CC BY
36
7/)П11 ВЕСТНИК _7/2011 МГСУ
ДРЕВЕСИНА, КАК ТОПЛИВО И КАК СТРОИТЕЛЬНЫЙ МАТЕРИАЛ ЖИЛЫХ ЗДАНИЙ ИНДИВИДУАЛЬНОЙ ЗАСТРОЙКИ В УСЛОВИЯХ РЕСПУБЛИКИ САХА (ЯКУТИЯ)
WOOD AS A FUEL AND AS A CONSTRUCTION MATERIAL OF AN INDIVIDUAL STRUCTURE'S RESIDENTIAL BUILDINGS IN THE REPUBLIC OF SAKHA (YAKUTIA)
B.C. Игнатьев, А.П. Шадрин V. Ignatiev, A. Shadrin
ИФТПС им. В.П. Ларионова CO PAH
Рассмотрено применение древесины как топлива и как строительный материал для ограждающих конструкций зданий. Приведены основные особенности теплотехнических и физико-технических свойств древесины в климатических условиях PC (Я).
The wood using as a fuel and as a construction material for building envelopes is considered. The basic features of thermal, physical and technical properties of wood in the climatic conditions of the Sakha Republic (Yakutia) are shown.
Древесина, как топливо известна человечеству с момента первого разведенного костра первобытным человеком. По мере развития производства и повышения потребности в топливно-энергетических ресурсах, превышающих возможности воспроизводства древесного топлива лесными массивами Земли, стали использоваться другие виды топлива. Это способствовало снижению значимости древесины как топливо. Однако энергетический кризис 1973-1975 гг. поставил задачу снижения использования не-возобновляющихся видов топлива и замещения их на возобновляющиеся виды источников энергии, в перечень которых входит и древесина, которая является одним из видов биотоплива. Биотопливо - это биомасса биологического происхождения не прошедший химическую обработки.
Территория Якутии на 47,4 % занято лесами. Но по отдельным регионам Республики леса занимают разную площадь; в северо-восточной части -32 %, северозападной - 78 %, центральной - 77 %, южной части - до 93 %. Общая площадь лесов по данным учета лесного фонда на 1 января 2000 г. составляет 354,8 млн. га, в том числе покрытая лесом - 143,7 млн. га. Леса в основном состоят из лиственницы -79 %, из сосны - 6,8 % и других пород деревьев.
Общий запас древесины оценивается в 9,2 млрд. м3 , из которых 5,78 млрд. м3 (62 %) приходится на спелые и перестойные леса. На долю лиственницы приходится 4,98 млрд. м3 (86 %). Общий прирост древесины в год с одного гектара составляет 0,59 м3 или 73,7 млн. м3 (0,8 %) общего запаса [1].
Хвойные леса Сибири являются как бы легкими Земли, обогащая атмосферу кислородом и с этой точки зрения вырубка лесов в большом объеме, превышающем естественную возобновляемость древесины, составляющем 0,3-0,4 м3/га в северных и горных районах и 1,2-1,4 м3/га в южных районах с экологической точки, является нежелательным и всячески запрещается.
ВЕСТНИК 7/2011
В Республике Саха (Якутия) более 590 сельских населенных пунктов расположенных в лесной зоне в которых теплоснабжение зданий производится от более 100 тысяч печей работающих на угле и дровах. Это небольшие поселения, характеризующиеся малой плотностью тепловых нагрузок, что ограничивает развитие СЦТ. В этих условиях использование древесины для производства тепловой энергии становится экономически и экологически приоритетным. В Якутии дрова, как топливо используются в СЦТ (централизованных системах теплоснабжения) в количестве 18,0 тыс. т у. т./г. в 2010 г. с постепенным сокращением ее потребления в СЦТ и в 2025 г. Оно составит 2,3 тыс. т у. т./г. С 2030 г. предусматривается прекращение использования дров в качестве топлива в котельных СЦТ [5].
Одним из преимуществ использования древесной биомассы как топливо, является экологическая чистота в сравнении с другими видами органического топлива. При сжигании древесины в дымовых газах практически отсутствуют соединения серы, так - как сама древесина не содержит серы или его содержание незначительна, а также считается, что образующиеся окиси углерода не способствуют глобальному потеплению, что является проблемой современного развитого общества. Немаловажна при использовании древесины его высокая реакционная способность и малозольность в сравнении с другими видов топлив.
В РС (Я) в основном в качестве древесного топлива используется лиственница и редко отходы лесопромышленного комплекса состоящие из остатков лиственницы, сосны и редко березы. Теплотворная способность лиственницы используемой в качестве топлива в значительной мере зависит от ее влажности. Это видно из приводимой ниже табл. 1.
Влажность древесины, показывающая содержание влаги, изменяется по ходу его использования и принимает различные значения. Различают абсолютную и рабочую влажность. Абсолютная влажность - это отношение массы влаги содержащейся в древесине к массе сухой древесины:
^ = 100,
т0
где: т -масса материала во влажном состоянии, г
т0 -масса материала высушенного до постоянного значения веса , г
В зависимости от влажности древесину подразделяют как:
- мокрую - это древесина долгое время находившаяся в воде с рабочей влажностью Жр превышающую 50 %:
ж р = т^ 100;
т
- свежесрубленную - это древесина сохранившая влагу растущего дерева, она зависит от породы дерева и колеблется в пределах Жр = от 33 до 50 %. Так у лиственницы она составляет 45 %, у сосны 47 %, у березы 44 %;
- воздушно-сухую - это древесина, находившаяся длительное время на открытом
воздухе с влажностью Жр от 13 до 17 %;
- комнатно-сухая древесина - это древесина длительное время находившаяся в
отапливаемом и вентилируемом помещении с влажностью Жр от 7 до 11 %;
- абсолютно сухая древесина - это древесина, высушенная при температуре 1=103±2 °С до постоянной массы.
7/)П11 ВЕСТНИК
2/20и_мгсу
Как видно, теплотворная способность комнатно-сухой древесины выше на 20%
теплотворной способности топлива принимаемую по
кДж/скл.м3.
Таблица 1. Физико-технические характеристики древесины (лиственницы) разной
влажности
Состояние древесины Влажность, % еР, кДж/кг Вес, кг /пл. М 3 еР, кДж/пл. М Вес, кг /скл. М 3 еР, кДж/скл. М
1 2 3 4 5 6 7
Комнатно-сухая 7 17213 646,4 11126 452,0 7780
8 16999 649,0 11032 454,0 7718
9 16785 652,0 10944 456,0 7654
10 16571 654,5 10846 458,0 7585
11 16357 697,0 10747 459,0 7508
Евростандарт 12 16143 660,0 10654 462,0 7458
Воздушно-сухая 13 15929 663,0 10561 464,0 7391
14 15715 665,6 10460 465,0 7307
15 15501 668,0 10355 467,0 7239
16 15287 671,0 10258 469,0 7170
17 15073 674,0 10159 471,0 7099
Нормы 1987 г. 33 11649 798,0 9296 558,0 6500
свежесрубленная 45 9081 972,0 8827 680,0 6175
Это приводит к завышению потребности в дровах как топливо, при планировании и их заготовки.
Также ценным качеством дерева, является его использование в строительстве зданий в качестве ограждающей конструкции, используя его отличные теплоизоляционные свойства (табл. 2). Наличие больших запасов древесины сделало возможным широкое применение дерева в строительстве жилых зданий в Республике. И этим объясняется, что 61,9 % жилья в Якутии построено из дерева. [3].
Таблица 2. Теплопроводность сосны в комнатно-сухом состоянии
Влажность, % Обозначение Ед.изм. 7 8 9 10 11
1 2 3 4 5 6 7 8
Теплопроводность Вт/м-град 0,131 0,133 0,134 0,137 0,139
СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий» коэффициент теплопроводности сосны рекомендуется принимать равным 0,14 Вт/м-град. Но в условиях Якутии влажность воздуха в отапливаемых помещениях при отсутствии кондиционирования составляет от 20 до 30 %, что намного меньше чем оптимальные 60 % и воздух очень сухой и это способствует испарению воды из деревянной конструкции до комнатно-сухого состояния. И это способствует тому, что теплозащитные свойства дерева выше от 1 до 7 %, чем рекомендуемые СНиП.
ВЕСТНИК 7/2011
Обычно лиственница используется как топливо, а сосна как строительный материал для ограждающих конструкций.
При нормировании расходов теплоты и топлива по действующим нормам по РС(Я) [4] (его действие продлено до конца 2011 г.) при расчете суммарного расхода теплоты удельный расход теплоты принимается неизменным в течение отопительного периода.
Это приводит к завышению расчетного годового расхода теплоты на отопление зданий и расходов топлива, так как не учитываются следующие факторы:
-не учитывается изменение теплотехнических (теплозащитных) свойств дерева в лучшую сторону, связанной с условиями эксплуатации в Якутии;
- не учитывается увеличение теплотворной способности дров при хранении в климатических условиях Якутии.
При рациональном использовании леса с учетом его возобновляемое™, древесина с учетом его особенностей физико-технических характеристик в условиях сухого континентального климата становится конкурентно способным видом топлива для малых населенных пунктов Якутии расположенных в лесной зоне. В лесной зоне Якутии расположены более 500 населенных пунктов с населением до 1000 чел. для этих поселков потребная площадь для заготовки дров составит не более 200 км2, что составит территорию радиусом около 8 км. Такое расстояние можно считать наиболее приемлемым для нормального обеспечения дровами для целей теплоснабжения.
Литература
1. Головков С.И., Коперин И.Ф., Найденов В.И. Энергетическое использование древесных отходов. М.: Лесн. пром-сть, 1987. - 224 с.
2. Жилищное и коммунальное хозяйство Республики Саха (Якутия): Статистический сборник / Территориальный орган Федеральной службы государственной статистики по PC (Я). Якутск, 2007. -95 с.
3. Исаев А.П., Седельник Н.Д., Шурдук И.Ф. Структура и состояние лесного фонда Республики Саха (Якутия) // Лес и вечная мерзлота.- Якутск. 2000. - 81-84 с.
4. Нормирование расхода тепла и топлива на отопление и горячее водоснабжение зданий в Якутской АССР. Якутск: 1987. - 112 с.
5. Энергетическая стратегия Республики Саха (Якутия) до 2030 г. Якутск-Иркутск, 2010. - 328 с.
References
1. Golovkov S.I., Kopeiin I.F., Naydenov V.I. Energy use of wood waste. M. Lesna. prom-st ', 1987. - 224 p.
2. Housing and Communal Services of the Republic of Sakha (Yakutia): Statistical Yearbook / Regional office of the Federal State Statistics Service of Republic of Sakha (Yakutia). Yakutsk, 2007. - 95 p.
3. Isaev A.P., Sedelnik N.D., Shurduk I.F. The structure and condition of the forest fund of the Sakha Republic (Yakutia) / / Wood and permafrost .- Yakutsk. 2000. - 81-84 p.
4. Normalization of heat flow and fuel for heating and hot water to buildings in the Yakut ASSR. Yakutsk 1987. - 112 p.
5. The Energy Strategy of the Republic of Sakha (Yakutia), Yakutsk 2030, Irkutsk, 2010. - 328 p.
Ключевые слова: биотопливо, древесина, возобновляемостъ, Республика Саха (Якутия), теплоснабжение, теплотворность, теплопроводность, экология.
Key words: biofuel, wood, renewability, Republic of Sakha (Yakutia), heat supply, heating value, heat conduction, and ecology.
e-mail: a.p.shadrin@iptpn.ysn.ru
