Наиболее экономичный способ начать сушку древесины.

Предлагаем вашему вниманию научно-практическую информацию о солнечной сушке из польского журнала "Suszarki do drewna". Возможно, эта технология заинтересует вас своей простотой и экономичностью, как она в свое время заинтересовала нас.

Естественная сушка на открытом воздухе
Сухая древесина складируется на открытом месте или под навесом. Источником энергии, необходимой для удаления влаги из древесины, являются солнце и ветер. Интенсивность процесса сушки, а также конечная влажность древесины зависят от текущих погодных условий и, следовательно, изменяются во времени. Типичные для средней части Европы изменения температуры и влажности воздуха на протяжении года, а также соответствующие им кривые равновесной влажности древесины показаны на рисунке 1.

 

Из рисунка видно, что в летние месяцы теоретически можно высушить пиломатериал до 12-13% влажности. В действительности влажность древесины в штабеле на несколько процентов выше, так как влажность внутри древесины достигает равновесной влажности с некоторой задержкой. В осенне-зимнее время конечная влажность древесины гораздо выше. Возможности влияния на протекание процесса сушки весьма ограничены и сводятся только к способу укладывания досок, а также установки штабеля на площадке. В зависимости от типа и толщины древесины естественная сушка продолжается от 3-х месяцев до 3-х лет. Огромное значение имеет месяц, когда был выставлен штабель. Во время исследований, проведенных в 70-е годы на Хайновских деревообрабатывающих предприятиях, свежие дубовые доски, уложенные в штабели в июле, сохли до влажности около 20% в течение 15-18 дней, а такие же доски, уложенные в октябре, достигали данного уровня влажности только через 220-240 дней. При равномерном укладывании в течение года, большинство досок (около 54%) достигала желаемого уровня конечной влажности в мае. Таким образом, существует проблема обеспечения непрерывности производства.
Зависимость времени сушки хвойного пиломатериала толщиной 20-30 мм от времени года в условиях Санкт-Петербурга показана на рисунке 2.

 

Естественная сушка требует наличия больших производственных запасов, а также площадки большого размера.
Несомненным преимуществом этого способа сушки является высокое качество продукции. Согласно немецким данным, немногочисленные повреждения появляются только в случае чрезвычайно интенсивного солнечного излучения или действия горного ветра в начальный период сушки. 

Сушка древесины в солнечных сушильных камерах в Канаде
Возможность использования энергии солнечных лучей для сушки древесины была подтверждена экспериментально сначала в странах с тропическим климатом (Пуэрто Рико, Индия, Тайвань, Уганда, Филиппины, Гана, Пакистан), позже - в зоне умеренного климата. В 1977-1979 гг. были проведены эксперименты по солнечной сушке древесины в канадской провинции Онтарио (географическая широта 48^о).
Исследования показали преимущество солнечной сушки по сравнению с естественной сушкой с точки зрения скорости и качества, а также конечной влажности древесины. Выявлено, что самым благоприятным периодом для солнечной сушки в данной климатической зоне является лето. Однако, древесина, которая сушилась зимой, содержала меньше дефектов. Канадские эксперименты доказали, что солнечная сушка древесины возможна в географических широтах, близких к российским.
В 1978 г. были проведены опыты по сушке досок в экспериментальной солнечной сушилке с воздушной системой, которая была установлена на географической широте 48^о. На рисунке 3 представлены одновременно солнечная сушка и естественная сушка в одинаковых погодных условиях. Солнечная сушильная камера и штабель древесины под открытым навесом для естественной сушки находились рядом. Сушилась еловая доска толщиной 40 мм, шириной 90 мм и длиной 4 м. Из рисунка видно, что первые две недели (с 11 мая по 20 июня 1978 г.) солнечная сушка протекала медленнее по сравнению с естественной. Возможно, это происходило потому, что вентиляторы в солнечной сушильной камере работали только в течение дня, средняя скорость воздуха между досками штабеля во время работы вентиляторов составляла 0,2-0,3 м/с, а средняя скорость ветра в этот период была 0,6 м/с, и контрольный штабель вентилировался в течение полных суток. 

 

Когда влажность древесины достигла уровня ниже влажности насыщения волокон (около 28%), скорость естественной сушки уменьшалась по мере сушки древесины, однако процесс солнечной сушки шел значительно быстрей (так же, как и в традиционной сушильной камере). Снижение скорости солнечной сушки наблюдалось при меньшей влажности древесины, чем при естественной сушке. Таким образом, в солнечной сушильной камере получена конечная влажность 8,2%, а в контрольном штабеле - 16,7%. Похожие результаты получены и в других опытах, проведенных в той же самой сушильной камере. Только во время сушки в зимний период были получены несколько большие показатели конченой влажности (13-18% в солнечной сушильной камере и 20-25% в контрольном штабеле).
При достижении влажности древесины 30%, время солнечной сушки не отличалось от времени сушки на открытом воздухе. Однако, в пределах влажности 30-20% солнечная сушка протекала в два раза быстрее. Авторы опытов предлагают производить солнечную сушку до среднего показателя влажности 30%, а уже потом досушивать материал в традиционной сушильной камере. В зимний период, с учетом некоторых проблем в работе солнечной сушильной камеры, обосновано использование в ней небольших устройств для обогрева или устройств по осушению воздуха (как в конденсационных камерах). Опыты также показали, что работа вентиляторов должна производиться только на протяжении дня, а доступ воздуха может оставаться постоянно открытым.

Результаты исследований из Польши и Чехо-Словакии
Представленные результаты послужили импульсом к проведению подобных исследований в Польше. Попытка сушки сосновых досок (толщина 32 мм, ширина 200 мм, длина 4 м) с начальной влажностью 15% до уровня влажности 8,4% в сушильных камерах летом дала такие же результаты, как и те, что были получены в Горной Баварии, т.е. подтвердила полезность метода солнечной сушки в польских климатических условиях.
Экспериментальная солнечная сушильная камера для древесины была также сконструирована в Чехо-Словакии. При размерах камеры 7 м3 был установлен солнечный коллектор площадью около 29 м2 с углом наклона в 45^о. Проведенные эксперименты показали возможность солнечной сушки в этих климатических условиях, особенно сушки толстой доски лиственных пород.
На рис. 4 представлен процесс солнечной и естественной сушки (без вентиляции штабеля). В первые дни солнечная сушка протекала значительно быстрее. Затем обе кривые изменений влажности древесины во времени становятся практически одинаковыми, однако влажность штабеля в солнечной сушильной камере меньше по значению. Конечная влажность, полученная при естественной сушке, была достигнута в сушильной камере уже после 1/3 времени протекания естественной сушки. 

 

Три варианта солнечных сушилок
На основе этих экспериментов, было предложено три варианта использования сушильной камеры с традиционным и солнечным обогревом:
  - производить предварительную сушку досок исключительно солнечной энергией до уровня влажности насыщения волокон, а затем дальнейшую традиционную сушку;
  - производить предварительную сушку при одновременном солнечном и традиционном обогреве, а затем только традиционную сушку;
  - при неблагоприятных атмосферных условиях использовать исключительно традиционную сушку.

Конденсационно-солнечная камера
В следующей серии опытов солнечная сушильная камера была оборудована дополнительным конденсационным агрегатом, т.е. камера была конденсационно-солнечной. В такой камере влажность древесины снизилась со 100% до 7% в период от 6 до 18 дней в зависимости от времени года (рис. 5). 

 

В сравнении с солнечной сушкой (без конденсационного устройства) наблюдалось уменьшение времени сушки, особенно зимой (рис. 6), при одновременном снижении энергопотребления.

 

Можно утверждать, что комбинация конденсационно-солнечной сушки дает лучшие результаты, чем каждый из этих способов, применяемый отдельно. Это объясняется так: наступает быстрое прогревание камеры и мокрого пиломатериала, уменьшается потребление энергии при сокращении времени сушки, а зависимость условий сушки от погодных условий пропадает. 

Окупаемость солнечной сушки
Солнечная сушка древесины - один из нескольких возможных вариантов сушки в низкотемпературных камерах. С учетом времени сушки (и производительности процесса), а также конечной влажности древесины, солнечная сушка представляет собой промежуточный процесс между естественной сушкой (на открытом воздухе), а также сушкой в вентилируемых штабелях, и традиционной сушкой в средне- и высокотемпературных сушильных камерах. Расходы по солнечной сушке могут быть гораздо больше, нежели расходы по естественной сушке (и даже сушке в вентилируемом штабеле), но дешевле, чем традиционная сушка.
Окупаемость солнечной сушки зависит от инвестиционных затрат, а также стоимости используемой энергии. Ее можно достигнуть в случае использования не слишком сложных конструкций солнечной сушильной камеры.

 

Цикличность процесса 
Процесс сушки древесины в солнечных сушилках, в общем, протекает медленнее и мягче по сравнению с традиционными сушильными камерами. Это позволяет получить пиломатериалы лучшего качества и уменьшить количество брака. Кроме того, в случае нехватки дополнительных источников тепла, этот процесс может быть циклическим (прерываемым), поскольку циклическими являются суточные изменения количества подаваемой энергии. Такая цикличность имеет свои плюсы. Известно, что в продолжительном процессе традиционной сушки профили влажности и температуры в разрезе элемента, подвергаемого сушке, направлены в противоположную сторону (рис. 7). Это вызывает торможение процесса диффузии влаги на поверхность, а также способствует проявлению напряжений, вызывающих растрескивание материала. Неблагоприятные явления могут быть уменьшены благодаря перерывам в процесс сушки. При солнечной сушке такие перерывы абсолютно естественны.

Заключительные моменты и выводы

1. 
   Сушка древесиныв сушильных камерах, использующих солнечную энергию, вызывает  значительное ускорение процесса сушки, а также уменьшение конечной влажности древесины по сравнению с естественной сушкой в вентилируемых штабелях. Эффективность солнечной сушки гораздо ниже эффективности сушки в традиционных сушильных камерах.