Способы и оборудование для профессиональной сушки древесины

В этой статье:

• Показатели влажности
• Почему так важна правильная сушка?
• Способы профессиональной сушки дерева

Древесина – гигроскопичный материал, который содержит влагу от природы и обладает способностью впитывать ее из атмосферы. Пиломатериалы поступают в продажу в двух видах: естественной влажности и просушенные. Разумеется, вторые – дороже, поэтому многие предприниматели, оборудуя лесопилку, задумываются о способах обезвоживания древесины.

Показатели влажности

По степени влажности выделяют следующие состояния дерева:

• мокрое (100% влажность) – бревна, которые находились длительное время в воде (например, транспортировались сплавом);
• свежесрубленное – влажность зависит от природных условий произрастания растения, и колеблется в пределах 50-100%;
• воздушно-сухое – материал, который хранится на воздухе (под навесом), достигает параметров 12-20%;
• комнатно-сухое (8-12%) – сушка в закрытом, отапливаемом и хорошо вентилируемом помещении;
• сухое (влажность менее 8%) – подготовленное методом принудительного выделения влаги.

Конвекторные сушилки

Камера для сушки древесины конвекторного типа применяется для разнообразных сортов лесоматериалов. Такие устройства имеют простую конструкцию, они отличаются недорогим обслуживанием и надежностью. Именно поэтому они наиболее популярны на производстве.

Показатель обмена воздуха в конвекторной сушилке не превышает 2% от суммарного количества, следовательно, ощущается экономия электроэнергии.

Корпус камеры металлический, ставится на монолитно-столбчатый фундамент. Металл, который используется для корпуса — углеродистая сталь или алюминий с антикоррозионным покрытием. С двух сторон корпус обшивают листами алюминия. Утепление камеры осуществляется при помощи минеральной ваты в виде плит. Приобрести конвекторную камеру можно как отечественного, так и зарубежного производства.

Почему так важна правильная сушка?

Доски естественной влажности больше высушенных по размеру, а стоят дешевле. Это потому, что производителями пиломатериалов закладывается допуск с расчетом будущей усушки и обрезки.

Нормативы влажности:

• для строительных и столярных материалов – 10-18%. При изготовлении стройматериалов, производственная влажность древесины должна равняться или быть на 1,25-3,5% ниже эксплуатационной, чтобы избежать естественной усушки.
• для мебельного производства – 8-10%.

Применение пиломатериала естественной влажности – грубейшее нарушение технологического процесса. Когда древесина высохнет естественным образом, она изменит показатели ширины, толщины и, соответственно, геометрию всего изделия.

Например, обрезная сосновая доска 50*150мм с естественной влажностью более 50% спустя пару месяцев будет иметь параметры 48 * 138 мм (при тангенциальном распиле) и 46*144 (при радиальном распиле). Даже если учесть, что длина изделия останется прежней (в среднем, отклонение не превышает 0,1%), итоговая разница катастрофична!

Необходимость сушки материалов

Сушка позволяет решить важные задачи, связанные с дальнейшей эксплуатацией деревянных заготовок. После высушивания дерево приобретает ряд положительных параметров. В процессе такой обработки решаются следующие задачи:

• происходит обезвоживание изделий до требуемого процента влажности;
• повышаются физические и механические показатели;
• улучшаются технологические свойства (она легче подвержена последующей обработке);
• повышается стойкость к негативному воздействию биологических факторов (образованию грибков, гниению, проникновению насекомых);
• снижается тепло и электропроводность;
• расширяются потребительские свойства готовых изделий.

Для решения задач, связанных с высушиванием древесины налажено производство сушильных камер на различных физических принципах. Они способны проводить операцию обезвоживания различных пород дерева.

Способы профессиональной сушки дерева

Конвективная (камерная) сушка

Самый популярный вид сушильного оборудования – конвективные камеры. Около 80% производителей пользуется именно такими сушками.

Преимущества: простота в применении, высокая скорость испарения влаги, низкое напряжение в конечном продукте, высокий объем загрузки (до 1000 м3).

В помещении устанавливаются системы приточно-вытяжной вентиляции и нагрева (обычно, калориферы). Параметры влажности измеряются психрометром и регулируются автоматически. В качестве топлива получения горячей воды или пара на малом производстве используются отходы древесного производства: щепа, горбыль, опилки. Электроэнергию и газ использовать выгодно только при больших объемах производства, иначе высокий расход и стоимость ресурсов существенно снизит себестоимость пиломатериала.

Центробежные или осевые (в зависимости от комплектации) вентиляторы обеспечивают равномерное распределение теплого воздуха и своевременный отвод лишней влаги для избегания коробления, растрескивания и получения древесины высшего качества в максимально короткий срок.

Цена – от 160 000 руб (в зависимости от комплектации и грузовместимости).

Атмосферная сушка

Естественный процесс испарения влаги из дерева, который требует минимум вложений, но максимум времени. Впрочем, древесина, обезвоженная методом атмосферной сушки, считается наиболее устойчивой к деформации. Чаще всего это происходит так: дерево, спиленное в начале зимы, распускается на доски и выдерживается под навесом до начала строительного сезона. За 4-6 месяцев пиломатериал успевает высушиться до 15-20% влажности.

Чтобы в процессе сушки избежать деформации досок, необходимы следующие условия:

• укладка штабелированием на горизонтальную ровную поверхность;
• для защиты от лишней влаги между рядами штабелей и на участке, где предполагается сушка, укладывается гидроизоляция;
• чтобы доски хорошо продувались, штабель устанавливают на бетонные блоки и прокладывают брусом или необрезными досками одинаковой толщины (см. рисунок ниже);
• штабели укладываются с равными промежутками и соблюдением параллельности;
• обязательное условие для предупреждения деформации – равномерная нагрузка, которую осуществляют с помощью клиньев или прижимных тяжей (см. рисунок ниже);
• готовый штабель защищается от атмосферного воздействия, накрывается профилем или шифером.При таком обустройстве сушилки, обрезная доска достигнет 12-18% показателей влажности за 4-5 месяцев. Скорость и качество обезвоживания зависит от климата, количества влаги в атмосфере и толщины доски. Правила атмосферной сушки регламентируются ГОСТом 2808.1-80 для пиломатериалов из хвойных пород и ГОСТом 7319-80 — для лиственных.

Рис. Схема обустройства сушилки на воздухе

Рис. Нагрузка с помощью клиньев

Основные недостатки: конструкция занимает много места, процесс сушки неконтролируем, и в районах с повышенной влажностью высок риск поражения пиломатериала грибком. Для такой местности рекомендуется предварительная обработка досок антисептиком.

Вакуумная сушилка

Используется для сушки дерева крупного сечения, лиственных твердых пород (например, дуба), ценной древесины, которая подвержена растрескиванию. Сушилка представляет собой герметичную камеру из нержавейки, в которую укладываются доски между алюминиевых нагревательных пластин. Верх камеры закрывается эластичным резиновым покрытием, прикрепленным к металлической раме.

По пластинам беспрерывно циркулирует горячая вода, которая нагревается внешним бойлером. Вакуум внутри камеры обеспечивается с помощью помпы, которая выкачивает влагу из помещения.

Рис. Схема работы вакуумной камеры

Для управления процессами внутри камеры используется микропроцессор. Для каждого сорта древесины оператор устанавливает свой уровень вакуума и температуру нагрева пластин. Например, буковая доска толщиной в 32 мм достигает 8% влажности за 29 ч. А сосновая с толщиной в 25 мм – за 17 ч. Поэтому основной плюс вакуумной сушки – быстрота обработки материалов.

Недостатки: малая вместимость камер (до 10 м3), большие энергозатраты, высокое внутреннее напряжение из-за неравномерного распределения по толщине материала конечной влажности. Эти недостатки устранены в новых вакуумных моделях, где сушение осуществляется при помощи горячего пара.

Но цена таких камер высока: 250 000 руб при объеме загрузки в 1 м3.

СВЧ сушилка

Суть «микроволнового» метода: древесина напитывается влагой, которая затем испаряется на уровне клеточных структур. Обезвоживание древесины производится токами высокой частоты – 915-2500 МГц.

Электромагнитное поле воздействует на уложенные в штабеля пиломатериалы в пространстве металлической камеры. Нагрев древесины происходит на уровне 50-60градусов, поэтому считается приближенным к естественным условиям.

Основный плюсы:

• мобильность;
• компактные размеры;
• скорость сушки на 30% выше чем у конвективных камер, при сравнительно низких затратах энергии (для сушки 1м3 сосны – 550 кВт/ч, дуба – 2000 кВт/час).

Недостатки:

• малые объемы загрузки (до 4,5 м3 для твердых лиственных пород и до 7 м3 — хвойных);
• высокая цена магнетронных генераторов при достаточно малом ресурсе их работы (не более 650 ч);
• неравномерность просушки;
• возможность возгорания материала внутри камеры – СВЧ-способ достаточно новый, и режимы сушки еще не отработаны.

Основные виды сушильных камер по принципу действия:

• Аэродинамические
• СВЧ-сушильные камеры
• Конвективные
• Конденсационные

А теперь разберем параметры качества сушки в разрезе представленных видов сушильных камер.

Аэродинамическая сушильная камера

Стоимость аэродинамической сушильной камеры сравнительно небольшая. Но затраты на энергию высокие. Представляет собой теплоизолированную камеру с вентилятором. Воздух нагревается за счет трения о лопатки вентилятора. Когда доска помещается в камеру, ее влажность распределена равномерно.

Далее начинается процесс сушки.

Циркулирующий горячий воздух вокруг доски подсушивает доску. После сушки при измерении влагомера, измеряющего влажность только верхнего слоя, мы увидим показатель влажности, которой и хотели добиться. Порядка 8-10%. Но если взять хороший игольчатый влагомер, то увидим настоящую влажность доски под поверхностным слоем, в 25-35%. Потому что доска осталась внутри сырой. Такую доску нельзя использовать. В ней огромное напряжение за счет разности по влажности (доску покоробит, потом она треснет).

Поэтому продолжаем сушку. Опять горячий воздух циркулирует на большой скорости вокруг доски.

Кстати, скорость потока в аэродинамической сушильной камере практически невозможно регулировать.

Продолжая сушить доску, ее внешний слой продолжает досыхать и пересыхает. От пересыхания верхний слой становится хрупким. Остается 1-3% влажности. Сухой слой уплотняется и сужается . Из внутреннего же слоя влага уходит медленнее. Соответственно, внутренний слой сужается медленнее, внешнего. А когда внутренний слой становится шире внешнего слоя доски — доска лопается.

Из вышесказанного напрашивается вывод: качественно высушить древесину в аэродинамической камере вряд ли получится

СВЧ сушильная камера

Довольно-таки интересная инженерная мыль.

Работает по принципу обычной бытовой микроволновки.

• Под воздействием электромагнитного излучения высокой частоты, молекулы древесины увеличивают скорость колебания и древесина нагревается.
• Сушка в СВЧ камере значительно сокращает сроки сушки.

Но на этом плюсы заканчиваются. Потому что стоит такая камера дорого, электроэнергии потребляет также, если не больше, чем аэродинамическая камера. Еще, в процессе практического применения свч-камер, выяснилось, что излучатели волн СВЧ быстро выходят из строя.

Заканчивая предложение, с которого начался обзор свч сушильных камер, Интересная инженерная мысль, но на практике не получила применения.

Конвективная сушильная камера

Этот вид сушильных камер можно назвать самым распространенным видом.

Вакуумная сушка

Вакуумная сушильная камера для древесины предназначена для ценных сортов лесоматериалов, таких как тик, венге, палисандр и другие. Функционирует такой агрегат от конвекторного нагрева древесины и вакуумного удаления лишней влаги. Протекает процесс при максимальной температуре +65. Однако вследствие вакуумного давления 0,09 МПа кипение происходит при 45,5. Такие условия дают возможность высушить древесину без агрессивного воздействия высокой температуры. Таким образом, не возникает высокого внутреннего напряжения, и древесина не подвергается растрескиванию.

Аэродинамическая сушка

Камерная сушка пиломатериалов в аэродинамических условиях получила широкое распространение вследствие довольно низкой цены, незамысловатой конструкции. Кроме этого, для работы на таком устройстве не нужны специфические знания обслуживающего персонала. Рентабельность достигается при сушке до 2000м³ в год хвойных лесоматериалов.

Из недостатков можно выделить:

• высокий уровень энергоемкости процесса сушки. Для того, чтобы высушить свежеспиленную древесину на выпаривание 1 литра влаги необходимо 1,15-1,3 кВтч. Электроэнергии, примерно, 240-290кВтч/м³
• нет возможности регулировать температуру. Присутствует лишь возможность замедлить скорость ее увеличения при помощи изменения проходного сечения центробежного вентилятора
• нет возможности организовать технологическую сушку по расписанию режимов «Руководящих технических материалов по технологии камерной сушки древесины».

Сушка в СВЧ камере

Такие устройства придуманы совсем недавно. Похожи они на замкнутую металлическую емкость. Работа осуществляется под действием отражательной поверхности СВЧ волн. Принцип действия схож с работой обычной микроволновки. При помощи СВЧ камеры сушится сырье любого сечения и габаритов. СВЧ камеры отличаются несложной конструкцией, настройки позволяются выбрать любую длину волны.

Основным минусом является высокая энергоемкость, как и у аэродинамических сушилок.