Proč oheň praská?

Nezávislá skupina vědkyň a vědců z českých i zahraničních výzkumných institucí odpovídá na vaše dotazy. Některé odpovědi pak sdílí i na sociálních sítích Facebook, Instagram, Threads, Bluesky a zde na Médiu.

Při pohledu na praskající oheň je nutné se zaměřit na to, co vlastně při hoření vydává praskavý zvuk. Viditelná část ohně sama o sobě zvuk nevydává, ale materiál, který je spalován, ano. Proto je nutné posoudit, o jaký materiál jde. Nejčastěji praskání vydává palivové dřevo, a právě tomu se budeme v odpovědi věnovat.

Pro pochopení, proč dřevo při hoření praská, je nezbytné zodpovědět, z čeho se dřevo skládá. Dřevo je organický materiál skládající se z jednotlivých buněk tvořících vlákna v samostatných vrstvách.

Ve dřevě je standardně přítomna vlhkost ve formě volné či chemicky vázané vody, případně dalších organických látek, jako je pryskyřice apod. Množství vlhkosti pak klesá od samotného času pokácení, ale standardní hodnota vlhkosti čerstvě pokáceného dřeva se pohybuje v rozmezí od 40 do 50 %, odvisle od druhu dřeva. V běžném palivovém dřevě by se měla vlhkost pohybovat do 25 %, pokud chceme dosáhnout efektivní výhřevnosti [1].

Při hoření dochází k odhořívání jednotlivých dřevěných vrstev a k postupnému nárůstu teploty uvnitř materiálu. V důsledku toho se ohřívá voda, která se ve dřevě nachází. Ta se postupně při překročení teploty 100 °C mění z kapalného skupenství na plynné. Při této změně skupenství nabývá odpařená voda, či další přítomné látky s podobnou teplotou odpaření (např. pryskyřice), na objemu a v pórech mezi dřevěnými vrstvami se začne hromadit pára.

Nárůst tlaku páry uvnitř dřevěné vrstvy probíhá jen do doby, než je překročena pevnost této vrstvy. Po jejím překročení pak nastává místní porušení vrstvy a uvolnění tlaku doprovázené charakteristickým prasknutím.

K dalšímu praskání pak může docházet i v pozdější fázi hoření, tj. kdy je dřevo dostatečně „vysušené“. To totiž může praskat i již zuhelnatělá vrstva. Zuhelnatělá vrstva dřeva má oproti částem dřeva, které nebyly ohni přímo vystaveny, odlišnou tepelnou vodivost – to je způsobeno změnou tvaru pórů po odhoření organických složek.

Díky tomu dochází v jednotlivých částech dřeva k nerovnoměrnému zahřívání a k nárůstu napětí. To může vést k dalšímu rozvoji prasklin zuhelnatělé vrstvy, neboť zuhelnatělá uhlíková vrstva v důsledku hoření ztratila většinu své pevnosti [2, 3].

Ke slyšitelnému praskání dřeva při hoření dochází tedy v důsledku kombinace fyzikálních a chemických procesů. Příčinou je zejména vláknitý charakter dřeva a jeho pórovitost, skupenské a objemové změny vody, která je ve dřevě obsažena, a podílí se také nerovnoměrné zahřívání dřeva, doprovázené nárůstem napětí a následným praskáním oslabených ohořelých částí.

Pro Zeptej se vědce odpovídal Richard

Ing. Richard Fürst, Ph.D., Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), Division 7.3, Fire Engineering

Odbornou revizi poskytl Ing. Martin Krupička, Ph.D., Ústav organické chemie, VŠCHT Praha

Odpověď editovali Luděk Vašta, Hedvika Šimková a Ing. Kristýna Lapčíková, Dr. sc. ETH Zürich, Ústav analytické chemie, VŠCHT Praha

[1] ČSN EN ISO 17225-5: Tuhá biopaliva – Specifikace a třídy paliv – Část 5: Tříděné palivové dřevo, ÚNMZ, 2022.

[2] https://doi.org/10.1016/j.ces.2013.03.019

[3] ČSN EN 1995-1-2: Eurokód 5: Navrhování dřevěných konstrukcí – Část 1–2: Obecná pravidla – Navrhování konstrukcí na účinky požáru, ÚNMZ, 2006.

Projekt Zeptej se vědce propojuje vědeckou a nevědeckou veřejnost. Máte-li na vědce nějaký dotaz, zeptejte se nás na webu nebo sociálních sítích Facebook, Twitter, Instagram či Bluesky. Líbí se vám naše příspěvky? Budeme rádi, když podpoříte naši činnost: darujme.cz/projekt/1209422