Необходимость сушки древесины после первичной обработки (распиловка на материалы заданных сечений) перед дальнейшим использованием – факт неоспоримый. Естественная сушка – процесс длительный и не такой простой, каким кажется на первый взгляд, поэтому для промышленных предприятий любого масштаба применяется ускоренная или камерная сушка. Для ее проведения необходимы специальные сооружения (сушильные камеры), техническое оборудование и технологии, обеспечивающие эффективность процесса сушки.
В качестве темы для нашей публикации мы выбрали особенности конструкции наиболее распространенных конвективных камер, принцип действия которых широко известен. Эти особенности определяют не только эксплуатационные параметры камер, в частности энергоэффективность и долговечность, но и объем капитальных затрат на их возведения и затрат на их эксплуатацию.
Ограждающие конструкции
Начнем с ограждающих конструкций (стены и перекрытия). Важнейшими свойствами ограждающих конструкций камеры являются стойкость в условиях повышенной влажности и агрессивной среды, теплоизоляция и герметичность.
Стены и перекрытия сушильных камер формируют либо из обычных строительных материалов, либо из сэндвич-панелей.
Какой из этих вариантов следует считать предпочтительным, вопрос достаточно сложный.
Если говорить о конвективных сушильных камерах небольшого объема (до 30 м3), то преимущества местных строительных материалов (кирпич, бетон, керамзитобетон или даже брус) могут быть ощутимыми. Для крупных комплексов применение таких материалов на сегодняшний день никак себя не оправдывает.
Утверждение о том, что стены, возведенные из кирпича, бетона или керамзитобетона, имеют практически неограниченный срок службы, является заблуждением. Эти материалы (особенно керамзитобетон) гигроскопичны и имеют достаточно высокую паропроницаемость. Повышенное давление воздуха в сушильной камере с принудительной организацией воздухообмена и значительный градиент температуры по отношению к окружающей среде вызывает проникновение пара через пористую структуру стен и перекрытия. Основное осложнение при проникновении пара внутрь ограждений заключается в его конденсации в толще ограждений, резком увеличении теплопотерь и даже разрушении ограждений из-за периодического образования льда в наружных слоях.
В связи с этим, следует выполнять довольно сложные и трудоемкие работы по гидроизоляции таких стен. Причем некачественное проведение этих работ практически полностью сводит к нулю их результат. Особенно остро эта проблема стоит в случае использования высокотемпературных режимов сушки.
Не менее важно обеспечить герметичность камеры. На начальных стадиях сушка древесины проводится при высокой влажности, поэтому влажный воздух из сушильной камеры должен удаляться тогда и только тогда, когда это требуется по режиму. При плохой герметичности невозможно выдержать заданную влажность воздуха. Использование системы увлажнения не помогает, даже если в сушильную камеру подается пар, поскольку значительная часть его выпадает в виде конденсата из-за соприкосновения с холодным воздухом. Поэтому вместе с работами по гидроизоляции стен и перекрытий камеры необходимо предусмотреть и их герметизацию.
Еще одна проблема – мостики холода, которые возникают в местах сопряжения плит перекрытия со стенами, в местах установки инспекционных дверей, ввода различных коммуникаций (приточные и вытяжные вентиляционные каналы, подвода электроэнергии, кабелей измерительных систем и т.д.). Наличие таких мостиков – это не только потери тепла, но и место конденсации пара.
Для ограждающих конструкций из бетона или кирпича устранение мостиков холода является весьма серьезной проблемой.
В высокотемпературных или паровоздушных камерах надежной герметизации и повышенной долговечности достигают путем облицовывания внутренних поверхностей ограждений листовым нержавеющим материалом (алюминием).
Надежная теплоизоляция камеры - это снижение потерь тепла, сокращение рабочего цикла, экономия электроэнергии и увеличение срока службы ограждающих конструкций. При плохой теплоизоляции на стенах, полу и потолке сушильной камеры будет конденсироваться влага, что не позволит выдержать заданную по режиму влажность воздуха на начальных стадиях сушки древесины. Если изоляция недостаточно эффективна, приходится довольно часто повторно подогревать воздух в камере, а такие скачки в цикле сушки, несомненно, отрицательно скажутся на качестве готовых пиломатериалов.
Если не применять специальной теплоизоляции, то стены из керамического кирпича (силикатный кирпич применять не рекомендуется) на цементном растворе марки М-50 с полным заполнением швов должны быть следующих размеров:
- наружные стены - в 2,5 кирпича (630 ... 640 мм);
- внутренние, выходящие в отапливаемые помещения,- в 2 кирпича (510 мм);
- промежуточные, между камерами, - в 1,5 кирпича (380 мм).
Стены штукатурят, но только с внутренней стороны камеры. Снаружи сушильные камеры оштукатуривать не рекомендуется. Штукатурка покрывается двумя-тремя слоями гидрофобизатора или просто эмали (пентафталевой или на эпоксидной основе).
Потолочные перекрытия камер выполняют из железобетонных плит толщиной 70 ... 100 мм, поверх которых наносят влагонепроницаемый слой из битумной мастики и наклеивают слой рубероида. Практика возведения таких сушильных камер показывает, что наиболее приемлемым вариантом для перекрытия является монолитная плита с заранее предусмотренными проемами под вентиляционные каналы. Готовое перекрытие обычно утепляют слоем шлака (керамзита) толщиной 250 ... 350 мм либо используют для этой цели пенобетон, пеностекло или другие изоляционные материалы.
Теперь несложно представить себе нагрузку на фундамент камеры и объем работ нулевого цикла.
Снижение нагрузки на фундамент возможно за счет снижения толщины стен (но не менее чем до 380 мм) и применения внешней теплоизоляции. Если в конструкции камеры используется железобетон для возведения стен камер, установка внешней теплоизоляции является обязательной..
Применение строительных материалов с более высокими теплоизоляционными свойствами (керамзитобетон, пенобетон и т.д.) ограничивается их прочностными свойствами, иначе говоря, размерами камеры (весом перекрытий). Кроме того, такие материалы, благодаря их повышенному влагопоглощению, требуют более внимательного отношения к гидроизоляции.
Для камер с объемом загрузки 20-30 м3 часто используют деревянный каркас в сочетании с современными теплоизоляционными материалами. Такой вариант может оказаться по-настоящему выгодным, при правильном выборе конструкции ограждающих конструкций и теплоизоляционного материала.
Здесь следует отметить, что выбор материала для теплозащиты и способа его укладки во многом определяет дальнейшую эксплуатацию камеры. Ошибки могут привести к оседанию, разрушению или насыщению теплозащиты влагой. Естественно, что все это негативно сказывается на эффективности работы камеры.
Установка теплоизоляции внутри камеры полностью исключается по вполне понятным причинам. Одна из них – пористая структура изоляционных материалов. Уберечь эти материалы от проникновения влаги практически невозможно. Вторая причина – выпадение конденсата между теплоизоляцией и холодными стенами (точка росы).
Но и внешняя теплоизоляция требует профессионального подхода к монтажу и эксплуатации. Здесь тоже необходимо учесть проблему точки росы, а также оптимальные условия для вентиляции теплоизоляционного материала и ряд других не менее сложных проблем.
Все эти факты были приведены с одной целью. За кажущейся дешевизной использования местных строительных материалов при возведении достаточно крупных сушильных комплексов (с объемом загрузки более 30 м3) скрывается масса проблем, которые сводят преимущества такого варианта к нулю, особенно, в долгосрочной перспективе.
Сборные сушильные камеры
В большинстве источников в качестве основного преимущества сборных камер из сэндвич-панелей отмечается лишь сокращение сроков монтажа и ввода в эксплуатацию.
При этом всегда подчеркивается, что такие камеры обходятся существенно дороже тех, которые изготовлены из местных строительных материалов.
Безусловно, минимальные (по сравнению с кирпичными или бетонными камерами) сроки монтажа и, соответствующие затраты на проведение этих работ, включая снижение затрат на сооружение фундаментов, - это большое преимущество.
Но этим достоинства современных конструкций сушильных камер далеко не исчерпываются.
Речь идет, конечно, не о тех производителях, которые, сокращая затраты на транспортировку, поставляют не готовые панели, а «полуфабрикат» - листы алюминия и теплоизоляционный материала отдельно. Сборка таких панелей на месте существенно зависит от квалификации сборщиков, условий сборки и жесткости контроля за сборочными операциями. Результат в этом случае иногда оказывается далеким от совершенства.
Наилучший вариант – поставки готовых панелей, произведенных в заводских условиях, в комплекте со специальными конструктивными элементами, обеспечивающими герметичное соединение панелей в стенах, соединение стен с перекрытиями и со всеми необходимыми устройствами, обеспечивающими нормальную работу камеры.
Наиболее ответственные поставщики производят предварительную сборку камеры в заводских условиях перед отправкой заказчику. Такой подход гарантирует эффективность работы камеры без длительного процесса отладки.
Что получается в итоге? Дешевизна используемых строительных материалов оборачивается не только длительностью строительства и монтажа сушильного оборудования, но и необходимостью проведения ряда дополнительных ответственных работ (гидроизоляция, герметизация и теплоизоляция), требующих квалифицированного труда и значительных затрат. Есть еще одно обстоятельство, которое существенно снижает привлекательность «самодельных» камер. Индивидуальность конструкции требует достаточно длительного периода времени для подбора оптимальных режимов сушки, а это не только потерянное время, но и дополнительный расход пиломатериалов, за счет повышенного выхода брака в процессе отладки режимов.
Вывод достаточно очевиден: самодельные камеры, привлекательные на первый взгляд, в конечном итоге оказываются не менее затратными по сравнению с профессионально изготовленными сборными камерами. Тем не менее, полностью сбрасывать со счетов вариант камеры из местных строительных материалов не стоит. Если разработку проекта такой камеры поручить опытным специалистам и тщательно исполнять их рекомендации в процессе строительства, то результат может быть вполне удовлетворительным. Только еще раз подчеркнем, что речь идет о небольших объемах загрузки.
Размер камер и способ их загрузки
Размеры и количество камер зависит в первую очередь от производственной программы предприятия. Для эффективного использования камер необходимо, чтобы сушильные штабели были сформированы из пиломатериалов одной длины, толщины и одной породы. Включение в сушильный штабель пиломатериалов различных сечений и различных пород приводит к тому, что продолжительность сушки будет определяться по самому большому сечению пиломатериала и по самой «трудной» для сушки породе. Кроме того, для различных пород необходимо применять различные режимы сушки для того, чтобы обеспечить минимальное количество бракованных пиломатериалов. Поэтому в случае, когда предприятие использует пиломатериалы различных сечений и различных пород древесины в небольших объемах, имеет смысл строительства нескольких камер небольшого объема. В противном случае предпринимателям придется мириться с потерями времени и качества сушки.
Есть один крайне важный для обеспечения высокого качества высушенного материала параметр: расстояние, которое проходит сушильный агент без подогрева с момента входа до момента выхода из штабеля загруженных пиломатериалов. Это очень важный параметр сушильной камеры, определяющий срок сушки и качество высушенных пиломатериалов.
Увеличивая объем камеры, следует предпринимать специальные меры, чтобы это расстояние не превышало 3,5 м. Одной из таких мер является возможность реверсирования - изменения направления потока сушильного агента на противоположное. Реверс потока сушильного агента осуществляется за счет изменения направления вращения вентиляторов. В отечественных источниках приводится мнение, что уже при укладке пиломатериалов в два штабеля (по глубине) и более вентиляторы должны быть реверсивными.
Сушильные камеры должны иметь конструкцию, обеспечивающую прохождение воздуха только через штабель пиломатериалов, т.е. исключающую свободные проходы сушильного агента или, так называемые, «мертвые» зоны. Свободные проходы снижают поток воздуха через штабель (следовательно, сушка древесины идет медленнее) и делают его неравномерным, что увеличивают неравномерность влажности по длине и сечению высушенных пиломатериалов. Свободный проход воздуха по бокам, вверху, снизу штабеля должен быть перекрыт шторами, порогами и прочими устройствами.
Боковые шторы рекомендуется установить таким образом, чтобы они оставляли пространство между ними и торцами штабелей примерно 10 - 15 см (это уменьшит растрескивание торцов). Верхние шторы в сушильной камере желательно сделать подвижными, так как сушка древесины приводит к уменьшению высоты штабеля пиломатериала.
Для равномерной сушки пиломатериалов по длине штабеля (при верхнем расположении вентиляторов) сушильные камеры, как правило, должны иметь не менее трех вентиляторов. Верхнее расположение вентиляторов предполагает наличие фальшпотолка. И здесь есть одна особенность, на которую следует обратить внимание. Вентиляторы работают в условиях повышенной температуры и влажности, и поэтому они имеют специальную защиту электродвигателей и подшипниковых опор (тропическое исполнение). Несмотря на это, все производители сушильных камер рекомендуют проводить осмотр и техническое обслуживание систем вентиляции не реже одного раза в три месяца. Иногда для этой цели приходится частично разбирать фальшпотолок. Но ведущие производители оборудуют специальные ниши для доступа в пространство над фальшпотолком и другие приспособления, обеспечивающие минимальную трудоемкость профилактических работ.
Для равномерной сушки древесины по высоте штабеля расстояние от задней стенки сушильной камеры до штабеля пиломатериала должно быть не менее четверти высоты штабеля, иначе необходимо обеспечить сужение воздушного канала сверху вниз.
Наличие свободных проходов для сушильного агента зависит от способа загрузки камеры. Существует два способа загрузки: с помощью фронтальных вилочных погрузчиков и с помощью рельсовых тележек. Нетрудно сделать вывод, что строительство камер с загрузкой на рельсовых тележках требует заметно более высоких капитальных затрат. Но при работе погрузчиков следует обеспечить безопасные зазоры между штабелями и стенами камер, чтобы избежать их повреждения и соответственно увеличить объем камеры, увеличивая при этом долю паразитных воздушных потоков. В современных камерах, как уже отмечалось выше, для ликвидации этих потоков используют заслонки или шторы.
В заключение следует отметить еще одно обстоятельство. Чтобы правильно высушить древесину, необходимо время от времени выбрасывать наружу слишком влажный воздух и забирать в камеру свежий. Размещение клапанов системы вентиляции камеры имеет свои особенности. Часто с целью экономии клапаны выводят на переднюю стенку камеры. Однако, при таком размещении влажный воздух из разных точек камеры забирается неравномерно, а передняя стенка постоянно подвергается усиленному воздействию влажного воздуха. Оптимальным следует считать их размещение на крыше, строго в шахматном порядке. В этом случае влажный воздух равномерно забирается из всех точек камеры и выбрасывается вверх, не контактируя с поверхностью. Для открытия и закрытия клапанов используются сервоприводы.
О других особенностях конструкции сушильных камер, включая конструкцию теплообменников, размещение средств измерения и автоматического управления, мы постараемся рассказать в следующем номере нашего журнала.
