Дерево – это «живой» материал, меняющий свои свойства не только во время роста, но долгое время после сруба. Влажность – одна из важнейших характеристик древесины для ее применения. Данный материал очень восприимчив к изменениям окружающей среды. Одним из его свойств является «дыхание» - поглощение и выделение газов стенками клеток материала. По такому же принципу эти клетки всасывают и выделяют влагу.
Что может влиять на содержание влаги в древесных тканях? Существует 3 основных фактора:
Порода дерева
Время года, в которое его спилили;
Особенности климата.
Рассмотрим наиболее употребимые понятия влажности древесины.
Естественная влажность древесины
Это уровень влаги, содержащийся в дереве на момент спила . Его еще называют «начальной влажностью». От этого значения отталкиваются при дальнейших действиях с партией материала: так, например, можно рассчитать время и условия сушки. Содержание влаги при разных условиях может варьироваться от 25 до 80% . При определении естественной влажности той или иной партии древесного материала мы всегда будем иметь в виду "влажность при конкретных условиях".
Равновесная влажность
Когда древесина долгое время находится в одной и той же воздушной среде, без значительных изменений влажности воздуха и температуры, материал достигает равновесной влажности. Это состояние, когда процесс усушки или насыщения влагой в данных условиях прекратился, и процент влажности стал постоянным. Стоит отметить, что разные породы дерева в одних и тех же условиях достигают практически равных показателей внутренней влаги.
В зависимости от разных условий содержания различают 5 степеней влажности древесины :
Мокрая – влажность более 100%, такое состояние достигается при длительном хранении дерева в воде.
Свежесрубленная - уровень влаги от 50 до 100%.
Воздушно сухая – от 15 до 20 %. Такие показатели достигаются при хранении на воздухе, они различаются в зависимости от температуры и выпадения атмосферных осадков.
Комнатно-сухая – от 8-10%. Уровень влаги устанавливается при хранении в помещении.
Абсолютно сухая – древесина с влажностью 0%.
Свободная и связанная влага
В тканях дерева присутствует 2 типа жидкости:
Связанная влага – находится внутри клеток дерева.
Свободная влага – та, что наполняет поры и каналы тканей, но еще не впиталась клетками.
Точка насыщения волокон древесины
С этими двумя понятиями связана так называемая точка насыщения волокон: тот процент влажности древесины, когда из нее удалена вся свободная влага, но при этом в ней остается связанная жидкость.
Для разных пород дерева эта степень определяется от 23 до 31% .
Ясень – 23%
Каштан, веймутова сосна – 25%
Сосна, Ель, Липа – 29%
Бук, лиственница – 30%
Пихта Дугласа, секвойя – 30,5 -31%
Эта величина имеет значение, поскольку объемы и размеры древесины изменяются при влажности от 0% до точки насыщения. После полного заполнения клеток водой объем дерева не будет значительно увеличиваться.
Измерение влажности дерева влагомметром
Абсолютная влажность древесины
Рассмотрим понятия абсолютной и относительной влажности.Возьмем деревянный брусок.
Абсолютная влажность является отношением массы внутренней жидкости к массе полностью высушенного бруска.
Величина высчитывается по формуле:
W = (m – m 0) / m 0 x 100,
где, (m) и (m 0) – масса влажного и высушенного бруска.
ГОСТ 17231-78 трактует данную величину просто как «влажность». Но это понятие неудобно использовать в расчетах, поскольку количество воды относится именно к сухой массе, а не к полному весу. В результате этого возникают расхождения: например 1000 г древесины содержит 200 г влаги, но абсолютная влажность высчитывается как 25%.
Относительная влажность древесины
Это более удобное понятие для расчётов, поскольку в нем отражается отношение массы внутренней жидкости к полной массе бруска. Формула расчёта – самая простая:
W отн. = m воды / m образца x 100.
Эту формулу используют в расчёте теплотехники для определения объема испаряемой из дров воды. Согласно ему, при влажности 20% в 1000 – граммовом бруске находится 200 грамм влаги и 800 гр сухих волокон– вполне логичный результат.
Влажность пород древесины
Одним из факторов, влияющих на влажность, является порода дерева. Благодаря разной структуре волокон одни породы мгновенно реагируют на изменения внешней среды, впитывают и высвобождают воду. Другие – более устойчивы и очень медленно насыщаются влагой.
К наиболее активно впитывающим влагу породам относятся бук, груша, кемпас
Стабильными и устойчивыми к изменениям считаются дуб, мербау.
Более «сухие» породы при усушке имеют тенденцию к растрескиванию. Умеренно-влажные, такие как дуб, более устойчивы к таким явлениям, меньше изменяют свои свойства при изменении условий.
При спиле в обычных условиях влажность разных пород древесины имеет следующие средние значения:
Влажность древесины для гранулирования пеллет
Пеллеты и топливные брикеты ценятся благодаря низкому уровню влажности в топливе. Уровень содержания влаги в нем составляет 8-12%. С такими характеристиками при сжигании образуется минимальное количество дыма.
Оптимальным уровнем влажности древесины для пеллетного производства является уровень 12-14%. Молотковые дробилки работают в том числе с щепой до 65% влажности, но при такой влажности невозможно измельчить материал до необходимой фракции, поэтому измельчение происходит в несколько этапов. Для доведения измельченных опилок до нужной кондиции используются комплексы с сушильными барабанами.
Влажность – одна из основных характеристик древесины. Влажность – это выраженное в процентах отношение массы воды к сухой массе древесины.
Абсолютной влажностью древесины называется отношение массы влаги, находящейся в данном объеме древесины, к массе абсолютно сухой древесины.
Относительная влажность древесины - это отношение массы влаги, содержащейся в древесине, к массе древесины во влажном состоянии.
Влага в древесине бывает связанная (гигроскопическая) и свободная. Из них складывается общее количество влаги в древесине. Связанная влага находится в стенках древесных клеток, свободная занимает полости клеток и межклеточные пространства. Свободная вода удаляется легче, чем связанная, и в меньшей степени влияет на свойства древесины.
Степени влажности древесины
По степени влажности древесина бывает:
- мокрая древесина (влажность более 100%, это бывает, если древесина долгое время находилась в воде),
- свежесрубленная (влажность от 50 до 100%),
- влажная (от 23 до 50%),
- атмосферно-сухая (18-22%),
- воздушно-сухая искусственной сушки (12-18%),
- комнатно-сухая (влажность 8-10%),
- абсолютно сухая (влажность 0%).
Определение влажности древесины
Для определения влажности древесины можно использовать специальный прибор - электровлагомер. Его действие основано на изменении электропроводности древесины в зависимости от ее влажности. Иглы электровлагомера с подведенными к ним электропроводами втыкают в исследуемый образец дерева в направлении вдоль волокон и пропускают через них электрический ток. При этом на шкале прибора сразу отмечается влажность древесины в том месте, где введены иглы.
Датчик для измерения влажности стружки - разъемный стакан, куда между двумя дисковыми электродами помещается определенная весовая порция исследуемого материала, уплотняемая с помощью пресса. Для контроля влажности древесностружечных плит используют четырехигольчатый зонд. Такой метод измерения влажности древесины прост, но имеет свои недостатки. Абсолютная погрешность измерения составляет в диапазоне от 7 до 12% до ±2%; в диапазоне от 12 до 30% - ±3%, при влажности образца свыше 30% она возрастает в несколько раз.
Требования к влажности древесины в изделиях
| Наименование изделий | ГОСТ | Влажность, % |
|---|---|---|
| Двери: | ||
| коробки наружных и тамбурных дверей | ГОСТ 475 | 12 ± 3 |
| коробки внутренних дверей | 9 ± 3 | |
| полотна дверей | 9 ± 3 | |
| Окна: | ||
| коробки | ГОСТ 23166 | 12 ± 3 |
| створки, форточки клапаны, жалюзи | 9 ± 3 | |
| нащельники, раскладки | 9 ± 3 | |
| Детали профильные: | ||
| доски и бруски пола, плинтус, подоконник | ГОСТ 8242 | 12 ± 3 |
| внутренние наличники | 12 ± 3 | |
| наличники и обшивка наружные | 15 ± 3 | |
| поручни, обшивка наружные | 15 ± 3 | |
| Балки перекрытий деревянные: | ||
| из цельной древесины | ГОСТ 4981 | до 20 |
| из клееной древесины | 12 ± 3 | |
Влажность свежесрубленной древесины зависит от породы и места взятия пробы по сечению ствола. У хвойных пород влажность древесины в периферийной части ствола (заболони) больше влажности древесины в центральной части ствола (ядро). У лиственных пород влажность по всему сечению ствола примерно одинакова.
Влажность свежесрубленной древесины
Наша продукция
| Доска обрезная (1 сорт) | |||||||||||||||
|
|
|
Естественная влажность, конечная влажность, свободная влага – все эти термины характеризуют качество древесины и пиломатериалов, производимых из нее.
У древесины пористая структура, в капиллярах которой и накапливается влага. Влажность древесины и пиломатериалов определяется как соотношение веса воды к весу сухого материала.
Как любой природный материал, дерево чувствительно к температурным колебаниям и изменениям влажности. Не зря говорят, что древесина дышит – поглощает и выделяет пары воздуха при любых изменениях микроклимата.
Есть такое понятие, как равновесная влажность – ее показатель постоянный, к нему любая порода древесины стремится, если климатические условия не меняются.
Порода и влажность
Каждый вид дерева по-своему реагирует на изменения влажности. Бук и груша считаются гигроскопическими породами, поэтому любые температурные колебания отражаются на их древесине.
Дуб и бамбук характеризуются как стабильные породы, поэтому их часто используют в строительстве и отделке бассейнов, ванных комнат, других помещений с высокой влажностью.
У граба, березы, клена низкая влажность, ее показатель редко превышает 15 процентов. В процессе высыхания на такой древесине часто образуются трещины.
Орех – дерево с умеренной влажностью, ее верхний показатель составляет 20 процентов. У этой породы древесины устойчивость к высыханию и образованию трещин относительная.
Самой устойчивой к высыханию является ольха, показатель ее влажности составляет 30 процентов.
Абсолютная и относительная влажность
Потребители часто путают эти два понятия, поэтому остановимся на них подробно.
Абсолютная влажность – это соотношение массы влаги к массе сухой древесины . У паркетной доски этот показатель должен быть 9 процентов, допустимым считается отклонение 3 процента в любую сторону.
Относительная влажность – это соотношение массы влаги к массе влажной древесины. То есть, пока пиломатериалы не прошли процесс сушки. Эти показатели приведены в предыдущем разделе.
Степени влажности
Есть пять степеней влажности древесины:
- Мокрая древесина, влажность которой составляет 100 и более процентов. Это редкость, потому что такие показатели возможны, когда дерево длительное время было в воде.
- Свежесрубленная древесина. Показатели влажности на этой стадии составляет 50 и более процентов, в зависимости от вида дерева .
- Воздушно-сухая. Эта степень влажности наступает, когда древесина долгое время пролежала на воздухе. Показатель влажности составляет, в среднем, 20 процентов.
- Комнатно-сухая древесина. Для этой степени характерна влажность не больше 10 процентов.
- Абсолютно сухая древесина – 0 процентов влажности.
На что влияет влажность?
Избыток и дефицит влаги негативно влияют на качество пиломатериалов. При избыточной влажности они разбухают, а при недостаточной – усыхают и трескаются. И в том, и в другом случае происходит деформация доски , бруса , бревен.
Как определить влажность?
Влажность пиломатериалов определяется электровлагомером. Этот прибор измеряет уровень влажности, основываясь на изменениях параметров электропроводности древесины.
Опытные плотники определяют процент влажности на глаз. Наличие трещин, расположение этих трещин, масса доски, цвет древесины и другие признаки принимаются во внимание.
Например, стружка, снятая с бревна, и легко сминающаяся рукой, говорит о том, что древесина влажная. А ломкая стружка – о том, что древесина сухая.
Если при обработке выкрашиваются куски древесины, значит, она слишком сухая. Если пила скользит в ней как по маслу, древесина очень влажная.
Древесина является довольно пористым материалом, содержащим большое количество капиляров, наполненных влагой. На практике влажность древесины определяется как отношение веса воды, содержащейся в дереве к весу абсолютно сухой древесины. Существует понятие «свободной» и «связанной» влаги. «Свободная» влага содержится в порах и капилярах дерева. «Связанная» влага та, которая содержится непосредственно в клетках дерева.
При высыхании дерево дает усушку – уменьшается в размере (объеме). При этом уменьшение размера вдоль волокон (по длине доски) практически не происходит, но вот в направлении, поперечном ходу волокон, происходит значительное изменение размеров (по толщине и ширине доски). Величина этого изменения зависит от породы древесины и конкретного значения изменения влажности древесины. В жизни самые неприятные сюрпризы связаны с изменением ширины доски.
Например, если Вы стелите пол доской имеющей естественную влажность, то уменьшение её ширины со временем может быть настолько значительным, что две соседние доски потеряют зацепление друг с другом. В этом случае, для удаления щелей, Вам придется оторвать все доски от лаг и настелить их заново, согнав впритык.
«Какую же влажность должна иметь доска?», — спросите Вы. Всё просто – любое деревянное изделие, в процессе его эксплуатации стремится к так называемой «равновесной влажности». «Равновесная влажность» определяется температурой и влажностью воздуха в той среде, где будет находиться доска. Значения этой влажности Вы можете увидеть в таблице. Для жилого помещения она составляет в среднем 8-10%, для улицы она составляет в среднем 12-14%. Логично из этого следует, что сырая доска будет усыхать в помещении, теряя в своей ширине, с другой стороны сухая доска будет увлажняться вне помещения, расширяясь.
Естественная влажность, конечная влажность древесины
Естественная влажность — это влажность, присущая древесине в растущем или только что спиленном (распиленном) состоянии, без дополнительной сушки. Естественная влажность не нормируется и может составлять от 30% до 80%. Естественная влажность древесины колеблется в зависимости от условий произрастания и времени года. Так, естественная влажность свежеспиленных деревьев в «зимнем» лесу традиционно меньше влажности свежеспиленных деревьев в «летнем» лесу.
Начальная влажность — тоже самое, что и естественная влажность. Только что срубленное дерево обладает максимальной влажностью, которая для различных пород может даже превышать 100%. Дерево бальса может иметь влажность в свежесрубленом состоянии, доходящую до 600%. На практике мы имеем дело с меньшими значениями (30-70%), т.к. после рубки проходит какое-то время до момента распиливания дерева и помещения его в сушилку и оно, конечно, теряет некоторое количество воды. Мы принимаем за начальную влажность то значение влажности древесины, которое она имеет перед отправкой в сушильную камеру.
Конечная влажность — это та влажность, которую мы хотим получить после полного цикла сушки. В этом случае принимается во внимание назначение изделие, изготавливаемого из высушенной древесины.
Прежде всего, сушка древесины это процесс удаления влаги из древесины путем ее испарения.
Сушка древесины - одна из важнейших операций в процессе обработки древесины. Древесину сушат после лесопиления, но перед деревообработкой. Древесину сушат в целях её предохранения от поражения деревоокрашивающими и дереворазрушающими грибами при ее дальнейшем хранении и транспортировке. Сушка предупреждает древесину от изменения формы и размеров в процессе изготовления и эксплуатации изделий из нее, улучшает качество отделки древесины, склеивания. Влажность, до которой сушат древесину, зависит от сферы её дальнейшего применения. Весь смысл сводится к тому, чтобы довести влажность доски до такого же значения, которого достигло бы со временем изделие из этой доски в процессе эксплуатации в данных условиях. Такое значение влажности называется «равновесной влажностью», оно зависит от влажности и температуры окружающего воздуха. Например, доска, из которой будет изготавливаться паркет и прочие изденлия, эксплуатируемые внутри помещений — должна иметь влажность 6-8% так как именно такая влажность будет являться равновесной. Для изделий, которые будут эксплуатироваться в контакте с атмосферой, (например: деревянные окна, внешняя обшивка дома) равновесной влажностью будет 11-12%.
Вы спросите: «А что будет в противном случае?» Отвечаем: В противном случае будет то, что встречается в России сплошь и рядом, а именно потребитель столкнется с проблемами. Представьте, что Вы купили вагонку для того, чтобы обшить стены внутри Вашего загородного дома или дачи. Если Вы купите у нерадивого производителя вагонку, изготовленную из сырой доски и укроете ею стены своего дома, то она начнет медленно высыхать естественным образом в уже установленном состоянии. Обратимся к таблице равновесной влажности и опыту. Если Вы натопите зимой помещение до 25 градусов по Цельсию, то при типовой для зимы влажности воздуха внутри помещений в 35%, значение равновесной влажности для доски в таком помещении составит 6,6%. На базах и рынках вагонка очень часто может иметь влажность от 14% и выше (мы встречали и 30%). Далее представьте, что ваша вагонка начинает высыхать, теряя воду из своих пор. Высыхая идет процесс, называемый «усушкой» и выражающийся в уменьшении размеров деревянного изделия. Величина усушки зависит от породы древесины, направления волокон в изделии и т.д. Основная усушка идет поперек волокон (соответственно по толщине и ширине Вашей вагонки). Когда Ваша вагонка высохнет в установленном состоянии до равновесной влажности, Вы, в самом худшем случае рискуете не просто увидеть, что обшивка разошлась местами, а получить щели между досками, шириной чуть ли не в палец.
В промышленности используют различные технологии сушки древесины, различающиеся как применяемым оборудованием, так и особенностями передачи тепла высушиваемому материалу.
Классификация видов и способов сушки обычно и базируется на методах передачи тепла, по которым можно выделить четыре технологии сушки древесины:
- конвективная технология сушки;
- кондуктивная технология сушки;
- радиационная технология сушки;
- электрическая технология сушки;
Каждый вид сушки может также иметь несколько разновидностей в зависимости от типа сушильного агента и особенностей применяемого оборудования для сушки древесины. Существуют также комбинированные технологии сушки древесины, в которых одновременно применяют различные виды передачи тепла (например, конвективно-диэлектрическая) или совмещаются другие признаки различных технологий сушки древесины.
Самостоятельные технологии сушки
Камерная сушка
Камерная сушка. Это основная промышленная технология сушки древесины, осуществляемая в лесосушильных камерах различных конструкций, куда пиломатериалы загружают штабелями. Сушка происходит в газообразной среде (воздухе, топочных газах, перегретом паре), которая путем конвекции передает теплоту древесине. Для нагревания и циркуляции сушильного агента сушильные камеры снабжают нагревательными и циркуляционными устройствами.
При камерной технологии сушки древесины сроки просыхания пиломатериалов сравнительно небольшие (от десятков часов до нескольких суток), древесина просыхает до любой заданной конечной влажности при требуемом качестве, процесс сушки поддается надежному регулированию.
Атмосферная сушка
Второй по значению и распространению на лесопильных предприятиях способ промышленной сушки древесины, осуществляемый в штабелях, размещенных на специальной открытой территории (складах), омываемых атмосферным воздухом без подогрева. Преимущество атмосферной технологии сушки древесины-сравнительно низкая себестоимость. Кроме того, этот способ является наиболее щадящим. Недостатки: сезонность (зимой сушка практически прекращается); большая продолжительность; высокая конечная влажность. Атмосферную технологию сушки древесины применяют, главным образом, для сушки пиломатериалов на лесопильных предприятиях до транспортной влажности и на некоторых деревообрабатывающих предприятиях для подсушки и выравнивания начальной влажности пиломатериалов перед сушкой в сушильных камерах для древесины.
Сушка в жидкостях
Сушка в жидкостях осуществляется в ваннах, наполненных гидрофобной жидкостью (петролатумом, маслом), нагретой до 105-120 °С. Интенсивная передача теплоты от жидкости к древесине позволяет сократить срок сушки по сравнению с камерной в 3-4 раза при прочих равных условиях. Этот способ применяют в технологии консервирования древесины для снижения ее влажности перед пропиткой. Попытки применить сушку пиломатериалов в петролатуме на деревообрабатывающих предприятиях не дали положительных результатов из-за того, что пиломатериалы после такой сушки не удовлетворяют требованиям, предъявляемым к древесине для мебели и столярно-строительных изделий.
Кондуктивная технология сушки
Кондуктивная (контактная) технология сушки древесины осуществляется передачей теплоты материалу посредством теплопроводности при контакте с нагретыми поверхностями. Ее применяют в небольших объемах для сушки, тонких древесных материалов - шпона, фанеры.
Радиационная сушка
Радиационная сушка дерева происходит при передаче тепла материалу излучением от нагретых тел. Эффективность радиационной сушки определяется плотностью потока инфракрасных лучей и их проницаемостью в твердых влажных телах. Интенсивность потока лучистой энергии ослабляется по мере углубления в материал. Древесина относится к малопроницаемым для инфракрасного излучения материалам (глубина проникновения 3-7 мм), поэтому для сушки пиломатериалов этот способ не применяют. Его можно использовать для сушки тонколистовых материалов (шпона, фанеры), кроме того, этот способ широко применяют в технологии отделки изделий из древесины для сушки лакокрасочных покрытий. В качестве излучателей используют электроплиты, электронагревательные элементы, газовые (беспламенные) горелки, осветительные электролампы накаливания мощностью от 500 Вт и выше.
Ротационная сушка
Ротационная сушка древесины основана на использовании центробежного эффекта, за счет которого свободная влага удаляется из древесины при вращении ее на центрифугах. Механическое удаление свободной влаги достигается при величине центростремительного, ускорения не менее 100-500g (g - ускорение свободного падения). Такие ускорения из-за трудности точной балансировки центрифуги со штабелем на практике пока не достигнуты, ведутся лишь опытные разработки соответствующих устройств. В известных промышленных ротационных сушилках центростремительное ускорение не превышает 12g. При этих условиях механическое обезвоживание проявляется в небольшой степени. Однако интенсификация процесса сушки в диапазоне влажности выше предела гигроскопичности наблюдается.
При установке карусели в сушильной камере технология сушки пиломатериалов такая же, как в обычных камерах периодического действия. Продолжительность сушки на первом этапе (от начальной влажности до предела гигроскопичности) сокращается в несколько раз в зависимости от толщины, породы и начальной влажности древесины по сравнению с обычной конвективной сушкой при одинаковых режимах. Хотя ротационные сушилки экономичны и обеспечивают высокое качество сушки, промышленного использования для сушки пиломатериалов ротационный способ пока не нашел.
Вакуумная сушка
Вакуумная сушка при пониженном давлении в специальных герметичных сушильных камерах. Из-за сложности оборудования и невозможности получения низкой конечной влажности древесины вакуумная сушка самостоятельного значения не имеет. Применяют ее в комбинации с другими методами сушки и как вспомогательную операцию при подготовке древесины к пропитке.
Диэлектрическая сушка
Диэлектрическая сушка — сушка древесины в электромагнитном поле токов высокой частоты, в котором нагрев древесины происходит за счет диэлектрических потерь. Благодаря равномерному нагреву древесины по всему ее объему, возникновению положительного градиента температур и избыточного давления внутри ее продолжительность диэлектрической сушки в десятки раз меньше конвективной. Из-за сложности оборудования, большого расхода электроэнергии и недостаточно высокого качества сушки собственно диэлектрическая сушка не находит широкого применения.
Комбинированные технологии сушки древесины
Более эффективно применение комбинированных технологий сушки древесины, например конвективно-диэлектрической и вакуумно-диэлектрической. Для массовой сушки применение этих способов неэкономично, но в отдельных случаях, особенно при сушке дорогих, ответственных пиломатериалов и заготовок из трудносохнущих пород древесины эти способы могут найти применение.
Конвективно-диэлектрическая сушка
При комбинированной конвективно-диэлектрической технологии сушки древесины к штабелю, загруженному в камеру, оборудованную тепловым и вентиляторным устройствами, подводят также и высокочастотную энергию от специального генератора ТВЧ через электроды, расположенные около штабеля.
Расход теплоты на сушку в сушильной камере при этом в основном компенсируется тепловой энергией пара, подаваемого в калориферы, а высокочастотная энергия подается для создания положительного перепада температур по сечению материала. Этот перепад в зависимости от характеристики материала и жесткости заданного режима составляет 2-5°С. Качество конвективно-диэлектрической сушки пиломатериалов высокое, так как сушка ведется с небольшим перепадом влажности по толщине материала.
Вакуумно-диэлектрическая сушка
Это еще один способ сушки древесины с применением энергии ТВЧ При этой технологии используют преимущества и вакуумной и диэлектрической сушки. За счет нагрева древесины в поле ТВЧ при пониженном давлении кипение воды в древесине достигается при небольших температурах древесины, что способствует сохранению ее качества. Перемещение влаги в древесине при вакуум — диэлектрической сушке древесины обеспечивается всеми основными движущими силами влагопереноса: градиентом влагосодержания, температурой, избыточным давлением, что сокращает продолжительность сушки.
При вакуум — диэлектрической сушке штабель пиломатериалов помещают в автоклав или герметичную камеру, где вакуум-насосом создается пониженное давление среды (1-20 кПа). Чем ниже давление среды, тем ниже и температура испарения влаги и древесины при сушке. Расход теплоты на сушку обеспечивается подводом высокочастотной энергии к древесине. При использовании этой технологии сушки древесины также возникают эксплуатационные трудности - сложность оборудования, особенно наладка и эксплуатация высокочастотных генераторов, большой расход электроэнергии на сушку. Поэтому при решении вопросов о применении вакуум — диэлектрнческих камер необходимо сначала по условиям конкретного предприятия разработать технико-экономическое обоснование.
Индукционная, или электромагнитная сушка древесины
Метод основан на передаче теплоты материалу от ферромагнитных элементов (сеток из стали), уложенных в штабеля между рядами досок. Штабель вместе с этими элементами находится в переменном электромагнитном поле промышленной частоты (50 Гц), образованном соленоидом, смонтированным внутри сушильной камеры. Стальные элементы (сетки) нагреваются в электромагнитном поле, передавая теплоту древесине и воздуху. При этом происходит комбинированная передача теплоты материалу: кондуктивным путем от контакта нагретых сеток с древесиной и конвекцией от циркулирующего воздуха, нагреваемого также сетками.
Древесина - очень гигроскопичный материал, который легко изменяет свою влажность. Влажностью древесины называют процентное содержание в ней воды (влаги). Влажность древесины не зависит от породы дерева. Влажность древесины - это количественный показатель содержания влаги в ней
Влажность древесины
Между древесиной и воздухом все время происходит влагообмен. Поэтому, влажность древесины - очень нестабильная величина, которая изменяется вместе со влажностью окружающей среды. Если влажность древесины больше, чем влажность окружающего воздуха - будет происходить высыхание древесины. Если наоборот - увлажнение. А если влажность и температура окружающей среды (воздуха) достаточно долго будут иметь неизменное значение, то влажность дров тоже стабилизируется и будет соответствовать влажности окружающего воздуха.
Влажность древесины, при которой прекращается обмен влагой между ней и окружающей средой, называют «равновесной»
В природе, равновесная влажность для древесины - это крайне неустойчивое состояние. Потому что, в природе невозможно найти воздух с достаточно долго постоянными параметрами температуры и влажности. Однако, состояние равновесной влажности легко достигается для древесины, находящейся в условиях искусственного микроклимата, например - в сушильной камере или просто, в любом другом помещении с постоянной температурой и влажностью.
Различают абсолютную и относительную влажность древесины
Абсолютная влажность древесины
Абсолютная влажность - это отношение массы влаги, которую содержит образец древесины, к массе абсолютно сухой древесины этого же образца. По , величина абсолютной влажности (W) высчитывается после исследования (сушки) образца, по формуле:
W = (m - m 0) / m 0 x 100,
где, (m) и (m 0) - масса образца, до и после высушивания.
Понятие величины «абсолютная влажность», по ГОСТ 17231-78, трактуется просто как «влажность». Как и всё «абсолютное», величина «абсолютной влажности» оторвана от реального мира и является крайне неудобоваримой формой при теплотехнических расчётах. Например, при величине абсолютной влажности 25%, килограмм древесины будет содержать 200 грамм воды. Такое несоответствие цифр сбивает с толку при расчётах.
Более удобной и практичной является величина относительной влажности
Относительная влажность древесины
Относительная (рабочая) влажность древесины - это отношение массы влаги, которую содержит образец древесины, к его общей массе. По ГОСТ 17231-78, величина относительной влажности (W отн.) высчитывается из величины абсолютной влажности (W) образца, по формуле:
W отн. = 100W / (100+W)
или проще,
W отн. = m воды / m образца x 100
Относительная влажность - очень простая и удобная форма для учёта испаряемой воды в дровяных теплотехнических расчётах. Величина относительной влажности напрямую указывает на количественно содержание воды в древесине. Например, один килограмм древесины при влажности 20%, будет содержать 200 грамм воды и 800 грамм сухого древесинного вещества.
Для сравнения, соберём «живой» пример в таблицу. Это таблица для одного и того же нашего образца. Определим и сравним величины его абсолютной и относительной влажности:
|
Абсолютная влажность = 25%, |
Относительная влажность = 20%, |
| абсолютной влажности будет 25%, | - если один килограмм древесины будет содержать 800 грамм сухого древесинного вещества и 200 грамм воды, то величина его относительной влажности будет 20%, |
|
Формула для определения W = (m - m 0) / m 0 x 100 W = (1000 - 800) / 800 x 100 = 25% |
Формула для определения W отн. = 100W / (100+W) W отн. = 100 x 25 / (100+25) = 20% |
|
Вывод Несмотря на то, что величина абсолютной влажности является первоисточником для определения величины относительной влажности, именно величина относительной влажности имеет большее практическое применение. Потому что, она (величина относительной влажности) более реалистично отображает содержание воды в образце и не сбивает с толку несоответствием цифр |
|
Степень влажности древесины
По влажности, всю древесину делят на три группы: сырая (влажность более 35%), полусухая (влажность от 25 до 35%) и сухая (влажность менее 25%). Первоначально, влажность свежесрубленных деревьев составляет 50-60%. Затем, при естественной сушке под навесом на воздухе, древесина в течение полутора-двух лет теряет до 20-30% влаги и приходит в состояние условно- влажности. После этого, влажность древесины уже существенно не изменяется, и её величина составляет ≈25%. Такая древесина называются воздушно-сухой. Чтобы снизить влажность древесины до состояния комнатно-сухой (7...18%), её нужно сушить принудительно в сушильных камерах, либо переместить на длительное время в условия искусственного микроклимата с заданными условиями (например, перенести в комнату или иное помещение).
Различают следующие степени влажности древесины:
- Сплавная
(влажность 60%, и более)
Это может быть дерево, которое длительное время находилось в воде. Например, сплавная древесина, или древесина после сортировки в водном бассейне, или просто хорошо намокшее (отсыревшее) бревно. - Свежесрубленная
(влажность 45...50%)
Это древесина, которая сохранила влагу растущего дерева. - Воздушно-сухая
(влажность 20...30%)
Это древесина, которая длительное время выдерживалась на открытом воздухе, при хорошем проветривании. - Комнатно-сухая
(влажность 7...18%)
Это древесина, которая длительное время находилась в жилой комнате или в ином, отапливаемом и вентилируемом помещении. - Абсолютно сухая
(влажность 0%)
Это древесина, высушенная при температуре t=103±2°С до постоянной массы.
Теплотворность влажных дров
Теплотворная способность древесины находится в прямой зависимости от её влажности. Влажность дров относится к определяющему показателю их качества. Что сухие дрова горят лучше сырых - известно многим, если не всем. И все знают, что мокрые дрова всегда можно подсушить, а сухие, наоборот - намочить. Соответственно и качество топлива будет изменяться - улучшаться или ухудшаться. Но, так ли это важно для современного отопительного оборудования? Например, дровяные пиролизные котлы позволяют сжигать дрова, влажностью до 50%, и даже - до 70%!
В таблице приведены обобщённые показатели теплотворной способности древесины для каждой степени её влажности.
Из таблицы видно, что чем меньше влажность древесины, тем выше ее теплотворная способность . Например, воздушно-сухая древесина имеет рабочую теплотворность почти в два раза большую, чем свежесрубленная, не говоря уже о мокрой древесине.
Древесина, влажностью 70% и выше, практически не горит.
Идеальный вариант для дровяного отопления - это использовать дрова в состоянии комнатно-сухой степени влажности. Такие дрова дают максимальное количество тепла. Но, поскольку сушка дров до такого состояния сопряжена с дополнительными затратами энергии, то наиболее оптимальным вариантом для отопления, будет использование воздушно-сухой древесины. Довести дрова до воздушно-сухого состояния сравнительно не сложно. Для этого достаточно заготовить их впрок и хранить в сухом проветриваемом помещении.
Напоследок хочется заметить, что влага, содержащаяся в дровах, не только ухудшает их теплотворность. Повышенное содержание влаги в топливе отрицательно сказывается на самом процессе горения. Избыток водяных паров служит основой для создания агрессивной среды, являющейся причиной преждевременного износа отопительного агрегата и дымоходов.
Производители современного отопительного оборудования рекомендуют использовать в качестве топлива воздушно-сухую древесину, влажностью, не более 30-35%