موقد حطب

يُعدّ ضمان تدفق الهواء بشكل صحيح عبر موقد الحطب أمرًا بالغ الأهمية لتشغيله بأمان وكفاءة. يجب أن يدخل الهواء النقي إلى حجرة الاحتراق لتوفير الأكسجين اللازم للنار؛ ومع احتراقها، يجب السماح للدخان بالصعود عبر أنبوب الموقد، مما يُحدث ضغطًا سلبيًا في حجرة الاحتراق، ثم يخرج عبر المدخنة. ولتنظيم تدفق الهواء، قد تُدمج أجهزة تخميد في الموقد والمدخنة وأنابيب الموقد، وعادةً ما يكون هناك مُنظِّم لضبط مدخل الهواء لتنظيم الاحتراق. ^{[ 2 ]}

بفتح أو إغلاق صمامات التحكم ، يمكن زيادة أو تقليل تدفق الهواء، مما قد يؤدي إلى تهوية النار داخل حجرة الاحتراق، أو إخمادها عن طريق تقييد تدفق الهواء وتقليل شدة اللهب. ويمكن الوصول إلى صمامات التحكم عادةً عن طريق تدوير مقابض أو أزرار مثبتة عليها. وتقوم بعض المواقد بضبط تدفق الهواء تلقائيًا باستخدام أجهزة تنظيم حرارة ميكانيكية أو إلكترونية.

يمكن تحقيق أعلى كفاءة تدفئة في الأجهزة المغلقة من خلال التحكم في تدفق الهواء إلى الموقد (تشغيل صمامات التحكم بالهواء بشكل صحيح). توفر كتيبات المستخدم في المواقد الحديثة إجراءات موثقة. قد يؤدي فتح صمامات التحكم بالهواء بالكامل إلى توجيه المزيد من الحرارة مباشرةً إلى المدخنة بدلاً من الغرفة (مما يقلل الكفاءة). تكمن المشكلة الأكبر في ترك صمامات التحكم بالهواء مفتوحة بالكامل في العديد من المواقد في "الاحتراق الزائد". يحدث الاحتراق الزائد عندما تتولد حرارة زائدة داخل غرفة الاحتراق، مما يؤدي إلى التواء الموقد وتقوسه وتلفه بشكل عام، بالإضافة إلى تلف مكوناته الداخلية. تختلف المواقد في عدد وأنواع صمامات التحكم بالهواء. وقد طُوّرت نماذج أكثر كفاءة في السنوات الأخيرة، تستخدم محفزات احتراق لحرق الجزيئات والغازات المتبقية في الدخان قبل خروجه من المدخنة، مما ينتج عنه مزيد من الحرارة، وفترات احتراق أطول، وتأثير أقل ضرراً على البيئة.

أدت تقنيات البناء الحديثة إلى إنشاء منازل أكثر إحكامًا، مما أجبر العديد من مصنعي المواقد على تصميم مواقدهم بحيث تسمح بدخول الهواء الخارجي. يُحسّن الهواء الخارجي كفاءة الموقد كمدفأة عن طريق سحب هواء الاحتراق البارد مباشرةً من الخارج بدلاً من سحب الهواء المُسخّن مسبقًا من الغرفة التي يوجد بها الموقد. يمكن استخدام مدخل هواء خارجي اختياريًا في العديد من المواقد الحديثة. يوفر العديد من المصنعين الأجزاء اللازمة في شكل مجموعة (مجموعة مدخل الهواء الخارجي). عند التفكير في استخدام مجموعة مدخل الهواء الخارجي، من المهم معرفة أن الهواء يجب أن يدخل من أسفل مستوى الموقد. على سبيل المثال، قد لا يكون استخدام مجموعة مدخل الهواء الخارجي آمنًا في موقد الطابق السفلي. وذلك لمنع انعكاس التهوية، حيث تُصرّف غازات الاحتراق شديدة السخونة عبر أنبوب مدخل الهواء (عادةً ما يكون من مادة PVC)، مما قد يؤدي إلى نشوب حريق في المبنى و/أو تسرب غازات الاحتراق الساخنة إلى داخله.

يُقاس الحطب ويُتداول عادةً بالحجم أو الكتلة. في الدول الناطقة بالإنجليزية التي لا تعتمد النظام المتري بالكامل، يُقاس الحطب غالبًا بوحدة "الكورد ". الكورد الصغير هو 4 أقدام × 8 أقدام × طول جذع الشجرة (عادةً من 16 إلى 18 بوصة). أما الكورد الكامل فهو 4 أقدام × 4 أقدام × 8 أقدام. عند شراء الحطب أو تقطيعه أو جمعه، من المهم معرفة الفرق بين الخشب الصلب والخشب اللين . يتشابه الخشب الصلب والخشب اللين في محتواهما من الطاقة من حيث الكتلة، ولكن ليس من حيث الحجم. بمعنى آخر، عادةً ما تكون قطعة الخشب الصلب أثقل وزنًا وتحتوي على طاقة أكبر من قطعة الخشب اللين بنفس الحجم. قد يحترق الخشب الصلب، المستخرج من أشجار مثل البلوط والرماد، بمعدل أبطأ، مما ينتج عنه احتراق مستمر. أما العديد من أنواع الخشب اللين فتُستخرج من الأشجار الصنوبرية ، وهي سريعة النمو وقد تحترق بمعدل أسرع. وهذا أحد أسباب شيوع استخدام حبيبات الخشب اللين (لمواقد الحبيبات).

تتمثل الميزة الأساسية للأخشاب الصلبة في احتوائها على طاقة كامنة أكبر من الأخشاب اللينة ذات الحجم نفسه، مما يزيد من كمية الحرارة الكامنة التي يمكن تخزينها في موقد واحد. تميل الأخشاب الصلبة إلى تكوين طبقة من الجمر الساخن والحفاظ عليها، والتي تطلق كميات أقل من الحرارة لفترة طويلة. تُعد الأخشاب الصلبة مثالية للاحتراق البطيء والطويل، خاصة في المواقد التي لا تستطيع الحفاظ على احتراق بطيء، أو في الطقس المعتدل عندما لا تكون هناك حاجة إلى حرارة عالية.

على النقيض من ذلك، تميل الأخشاب اللينة إلى الاحتراق بسرعة وبحرارة عالية مع القليل من الجمر. وقد تترك رمادًا أقل من الأخشاب الصلبة. تُعدّ الأخشاب اللينة مثالية للاحتراق السريع والحارق. فهي تُنتج حرارة ممتازة ولا تملأ الموقد بالجمر، وهي مشكلة شائعة لمن يستخدمون مواقد الحطب الصلب بكثافة للحصول على أقصى قدر من الحرارة.

لا تتمتع جميع الأخشاب الصلبة بمحتوى طاقة كامنة أعلى من جميع الأخشاب اللينة. يختلف الخشب باختلاف الأنواع، بل وحتى باختلاف الأشجار نفسها (فالشجرة التي نمت ببطء لسنوات عديدة تحتوي على محتوى حراري أعلى من شجرة من نفس النوع والحجم، والتي نمت بسرعة لبضع سنوات). يُعدّ خشب البرتقال الأوساجي ، المعروف أيضًا باسم خشب السياج، من أكثر أنواع الخشب شيوعًا في أمريكا الشمالية من حيث المحتوى الحراري.

تجفّ العديد من الأخشاب اللينة بسرعة أكبر بكثير من العديد من الأخشاب الصلبة. على سبيل المثال، عادةً ما يكون خشب الصنوبر المقطوع والمُشَقّط والمُكدّس والمُغطّى جاهزًا للحرق في غضون عام واحد؛ بينما قد يستغرق خشب البلوط ثلاث سنوات في ظل الظروف نفسها.

تُعدّ تصاميم المواقد متعددة الوقود شائعة في أوروبا . وهي تحرق أنواع الوقود الصلب فقط، بما في ذلك الخشب ، وحبيبات الخشب ، والفحم ، والخث . وعادةً ما تُصنع من الفولاذ أو الحديد الزهر. بعض هذه المواقد عبارة عن مواقد تعمل بالوقود السائل، مزودة بخزان مياه لتوفير الماء الساخن، ويمكن توصيلها أيضًا بالمشعات لتدفئة المنزل، إلا أنها عادةً ما تكون أقل كفاءة من غلاية الخشب المخصصة.

توجد أيضًا نماذج من المواقد قابلة للتحويل من حطب الوقود إلى الزيت أو الغاز، وتُركّب في المنزل لتزويد سخان مياه منفصل بالحرارة. ^{[ 4 ]} وقد صُنعت المواقد التي يمكن تحويلها بسهولة إلى الزيت أو الغاز بالإضافة إلى حطب الوقود في أمريكا الشمالية وأوروبا منذ أوائل القرن العشرين، ولا تزال تُصنّع حتى اليوم. في بعض النماذج، قد يُغذّى الموقد بالزيت أو الغاز عبر وصلة أنبوبية تصل إلى موقد صغير في الجزء الخلفي من حجرة الحطب في الموقد.

تتميز المواقد متعددة الوقود بتعدد استخداماتها، ولكنها عادة ما يكون أداؤها ضعيفاً مقارنة بالموقد المصمم لحرق نوع واحد محدد من الوقود بأفضل شكل ممكن.

تعتمد مواقد الحطب الحديثة بشكل عام على طريقة ما للاحتراق الثانوي لحرق الغازات غير المحترقة، مما يُحسّن الكفاءة ويقلل الانبعاثات بشكل كبير. إحدى الطرق الشائعة هي استخدام عامل حفاز.

يعيد موقد الحطب التحفيزي حرق الغازات المنبعثة من حجرة الاحتراق في محفز - وهو عبارة عن مصفوفة من الفولاذ أو السيراميك مطلية بمادة محفزة تسمح باحتراق هذه الغازات عند درجات حرارة أقل بكثير من المعتاد. ولهذا السبب، تميل المواقد التحفيزية الحديثة إلى أن تكون أفضل بكثير في تحقيق إنتاج حراري منخفض ومتساوٍ، وهو أمر مرغوب فيه في الطقس الدافئ.

تعيد مواقد الحطب الحديثة غير المحفزة حرق الغازات الخارجة من غرفة الاحتراق، ولكنها تتطلب درجة حرارة أعلى بكثير للاحتراق الثانوي. ولا تحتاج هذه المواقد إلى محفز. تفقد هذه المواقد جزءًا كبيرًا من كفاءتها عند معدلات الاحتراق المنخفضة، لأنها لا تستطيع الحفاظ على الاحتراق الثانوي، ولكنها تصبح عالية الكفاءة عند درجات الحرارة المرتفعة عندما يبدأ الاحتراق الثانوي بالعمل.

توجد أيضاً مواقد هجينة تستخدم كلاً من الاحتراق الثانوي التحفيزي وغير التحفيزي.

لا تزال المواقد التي لا تستخدم أي احتراق ثانوي موجودة، ولكنها أقل كفاءة بشكل ملحوظ وأكثر تلويثًا نظرًا لأن المنتجات غير المحترقة تُترك لتخرج عبر المدخنة.

في الموقد التقليدي، عند إضافة الخشب إلى نار مشتعلة، تبدأ عملية التحلل الحراري أو التقطير الإتلافي. تنطلق غازات (أو مواد متطايرة ) تحترق فوق الوقود الصلب. هاتان هما العمليتان الرئيسيتان اللتان تحدثان في معظم أجهزة الوقود الصلب. في المواقد القديمة التي لا تحتوي على احتراق ثانوي، كان لا بد من إدخال الهواء من أسفل الوقود وفوقه لمحاولة زيادة الاحتراق والكفاءة. كان تحقيق التوازن الصحيح صعبًا عمليًا، ولذا اقتصرت العديد من مواقد حرق الخشب القديمة على إدخال الهواء فوق الوقود فقط تبسيطًا للعملية. غالبًا ما لم تحترق المواد المتطايرة بالكامل، مما أدى إلى فقدان الطاقة، وتراكم القطران في المدخنة، وتلوث الهواء.

وللتغلب على هذه المشكلة، تم تطوير موقد التحلل الحراري. تجري العمليتان في جزأين منفصلين من الموقد مع تحكم مستقل في إمدادات الهواء. تندرج معظم المواقد المصممة لحرق حبيبات الخشب ضمن هذه الفئة.

معظم مواقد التحلل الحراري تنظم كلاً من إمداد الوقود والهواء بدلاً من التحكم في احتراق كتلة من الوقود عن طريق تنظيم الهواء البسيط كما هو الحال في المواقد التقليدية.

يتم إدخال الوقود المحبب عادةً إلى غرفة التحلل الحراري بواسطة ناقل لولبي . وهذا يؤدي إلى احتراق أفضل وأكثر كفاءة للوقود.

إن هذه التقنية ليست جديدة في الواقع؛ فقد تم استخدامها لعقود في الغلايات الصناعية التي تعمل بالفحم والمخصصة لحرق الفحم ذي المحتوى المتطاير العالي.

تُصدر مواقد الحطب مركبات ملوثة ضارة بصحة الإنسان، بما في ذلك مواد مسرطنة . ^{[ 5 ]} يسود اعتقاد خاطئ بأن هذه الملوثات آمنة نسبيًا لأنها "طبيعية"، إلا أن آثارها الصحية الحقيقية تُعادل آثار ملوثات الهواء الشائعة الأخرى، مثل أبخرة الديزل. ^{[ 5 ]} في العقد الثاني من الألفية الثانية، نُسبت 61,000 حالة وفاة مبكرة سنويًا إلى تلوث الهواء المحيط الناتج عن التدفئة المنزلية بالحطب والفحم في أوروبا، بالإضافة إلى 10,000 حالة وفاة أخرى في أمريكا الشمالية. ^{[ 6 ]} يرتبط استخدام مواقد الحطب في أفريقيا بعدد كبير من الوفيات سنويًا، يُقدر بنحو 463,000 حالة. ^{[ 7 ]}

يُعدّ تدفق الهواء والتهوية الصحيحان عنصرين أساسيين لضمان احتراق الخشب بكفاءة وأمان. ويحدد مُصنِّع الموقد المتطلبات الخاصة بكل حالة. ويمكن الاطلاع على المتطلبات القانونية للتركيبات الجديدة في المملكة المتحدة في وثيقة اللوائح الإنشائية المعتمدة J، القسم 2، الجدول 1 "تزويد أجهزة الوقود الصلب بالهواء". ^{[ 8 ]}

يتطلب التشغيل الآمن لموقد الحطب صيانة دورية، مثل تفريغ أوعية الرماد أسفل شبكة الحطب. كما يلزم تنظيف أنابيب الموقد والمدخنة بانتظام لمنع حرائق المدخنة . يتراكم القطران والسخام تدريجيًا في أنابيب الموقد والمدخنة، مما قد يُلحق الضرر بالمدخنة وينشر الحريق إلى المبنى المحيط، وخاصة السقف. وعندما يسد السخام تدفق الهواء عبر أنابيب الموقد أو المدخنة، يتراكم الدخان في أنابيب الموقد وفي المنزل.

يعتمد مبدأ التحكم في الاحتراق عن طريق تقليل كمية الهواء على وجود منطقة/ظروف اختزال داخل الموقد. وهذا يعني أن ثاني أكسيد الكربون غالبًا ما يتحول إلى أول أكسيد الكربون ، وهو غاز شديد السمية ويجب منع تسربه إلى المنزل. قد يحدث هذا إذا لم يتم تنظيف الموقد أو المدخنة، أو إذا كانت التهوية غير كافية. يجب دائمًا تركيب أجهزة كشف أو إنذار أول أكسيد الكربون وفقًا لتوصيات الشركة المصنعة عند استخدام موقد الحطب. تجدر الإشارة إلى أن بعض أجهزة كشف الدخان لا تكشف أول أكسيد الكربون.

يجب أيضًا عدم إضافة مواد مساعدة على الاشتعال مثل الفحم والشحوم والزيوت والبنزين والكيروسين والبلاستيك وما إلى ذلك إلى الحطب في موقد الحطب، لأن اللهب الناتج قد يطغى بسهولة على حجرة الحطب وأنابيب الموقد ويتسبب في نشوب حريق في المنزل.

بموجب قانون الهواء النظيف في المملكة المتحدة ، يجوز للسلطات المحلية إعلان كامل أو جزء من منطقتها منطقةً خاضعةً لرقابة الدخان. ويُعدّ انبعاث الدخان من مدخنة مبنى، أو من فرن، أو من أي غلاية ثابتة تقع ضمن منطقة خاضعة لرقابة الدخان، مخالفةً قانونية. كما يُعدّ الحصول على "وقود غير مصرح به" لاستخدامه داخل منطقة خاضعة لرقابة الدخان مخالفةً قانونيةً، ما لم يُستخدم في جهاز "معفى" (أي مُستثنى من الضوابط السارية عمومًا في منطقة رقابة الدخان). وتبلغ الغرامة القصوى الحالية 1000 جنيه إسترليني عن كل مخالفة.

للامتثال لقانون الهواء النظيف في "مناطق مكافحة الدخان"، يجب استخدام جهاز أو وقود معفى. ^{[ 9 ]}

ينص قانون الهواء النظيف في الولايات المتحدة على ضرورة حصول مواقد الحطب على شهادة من وكالة حماية البيئة (EPA).

مع ذلك، لم تكن لدى وكالة حماية البيئة الأمريكية حدود انبعاثات إلزامية لمواقد الحبيبات الخشبية، أو غلايات الخشب الداخلية أو الخارجية، أو مواقد البناء، أو أنواع معينة من مواقد الخشب المستثناة من لوائح الوكالة. وقد وضعت الوكالة لوائح جديدة بدأ سريانها في عام 2015، تحدد حدود انبعاثات إلزامية لجميع أجهزة حرق الخشب تقريبًا (ستظل المواقد الخارجية، والمدافئ ، وبعض الأجهزة الخاصة الأخرى مستثناة). ^{[ 10 ]}

في عام 2019، حددت وكالة حماية البيئة الأمريكية الحد الأقصى الإلزامي لانبعاثات الدخان من مواقد الحطب بـ 4.5 غرامات من الدخان في الساعة (غ/س) بموجب المرحلة الأولى من معايير الأداء المعدلة لسخانات الغرف التي تعمل بالحطب. ^{[ 11 ] [ 12 ]} كما فرضت ولاية واشنطن متطلبات بحد أقصى قدره 4.5  غرامات في الساعة.

دخلت معايير أداء المصادر الجديدة (NSPS) لمواقد الحطب المنزلية حيز التنفيذ في 15 مايو 2020. وكانت وكالة حماية البيئة الأمريكية قد بدأت بوضع معايير انبعاثات مواقد الحطب في عام 1988 للحد من تلوث الهواء، حيث حددت الحدود الأولية عند 7.5 غرامات في الساعة للمواقد غير المحفزة و4.1 غرامات للمواقد المحفزة. وقد تم تحسين هذه اللوائح بمرور الوقت، ولا سيما في عام 2015 باتباع نهج تدريجي لخفض الانبعاثات. حددت المرحلة الأولى الانبعاثات عند 4.5 غرامات في الساعة، بينما خفضت المرحلة الثانية هذا الحد إلى 2.0 أو 2.5 غرامات في الساعة، بناءً على أسلوب الاختبار المستخدم.

تتطلب أحدث معايير "المرحلة الرابعة" أو "الخطوة الثانية" معايير أكثر صرامة لمواقد الحطب، ولا سيما التحول من استخدام الحطب المضغوط إلى الحطب المكدس في الاختبارات. سابقًا، كانت وكالة حماية البيئة الأمريكية تستخدم الحطب المضغوط، المتجانس في الحجم والترتيب، لإجراء اختبارات احتراق موثوقة. إلا أن هذه الطريقة لم تكن تعكس الاستخدام الفعلي للمواقد في المنازل، حيث يُعد الحطب المكدس الأكثر تنوعًا هو المعيار. يهدف هذا التغيير إلى إجراء اختبارات انبعاثات أكثر واقعية، مع مراعاة التنوع في حجم الحطب ورطوبته ونوعه المستخدم في المساكن.

في بعض المناطق، مثل منطقة الكاريبي وأمريكا الوسطى وأمريكا الجنوبية، تحتوي العديد من المنازل على مواقد حطب تُستخدم داخلها دون أي تهوية مناسبة. ويبقى الدخان محصوراً في المنزل، حيث يستنشقه السكان، مما يضر بصحتهم. ووفقاً لمنظمة الصحة العالمية ، يموت ما يقرب من مليوني شخص سنوياً بسبب تلوث الهواء داخل المنازل الناتج عن الطهي على نار مكشوفة، ومعظمهم من النساء والأطفال. كما أن قطع كميات كبيرة من الحطب يُهدد الغابات والنظم البيئية المحلية. ^{[ 13 ]}

تُقدّم منظمات غير حكومية ، مثل منظمة الروتاري الدولية ، دعمًا فعّالًا لأصحاب المنازل في بناء مواقد حطب أكثر كفاءة في استهلاك الوقود وأمانًا. يُعرف أحد هذه التصاميم باسم موقد جوستا، أو موقد جست، أو إيكوستوف، أو لا إستوفا جوستا. تُصنع مواقد جوستا من مواد مثل الطوب اللبن والأسمنت والحجر الخفاف ، وتُزوّد ​​بمدخنة. كما يجري تقديم أنواع أخرى من مواقد الحطب لهذه المجتمعات، مثل مواقد الصواريخ ومواقد صناديق القش . يُعد موقد الصواريخ أكثر كفاءة في استهلاك الوقود بنسبة تصل إلى 30% من موقد جوستا، إلا أن موقد الصواريخ الصغير المحمول (المخصص للطهي) لا يحتوي على مدخنة، وهو مناسب للاستخدام الخارجي فقط. أما مواقد الصواريخ الأكبر حجمًا، فتُوصل بمدخنة أو أنبوب عادم. يُعد موقد صناديق القش نوعًا آخر من مواقد الحطب الخارجية. يستخدم هذا الموقد القش أو الصوف أو الرغوة كعازل، مما يُقلل من استهلاك الوقود بنسبة تصل إلى 70%. ^{[ 14 ]}