Солнечные сушилки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Солнечные сушилки

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). солнечный сушка древесина погода

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. Собственные солнечные сушилки мы введем в эксплуатацию в апреле.

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.

Рис.1 Изменения параметров воздуха и равновесной влажности древесины в течении года, типичные для средней части

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.

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.

Возможность использования энергии солнечных лучей для сушки древесины была подтверждена экспериментально сначала в странах с тропическим климатом, 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.

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.

Представленные результаты послужили импульсом к проведению подобных исследований 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, т.е. подтвердила полезность метода солнечной сушки в польских климатических условиях.

Экспериментальная солнечная сушильная камера для древесины была также сконструирована. 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.

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

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).

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.

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.

Заключительные моменты и выводы

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.

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.

С учетом мягкости протекания процесса сушки в солнечных сушильных камерах, особенно рекомендуется применение их для сушки древесины лиственных пород больших размеров.

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.

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.

Список иполозованных источников

1. Даффи Дж., Бекман У.А. Тепловые процессы с использованием солнечной энергии.-М.: Мир,1977-г.

2. Умаров Г.Г, Мирзияв Ш.М., Юсупбеков О.Н. Келиосушка сельхозпродуктов.- Ташкент «ФАН»,1995-г.

3. Стребков Д.С. Роль солнечной энергии в энергетике будущего

4. утузов В.А. Состояние и перспективы развития солнечных тепловых установок в России.

5. Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. М.: Энергия 1973-г.

6. Исманжанов А.И., Кылычев Ш.И., Эркинбаева Г. Тепломассообмен в солнечных парниковых опреснителях с дополнительной камерой конденсации. «Наука, Образование, Техника», 2002-г.

Размещено на Allbest.ru