Камерная сушка удаляет воду из пиломатериалов в управляемой камере: тепло, регулирование влажности и циркуляция воздуха доводят доски до заданной влажности, для поддонной и упаковочной заготовки обычно не более 19 %. Она быстрее и предсказуемее атмосферной сушки, снижает риск плесени и синевы и служит обычным первым этапом перед термообработкой, обязательной для экспортных поддонов.
Зачем сушат древесину для поддонов
Свежераспиленная хвойная древесина может содержать воды столько же, сколько весит сухая древесина, или больше. Сушка важна по нескольким практическим причинам:
- Биологическая стойкость. По данным Ассоциации производителей пиломатериалов северо-востока США (NELMA), грибы синевы лучше всего развиваются в тёплой древесине при влажности выше примерно 22 %; в древесине, высушенной до 19 % и ниже, они не развиваются. См. плесень и синева.
- Размерная стабильность. Доски усыхают при сушке. Сушка до сборки предотвращает ослабление гвоздей и появление зазоров в готовых поддонах.
- Меньшая масса. Сухие поддоны легче, что снижает стоимость перевозки.
- Соответствие требованиям. Пиломатериалы с маркировкой «KD» (kiln dried, камерной сушки) высушены до влажности не более 19 %; «KD-HT» означает, что они, кроме того, прошли термообработку. См. древесина камерной сушки и термообработанная древесина.
Влажность древесины — это масса воды в процентах от массы абсолютно сухой древесины; о методах её измерения рассказано в статье влажность древесины.
Основные типы сушильных камер
| Тип камеры | Принцип действия | Преимущества | Ограничения |
|---|---|---|---|
| Конвективная (с паровым или водяным обогревом) | Нагретый воздух циркулирует через штабель; влажный воздух удаляется и заменяется | Быстрая, гибкая, проверенная для всех пород | Высокий расход энергии, так как горячий влажный воздух выбрасывается |
| Конденсационная | Тепловой насос холодильного типа конденсирует воду из воздуха и возвращает тепло | Энергоэффективная, низкие температуры, проста в эксплуатации | Медленнее, ограниченный температурный диапазон, меньше подходит для очень быстрых режимов |
| Вакуумная | Пониженное давление снижает температуру кипения воды, поэтому сушка идёт быстро при низкой температуре | Очень быстрая, щадящая для толстых или ценных лиственных пород | Высокие капитальные затраты, малый объём загрузки |
| Солнечная | Солнце нагревает остеклённую камеру с вентиляторами | Очень низкие эксплуатационные расходы | Зависит от погоды, медленная, трудно управлять |
| Высокотемпературная (HT) конвективная | Температура по сухому термометру выше 100 °C для хвойных пород | Сушка и фиксация смолы за один–два дня | Не подходит для многих лиственных пород, высокий риск напряжений |
По данным Службы расширения Университета штата Оклахома, конденсационные камеры сегодня чаще всего применяют на малых и средних предприятиях, поскольку большая часть воды конденсируется на змеевиках и удаляется в жидком виде, а не выбрасывается с воздухом. Вакуумные камеры в несколько раз дороже, но сушат очень быстро.
Как устроен режим сушки
Режим сушки — это последовательность ступеней, задающих температуру по сухому термометру (фактическую температуру воздуха) и по мокрому термометру (отражающую влажность), которые меняются по мере высыхания древесины. Разность между ними, психрометрическая разность, определяет, насколько интенсивно отводится влага.
В «Руководстве оператора сушильных камер» (Dry Kiln Operator's Manual) Лаборатории лесных продуктов USDA описаны типичные конвективные режимы: для сырых пиломатериалов они начинаются примерно со 110 °F (около 43 °C) при высокой влажности и по мере снижения влажности древесины доходят до 160 °F (около 71 °C) при низкой влажности; точные ступени зависят от породы и толщины. Хвойные породы переносят более высокие температуры, чем большинство лиственных, поэтому сосновую и еловую заготовку для поддонов можно сушить значительно быстрее.
Типичные этапы режима:
- Прогрев. Загрузка и древесина прогреваются до заданной температуры при высокой влажности, чтобы поверхность не сохла слишком быстро.
- Основная сушка. Температура по сухому термометру повышается, а влажность снижается ступенями в зависимости от влажности контрольных образцов.
- Выравнивание. Влажность повышают, чтобы влажные и сухие доски сошлись к одинаковой конечной влажности.
- Влаготеплообработка. Кратковременное пропаривание или увлажнение для снятия внутренних напряжений.
- Охлаждение и выгрузка. Загрузке дают остыть до встречи с холодным воздухом, чтобы избежать конденсации и растрескивания.
Операторы камер контролируют влажность по контрольным образцам, встроенным игольчатым датчикам сопротивления или взвешиванием и проверяют результат ручными влагомерами при выгрузке.
Сушка для термообработки
По МСФМ 15 (ISPM 15) температура в центре древесины должна достигать не менее 56 °C в течение 30 минут непрерывно. Многие поддонные предприятия совмещают сушку и термообработку в одном цикле камеры, нагревая загрузку значительно выше минимальной температуры. Процесс и способы его верификации объяснены в статье эксплуатация камер термообработки, а оборудование камер описано в статье оборудование камер термообработки.
Дефекты сушки и как их избежать
Дефекты возникают из-за градиентов влажности и напряжений. В информационном листке Университета штата Оклахома описана последовательность: в начале сушки поверхность усыхает, пока сердцевина ещё влажная, и в наружном слое возникает растяжение. Если оно слишком велико, появляются поверхностные трещины. Позже сердцевина сохнет и усыхает против уже зафиксированной оболочки, возникает закалочное напряжение (кейсхарденинг): сжатие снаружи и растяжение внутри, что может вызвать коробление и покоробленность после распиловки.
К типичным дефектам относятся:
- Трещины и торцевые расколы: трещины от слишком быстрой сушки, особенно на торцах. Помогают торцевое покрытие и более мягкие режимы.
- Покоробленность (продольная и поперечная покоробленность по пласти и кромке, крыловатость, поперечная покоробленность): вызвана неравномерной сушкой и плохой укладкой. Точное выравнивание прокладок и верхний груз уменьшают её.
- Внутренние трещины (сотовая трещиноватость) и коллапс: внутренние трещины или спадание клеток, главным образом в плотных лиственных породах при слишком высокой температуре.
- Влажные ядра (непросушенные участки): неравномерная конечная влажность, часто в толстых заготовках или смолистых зонах.
- Окраска и потемнение: пятна от прокладок и химические окрасы, особенно если древесина сохнет недостаточно быстро.
Качество укладки важно не меньше режима. Прокладки должны быть сухими, одинаковой толщины и выровнены по вертикали; края загрузки должны быть поддержаны, а воздух — равномерно проходить через штабель.
Энергия и затраты
На испарение воды расходуется тепло. Конвективные камеры используют тепловую энергию (пар, горячую воду или прямое сжигание) и электроэнергию для вентиляторов. Многие поддонные и лесопильные предприятия сжигают собственные древесные отходы, такие как кора и опилки, для получения тепла, что делает камеры экономичными; см. древесные отходы и биомасса при производстве поддонов. Конденсационные камеры потребляют электроэнергию, но возвращают большую часть скрытой теплоты. Предварительная атмосферная подсушка перед камерой заметно снижает расход энергии; см. статью об атмосферной сушке пиломатериалов.
Часто задаваемые вопросы
Какая влажность у пиломатериалов камерной сушки?
Пиломатериалы с клеймом KD высушены до влажности не более 19 %. Во многих спецификациях на поддоны указывают значения около 18–20 %, а лиственные породы мебельного качества сушат значительно ниже.
Сколько длится камерная сушка?
Это зависит от породы, толщины, типа камеры и начальной влажности. Высокотемпературные режимы для хвойных пород могут занимать около одного–двух дней, тогда как конвективные режимы для лиственных пород длятся недели.
Камерная сушка и термообработка — одно и то же?
Нет. Камерная сушка нацелена на влажность; термообработка по МСФМ 15 нацелена на температуру в центре 56 °C в течение 30 минут. Эти процессы часто совмещают, но доска камерной сушки не обязательно соответствует МСФМ 15.
Какой тип камеры подходит для небольшого поддонного производства?
Обычно выбирают конденсационные и конвективные камеры. Правильный выбор зависит от источника энергии, объёмов и от того, выполняется ли термообработка в той же камере.
Источники
- Fundamental Aspects of Kiln Drying Lumber — Oklahoma State University Extension
- Dry Kiln Operator's Manual — USDA Forest Products Laboratory, via Woodweb
- Dry Kiln Operator's Manual (PDF) — USDA Forest Products Laboratory, via Northern Arizona University
- Beware of Blue Stained Wood in Wood Packaging Materials — Northeastern Lumber Manufacturers Association