Солнечное сушение дерева: история, современное состояние и перспективы развития в Украине

Рассматривается короткая история и перспективы развития технологии сушения дерева – атмосферного, конвективного, вакуумного, конденсационного и солнечного способов. Проведен основательный обзор традиционных и инновационных способов модификации дерева. На основе сравнения свойств, которое приобретает модифицированный материал, осуществлен анализ его применения, и сделан вывод в пользу тепловой модификации как промышленного экономически целесообразного способа. Всесторонне рассмотрены технологические особенности промышленно известных методов термической модификации и свойства термически модифицированного дерева. Приведены данные по патентной защите технологии термической модификации дерева и особое внимание сосредоточенно на конкурентоспособности инновационного продукта и на реальном внедрении его на рынок.

Введение.

Всем известно, что сушение дерева является необходимой операцией большинства
технологических процессов деревообработки. С одной стороны для промышленных
способов сушения не характерное загрязнение окружающей среды, а из
другой некачественное сушение предопределяет сокращение сроков эксплуатации изделий. Это
в свою очередь является причиной перерасхода дерева и нерационального
использования лесных ресурсов. Для Украины, как малолесного государства, эта
проблема стоит чрезвычайно остро.

1. Короткая история развития технологии сушения дерева.

На сегодняшний день в практике имеют место ряд способов сушения дерева,
к которым можно отнести атмосферный, вакуумный и прочие.
Атмосферный способ сушения, как один из простейших, базируется на
использовании сушильного потенциала атмосферного воздуха. Данный способ
целеустремленно использовался уже римскими архитекторами в первом
столетии к нашей эре. Однако несмотря на низкие затраты, его значительная
продолжительность и низкая управляемость процессом были и остаются основными
лимитирующими факторами его широкого внедрения.
Одним из наиболее распространенных способов сушения пиломатериалов есть конвективный,
частица которого представляет за разными данными 70-80% всего сушильного
оборудования в Европе. Если заглянуть в прошлое, то основной причиной
развития камерного сушения было желание интенсифицировать процесс и создать
такие условия сушения, на которые бы не влияли климатические факторы. Первые
литературные упоминания об использовании сушильных установок для дерева
датированные 18-м столетием. Характерной особенностью первых сушилок является
естественная циркуляция воздуха. Важный прогресс вперед состоялся при широком
внедрении электроэнергии и использовании вентиляторов для создания
принудительной циркуляции воздуха, который создал предпосылки для интенсификации
процесса сушения и его лучшего контроля. Для контроля температуры и
относительной влажности воздуха начинают использоваться термометры.
Разрабатываются первые режимы сушения дерева, параметры среды согласно
которым изменяются за временем сушения. Однако результат сушения в то время в значительной мере зависел исключительно от квалификации оператора. Разрабатывается
система контроля влажности дерева на основе весового метода. Появляются
новые конструкции сушилок. Так уже в 20-х годах 20 столетие построены первые
сушилки беспрерывного действия, а конструкции современных сушилок этой группы, которые
приобрели широкое распространение в скандинавских странах для подсушивания
дерева хвойных пород, введено только в конце 50-х гг. Значительный
прогресс вперед было осуществлено на поч.50-х гг.., когда впервые использованы
электрические влагомеры. Сразу же были разработаны режимы которые базируются на
изменении параметров сушильной среды в зависимости от влажности дерева,
внедряются первые полуавтоматические блоки управления процессом сушения.

Это разрешило сократить продолжительность сушения и с большей точностью управлять
сушильными параметрами. В этот же время конструкции кирпичных сушилок с
низкой тепло- и влагоизоляцией ограждений трансформируются в алюминию с
высокими изоляционными и антикоррозийными свойствами. Развитие систем
автоматики, сначала в аналоговой, а потом в цифровой форме разрешает сегодня
применять полностью автоматические системы управления процессами сушения.
Согласно выводам мировых лидеров в производстве сушильного оборудования,
альтернативой конвективному способа сушения на сегодняшний день есть
вакуумное сушение. Преимущества вакуумного способа сушения известные свыше 100
лет. Уже в 1894 году выдан первый патент на данный способ сушения, а в
1922г. в Швеции и 1934 г. в Японии патентуют вакуумное сушение дерева.
Однако только в 1962 году в Италии было построено первую вакуумную сушилку,
особенностью которой было циклическое нагревание дерева. В 1964 году построена
сушилка с контактным нагреванием материала от горячих плит, а в начале 70-
х гг. появляются первые вакуумно-диэлектрические сушилки.
Основные преимущества вакуумного способа сушения в сравнении с конвективним это
меньшая продолжительность процесса сушения, эффективность при сушении толстых
пиломатериалов, малый риск окраски некоторых парод дерева вследствие
окисления, простая и быстрая инсталляция установки и относительно низкое
энергопотребление. К недостаткам можно отнести низкий экономический эффект
при сушении тонких пиломатериалов и дерева мягких пород, большой риск
возникновения дефектов при несоответствующих режимных параметрах и вследствие
отсутствия визуального контроля, потребность в высокой квалификации
обслуживания и в конце концов значительные капитальные затраты.
Рядом с вышеназванными способами, в последнее время на отечественном рынке
появились конденсационные сушилки, особенностью которых являются отводы влаги из
камеры не в виде водной пары, как это имеет место в конвективных сушилках и является
причиной значительных теплопотерь, а в форме конденсата. Основными их преимуществами
является простота и скорость в инсталляции и обслуживании. Однако основным недостатком
конденсационных сушилок есть относительно низкие температуры сушения, поэтому их
особенностью является значительная продолжительность нагревания дерева, большая продолжительность
процесса сушения в целом и существенное энергопотребление. В общему сушилки
данной группы можно рекомендовать для сушения (или высушивание к конечной
влажности атмосферно сухой) дерева твердых лиственных пород.

2. Развитие солнечного сушения дерева

Первые попытки использования энергии солнечного излучения для сушения
дерева датированные 30-мы годами 20 ст. Однако активные исследования в этом
направлении начато лишь в конце 50-х, поч.60-х гг. в США и Индии.
Значительным толчком в строительстве прототипов постоянный энергетический кризис
середины 70-х лет, в результате чего появляется ряд пилотных проектов
солнечных сушилок как в тропических так и в воздержанных широтах. В конце 70-х,
поч.80-х гг. появляются первые установки данного типа на европейском
континенте (Англия, Германия, Чехословакия, Польша). ...