность древесины

Удельная теплотворность древесины

Удельная теплотворная способность древесины определяется количеством горючего материала в единице веса или объёма топливного вещества. Древесина разных пород дерева разнится плотностью и, соответственно – объёмной удельной теплотой сгорания. Дрова учитываются в объёмных единицах измерения (складометрах и кубометрах). Объёмная теплотворность древесины выходит на передний план и становится решающим фактором определения качества дров, как вида топлива.

Теплотворность древесины, отнесённая к занимаемой единице массы или объёма топлива, называется удельной теплотой сгорания (удельной теплотворностью) древесины. Удельная теплотворность древесины – количество тепла, выделяющегося при полном сгорании массовой или объёмной единицы топлива (кг, тонны, дм3, м3). Величина удельной теплотворной способности древесины определяется количеством горючего материала, заключённого в её единице веса или объёма.

В зависимости от того, в массовых или объёмных единицах измерения производится учёт топлива, удельная теплотворность древесины может быть массовой или объёмной

Единицы измерения массовой удельной теплотворности: Дж/кг, ккал/кг
Единицы измерения объёмной удельной теплотворности: Дж/дм3, ккал/дм3

Для практических целей, больший интерес представляет объёмная удельная теплотворность древесины. Традиционно, дрова учитываются в объёмных единицах измерения (складометрах и кубометрах). Объёмная теплотворность древесины выходит на передний план и становится решающим фактором определения качества дров, как вида топлива.

Высшая (абсолютная) теплотворность древесины

Теплотворность древесины называется высшей или абсолютной, если учитывается теплота конденсации водяного пара, образующегося в процессе горения.

Теплота конденсации водяного пара, образующегося в процессе горения, называется скрытой теплотой горения

Высшая (абсолютная) теплотворность древесины определяется путём полного сжигания в калориметре исследуемого образца топлива с последующей конденсацией водяного пара и охлаждением всех продуктов горения к исходной температуре. За образец принимается 1кг абсолютно сухой древесины

Под абсолютно сухой древесиной подразумевается влажность дерева, которое, находясь в сушильном шкафу с температурой сушки 102...103ºС, не изменяет величину своей массы более чем на 1% в течение трёх суток

Низшая (рабочая) теплотворность древесины

Теплотворность древесины называется низшей или рабочей, если не учитывается теплота конденсации водяного пара, образующегося в процессе горения.

Теплота конденсации водяного пара, образующегося в процессе горения, называется скрытой теплотой горения

На практике, никогда не удаётся охладить продукты сгорания до состояния полной конденсации водяного пара. Поэтому, рабочая (низшая) теплотворность древесины имеет широкое практическое применение.

Низшая и высшая теплотворности древесины связаны между собой следующим образом:
Высшая теплотворность = низшая теплотворность + скрытая теплота горения
или так:
Низшая теплотворность = высшая теплотворность - скрытая теплота горения

Низшая (рабочая) теплотворность древесины определяется путём полного сжигания в калориметре исследуемого образца без последующего охлаждения всех продуктов горения к исходной температуре и без конденсации водяного пара. При этом, исследуемый образец не сушат и сжигают его «как есть». Перед лабораторными исследованиями просто фиксируют влажность образца и затем, обязательно указывают – при какой влажности древесины получен результат по определению её теплотворности.

Низшая (рабочая) теплотворность изменяется в зависимости от степени влажности древесины, поскольку влажность древесины – очень переменчивая величина.

Рабочая (низшая) теплотворность древесины всегда меньше, чем абсолютная

Низшая (рабочая) массовая удельная теплотворность древесины

Рабочая (низшая) теплотворность древесины, отнесённая к единице массы топлива, называется рабочей (низшей) массовой удельной теплотворностью древесины, или просто – массовой удельной теплотворностью. Массовая удельная теплотворность измеряется в Дж/кг, кал/кг, или в кратных к ним единицах.

Из определения рабочей теплотворности древесины вытекает следующее:

  1. Массовая удельная рабочая теплотворность древесины мало зависит от породы дерева, поскольку 1 кг абсолютно сухой древесины любой породы дерева содержит примерно равное количество горючего вещества, близкого по своему составу (см. Древесинное вещество).
  2. Массовая удельная рабочая теплотворность древесины напрямую зависит от её влажности

Причины зависимости массовой удельной рабочей теплотворности древесины от её влажности:

  1. Уменьшение количества горючего вещества на величину, равную весу влаги. Так, 1кг влажной древесины содержит чистого горючего древесинного вещества в количестве, равном 1кг минус вес влаги. В то время, когда 1кг абсолютно сухой древесины будет содержать именно 1кг чистого топлива.
  2. Увеличение скрытой теплоты горения, т.е. увеличение потери тепла на испарение влаги и нагревание водяного пара до средней температуры продуктов горения (≈800...1100°С).

Низшая (рабочая) объёмная удельная теплотворность древесины

Рабочая (низшая) теплотворность древесины, отнесённая к единице объёма топлива, называется рабочей (низшей) объёмной удельной теплотворностью древесины, или просто – объёмной удельной теплотворностью. Объёмная удельная теплотворность измеряется в Дж/дм3, ккал/дм3, или в кратных к ним единицах.

Конвертер единиц объёмной теплотворности (Дж/см3, кал/см3)

Объёмная удельная теплотворность древесины зависит от её плотности,
т.е. от концентрации древесинного вещества в единице объёма топлива

Почему так: Древесина имеет пористо-ячеистую структуру. Внутриклеточные полости и околоклеточные пустоты, уменьшают количество горючего древесинного вещества, заключённого в единице объёма топлива. Чем плотнее древесина, чем меньше в её объёме будет пустот и соответственно, будет больше концентрация горючего древесинного вещества – тем больше будет объёмная теплотворность такой древесины.

За сим:

Объёмная удельная теплотворность напрямую зависит от породы дерева, поскольку разные породы деревьев имеют различную плотность своей древесины и, соответственно – разное количество горючего (теплотворного) вещества в единице своего объёма

Объёмная удельная теплотворность определяется индивидуально для каждой породы дерева, является справочной величиной и имеет наибольшее практическое применение (см. Таблица удельной теплотворности древесины для разных пород дерева). А поскольку, низшая теплотворность древесины зависима от её влажности, то в таких таблицах обязательно указывается, для какой влажности древесины приведены значения величины её теплотворности.

Объёмная удельная теплота сгорания древесины широко применяется на практике, как качественная и количественная характеристика теплотворности дров

Ещё раз:
Объёмная удельная рабочая теплотворная способность древесины напрямую зависит от плотности древесины и её влажности. Объёмная удельная рабочая теплотворность древесины может изменяться в очень широких пределах, поскольку плотность древесины и её влажность – весьма нестабильные и изменчивые величины.

Расчёт теплотворности древесины

1. Расчёт абсолютной (высшей) теплотворной способности древесины

Пояснение к расчёту:
В лабораторных экспериментах по определению высшей теплотворности древесины фигурирует абсолютно сухой образец, весом 1кг. Очевидно, что в таком случае, речь больше идёт про абсолютную теплотворность материала стенок клеток древесины – древесинного вещества. Ибо, что ещё может быть в куске абсолютно сухой древесины, весом в 1кг?

Ответ, более чем прост – в 1кг абсолютно сухой древесины могут присутствовать иные углеводородные соединения, не являющимися древесным веществом. Прежде всего – это полиэфирные смолы и масла, которыми особенно богата древесина хвойных пород.

Поскольку, элементарный химический состав древесинного вещества практически всегда одинаков, а процентная разница между весовой теплотворностью древесинного вещества и заменяющими его углеводородами существенно не влияет на теплотворность единицы массы топлива, то – для дальнейших расчётов теплотворности древесины, принимаем за аксиому:

Высшая (абсолютная) теплотворность 1кг древесины мало зависит от породы дерева, принципиально равна величине абсолютной (высшей) теплотворной способности древесинного вещества и соответствует ≈ 4752.9 ккал/кг

Ход расчёта:
Высшая теплотворная способность (ВТС) древесины определяется как сумма теплотворных способностей всех её отдельно взятых химических элементов и вычисляется по формуле Менделеева:
Q(ВТС) = 81C + 300Н - 26O
где С, H и О – процентное содержание в топливе углерода, водорода и кислорода

Состав древесного вещества для любой породы дерева:
49,5% углерода, 6,3% водорода, 44,1% кислорода

Соответственно, получим:
Q(ВТС) = 81 x 49,5 + 300 x 6,3 – 26 x 44,1 = 4752.9 ккал/кг
(Полученная величина будет использована в формуле Надеждина при определении рабочей массовой удельной теплотворности древесины для влажности 12%)

2. Расчёт удельной массовой рабочей (низшей) теплотворной способности древесины

Массовая рабочая теплотворная способность древесины (МРТС) определяется по формуле Надеждина и находится в зависимости от влажности дров:

    для комнатно-сухой древесины, влажностью 7...18%
    Q(МРТС) = 4600 – 50 x W = 4600 - 50 x (7...18) = 4250...3700 ккал/кг
    для воздушно-сухой древесины, влажностью 25...30%
    Q(МРТС) = 4370 – 50 x W = 4370 - 50 x (25...30) = 3120...2870 ккал/кг
    для сплавной древесины, влажностью 50...70%
    Q(МРТС) = 3870 – 45 x W = 3870 – 45 x (50...70) = 1620...720 ккал/кг

где W – относительная влажность древесины в процентах,
4600, 4370, 3870 – значения массовой абсолютной (высшей) теплотворности древесины, которые высчитываются индивидуально для каждого образца, исходя из процентного соотношения абсолютно сухого древесного вещества и содержащейся в нём влаги.

Соответственно, для влажности 12%:
Q(МРТС) = 4600 – 50 x 12 = 4000 ккал/кг

3. Расчёт удельной объёмной рабочей (низшей) теплотворной способности древесины

Объёмная рабочая теплотворная способность древесины (ОРТС) определяется умножением массовой рабочей теплотворной способности на величину плотности древесины.

Например, средняя теплотворность для ясеня:
4000 ккал/кг X 0,750 кг/дм3 = 3000 ккал/дм3
Нижний предел теплотворности для ясеня:
4000 ккал/кг X 0,520 кг/дм3 = 2800 ккал/дм3
Верхний предел теплотворности для ясеня:
4000 ккал/кг X 0,950 кг/дм3 = 3800 ккал/дм3

где, 0,750 кг/дм3 – средняя плотность древесины ясеня
0,520 кг/дм3 и 0,950 кг/дм3 – нижний и верхний пределы
отклонения плотности для древесины ясеня

Плотность (удельный вес) древесины для разных пород дерева берём из «Справочника по массам авиационных материалов» изд. «Машиностроение» Москва 1975г. (см. таблица плотности древесины)

На основании таблицы плотности древесины, массовая удельная теплотворность от Надеждина была преобразована в объёмную теплотворность в зависимости от породы дерева, при влажности 12%. По результатам расчёта, из полученных данных, составлена Таблица удельной теплотворности древесины для разных пород дерева

Перевод единиц объёмной теплотворности древесины

Сайт tehnopost.kiev.ua предлагает уникальный онлайн-калькулятор для перевода (конвертирования) единиц объёмной теплотворности древесины, дров и других видов топлива.

Конвертер единиц объёмной теплотворности (Дж/см3, кал/см3)

Дополнительно: набор онлайн-калькуляторов для прямого и обратного перевода альтернативных единиц измерения физических величин, связанных с теплотехникой и термодинамикой.

Онлайн-конвертеры теплотехника на tehnopost.kiev.ua

  1. Калории => в джоули, киловатт-часы и кратные им единицы
  2. Килокалории => в джоули, киловатт-часы и кратные им единицы
  3. Мегакалории => в джоули, киловатт-часы и кратные им единицы
  4. Гигакалории => в джоули, киловатт-часы и кратные им единицы
  5. Джоули => в калории, киловатт-часы и кратные им единицы
  6. Килоджоули => в калории, киловатт-часы и кратные им единицы
  7. Киловатт-часы => в Джоули, калории и кратные им единицы
  8. Единицы объёмной теплотворности (Дж/см3, кал/см3)

Скачать программу «Конвертер единиц и величин»

Альтернативное Отопление: древесина, дерево, теплота, дрова, теплотворность, горение, топливо

(0)
Добавление комментария
Имя: * (любое имя)
E-Mail: * (любой e-mail)
Текст: *
Введите код: *
Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив

Набор онлайн-калькуляторов для перевода единиц и величин

Работа и энергия

Электроэнергия

Древесина - альтернативное топливо, которое заменит традиционные энергоносители
горение дерево древесина дрова дровяное котёл микроклимат отопление пиролиз помещение температура тепло теплота теплотворность топливо