Сонячне сушіння деревини: історія, сучасний стан та перспективи розвитку в Україні
Розглядається коротка історія та
перспективи розвитку технології сушіння деревини – атмосферного,
конвективного, вакуумного, конденсаційного та сонячного способів. Проведено ґрунтовний огляд традиційних та інноваційних способів
модифікації деревини. На основі порівняння властивостей, що набуває
модифікований матеріал, здійснено аналіз його застосування, та зроблено
висновок на користь теплової модифікації як промислового економічно
доцільного способу. Всесторонньо розглянуто технологічні особливості
промислово відомих методів термічної модифікації та властивості
термічно модифікованої деревини. Наведено дані по патентному захисту
технології термічної модифікації деревини і особливу увагу зосереджено
на конкурентноздатності інноваційного продукту та на реальному
впровадженні його на ринок.
Вступ.
Всім відомо, що сушіння деревини є необхідною операцією більшості технологічних процесів деревообробки. З однієї сторони для промислових способів сушіння не характерне забруднення навколишнього середовища, а з іншої неякісне сушіння зумовлює скорочення термінів експлуатації виробів. Це в свою чергу є причиною перевитрати деревини і нераціонального використання лісових ресурсів. Для України, як малолісистої держави, ця проблема стоїть надзвичайно гостро.
1. Коротка історія розвитку технології сушіння деревини.
На сьогоднішній день в практиці мають місце ряд способів сушіння деревини, до яких можна віднести атмосферний, конвективних, вакуумний та інші. Атмосферний спосіб сушіння, як один з найпростіших, базується на використанні сушильного потенціалу атмосферного повітря. Даний спосіб цілеспрямовано використовувався вже римськими архітекторами в першому столітті до нашої ери. Однак незважаючи на низькі витрати, його значна тривалість і низька керованість процесом були і залишаються основними лімітуючими факторами його широкого впровадження. Одним з найпоширеніших способів сушіння пиломатеріалів є конвективний, частка якого становить за різними даними 70-80% всього сушильного обладнання в Європі. Якщо заглянути в минуле, то основною причиною розвитку камерного сушіння було бажання інтенсифікувати процес і створити такі умови сушіння, на які б не впливали кліматичні фактори. Перші літературні згадки про використання сушильних установок для деревини датовані 18-м століттям. Характерною особливістю перших сушарок є природна циркуляція повітря. Важливий поступ вперед відбувся при широкому впровадженні електроенергії та використанні вентиляторів для створення примусової циркуляції повітря, що створило передумови для інтенсифікації процесу сушіння та його кращого контролю. Для контролю температури і відносної вологості повітря починають використовуватися термометри. Розробляються перші режими сушіння деревини, параметри середовища згідно яких змінюються за часом сушіння. Однак результат сушіння в той час в значній мірі залежав виключно від кваліфікації оператора. Розробляється система контролю вологості деревини на основі вагового методу. З’являються нові конструкції сушарок. Так вже в 20-х роках 20 століття побудовано перші сушарки безперервної дії, а конструкції сучасних сушарок цієї групи, які набули широкого поширення в скандинавських країнах для підсушування деревини хвойних порід, впроваджено тільки наприкінці 50-х рр. Значний поступ вперед було здійснено на поч. 50-х рр.., коли вперше використано електричні вологоміри. Відразу ж було розроблено режими які базуються на зміні параметрів сушильного середовища в залежності від вологості деревини, впроваджуються перші напівавтоматичні блоки управління процесом сушіння.
Це дозволило скоротити тривалість сушіння та з більшою точністю управляти сушильними параметрами. В цей же час конструкції цегляних сушарок з низькою тепло- і вологоізоляцією огороджень трансформуються в алюмінієві з високими ізоляційними та антикорозійними властивостями. Розвиток систем автоматики, спочатку в аналоговій, а потім в цифровій формі дозволяє сьогодні застосовувати повністю автоматичні системи управління процесами сушіння. Згідно висновків світових лідерів у виробництві сушильного обладнання, альтернативою конвективному способу сушіння на сьогоднішній день є вакуумне сушіння. Переваги вакуумного способу сушіння відомі понад 100 років. Вже в 1894 році видано перший патент на даний спосіб сушіння, а в 1922р. в Швеції і 1934 р. в Японії патентують вакуумне сушіння деревини. Однак тільки в 1962 році в Італії було побудовано першу вакуумну сушарку, особливістю якої було циклічне нагрівання деревини. В 1964 році побудовано сушарку з контактним нагріванням матеріалу від гарячих плит, а на початку 70- х рр. з’являються перші вакуумно-діелектричні сушарки. Основні переваги вакуумного способу сушіння в порівнянні з конвективним це менша тривалість процесу сушіння, ефективність при сушінні товстих пиломатеріалів, малий риск забарвлення деяких порід деревини внаслідок окислення, проста і швидка інсталяція установки і відносно низьке енергоспоживання. До недоліків можна віднести низький економічний ефект при сушінні тонких пиломатеріалів та деревини м’яких порід, великий риск виникнення дефектів при невідповідних режимних параметрах і внаслідок відсутності візуального контролю, потреба у високій кваліфікації обслуговування і нарешті значні капітальні витрати. Поряд з вищеназваними способами, в останній час на вітчизняному ринку з’явилися конденсаційні сушарки, особливістю яких є відведення вологи з камери не у вигляді водяної пари, як це має місце в конвективних сушарках і є причиною значних тепловтрат, а у формі конденсату. Основними їх перевагами є простота і швидкість в інсталяції і обслуговуванні. Однак основним недоліком конденсаційних сушарок є відносно низькі температури сушіння, тому їх особливістю є значна тривалість нагрівання деревини, велика тривалість процесу сушіння в цілому та суттєве енергоспоживання. В загальному сушарки даної групи можна рекомендувати для сушіння (або висушування до кінцевої вологості атмосферно сухої) деревини твердих листяних порід.
2. Розвиток сонячного сушіння деревини
Перші спроби використання енергії сонячного випромінювання для сушіння деревини датовані 30-ми роками 20 ст. Однак активні дослідження в цьому напрямку започатковано лише наприкінці 50-х, поч. 60-х рр. в США та Індії. Значним поштовхом в будівництві прототипів стала енергетична криза середини 70-х років, в результаті чого з’являється ряд пілотних проектів сонячних сушарок як в тропічних так і в помірних широтах. Наприкінці 70-х, поч. 80-х рр. з’являються перші установки даного типу на європейському континенті (Англія, Німеччина, Чехословаччина, Польща). ..
