Солнечные сушилки для сушки древесины

Солнечная сушилка Solar Dry для сушки древесины

    В основе технологии Solar Dry - принцип парника, основанный на использовании солнечного света в качестве бесплатного источника тепловой энергии. Сушильная камера представляет собой солнечный коллектор, обтянутый специальной полиэтиленовой пленкой и теплоизолированный с трех сторон деревянными щитами.
 
Принцип работы солнечной сушилки для древесины и пиломатериалов     Камера снабжена небольшими вентиляторами и патрубком для подачи дополнительного тепла. Тепло аккумулируется в камере, и температура воздуха внутри может быть на 40оC выше, чем снаружи. Процесс сушения протекает так же, как и в природных условиях: днем (при солнечном освещении) дерево сохнет, ночью кондиционируется. Однако в отличие от естественной атмосферной сушки, солнечная сушилка Solar Dry значительно уменьшает количество дефектов сушения и предотвращает изменение цвета дерева. Эта технология чрезвычайно экономична, так как практически не требует эксплуатационных расходов. Ее применение особо эффективно для предварительной сушки. После Solar Dry Kiln в промышленных сушильных камерах древесина доводится до нужного процента влажности за считанные часы.
   
  1. Энергия солнечных лучей, падающих на поверхность пленки, аккумулируется в сушилке
  2. Воздух в сушильной камере нагревается
  3. Наружный воздух может быть использован для предотвращения трещин в древесине, вызываемых слишком быстрой сушкой
  4. Воздух проходит через штабель, насыщаясь влагой
  5. Поток воздуха с помощью вентиляторов циркулирует по камере или выбрасывается наружу
  6. Выброс насыщенного влагой воздуха
Солнечная сушилка фронтальный вид
Солнечная сушилка для пиломатериалов
Сушилка солнечная для древесины вид слева
Вид слева сушилки Solar Dry Timber

  Наиболее экономичный способ начать сушку древесины

    Уже на протяжении многих лет большой интерес вызывают попытки использования солнечной энергии в процессе сушки древесины. В настоящее время сконструировано много солнечных сушильных камер (чаще всего прототипы) с разными конструкциями. Предыдущий опыт по использованию солнечной энергии для сушки древесины указывает на тот факт, что, возможно, эффективность сушки в большой степени зависит от климатических условий. Логично задать вопрос: обоснована ли солнечная сушка древесины в русских климатических условиях? (географическая широта 49-55о).
    Предлагаем вашему вниманию научно-практическую информацию о солнечной сушке из польского журнала "Suszarki do drewna". Возможно, эта технология заинтересует вас своей простотой и экономичностью.

  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.
   
  График изменения параметров воздуха и равновесной влажности древесины в течении года, типичные для средней части Европы
   
Рис.1 Изменения параметров воздуха и равновесной влажности
древесины в течении года, типичные для средней части Европы:
________ Шлезвиг-Гольштейн
_ _ _ _ _ горная Бавария
   
    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.
   
Кривые сушки хвойных пиломатериалов шириной 20-30 мм в разные времена года в условиях Санкт-Петербурга
   
Рис.2 Кривые сушки хвойных пиломатериалов шириной 20-30 мм в разные времена года в условиях Санкт-Петербурга
   
    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 48о).
    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 48о. 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.
   
Сравнение эффектов солнечной (1) и естественной (в вентилируемом штабеле) (2) сушки пиломатериалов  
   
Рис.3 Сравнение эффектов солнечной (1) и естественной
(в вентилируемом штабеле) (2) сушки пиломатериалов
   
    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 Чехословакии

    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 45о. 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. 
   
Сравнение эффектов солнечной (1) и естественной без вентиляции штабеля) (2) сушки пиломатериало  
   
  Рис.4 Сравнение эффектов солнечной (1) и естественной
(без вентиляции штабеля) (2) сушки пиломатериалов

  Три варианта солнечных сушилок

    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).
   
  Сравнение эффектов конденсационно-солнечной сушки в разное время года: 1 - зима, 2 - весна, 3 - осень, 4 - лето
   
    В сравнении с солнечной сушкой (без конденсационного устройства) наблюдалось уменьшение времени сушки, особенно зимой (рис. 6), при одновременном снижении энергопотребления.
   
Сравнение эффектов солнечной (1) и конденсационно-солнечной сушки (2) в зимний период
   
Рис.6 Сравнение эффектов солнечной (1) и конденсационно-
солнечной сушки (2) в зимний период
   
    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.
   
Распределение температуры и влажности Распределение температуры и влажности
   
Рис.7 Распределение температуры и влажности
 в разрезе материала во время конвекционной
 сушки
 ______ влажность древесины
 _ _ _ _  температура

Заключительные моменты и выводы

  1. Сушка древесины в 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. 
  2. Качество пиломатериала, который сушится в солнечных сушильных камерах, гораздо выше того, которое можно получить в случае традиционной сушки. Этому благоприятствует более медленное и мягкое протекание процесса сушки, а также естественная цикличность этого процесса.
  3. С учетом мягкости протекания процесса сушки в солнечных сушильных камерах, особенно рекомендуется применение их для сушки древесины лиственных пород больших размеров.
  4. В зоне умеренного климата солнечная сушка в зимнее время протекает значительно медленнее и труднее, нежели летом. Для этого, особенно зимой, рекомендуется применение небольшого нагревательного устройства или (лучше) конденсационного агрегата.
  5. Окупаемость солнечной сушки, особенно в случае несложной конструкции, а также при подключении системы солнечной сушки к традиционной сушильной камере, возможна. Особенно полезным может оказаться создание конденсационно-солнечной сушильной камеры.
 
Источник: "Suszarki do drewna", Szkola Glowna Gospodarstwa Wiejskego w Warszawie, 1996.