燃木炉

**燃木爐**（或英國的**木材燃燒器**或**原木燃燒器**）是一種能夠燃燒木材燃料（通常稱為固體燃料）和木材衍生的生物質燃料（例如鋸末磚）的加熱或烹飪設備。一般來說，該設備由一個堅固的金屬（通常是鑄鐵或鋼）封閉的燃燒室組成，通常襯有耐火磚，以及一個或多個空氣控制裝置（可以手動或自動操作，具體取決於爐子）。第一個燃木爐於 1557 年在斯特拉斯堡獲得專利。這是工業革命之前的兩個世紀，所以鐵的價格仍然高得嚇人。第一批燒木頭的爐子是高端消費品，後來才逐漸被廣泛使用。 

爐子通過通風爐管與合適的煙道相連，一旦燃料被點燃，煙道就會充滿熱的燃燒氣體。煙囪或煙道氣體的溫度必須高於外界溫度，以確保燃燒氣體被從火膛中抽出，並進入煙囪。

木材燃燒器會使有害的室內空氣污染增加三倍。 在歐洲，每年有 6.1 萬例過早死亡可歸因於住宅木材和煤炭供暖造成的環境空氣污染，在北美還有 1 萬例可歸因於此。 

在非洲，使用燒木頭的爐子與每年大量的死亡有關，大約有 463,000 人。 森林砍伐和氣候變化。

## 運作

### 氣源

保持空氣正確地流經燒木頭的爐子，對爐子的安全和有效運行至關重要。新鮮空氣需要進入火箱，為火提供氧氣；隨著火的燃燒，必須讓煙通過爐管上升，在火箱中產生負壓，並通過煙囪排出。為了調節空氣流量，爐子、煙道和爐子管道中可能內置有風門裝置，而且通常有進氣調節裝置來調節燃燒。

通過打開或關閉風門，可以增加或減少空氣流量，這可以使火箱中的火變成扇形，或者通過限制空氣流量和減少火焰來 "阻尼" 火。風門通常可以通過轉動連接在風門上的旋鈕或把手來實現。有些爐子使用機械或電子恆溫裝置來調整自己的氣流。

通過控制對爐子的各種空氣供應（正確操作空氣控制），可以達到封閉式設備的最高加熱效率。在現代爐子上， 用戶手冊提供了記錄的程序。完全開放的空氣控制可能會導致更多的熱量被直接送上煙囪，而不是進入房間（這降低了效率）。在許多爐子上，將空氣控制裝置完全打開的最大問題是 "過火"。過度燃燒的原因是火膛內產生了太多的熱量，這將導致爐子及其內部部件的變形、彎曲和全面損壞。不同的爐子有不同數量和類型的空氣控制裝置。近年來，更高效的型號被開發出來，採用催化燃燒器，在煙氣排出煙道之前，燃燒煙氣中剩餘的顆粒和氣體，從而使熱量輸出更多，燃燒時間更長，對環境的有害影響更小。

現代建築技術創造了更加密閉的房屋，迫使許多爐具製造商在設計爐具時允許外部空氣進入。外部空氣可以提高爐子作為加熱器的整體效率，因為它直接從外部吸入冷的燃燒空氣，而不是從爐子所在的房間吸入預熱空氣。許多現代爐子可以選擇使用外部進氣。許多製造商以套件的形式提供必要的部件（外部空氣套件，或 OAK）。當考慮使用外部空氣套件時，重要的是要知道空氣必須從爐子的水平面以下進入。例如，地下室的爐子可能無法安全地使用外部空氣套件。這是為了防止反向通風，即非常熱的煙道氣體通過（通常是 PVC）進氣管排出，這可能導致結構火災和 / 或熱的煙道氣體被釋放到結構中。

## 燃料

### 硬木或軟木

木柴通常按體積或質量進行測量和交易。在不完全公制的英語國家，它通常以繩索來衡量。一根面繩是 4'x8'x 原木的長度（通常是 16 到 18 英寸）。一條完整的繩索是 4'x4'x8'。在購買、切割或收集木柴時，最好了解硬木和軟木之間的區別。硬木和軟木在質量上的能量含量相似，但在體積上卻不一樣。換句話說，一塊硬木通常會比同樣大小的軟木更重，有更多的可用能量。硬木來自橡樹和白蠟樹等樹木，可能以較慢的速度燃燒，導致持續輸出。許多軟木來自針葉樹，它們生長迅速，可能以較快的速度燃燒。這就是軟木顆粒（用於顆粒爐）受歡迎的原因之一。

硬木的主要優點是，它們往往比相同體積的軟木含有更多的潛在能量，從而增加了可以堆積在一個爐子裡的潛在熱量。硬木傾向於形成並保持熱煤床，在很長一段時間內釋放較少的熱量。硬木是長時間低燃燒的理想材料，特別是在持續低燃燒能力差的爐子裡，或者在不需要高熱量輸出的溫和天氣里。

相比之下，軟木往往燃燒得又熱又快，幾乎不結冰。它們留下的灰燼可能比硬木少。軟木是快速、高溫燃燒的理想材料。它們能產生很好的熱量，而且不會使爐子裡充滿煤塊，這對於那些為了獲得最大可能的熱量而大力推動硬木燃燒爐子的人來說，是一個經常遇到的問題。

並非所有硬木的勢能含量都比所有軟木高。木材因樹種而異，甚至因個別樹木而異（多年緩慢生長的樹木會比同種同尺寸的樹木比幾年快速生長的樹木具有更高的 BTU 含量）。奧薩奇橙，也被稱為綠籬，也許是北美常見的最高 BTU 的木材。

許多軟木將比許多硬木更快地進行季節（乾燥）。例如，經過切割、劈裂、堆放和覆蓋的松樹通常在一年內就可以燃燒；而橡木在同樣的條件下可能需要三年時間。

#### 軟木神話

人們常常說軟木燃燒起來很危險，因為它產生的雜酚油比硬木更危險。這種說法在北美東北部普遍存在，那裡兩種木材都很常見。這種說法在西北地區並不常見，那裡的大多數全職燒柴者只燒松木和杉木。

這個神話可能起源於老式的爐子和壁爐。這些設備不需要調和的木材，而且經常沒有收到木材。因此，它們的煙道溫度往往很低 -- 通常是在沒有像現代煙道那樣隔熱的煙道中。由於木材中水分含量高而導致的火箱溫度低，以及由於缺乏絕緣材料而導致的煙道溫度低，兩者結合起來導致了大量的火油積累。在老式壁爐或火爐中燃燒一種會發出大量火花的木材（如松木），會導致火花直接進入煙道，如果煙道上塗有雜酚油，就會導致危險的煙囪火災。

正確操作的現代爐子不會造成這種高水平的雜酚油積聚。雖然不同的木材品種確實含有不同水平的揮發性有機化合物，但這種差異並不重要，因為所有的木材都會產生雜酚油，如果燃燒不當就會積累起來。所謂的危險木材，如松木等所謂的危險木材實際上比橡木等木材更安全，因為它們會燃燒得更熱，從而有助於保持煙道溫度，而且它們的快速調味將有助於確保新手燒柴時燃燒的是合理的乾燥木材。

#### 水分含量和雜酚油

干木頭比濕木頭產生更多的可用熱量，因為在燃燒之前用於蒸發木材中的水分的能量。新砍的木材（被稱為綠色木材）的含水量很高。不同的木材種類有不同的含水量，這也是因樹而異的。燃燒主要是水的燃料時，會使用大部分燃燒能量來蒸發水分。這導致火箱溫度低，煙道溫度低。

按重量計算，水分含量低於 20% 的木柴可以有效燃燒。這是木材纖維中吸收的 "自由" 水分含量，不包括化學結合的氫氣和氧氣含量。水分含量可以通過室外空氣乾燥（"調味"）來降低，在夏天的天氣里，可以進行幾個月的乾燥。太陽能或燃料窯可以加速乾燥過程。 

最常見的去除多餘水分的過程被稱為調味。通過風乾木材進行調理可能需要三年或更長的時間。木材在室外通風良好的有蓋結構中乾燥，或在窯中乾燥。

所有木材在燃燒時都會釋放雜酚油蒸汽。現代爐子將通過直接二次燃燒或通過催化劑來燃燒這些蒸汽。如果有的話，很少有雜酚油會從正常運行的現代爐子的二次燃燒中逸出。

如果雜酚油以氣態形式離開木材，它可能仍然沒有危害。它不會在超過 250 華氏度（121 攝氏度）的表面上凝結。現代煙道是絕緣的，以幫助確保在正常的爐子操作過程中不會低於這個溫度。雜酚油的積累是很危險的，因為它是易燃物，而且燃燒時很燙。如果煙道上塗有雜酚油並被點燃，也許是由煙道上的火花引起的，就會引起嚴重的煙囪火災，導致建築物起火。這可以通過使用現代爐子和煙道標準，燃燒乾燥的木材，保持火熱，使煙道頂部的溫度至少保持在 250 華氏度（121 攝氏度），以及根據需要進行適當的煙囪清潔來避免。

### 多燃料模型

多燃料爐灶設計在歐洲很常見。他們只燃燒固體燃料，包括木材、木屑顆粒、煤和泥炭。它們通常由鋼或鑄鐵製成。有些型號也是鍋爐爐，有一個附加的水箱來提供熱水，它們也可以連接到散熱器上，為房屋增加熱量，不過它們的效率通常不如專用的木材鍋爐。

也有一些爐子型號可以從木材燃料轉換為石油或天然氣來源，安裝在房子裡，向一個單獨的開水器供熱。 自 20 世紀初以來，北美和歐洲就開始生產既可以轉化為石油又可以轉化為天然氣的爐灶，現在仍在生產。在一些型號中，油或氣可以通過管道連接到爐子中木柴室後面的「鍋式燃燒器」來為爐子提供燃料。

多燃料爐具用途廣泛，但與旨在儘可能燃燒一種特定燃料的爐具相比，通常表現不佳。

### 催化和非催化爐

現代柴火爐普遍都有一些二次燃燒的方法，以燃燒未燃燒的氣體，從而大大提高了效率和排放。一種常見的方法是通過一個催化劑。

催化式柴火爐將在催化劑中重新燃燒來自火箱的氣體 -- 一種鍍有催化劑的鋼或陶瓷基質，使這些氣體的燃燒溫度比通常情況下要低得多。這就是為什麼在現代爐子中，催化式爐子往往能更好地實現低而均勻的熱量輸出，這在溫暖的天氣中是可取的。

現代非催化式木柴爐也會使火箱中的氣體重新燃燒，但需要更高的溫度進行二次燃燒。不需要催化劑。這些型號的爐子在低燃燒率下會損失大量的效率，因為它們不能維持二次燃燒，但是當二次燃燒生效時，在較高的溫度下可以非常有效。

還有一些混合型爐子，既採用催化式也採用非催化式二次燃燒。

不採用任何二次燃燒的爐子仍然存在，但效率明顯較低，而且污染較大，因為未燃燒的產品會通過煙道離開。

### 熱解爐

在傳統的爐子中，當木材被添加到熱火中時，一個熱解或分解蒸餾過程就會開始。氣體（或揮發物）被蒸發出來，在固體燃料上方燃燒。這是在大多數固體燃料設備中進行的兩個不同的過程。在沒有二次燃燒的過時的爐子裡，空氣必須在燃料的下方和上方進入，以試圖增加燃燒和效率。在實踐中很難達到正確的平衡，許多過時的燃木爐只是簡化了燃料上方的空氣。揮發物往往沒有完全燃燒，導致能量損失，煙囪焦油和大氣污染。

為了克服這個問題，我們開發了熱解爐。這兩個過程在爐子的不同部分進行，分別控制空氣供應。大多數設計用於燃燒木質顆粒的爐子都屬於這種類型。

大多數熱解爐同時調節燃料和空氣供應，而不是像傳統爐子那樣通過簡單的空氣調節來控制大量燃料的燃燒。

顆粒狀的燃料通常是通過螺旋輸送機被引入熱解室。這導致了燃料更好和更有效的燃燒。

這項技術實際上並不新鮮；它已經在工業燃煤鍋爐中使用了幾十年，旨在燃燒具有高揮發性的煤炭。

## 安全和污染考慮

### 安全

正確的氣流和通風對於高效和安全的木材燃燒也是至關重要的。爐子製造商會提出具體的要求。在英國，對新裝置的法律要求可以在建築法規批准文件 J 中找，第 2 節，表 1 "固體燃料設備的空氣供應" 中找到。 

燃木爐的安全運行需要定期維護，如清空木格柵下的灰盤 (容器)。此外，還需要定期清洗爐管和煙囪，以防止煙囪起火。雜酚油和菸灰逐漸積聚在爐管和煙囪里。這可能會損壞煙囪，並將火勢蔓延到周圍的結構，尤其是屋頂。當煤煙阻塞了通過爐子管道或煙囪的氣流時，煙霧就會在爐子管道和房子裡積聚起來。

通過減少空氣供應來控制燃燒的基本原理意味著爐內經常存在還原區 / 還原條件。這意味著二氧化碳經常被「還原」為劇毒的一氧化碳，絕不能泄漏到家中。如果爐子或煙囪沒有清潔或通風不足，就會發生這種情況。在使用柴火爐的地方，應始終根據製造商的建議安裝一氧化碳探測器或警報器。並非所有的煙霧探測器都能探測到一氧化碳。

煤、油脂、機油、汽油、煤油、塑料等燃料助燃劑也絕不能添加到木柴爐的柴火中，因為產生的火焰很容易淹沒木隔間和爐子管道，造成房屋起火。

### 英國煙霧控制區

根據英國的《清潔空氣法》 ，地方當局可以宣布該當局的整個或部分地區為煙霧控制區。如果位於指定的煙霧控制區內，從建築物的煙囪、火爐或任何固定的鍋爐中排放煙霧是一種犯罪。在煙霧控制區內獲取 "未經許可的燃料" 使用也是一種犯罪，除非該燃料用於 "豁免" 設備（"豁免" 一般適用於煙霧控制區的控制）。目前，每項罪行的最高罰款額度為 1000 英鎊。

為了遵守 "煙霧控制區" 的《清潔空氣法》，必須使用豁免設備或燃料。 

### 美國污染控制要求

美國《清潔空氣法》要求柴火爐必須獲得美國環境保護署 (EPA) 的認證。

然而，EPA 對顆粒爐、室內或室外木材鍋爐、磚石爐和某些類型的免於 EPA 監管的木材爐沒有強制性排放限制。美國環保署制定了新法規，於 2015 年開始生效，對幾乎所有燃木電器 (壁爐、煙囪和其他一些特殊電器仍將豁免) 設定強制性排放限值。 

2019 年，根據修訂的木材燃燒房間加熱器性能標準的第 1 步，EPA 對 2019 年木爐的強制性煙霧排放限制為 4.5 克 / 小時 (g/h)。 華盛頓州也有每小時 4.5 克的最高攝入量要求。

2020 年 5 月 15 日，煙塵標準將降至 2.0 g/h。使用可選的繩木測試方法的加熱器必須滿足 2.5 g/h 的標準。 

### Justa 爐灶、火箭爐和乾草爐

在加勒比、中美洲和南美洲等一些地方，許多房屋都有在室內使用的燃木爐，沒有任何適當的通風設備。煙霧留在房子裡，被居民吸入，危害他們的健康。根據世界衛生組織 (WHO) 的數據，每年有近 200 萬人死於明火烹飪引起的室內空氣污染，其中大多數是婦女和兒童。大量砍柴也危及當地的森林和生態系統。 

國際扶輪社等非政府組織 (NGO) 正在積極協助房主建造更省油和更安全的燃木爐。一種設計被稱為 Justa 爐子，Just 爐子，生態爐子，或 La Estufa Justa。Justa 爐子由土坯、水泥和浮石等材料製成，帶有煙囪。其他類型的燃木爐也被引入這些社區，如火箭爐和乾草箱爐。火箭爐比 Justa 爐省油 30%，但小型可攜式火箭爐 (做飯用) 沒有煙囪，只適合戶外使用。較大的火箭爐連接到煙囪或煙道排氣管。乾草箱爐是另一種室外燃木爐。草箱爐使用稻草、羊毛或泡沫作為絕緣體，可減少高達 70% 的燃料使用。 

## 在歐洲使用

義大利是歐洲最大的顆粒燃燒爐市場之一，約 30% 的家庭使用木材取暖。這意味著大約有 500 萬家庭擁有以木材為燃料的爐子或炊具。

在英國，家庭木材燃燒已成為空氣中微小顆粒污染的最大單一來源。 

## 類型

* 富蘭克林爐，最初由班傑明・富蘭克林發明，是一種更高效的燃木壁爐。它很挑剔，從來沒有流行起來，但許多爐子繼續被稱為「富蘭克林」爐子。
* 據報導，卡爾・約翰・克朗斯泰特在 18 世紀中期將燃木爐的效率提高了 8 倍。
* Wolfgang Schroeter 發明了第一個用鑄鐵框架和玻璃門燃燒木材的爐子。這樣用戶就能看到爐子裡的火在燃燒。
* 壁爐嵌件將燃木壁爐轉變為燃木火爐。壁爐嵌件是一個獨立的單元，位於現有的壁爐和煙囪內。與傳統壁爐相比，它們產生的煙霧更少，需要的木材也更少。壁爐嵌件有大小不同的尺寸，適合大房子或小房子。
* 下吸式或橫吸式氣化爐，即 Dunsley Yorkshire、Welkom 600、Avalon Arbor™ 柴火爐、XEOOS。
* 鍋爐提供熱水和空間供暖。後鍋爐可以是一個可選的插入到火箱的後面，或一個環繞水套，是一個整體的爐子的結構。這一選擇決定了爐子的輸出有多少用於空間供暖，而不是加熱水。
* 火箭加熱器是一種節油爐，在 20 世紀 70 年代被命名，但在概念上可以追溯到幾千年前。火焰上方的超熱煙囪將火焰向側面和向上牽引，將熱燃料和空氣混合成一種快速、熱、燃燒乾淨的火，這種火消耗的木材少，殘留物少，用途廣泛。

## 參考