Почему дрова стреляют и щелкают при горении
Все замечали, что дрова в костре, в печке или камине при сжигании издают странные, порой очень громкие звуки. Поленья, чурки могут хлопать, шипеть, трещать, щелкать, громко выстреливать, а большие бревна – даже взрываться. Порой эти щелчки сопровождаются выбросом снопа искр или огня, а это представляет опасность для людей, особенно в закрытом помещении. Поэтому при покупке дров нужно уметь правильно их выбирать.
Причин, почему стреляют дрова, много, но это явление имеет логическое объяснение. В зависимости от породы дерева, звуки могут быть разной громкости, тональности, интенсивности. Также периодичность щелчков зависит от влажности и структуры дерева. То есть, каждая порода будет издавать свои звуки. Так, сухой бук горит практически неслышно, а сосну любой влажности подбрасывать в открытую топку опасно – это смолистая древесина, поэтому поленья будут не только «стрелять» – дрова будут интенсивно искрить, как бенгальский огонь, источать приятный запах, гореть быстро и ярко.
Фруктовые породы горят в печке почти неслышно, но заготавливать их для отопления дома непрактично. Это дорого, к тому же вишня, яблоня или груша принесут больше пользы в саду, а не в огне. Такую древесину заготавливают только из сухостоя, старых деревьев, обрезков веток. Пригодятся дрова из фруктовой древесины не столько для тепла, сколько для создания уюта и приятного запаха в доме. Особенно ценится этот материал при топке бани.
Хорошие дрова (те, которые дают много тепла и долго горят) должны быть высушены до влажности около 15-16 %, максимум – 22–25 %, иметь высокую твердость и плотность. Но даже в самом сухом полене влага будет присутствовать в виде капиллярной, химически связанной или коллоидальной воды. Вот почему стреляют дрова в костре, даже если твердую древесину хорошо просушили.
После того, как на чурке образуется первый слой углей, вода в древесине закипает и начинает испаряться. Выход пар находит в преодолении слоя древесного угля на поверхности полена, поэтому мы слышим микровзрыв, сопровождающий разрыв волокон древесины. При этом верхние горящие кусочки древесины отлетают от полена с громким звуком. Так происходит пиролиз – процесс термического разложения древесины на составляющие.
Классификация акустических шумов при горении дров
Процесс сгорания древесины проходит в два этапа. Это разложение под воздействием температуры (пиролиз) и сгорание остаточных веществ. Для пиролиза нужна температура около 450 °C. При этом из волокон дерева вырываются угарный и углекислый газ, испаряется водород и метан, улетучиваются жидкие соединения спирта и т. д. Остаточные вещества представляют собой уголь, в который превращается древесина. Он на 70–85 % состоит из углерода. Углерод тоже сгорает в огне, но намного медленнее, поэтому в топке всегда остается древесная зола.
Звуки при сжигании дерева делятся на постоянные и эпизодические.
- Сплошной шум – это чаще всего шипение пара при пиролизе. Влага из волокон древесины турбулентно испаряется вместе с газообразными составляющими процесса горения, и мы слышим постоянный гул.
- Условно непрерывные звуки при сжигании дров – это негромкое потрескивание. Мы его слышим, когда волокна разрываются в поперечном направлении образующимся на поверхности полена древесным углем. Эти акустические шумы появляются после нарастания слоя угля на поверхности дерева, и, если дрова щелкают, значит, они начали интенсивно гореть.
- Эпизодические шумы в виде щелчков происходят от отслаивания чешуйчатого обугливающегося слоя полена. При деформации волокон этот слой разрушается, что и вызывает резкие громкие звуки. Чем толще полено, тем громче будет звук при растрескивании, так как вода внутри бревна расширяется, и при определенной температуре разрывает не только верхний слой угля, но и волокна ближе к центру полена. Очень громко и зрелищно дрова стреляют при горении больших объемов (например, при пожаре) – громкие взрывы с выбросом пара, искр и огня.
Окончательно причины звуков, которые издает дерево при сжигании, не выяснены. Это и разность в размерах при радиальной и тангенциальной усушке бревна, и плотность структуры древесины, которая во многом зависит от породы.
Растрескивание древесины от времени и разрыв волокон при горении – явления одного порядка, растянутые во времени, происходящие при разных температурах. Так, мягкая пихта, другие хвойные породы (лиственница или кедр) будут издавать громкие шумы при горении, но и при длительной сушке на цельном массиве могут появляться трещины. Очень громко при горении разрываются волокна у бука, граба, ясеня, клена, хотя эти породы считаются твердыми.
Влажность считается сдерживающим фактором для горения древесины, но и здесь есть исключения. Так, береза, ясень или тополь отлично горят даже свежесрубленными, а осину поджечь без вспомогательных подручных средств практически невозможно. Поэтому при заготовке дров для отопления дома осину покупают очень редко. Зато в строительстве эта порода незаменима, особенно для строений и помещений с постоянно высокой влажностью – бань, неотапливаемых сараев. С другой стороны, сухие осиновые дрова дают настолько много тепла, что их применяют для выжигания сажи при чистке дымоходных каналов печей, каминов.