Сушка древесины: виды и технология

Главная

Строительство

Технологии сушки древесины

Для строительства загородных домов из бревна, профилированного и двойного бруса используют древесину, которая проходит специальную сушку. Сушка древесины удаляет жидкость при помощи испарения. Без подобного процесса деревянные изделия и материалы рассыхаются и деформируются. Технология сушки древесины проводится несколькими способами.

Дерево можно сушить естественным способом на открытом воздухе под навесом. Такой метод занимает несколько месяцев и требует специального места. Поэтому большей популярностью пользуются сушка в специальных сушильных камерах. Этот способ используют большинство компаний по изготовлению пиломатериалов.

Однако он приводит к появлению трещин и снижает качество изделий. Наиболее оптимальной является конденсационное высушивание. Давайте рассмотрим подробнее виды сушки древесины, плюсы и минусы каждой.

Виды сушки

Тип	Преимущества	Недостатки
Естественная	Простой и доступный способ, не требует соблюдения температуры и влажности, минимальное количество трещин	Процесс длится несколько месяцев, требует много места для материалов, влажность не опускается менее 18%
Камерная	Высыхание длится неделю, влажность падает до 10-18%, выбор температуры и контроль процесса в зависимости от целей и вида материалов	Разрушение структуры древесины, появление трещин и производственного брака, неравномерное просушивание
Инфракрасная	Быстрая и равномерная, дерево не растрескивается и сохраняет целостность, высокое качество и рациональный расход электричества, легкость в использовании	Не подходит для использования в закрытом помещении, так как в процессе пиломатериалы плесневеют
Вакуумная	Самая быстрая, подходит для любых пиломатериалов, не приводит к растрескиванию	Высокая стоимость оборудования и большое потребление электроэнергии
Конденсационная	Быстрая и равномерная, высокое качество изделий, отсутствие трещин и производственного брака, доступность оборудования и эксплуатации	Не подходит для мелких материалов (опилки, пеллеты, дрова и пр. )

Естественная

Естественный процесс сушки древесины происходит медленно и долго. Это наиболее щадящий процесс, при котором появляется минимум трещин и других дефектов, чем при агрессивном воздействии в камерах. Для организации такого метода нужно специальное место, где древесина будет защищена от попадания прямых солнечных лучей и осадков.

Естественные условия снижают влажность древесины до 18-22%, тогда как влажность свежесрубленного дерева составляет 50-100% в зависимости от породы и климатических условий региона произрастания. Это легкая и доступная организация сушки, которая не требует специального оборудования и соблюдения температурного режима. Главный минус — малая интенсивность и длительность процесса.

Искусственная камерная

Искусственная сушка в камерах — более быстрый и выгодный вариант. Он снижает влажность древесины до 10-18%, позволяет контролировать процесс и регулировать температуру. Для правильной организации работы камеры пиломатериалы укладывают в штабеля или пакеты. Штабель должен состоять из изделий одной породы и толщины.

Главное преимущество заключается в оперативности. Сушилка высушит древесину за одну неделю. Кроме того, в процессе материал можно обработать специальными защитными средствами от негативного влияния окружающей среды. Такая обработка защитит живой брус или бревно от гнили, плесени и растрескивания.

Из недостатков искусственного метода выделим появление больших трещин в материалах. В камере из-за высокой температуры влага испаряется слишком быстро, а древесина высушивается неравномерно. Влага внутри материала испаряется медленнее, чем с поверхности. Это приводит к образованию трещин и при изготовлении, и в процессе эксплуатации уже после строительства дома.

Инфракрасная

Инфракрасная сушка древесины — современный способ с использованием оборудования, которое передает тепло с помощью инфракрасного излучения. Это один из самых быстрых вариантов сушки пиломатериалов, который занимает 3-7 дней в зависимости от вида дерева. Время сушки опилок составит полчаса. Процесс происходит при температуре 50-60 градусов, что сохраняет структуру дерева и защищает его от растрескивания.

Инфракрасные камеры равномерно удаляют влагу. Они экономичны и комфортны в использовании. Однако при использовании камеры в помещении из-за отсутствия воздушных потоков на некоторых участках пиломатериалов появляется плесень. Поэтому сушить лучше только на открытом воздухе под навесом.

Вакуумная

Вакуумная сушка древесины предполагает использование камеры, в которой образуется вакуум. Этот универсальный способ подходит для любого вида пиломатериалов и древесины. Он объединяет старые технологии и совмещает с современными. Процесс отличает высокое качество и оперативность. На сушку бревна диаметром 250 мм или на брус сечением 150х150 уходит 17-20 часов.

Сушка в вакууме проходит равномерно и не приводит к растрескиванию дерева. Кроме того, она удаляет смолу. Вакуумные сушильные камеры легки в использовании и пожаробезопасны. Но при этом они не пользуются спросом, так как стоят дорого и тратят много энергии. Это повышает затраты на производство и на готовые пиломатериалы.

Конденсационная

Конденсационная сушка древесины — самый популярный метод, который оптимально сочетает стоимость и качество. Древесина сохнет при низких температурах с использованием печи и холодильного оборудования. Удаление влаги происходит при помощи конденсата, что делает сушку равномерной и щадящей. Поэтому изделия получаются качественными и прочными без трещин и производственного брака.

Сушка при помощи конденсата потребляет мало энергии, что делает пиломатериалы доступными и недорогими. Бревна и брус получаются ровными и эстетически привлекательными без трещин и других дефектов. Однако использование такой сушка не рационально для мелких пиломатериалов и изделий. Но она подходит для крупногабаритных лесоматериалов с большим сечением, которые нуждаются в бережной и щадящей сушке.

Поэтому компания “МариСруб” использует для бруса и бревен камерную сушку. Мы самостоятельно заготавливаем сырье и изготавливаем пиломатериалы. Для защиты живой древесины от влаги, ультрафиолета и насекомых обрабатываем изделия на этапе изготовления, сборки сруба и финишной отделки. Мастера “МариСруб” контролируют каждый этап производства, в том числе и сушку в конденсационных камерах.

Сушка древесины. Технологии сушки. ← Все статьи » УфаСтройСнаб-Лес

Влажность древесины

         Влажность — одна из основных характеристик древесины. При неравномерном распределении влаги при сушке древесины в ней могут образовываться внутренние напряжения, то есть напряжения, возникающие без участия внешних сил. Внутренние напряжения могут являться причиной изменения размеров и формы деталей при механической обработке древесины.

         Свойства древесины напрямую определяют свойства деревянных изделий. При избыточной или недостаточной влажности древесина обычно впитывает или отдает влагу, соответственно увеличиваясь или уменьшаясь в объеме. При высокой влажности древесина может разбухать, а при недостатке влаги она, как правило, усыхает, поэтому все деревянные изделия, например, напольные покрытия и мебель требуют тщательного ухода. При резком изменении температурно-влажностного режима в древесине возникают внутренние напряжения, которые могут приводить к трещинам и деформациям, поэтому на всех стадиях производства и эксплуатации необходимо контролировать влажность деревянных изделий.

        Свежеспиленное дерево имеет естественную влажность. Но это не значит, что влажность всей древесины примерно одинакова.

         Совсем не одинаковую влажность будет иметь сосна, росшая на сухом месте и елка, спиленная в болоте. Влажность может быть и еще выше, например, когда при сплавлении по реке дерево набрало в себя влаги столько, сколько смогло. Если изготовить из такой древесины доски, не просушив её предварительно, то доски, конечно, получатся, но со временем они обязательно рассохнутся и покоробятся. В результате придется отрывать прибитую к стене обшивочные доски — перебирать обшивку. И даже если для обивки использовать вагонку с европрофилем, все равно в обшивке появятся щели, которые будут тем больше, чем больше ширина используемой вагонки. Правда самих щелей будет меньше. (Чем шире вагонка, тем меньше щелей, но сами они больше. И наоборот — чем уже, тем меньше щели, но больше их количество.) И это если обшивать сырым материалом по сухому. Если и материал основы сырой, и обшивочный сырой, то последствия будут еще хуже и печальнее. Это просто один из вариантов выбрасывания денег «на ветер».

         Дерево при усушке теряет от 5 до 7% своих размеров по ширине и толщине, и всего до 1% по длине. Это значит, что если в этом году Вы сложили сруб высотой 3 метра, то через год его высота вполне может оказаться на 10, а то и 20 сантиметров меньше. А вот по длине и ширине он останется практически таким же, каким и был. Именно по этой причине большинство строительных фирм предлагает своим клиентам в первый год сложить дом из бруса и только в следующем году производить его отделку. Чтобы всего этого не происходило, необходимо древесину предварительно просушивать.
         Именно поэтому ГОСТОМ определяется и влажность используемой древесины. Так для внутренней обшивки должна применяться древесина с влажностью до 15%, для наружной — до 20%. Влажность половой доски так же не должна превышать 15% влажности.

        Так что же такое влажность???

        Влажность древесины бывает абсолютной и относительной:

        Абсолютной влажностью древесины называется отношение массы влаги, находящейся в данном объеме древесины, к массе абсолютно сухой древесины.

        Относительная влажность древесины — это отношение массы влаги, содержащейся в древесине, к массе древесины во влажном состоянии.

         Различают две формы воды, находящейся в древесине: связанную и свободную. Из них складывается общее количество влаги в древесине. Связанная (или гигроскопичная) влага содержится в клеточных стенках древесины, а свободная занимает полости клеток и межклеточное пространство. Свободная вода удаляется легче, чем связанная, и в меньшей степени влияет на деформацию и растрескивание древесины.

        По степени влажности древесину различают на следующие виды:
                  — Мокрая древесина. Ее влажность составляет более 100%. Это возможно только при условии, что древесина долгое время находилась в воде.
                  — Свежесрубленная. Ее влажность составляет от 50 до 100%.
                  — Воздушно-сухая (транспортная). Такая древесина обычно долгое время хранится на воздухе. Ее влажность может составлять 15-20%, в зависимости от климатических условий и времени года.
                  — Комнатно-сухая древесина. Ее влажность обычно равна 8-10%.
                  — Абсолютно сухая. Ее влажность равна 0%.

                   При продолжительной сушке вода из древесины испаряется, что может повлечь за собой значительные деформации материала. Процесс потери влаги продолжается до тех пор, пока уровень влаги в древесине не достигнет определенного предела, который напрямую зависит от температуры и влажности окружающего воздуха. Аналогичный процесс происходит при сорбции, то есть поглощении влаги. Уменьшение линейных объемов древесины при удалении из нее связанной влаги называется усушкой. Удаление свободной влаги усушки не вызывает.

                 Усушка неодинакова по разным направлениям. В среднем полная линейная усушка в тангенциальном направлении составляет 6-10%, а в радиальном — 3.5%.

                 При полной усушке (то есть такой, при которой вся связанная влага удалена) влажность древесины снижается до предела гигроскопичности, то есть до 0%.

                 Абсолютно сухую древесину можно получить только в лабораторных условиях, высушивая её в сушильном шкафу. При сушке древесины в первую очередь высыхают её поверхностные слои, внутренние слои могут очень длительное время удерживать влагу. На это следует обращать внимание при градуировке влагомеров. Для правильного определения влажности древесины сушильно-весовым методом её рекомендуется предварительно расщепить на мелкие куски и только затем её высушивать.

.

Атмосферная (естественная) сушка

         Древесину для атмосферной сушки укладывают в штабеля, а агентом сушки является воздух. Температура, влажность и скорость движения воздуха в процессе атмосферной сушки имеют такое же значение, как и при камерной. Однако при атмосферной сушке состояние воздуха почти не поддается управлению, так как зависит от климатических условий данной местности, времени года и погоды. В течение суток параметры воздуха также изменяются: днем воздух нагревается и становится суше, а ночью охлаждается и увлажняется. Состояние воздуха в штабеле, кроме того, зависит от плотности укладки материала. Чем плотнее уложены пиломатериалы, тем ниже температура воздуха в штабелей выше его относительная влажность. Поэтому соответствующим пространственным размещением древесины в штабеле можно в некоторой степени влиять на интенсивность ее просыхания. 

        Преимущества атмосферной сушки древесины.

      Это самый древний и самый простой способ сушки древесины. Она производится на открытом воздухе под навесом. Атмосферная сушка позволяет снизить влажность древесины до 18-22%. Продолжительность сушки зависит от температуры и влажности воздуха, времени года, породы и сечения материала, начальной и конечной его влажности, способа укладки.   

— простота организации и проведения процесса сушки,

— отсутствие затрат теплоты на подогрев воздуха и материала.

— остаточные напряжения при атмосферной сушке значительно меньше, чем при камерной.

         Кроме того, за счет сочетания природных условий с правильным выбором места для склада и рациональным его использованием, регулировки плотности укладки материала, защиты торцов досок от растрескивания можно добиться вполне удовлетворительных результатов.

        Недостатки атмосферной сушки древесины.

— малая интенсивность и, следовательно, большая длительность процесса.

— для размещения древесины, проходящей атмосферную сушку, требуются большие площади складов.

— при атмосферной сушке, так же как и при камерной, доски могут растрескиваться и коробиться.

       Атмосферная сушка древесины находит применение на лесопильно-дерёвообрабатывающих предприятиях, особенно при сезонной отгрузке пиломатериалов. Правила атмосферной сушки пиломатериалов хвойных пород регламентируются ГОСТ 3808.1-80, твердых лиственных пород — ГОСТ 7319-80.

        Устройство штабелей и способы укладки пиломатериалов хвойных пород.

        На складах атмосферной сушки для хвойных пиломатериалов применяют два способа укладки штабелей: штучный и пакетный. Штабеля, уложенные этими способами, называются соответственно рядовыми и пакетными.

        При штучном способе доски укладывают в штабель рядами на прокладках. Если в качестве прокладок используют эти же доски, которые укладывают в штабель для сушки, то такой рядовой штабель называется круглым; если в качестве прокладок используют специально подготовленные сухие рейки, то штабель называется реечным. В круглые штабеля укладывают пиломатериалы шириной до 150 мм всех сортов и шириной более 150 мм — 4-го сорта.

Пакетные штабеля составляют из заранее подготовленных пакетов.

       Штабель формируют на подштабельном основании, которое обеспечивает устойчивость штабеля и отвод отработавшего воздуха. Высота подштабельных оснований (от уровня земли до нижнего ряда досок) 500 мм, в районах с большим количеством осадков 750 мм.

        Подштабельные основания состоят из деревянных или бетонных опор и укладываемых на них прогонов. Расположение опор в подштабельном основании зависит от способа укладки штабеля и применяемых механизмов.

      В один штабель помещают одинаковые по породам и размерам пиломатериалы. Правильная укладка досок в штабель обеспечивает хорошую циркуляцию воздуха как в вертикальном, так и горизонтальном направлениях. Концы досок не должны провисать и коробиться. Торцы их защищают от растрескивания и прямого попадания солнечных лучей.

     Пиломатериалы укладывают в рядовой штабель горизонтальными рядами. Ряды досок отделяют прокладками, благодаря чему обеспечивается горизонтальная циркуляция воздуха. Прокладки изготовляют из сухой хвойной древесины сечением 25 X х 40 мм.

        Камерная (искусственная) сушка.

       Она является наиболее распространенным способом сушки древесины. Источником теплоты для сушки в камерах может быть пар, поступающий из парового котла, или топочные газы, получаемые от сжигания топлива в специальных топках. Пар, обогревающий камеру, подается в систему металлических труб, так называемые калориферы. По типу среды, высушивающей материал, сушильные камеры делят на паровоздушные и газовые.
         С помощью нагревательного прибора повышается температура воздуха в камере.

       Для подачи тепла непосредственно к высушиваемому материалу используется естественное или принудительное движение пара (газа), называемое циркуляцией.  

       По способу циркуляции различают камеры с естественной циркуляцией, где движение пара через штабель происходит за счет разных удельных весов более и менее нагретых частиц воздуха, и камеры с принудительной циркуляцией, где движение пара происходит с помощью вентиляторов.

 Нагретый воздух, подгоняемый вентилятором или путем естественной циркуляции, отдает тепло влажной древесине и одновременно забирает из высушиваемого сортимента исходящую в виде пара влагу. Если воздух в камере слишком сухой или относительная влажность слишком низкая, то процесс сушки будет протекать слишком быстро и может вызвать повреждения древесины, например образование трещин. С помощью разбрызгивающего оборудования можно установить желаемую относительную влажность воздуха в камере.

         Воздух в зависимости от температуры может принять только определенное количество водяного пара. При сушке температура не меняется. Для поддержания процесса сушки необходим постоянный приток свежего воздуха, так называемого сухого воздуха, через приточный клапан в сушильную камеру. В это время воздух, обогащенный водяными парами, так называемый влажный воздух, через вытяжной клапан отводится наружу. Конвекционная сушка по этой причине также обозначается как приточно-вытяжная сушка. Конвекция в данном случае значит подведение и удаление.

         В зависимости от режима работы различают сушильные камеры периодического и непрерывного действия.

        В камерах периодического действия загрузка сырого и выгрузка сухого материала происходят с одного конца камеры.

        В камерах непрерывного действия сырой материал загружается на одном конце камеры (сыром), а сухой — выгружается на другом (сухом). Температура и влажность сушильного агента в камере изменяются от сырого конца к сухому: температура повышается, а относительная влажность уменьшается.

       Сушки для пиломатериалов бывают разных размеров:

маленькие сушки для обьема древесины примерно от 0,5 до 6,0 м3,
средние сушки для объема древесины примерно от 10 до 40 м3,
сушки для большого объема древесины примерно от 100 до 200 м3.

       В зависимости от температуры воздуха сушки разделяют на низкотемпературные, нормальные и высокотемпературные.

       Низкотемпературная сушка: древесина высушивается при температуре ниже 45°С. Процесс сушки длится медленнее, древесина высушивается бережнее и без напряжений (так называемая мягкая сушка). Этот метод применяется для толстой, трудно поддающейся сушке и склонной к изменению цвета древесины. Значение конечной влажности составляет примерно 20%, то есть речь идет о предварительном подсушивании.

        Сушка при нормальной температуре: температура воздуха в сушильной камере лежит в интервале от 45 до 90°С. Этот диапазон температур подходит для древесины хвойных пород и для легко сохнущих лиственных пород. Начальная влажность не ограничена. Этим методом древесину можно высушивать до достижения конечного значения влажности.

       Высокотемпературная сушка: температура воздуха в сушильной камере лежит в интервале от 100 до 130°С. При такой быстрой и резкой сушке существует опасность возникновения повреждений древесины, например образования трещин усушки, изменения цвета и т. д. Этот метод применяется для древесины хвойных пород. Многие лиственные породы, например дуб и бук, могут высушиваться при высоких температурах начиная с уровня влажности древесины менее 30%.

        При высокотемпературной сушке различают сушку горячим воздухом и горячим паром. При сушке горячим воздухом используют горячий сухой воздух (паровоздушную смесь), сушка является резкой. При сушке горячим паром применяют перегретый водяной пар без примешивания воздуха. Такое высушивание является более мягким.

Камерная сушка состоит из следующих основных этапов:

— подготовки сушильной камеры;
— подготовки материала;
— сушки материала;
— выгрузки и выдержки в остывочном помещении;
— контроля влажности материала.

Преимуществами камерной сушки являются

— возможность высушивания материала до необходимой влажности (ниже 18-20%;

— осуществление постоянного контроля и возможность регулирования процесса сушки (причем для каждой породы можно подбирать наивыгоднейший режим), экономия времени для подготовки древесины к обработке и сокращение производственных площадей;

— срок сушки значительно короче атмосферной сушки; для хранения лесоматериалов требуются меньшие площади;

— можно защищать материалы от заражения гнилью и синевой в процессе сушки. Горячий и влажный воздух (с температурой 60° и выше) уничтожает споры и гифы грибов, а также личинки жуков-точильщиков.

К недостаткам камерной сушки следует отнести:

— необходимость значительных затрат на оборудование сушилок и большой расход тепла на нагревание воздуха.

Вакуумная сушка древесины 

        В 1964 году доктором Паньоцци была разработана технология вакуумной сушки древесины, которая позволяла использовать более жесткие режимы сушки, при этом экономя пространство и электроэнергию. Нет сомнения в том, что деревообработчики заинтересовались подобной технологией и начали ее испробовать на практике.

         Вакуумные сушильные камеры – это не особо распространённый тип сушильных камер. Технология сушки предполагает, что для ускорения процесса создаётся вакуум, таким образом, появляется необходимая для сушки древесины энергия. Вакуумная сушильная камера многофункциональна и универсальна, в ней можно сушить пиломатериал по любой категории качества и быстрее, чем в других сушильных камерах.

        Кроме того, в вакуумных сушильных камерах можно сушить круглые бревна без образования наружных и внутренних трещин, можно изменять цвет древесины, пропитывать пиломатериал химическими составами, придавать пиломатериалу любую криволинейную форму и закреплять ее без нарушения структуры дерева. Технология сушки древесины в вакуумных сушильных камерах объединяет принципы сушки всех классических сушильных камер и современные технологии.

         Вакуумная сушка древесины, происходит в сушильных камерах с предварительным извлечением воздуха (созданием вакуума). В процессе сушки древесины под действием градиентов влажности, температуры и давления происходит равномерное движение свободной и связанной влаги от центра к поверхности. Мягкие температурные режимы — от 45°C до 62°С — и разрежение воздуха способствуют равномерному изменению тепло-влажностных характеристик древесины 

         Сухие верхние клетки древесины впитывают влагу от влажных, расположенных в сердцевине доски. Вакуумный метод обеспечивает равномерную сушку, в процессе которой устраняются внутренние напряжения, а значит, значительно снижается вероятность коробления или возникновения трещин.

Контактная сушка

         Ей подвергаются плоские материалы в форме листов, которые зажимаются между двумя нагретыми до температуры 150°С металлическими плитами. Основное преимущество состоит в том, что сушка протекает в течение нескольких минут. Таким способом высушивают тонкие древесные материалы — шпон, фанеру; при этом объемы материала, как правило, небольшие. Влажность – 10-12%. Недостатком такого способа является относительное потемнение древесины снаружи при чрезмерной выдержке.

Сушка древесины в жидкостях

         Она происходит, например, в петролатуме. (петролатум — густой, мазеобразный продукт переработки нефти соломенно-желтого цвета, с температурой плавления 56°С и температурой вспышки 250°С). Сырая древесина опускается в ванну с некоторым маслянистым веществом, которое нагревают до температуры 100°С. Пар, который образуется при кипении воды в древесине, имеет упругость больше атмосферного давления. Поэтому, преодолевая сопротивление масла, в котором находиться древесина, он будет стараться выйти на воздух.

         На этом физическом явлении основан способ сушки дерева емкостях с петролатумом. Очищенное высоковязкое масло и отходы от химической переработки нефти — смесь парафинов и церозиев, таков состав петролатума. При сушке дерева в петролатуме, температура которого 120°-130°, процесс осуществляется в 5-7 раз быстрее, чем в сушильных камерах. Однако, у этого способа есть один большой недостаток.

          Это проникновение петролатума в древесину. Это ведет к тому, что загрязненная петролатумом древесина плохо поддается механической обработке, ее сложно склеить и невозможно провести качественную отделку лаком. Из-за этого сушку в жидкостях применяют только в том случае, если не требуется дальнейшая механическая обработка дерева. Обычно такую сушку используют мелкие предприятия, выпускающие шпалы и детали для инженерных сооружений.

         Слой масла, который пропитывает дерево, иногда бывает очень полезен, ведь он защищает древесину от намокания.

Способ выпаривания

          Способ выпаривания или запаривания использовали на Руси еще с давних времен. Заготовки распиливают на части с учетом размера будущего изделия, закладывают в обыкновенный чугун, подсыпают опилки из такой же заготовки, заливают водой и ставят на несколько часов в протопленную и остывающую русскую печь “томиться” при t=60-70C. При этом происходит “выщелачивание” – выпаривание древесины; из заготовки выходят естественные соки, дерево окрашивается, приобретая теплый густо-шоколадный цвет, с ярко выраженным природным рисунком текстуры. Такая заготовка легче обрабатывается, а после окончания сушки меньше растрескивается и коробится.

Сушка в электрическом поле токов высокой частоты (ТВЧ)

          Высокая интенсивность отличает сушку в электрическом поле токов высокой частоты (ТВЧ).

          Сушка основана на нагревании древесины между двумя или несколькими металлическими пластинами, подключенными к источнику ТВЧ. Пластины и размещенная между ними древесина образуют конденсатор, в котором диэлектриком является древесина. Электрическое поле часто изменяет свой знак, в результате чего в пиломатериале возникают диэлектрические потери, дерево является плохим проводником электричества, вследствие чего древесина нагревается и из нее испаряется влага.

           В процессе TВЧ-сушки влага из древесины удаляется выпариванием. Если парообразование во влажном материале происходит при температуре влаги равной или выше 100 С, процесс сушки называют выпариванием, а при температуре ниже 100 С процесс называется испарением. TВЧ-сушка древесины происходит в среде перенасыщенного пара и древесина от начала и до конца находится в пропаренном состоянии. В камере образуется среда с ассоциированными молекулами. При сушке древесины различными способами в ней могут возникнуть трещины и покоробленности. Основной причиной их возникновения является то, что древесина сохнет в направлении от периферии к центру.

         При способе сушки ТВЧ материал прогревается очень быстро, и влага испаряется моментально. Из всех способов, которые применяются при сушке дерева — это самый дорогостоящий, учитывая современные отпускные цены на электричество. Так же для него требуется непростое оборудование и из-за этого его не применяют в промышленности.

Ротационная сушка

          Использование центробежной силы лежит в основе ротационной сушки. На карусель, установленную внутри отапливаемого помещения, укладывается штабель материалов, разделенный прокладками. Центробежная сила, направленная вдоль досок, создаваемая при вращении карусели, заставляет свободную влагу передвигаться из внутренней части древесины к ее торцам и наружным поверхностям. Загруженный пиломатериал просыхает в сроки более короткие, чем при сушке в камере.

         Происходит это потому, что при вращении создается активное направленное движение горячего воздуха внутри штабеля досок. Мощность привода вентилятора значительно больше мощности привода карусели, у которой она совершенно незначительна. Громоздкая конструкция и неудобная блокировка не дает применять карусельные камеры в промышленности.

Радиационная сушка

         Радиационная сушка основана на подаче тепла к древесине от очень сильно нагретого тела прямым лучеиспусканием. Электрические лампы или плиты (они могут быть чугунные или керамические) нагреваются до красного каления, именно они служат источниками тепла. Создается поток инфракрасных лучей, которые создает лучистая теплота. Так как он распространяется прямолинейно, то задерживается различными экранами и телами, встречающимися на пути потока.

        Лучистая теплота может высушить только те части предметов, которые непосредственно облучаются со стороны источника тепла. Лучистая теплота с легкостью проникает в дерево на глубину 10-12 мм, это доказано исследованиями советских ученых. Можно сделать вывод, что прогревая доски хвойных пород толщиной 20-25 мм с обеих сторон, их можно высушить в течение короткого времени.

       Камерная сушка древесины в десятки раз медленнее. Но при этом доски должны сушиться в свободном, а не в зажатом состоянии, что приводит к их обязательному короблению. Именно это служит основным препятствием применения радиационной сушки древесины.

Сушка в камерах ПАП

       Рассмотрим сушку в камерах ПАП. Проведено множество опытов по сушке древесины в бескалориферных, рециркуляционных камерах из металла, оборудованных аэродинамическим подогревом типа ПАП. Ротор центробежного вентилятора с лопатками специального профиля используется в качестве генератора тепла и одновременно он перемещает воздух в этих камерах. Ротор, вращаясь, создает в замкнутом контуре поток воздуха, большая часть механической энергии, используемой в вентиляторе, становиться тепловой. При этом воздух нагревается до высоких температур. Изменением мощности воздушного потока можно регулировать температуру нагревания.

        Высокая скорость циркуляции приводит к тому, что горячий воздух нагревает древесину, которая сушится чисто конвективным путем. Для осуществления любых режимов сушки в камерах ПАП необходимо в отдельные периоды процесса сушки подавать увлажняющий пар низкого давления (до 0,5 ати), это доказано опытным путем. В камерах ПАП нет сложного оборудования, эксплуатация их несложная. Основной недостаток этих камер – высокий расход электричества.

Рекомендации по сушке пиломатериалов лиственных пород

Хэнк Штельцер

Государственный специалист по лесному хозяйству
Школа природных ресурсов

На протяжении веков свежеспиленные пиломатериалы сушились в зависимости от температуры и влажности окружающего воздуха, также известных как условия окружающей среды. . В результате были высушены на воздухе или выдержаны на воздухе пиломатериалы, которые в штате Миссури обычно имеют влажность (MC) от 12 до 14 процентов.

Содержание влаги определяется как:

MC в процентах = (сырой вес − пересушенный вес)/пересушенный вес × 100

сырой или сырой вес – это вес «как есть». Сухой вес определяется путем сушки при температуре 212 градусов по Фаренгейту до достижения постоянного веса.

Затем произошли два важных изменения, которые в значительной степени исключили использование пиломатериалов воздушной сушки для многих целей. Первым была разработка способов контроля температуры окружающей среды и влажности воздуха, окружающего пиломатериалы. Это развитие привело к сушке в печи, что ускорило процесс сушки. Более быстрая сушка сократила время, в течение которого пиломатериалы простояли, занимая ценную землю.

Вторым изменением стало широкое использование кондиционеров в зданиях. Большинство систем кондиционирования воздуха производят воздух с более низкой влажностью, чем наружный воздух. Содержание влаги в древесине, используемой для внутренних работ, обычно колеблется от 6 до 10 процентов в штате Миссури. Это означает, что высушенные на воздухе пиломатериалы, принесенные в эту среду, продолжают сохнуть, что приводит к большей усадке пиломатериалов. Это сделало больший упор на согласование надлежащих методов сушки с желаемым конечным использованием продукта.

В этой публикации представлены некоторые важные моменты, которые следует помнить при рассмотрении вопроса о сушке пиломатериалов из твердой древесины. Вы можете получить более подробную информацию по этому вопросу из публикаций, перечисленных в разделе «Дополнительная информация».

Как сохнет древесина

Для сушки пиломатериала необходимы три элемента:

• Атмосфера, способная впитывать водяной пар
• Энергия для удаления воды из древесины
• Движение воздуха вокруг пиломатериала

Проще говоря, сушка нужны воздух, тепло и ветер. Летом низкая влажность окружающей среды, преобладающие ветры и солнце обеспечивают три необходимых ингредиента для сушки 1-дюймовых досок из красного дуба до 20% MC за два-три месяца. Помните, однако, что уровень влажности в кондиционируемых жилых или коммерческих зданиях приводит к влажности древесины от 6 до 10 процентов или ниже в зимние месяцы.

Когда сырая или влажная древесина начинает сохнуть, вода, которая удаляется первой, называется свободной водой. Энергия, необходимая для испарения этой воды, такая же, как и для кипячения воды. Когда вся свободная вода удалена, древесина достигает точки насыщения волокна (FSP). FSP варьируется от 25 до 30 процентов MC, в зависимости от породы дерева.

Вода, которая остается в древесине ниже FSP, называется связанной водой и требует значительно более высоких уровней энергии, чтобы разрушить ее связи с древесиной. Фактически, когда содержание влаги падает, энергия, необходимая для сушки древесины, резко возрастает.

Со временем древесина достигает уровня влажности, который находится в равновесии с окружающим воздухом и влажностью. В то время как 1-дюймовая доска из красного дуба может сохнуть на воздухе от двух до трех месяцев, 2-дюймовая доска может сушиться от шести до восьми месяцев, а даже более толстая древесина может занять годы.

Часто пиломатериалы восточных лиственных пород, такие как красный дуб, сушат на воздухе до 25–30% MC, а затем помещают в сушильную печь, где скорость сушки можно увеличить и контролировать. Время и затраты, связанные с этой практикой, должны учитываться потенциальными пользователями, прежде чем инвестировать в сушильные установки. Однако вознаграждение может быть значительным. Для многих целей сухие пиломатериалы предпочтительнее или даже необходимы.

Ускоренная воздушная сушка

Воздушная сушка может быть ускорена путем укладки пиломатериалов в камеру или навес, обеспечивающий защиту от непогоды, и использования вентиляторов для нагнетания воздуха через пиломатериалы.

Установки обычно называют предварительными осушителями. Конструкции варьируются от очень простых зданий столбового типа с временными внешними стенами до промышленных низкотемпературных сушильных камер. Вместимость будет варьироваться от нескольких сотен досковых футов (BF) до более 1 миллиона досковых футов.

Многие из этих установок для сушки воздуха не имеют дополнительного тепла. Когда тепло включено, температура воздуха обычно не превышает 120 градусов по Фаренгейту. Дополнительное тепло может быть обеспечено несколькими способами, включая солнечное тепло.

В более стационарных конструкциях также могут использоваться некоторые средства контроля влажности для обеспечения сухости воздуха. Пиломатериал из красного дуба толщиной 1 дюйм можно высушить до 20 процентов MC менее чем за 30 дней в предварительной сушилке.

Правильная укладка пиломатериалов необходима для достижения оптимальных условий сушки для любых пород в любой ситуации.

Обычная камерная сушка

Более 75 процентов существующих сушильных камер для твердых пород древесины в США имеют паровое отопление, регулируемую влажность и реверсивные вентиляторы внутри печи.

Эти печи обычно вмещают несколько тысяч досок пиломатериалов. Температура внутри печи колеблется от 120 до 190 градусов по Фаренгейту, в зависимости от стадии сушки. Хотя есть печи, в которых температура достигает 240 градусов по Фаренгейту, они обычно ограничиваются хвойными породами, которые очень легко сохнут, и малоценными лиственными породами.

И температура, и влажность контролируются либо полностью автоматизированными, либо полуавтоматическими системами. Эти системы содержат устройства, которые контролируют условия в печи и пиломатериалах и соответствующим образом регулируют внутренние условия.

Скорость сушки пиломатериалов контролируется для сведения к минимуму или устранения дефектов, вызванных сушкой. Дефекты включают обесцвечивание, деформацию, растрескивание, расщепление и дефекты поверхности (небольшие отверстия на лицевых сторонах досок). В крайних случаях высыхание приводит к образованию сот (внутренние трещины, которые не видны на поверхности) или коллапсу.

Другие виды тепла включают горячий воздух с прямым нагревом, электричество, солнечную энергию и горячую воду или масло. Печи с горячим воздухом с прямым нагревом обычно ограничиваются хвойной древесиной и относительно недорогими лиственными породами, потому что в печах трудно, если не невозможно, добиться точного контроля влажности.

Обычно электронагрев ограничивается либо печами для осушения, либо одним из процессов вакуумной сушки. Солнечное тепло может использоваться в качестве дополнительного тепла в некоторых районах. Некоторые успешные конструкции солнечных печей, предназначенных для хобби, доступны с вместимостью от 500 до 1000 досок. Обычно коммерческие солнечные печи устанавливаются только в тропических районах, в районах, где традиционные источники энергии недоступны, или в небольших домашних предприятиях. Ни системы горячей воды, ни системы горячего масла не находят большого применения в коммерческих печах из-за низкой эффективности теплопередачи.

Движение воздуха в печи контролируется реверсивными вентиляторами и перегородками. Движение воздуха необходимо для отвода влажного воздуха от поверхности досок и отвода тепла к доскам. Поток воздуха периодически автоматически реверсируется для обеспечения равномерной сушки по всей ширине печи.

Дефлекторы используются для нагнетания воздуха через пакеты пиломатериалов по поверхности досок. Поместите перегородки вверху, внизу и на концах печи. Отрегулируйте перегородки, чтобы учесть различия в размерах пакетов пиломатериалов в печи и учесть усадку пиломатериалов, происходящую в процессе сушки.

Конкретные сведения о системах контроля влажности и температуры выходят за рамки данной публикации, но большинство систем основано на измерении температуры по сухому и влажному термометру в одном или нескольких местах внутри печи.

Используйте стандартный термометр для измерения температуры по сухому термометру. Измерьте температуру по влажному термометру, поместив влажный хлопковый фитиль над обычным термометром. Вода, испаряющаяся с хлопкового фитиля, охлаждает термометр.

Температура по влажному термометру всегда будет ниже температуры по сухому термометру. Разница между этими показаниями называется депрессией смоченного термометра. Это мера силы сушки, приложенной к пиломатериалу.

Относительная влажность внутри печи — или где угодно — рассчитывается с использованием этих двух измерений и таблицы преобразования. Точный контроль влажности в печи является обязательным для правильной сушки пиломатериалов твердых пород.

Периодическое определение фактического содержания влаги в пиломатериалах в печи гарантирует, что изменения настроек температуры и влажности обеспечивают сушку пиломатериалов с максимальной безопасной скоростью. В отчете Министерства сельского хозяйства США (USDA) «График сушки для коммерческой древесины» содержится несколько типичных графиков для пиломатериалов различных пород и толщины.

Измерение может быть выполнено либо путем взвешивания предварительно определенных образцов, либо с помощью ручного влагомера с батарейным питанием. В любом случае необходимо провести несколько измерений по всей печи, чтобы получить достоверные показания.

Специальные методы сушки

Печи для осушения

Печи для осушения получают энергию, необходимую для сушки древесины, из воды, содержащейся в самой древесине. Теплый сухой воздух циркулирует через пакет пиломатериалов и поглощает воду из пиломатериалов. Теплый влажный воздух проходит через змеевики конденсатора в осушителе. Процесс конденсации водяного пара в жидкость позволяет в первую очередь восстановить энергию, необходимую для испарения воды из древесины. Процесс практически идентичен кондиционеру.

Как правило, эта печь более энергоэффективна. Также затраты на строительство несколько ниже, так как для строения можно использовать обычные хорошо утепленные деревянные каркасные дома.

К недостаткам можно отнести стоимость электроэнергии. Как правило, печь работает от электричества. Кроме того, максимальная температура несколько ниже, а водный конденсат может содержать нежелательные химические вещества. Как правило, этот процесс требует больше времени для сушки пиломатериалов, чем в обычной печи.

Предварительные сушилки

По сути, предварительные сушилки представляют собой большие низкотемпературные (ниже 120 градусов по Фаренгейту) сушильные шкафы, используемые вместо обычной воздушной сушки, чтобы довести начальную МС древесины до 25 процентов или меньше. В здании используется ограниченный контроль температуры, влажности и движения воздуха.

Использование навесов сокращает площадь земли, необходимую для сушки на воздухе. Первоначально предварительные осушители использовались в районах, где нормальный сезон сушки воздуха был довольно коротким, но их использование распространилось и на другие районы страны. Предварительные осушители уменьшают дефекты воздушной сушки, обесцвечивание и складские затраты.

Солнечные печи

Солнечные печи стали популярны в середине 1970-х, когда цены на энергию начали расти. Основным преимуществом солнечной печи является простота ее конструкции и эксплуатации. Солнечная печь может обеспечить достаточно хорошо просушенных пиломатериалов для небольшой операции. Основным недостатком является то, что солнечной печи требуется относительно много времени для сушки пиломатериалов до 6-8 процентов MC.

Virginia Cooperative Extension имеет отличную публикацию о конструкции и эксплуатации сушильной печи с солнечным обогревом. Эта солнечная печь может вместить до 1000 досок пиломатериалов толщиной 1 дюйм за одну загрузку или загрузку и может высушить загрузку примерно за месяц в умеренно солнечную погоду в средних широтах Соединенных Штатов.

Вакуумная сушка

Вакуумная сушка время от времени используется с начала 1900-х годов. Из-за связанных с этим затрат этот метод не привлекал большого коммерческого внимания до 1970-х годов. Создание частичного вакуума в закрытой камере снижает температуру кипения воды ниже 212 градусов по Фаренгейту. Эта более низкая точка кипения снижает количество энергии, необходимой для сушки пиломатериалов.

Вакуумная сушка полезна при сушке толстых ценных деревянных деталей, таких как большие токарные заготовки или размерные детали. Плотную древесину, которую трудно сушить из-за чрезмерной усушки, также можно успешно сушить в вакуумной системе.

Другие методы сушки

Другие нетрадиционные методы сушки нашли применение, обычно в ограниченном масштабе в каждом конкретном случае. К ним относятся сушка под прессом, сольвентная или обменная сушка, высокочастотная или микроволновая сушка и паровая сушка. Сушка паром часто используется для сушки крупных пиломатериалов, таких как шпалы или столбы, перед обработкой пиломатериалов консервантом.

Для получения дополнительной информации

• Министерство сельского хозяйства США (USDA), Общий технический отчет FPL-GTR-57, Графики сушильных камер для деловой древесины: умеренный и тропический климат (PDF)
• Кооперативное расширение штата Вирджиния, проектирование и эксплуатация сушильной печи с солнечным нагревом (PDF)

Автор оригинала

Брюс Э. Каттер

Перейти к основному содержанию

Перейти к основному содержанию

Более устойчивое будущее для сушки древесины

Весной 2020 года Ассоциация лесопильных заводов Финляндии приступила к разработке дорожной карты для низкоуглеродных операций в отрасли. Он будет реализован в сотрудничестве с Институтом природных ресурсов Финляндии. «Дорожная карта» — это способ, с помощью которого отрасль может выполнить поставленную перед финским правительством задачу по достижению углеродно-нейтральной Финляндии.

Потенциал значительной экономии

Углеродный след лесопильной промышленности сам по себе относительно невелик: более 9 миллионов тонн CO ₂ ежегодно поглощается продукцией отрасли. Это примерно в 20 раз больше, чем выбросы CO ₂ от производства. Тем не менее, согласно оценке низкоуглеродной дорожной карты, при инвестициях в лесопильные заводы к 2040 году можно было бы дополнительно сократить их углеродный след на целых 82 % от нынешнего уровня. Большая часть выбросов лесопильной промышленности связана с логистикой. , но и другие области также имеют отношение к общей ситуации.

Суровые условия предъявляют требования к двигателям

В Финляндии почти 80 промышленных лесопильных заводов. Печи являются крупнейшим потребителем энергии на лесопильных заводах, и условия их эксплуатации очень требовательны. Температура сушки обычно ниже 90°С, но иногда и выше, до 120°С. Такие условия очень требовательны к двигателям, а стандартные промышленные двигатели даже не подходят для использования в таких условиях.

Двигатели вращают вентиляторы, обеспечивающие циркуляцию воздуха внутри печи. Надежная работа двигателей имеет решающее значение, так как поломки двигателей могут привести к длительным задержкам производства. Двигатели также могут влиять на эксплуатационные расходы и воздействие лесопильных заводов на окружающую среду. Энергоэффективность печей, которые отличаются высокой энергоемкостью, можно повысить с помощью технологических решений, соответствующих современным требованиям.

Двигатели ABB SynRM для сушильных камер

Компания ABB имеет более чем 100-летний опыт производства двигателей для тяжелых условий эксплуатации. Мы были одним из первых производителей синхронных реактивных двигателей (SynRM), начиная с 2011 года. Эти двигатели имеют температуру катушки до 30 °C и температуру подшипников до 15 °C ниже, чем у асинхронных двигателей. Это делает их отличным решением для суровых условий сушильных установок: благодаря более низкой температуре изоляция обмоток служит в четыре-восемь раз дольше, а срок службы смазки подшипников удваивается. Двигатели производятся экологически безопасным способом без использования таких компонентов, как постоянные магниты, которые требуют использования редкоземельных материалов. Вот почему они также просты в обслуживании, так как простая конструкция не требует специализированных мастерских.

Двигатели SynRM IE5 имеют превосходный КПД при частичной нагрузке, и, если процесс сушки позволяет, потребление энергии можно значительно снизить, регулируя мощность обдува с помощью привода. Двигатели АББ, используемые в дровяных печах, также имеют специальное покрытие, защищающее двигатель от воздействия горячей, влажной и агрессивной среды. Таким образом, синхронные двигатели SynRM

могут обеспечить много преимуществ для печей. По мере увеличения срока службы двигателей и сокращения времени простоя и технического обслуживания снижаются эксплуатационные расходы и воздействие лесопильных заводов на окружающую среду.

Сэкономленная энергия может быть использована, например, для питания электромобилей. По сравнению с двигателями класса IE2 мощностью 30 кВт, 7 500 часов использования двигателей IE5 мощностью 30 кВт позволяют сэкономить энергию, достаточную для зарядки гибридного автомобиля более 60 000 раз (при условии, что батарея емкостью 13,5 кВт·ч с эффективностью зарядки 90 %) позволит проехать расстояние в более 4 миллионов километров в год только на электричестве. На практике это также может означать зарядку более 60 гибридных автомобилей в течение смены из года в год, что позволит сотрудникам ездить на работу без выбросов углекислого газа.