Воздушная сушка происходит вследствие естественной циркуляции окружающего воздуха, омывающего поверхность материала.
При камерной сушке воздух подогревают для повышения его влагоемкости, а циркуляция воздуха остается естественной или же ее искусственно усиливают.
Процесс высыхания древесины заключается в испарении влаги с поверхности и перемещении ее из внутренних влажных слоев к наружным. Влага внутри высушиваемого материала может перемещаться как в жидком состоянии, так и в виде пара.
Перемещение влаги в древесине под влиянием разницы давлений во внутренних и внешних слоях представляет собой процесс диффузии, а процесс перемещения влаги под влиянием разности температур — термодиффузию.
Продвижение влаги в древесине просходит с неодинаковой скоростью в разных направлениях. По длине клеток влага проходит легче, чем в поперечном направлении, причем скорость движения влаги больше в радиальном направлении (благодаря сердцевинным лучам), чем в тангентальном.
Кроме того, скорость высыхания древесины зависит от размеров лесоматериала, температуры и влажности воздуха, породы дерева, плотности древесины и т. п. Тонкие доски сохнут быстрее, чем толстые; заболонь высыхает быстрее ядра; плотная древесина сохнет медленнее, чем рыхлая и легкая.
Если свежесрубленную древесину подсушивать, то до некоторого предела можно будет наблюдать только изменение веса вследствие испарения свободной влаги
Древесина, высыхая от самого влажного состояния до точки насыщения волокон, т. е. приблизительно до влажности 25—35%, не меняет своих размеров. При дальнейшем же понижении влажности древесина дает усушку и линейные ее размеры, а следовательно, и объем уменьшаются. При увлажнении сухой древесины до точки насыщения волокон ее линейные размеры и объем, напротив, увеличиваются. В этом случае имеет место разбухание.
Усушка бывает лишь при испарении гигроскопической влаги т. е. она начинается от точки насыщения волокон;разбухание так же идет лишь до тех пор, пока влажность древесины не достигнет этой точки. Как видно из диаграммы рис. 1, изменение линейных размеров и объема образца древесины при разбухании или усушке пропорционально изменению количества гигроскопической влаги.
Рис 1. Разбухание древесины сосны: 1 — вдоль волокон; 2 — в радиальном направлении; 3 — в тангентальном направлении, 4 — объемное разбухание, т.н. в. — точка насыщения волокон, соответствующая влажности около 30%
Величина усушки или разбухания вследствие структурно особенностей древесины неодинакова в разных направлений. Усушка по длине волокон относительно мала (порядка 0,1%), в радиальном направлении она составляет от 3 до 6%, а в тангентальном — от 6 до 12%.
В практике усушку вдоль волокон вследствие ее малой величины обычно не учитывают, усушку же поперек волокон учитывают. В тангентальном направлении величина усушки древесины примерно вдвое больше, чем в pадиальном. Эта же закономерность в одинаковой степени относится и к разбуханию древесины, с той лишь разницей, что процесс идет в обратном направлении
Объемная усушка вычисляется по формуле:
V0 = V1-V2 : V2 x 100
где V и V2 — объем образца до и после высушивания. Усушка зависит от породы древа и плотности строения древесины. Так как усушка вызывается уменьшением толщины стенок клеток, то древесина с толстостенными клетками при прочих равных условиях усыхает сильнее, чем древесина с тонкостенными клетками. Отсюда следует, что плотные, тяжелые породы (дуб, лиственница и др.) усыхают сильнее, чем рыхлые, легкие (ольха, осина) и др.
Рис. 2 . Изменение формы поперечного сечения пиломатериалов при усушке , видно из рис. 2. Образец а до высушивания имел в поперечном сечении форму квадрата, после высушивания форму трапеции; прямоугольный вначале образец б приобрел форму ромба, так как годичные слои расположены по диагонали; образец б в начале имел форму правильного круга, а после высушивания приобрел форму эллипса.
Величина усушки зависит от толщины материала: тонкий материал высыхает одновременно по всему поперечному сечению и дает поэтому большую усушку, чем толстый.
При распиловке бревен на доски и бруски стандартом предусмотрен припуск на усушку; так, например, для досок толщиной в 25 мм припуск дается в 1,6 мм, а для досок толщиной 50 мм — в 2,6 мм.
Достоинства и недостатки воздушной сушки лесоматериалов. Для воздушной сушки не требуется специального оборудования (кроме складского). В этом ее достоинство. Но ей свойственны и крупные недостатки:
Склад лесоматериалов независимо от продолжительности: их хранения должен быть расположен в сухом и возвышенном месте на значительном расстоянии от выгребных ям, скоплений мусора, щепы, опилок и т. п. Площадка под склад лесоматериалов должна быть оборудована водостоками для отвода дождевых и грунтовых вод. В профилактики периодически необходимо очищать склад от скопления коры, щепы и прочего мусора и дезинфицировать хлорной известью или 5—10% -ным раствором железного купороса.
По требованиям противопожарной безопасности расстояние между складом и соседними строениями должно быть не менее 100 и; кроме того, необходимо оборудовать склад противопожарными устройствами (пожарныйводопровод, огнетушители и т. д.). Лесоматериалы, пораженные дереворазрушающими грибами и червоточиной, на склад не принимают, а материалы с признаками плесени, синевы и других, цветных окрасок укладывают и сушат в отдельных штабеляхл удаленных от штабелей здоровой древесины.
Пиломатериалы> укладывают в штабели на заранее подготовленные подштабельные места для пиломатериалов. (фундаменты), устраиваемые на сваях или клетках из обрезков здоровых и надежно антисептировянных бревен и брусьев. Высота фундамента 60—70 см. При этих условиях влажный; воздух свободно удаляется из-под штабеля и вентиляция последнего улучшается.
Как правило, в штабель укладывают пиломатериалы одной породы одного сорта, одной ширины и толщины и одной длины. Доски кладут сердцевинной стороной вверх, а заболонной — вниз.
Длина штабеля определяется длиной материала, а ширина должна быть не более 6 м.
Разрывы между штабелями должны составлять не менее 2 м, а проезды — не менее 8 м. Штабели должны быть расположены на складе группами (секциями). В каждой секции чаще всего бывает 6—8, но не более 12 штабелей.
Чтобы обеспечить правильный режим воздушной сушки между рядами досок нужно прокладывать рейки (толщиной 25—40 мм) из сухого здорового леса, расстояние между которыми находится в пределах 60—100 см. Для создания равномерной вентиляции в средней части штабеля на всю его высоту устраивают вентиляционный канал шириной 40—50 см.
Торцы круглого леса, брусьев и толстых досок окрашивают известковым раствором или составом, состоящим из древесной смолы (83%) и гашеной извести (17%). Это предотвращает растрескивание материала.
Продолжительность сушки лесоматериалов зависит от породы дерева, влажности, размеров материала и климатических условий. В осенне-зимний период воздушная сушка происходит менее интенсивно. Так, например, в июле из пиломатериалов хвойных пород убывает около 5% влаги в день, зимой — 2% в месяц.
Рис. 3. График примерной продолжительности воздушной сушки пиломатериалов хвойных пород, в различных климатических зонах. 1-4 - климатические зоны. Сплошные линии относятся к июню и июлю, штриховые к апрелю, маю, августу, сентябрю.
Ориентировочная продолжительность (в днях) сушки свежесрубленной древесины хвойных пород с влажностью 60% до влажности 20% в зависимости от времени года и климатической зоны графически представлена на рис. 3.
Твердые лиственные породы сушат под навесами или в закрытых сараях; здесь же хранят сухой лес и строганые пиломатериалы.
Камерный способ сушки древесины имеет по сравнению с воздушной следующие преимущества:
К недостаткам камерной сушки следует отнести необходимость значительных затрат на оборудование сушилок и большой расход тепла на нагревание воздуха.
В настоящее время имеется много типов камерных сушилок с различными способами передачи тепла от источника к материалу.
По роду газообразного теплоносителя сушилки бывают воздушные, паровые и дымовые (газовые). Чаще всего применяют; воздушные сушилки благодаря таким их преимуществам, как легкость регулирования температуры и влажности воздуха внутри сушильной камеры.
По принципу циркуляции камерные сушилки разделяются на сушилки с естественной и принудительной циркуляцией тепловлагоносителя. Первая осуществляется за счет разности удельпых весов поступающего воздуха и выходящего газа, вторая — создается специальными вентиляционными устройствами.
К хорошим сушилкам с естественной циркуляцией воздуха относится сушильная камера системы проф. Грум-Гржимайло (рис. 1). Сушилки этого типа имеют следующие размеры: высота 3,5 м (от пола), ширина 2,5—4,5 м, длина 14 м, объем 115—220 м3.
Сушильная камера состоит из верхней и нижней частей, в последней, установлены нагревательные приборы (калориферы). Каналы 2 для входа свежего воздуха устроены под нагревательными приборами, а каналы 3, служащие для удаления воздуха, насыщенного влагой, проходят по длине сушилки в ее нижней части и примыкают в торцовой стене к вытяжной трубе. Нагретый воздух, проходя между штабелем и стеной камеры, поднимается вверх к потолку. Входя в соприкосновение с влажным лесоматериалом, воздух насыщается влагой, охлаждается, становится тяжелее и опускается вниз, пронизывая штабель лесного материала.
Из-под штабеля насыщенный влагой воздух частично уходит через каналы 3, а часть его вместе с новой порцией свежего воздуха, поступающего из каналов 2, подходит к калориферу, нагревается и вновь поднимается вверх, совершая тот же цикл движения. Материал поступает в сушилки обычно на вагонетках.
Рис. 1. Поперечный разрез двух сушильных камер конструкции проф. Грум-Гржимайло, 1 - калориферы из ребристых труб, 2 - каналы для поступления свежего воздуха, 3- отводящие каналы для удаления насыщенного влажного воздуха, 4 - вагонетка с лесоматериалом.
Режимы сушки для пиломатериалов в зависимости от толщины и породы дерева бывают разными.
Для сушки нельзя применять сильно нагретый и очень сухой воздух. При такой сушке в материале неизбежно появятся трещины, так как наружные слои высохнут быстро, а внутренние — останутся еще сырыми. Чтобы извлечь из внутренних слоев влагу, не допуская при этом появления трещин, древесину прогревают паром, который впускают в камеру.
При этом происходят следующие процессы:
Начальная температура и начальная влажность воздуха в сушильной камере устанавливаются в зависимости от влажности древесины. Чем выше влажность древесины, тем большую влажность должен иметь вводимый воздух. По мере высыхания материала температуру воздуха, подаваемого в сушилку, повышают, а влажность понижают.
Продолжительность камерной сушки пиломатериалов, предназначенных для столярных изделий (при начальной влажности древесины 60% и конечной—12%), ориентировочно составляет:
Конечная влажность древесины, достигаемая при камерной, сушке, устанавливается в зависимости от назначения материала; и вида изделия. При камерной сушке требуется особо тщательный режим - строго определенная температура и влажность воздуха, впускаемого в камеру.
При неправильном режиме сушки в материале могут появиться синева, трещины и т. п. Поэтому при камерной сушке необходимо контролировать температуру и влажность поступающего воздуха, а также влажность высушиваемой древесины.
