СВЧ-вакуумная сушка древесины

Автор:
Кузнецов Владимир
Управляющий партнер
Опыт работы более 14 лет

Автор технологии - http://molles.su/

Схематично процессы сушки бревен конвективным и СВЧ способами показаны на рис. 1 и 2.
Условно бревно разделим на две зоны - центральную и наружную. При конвективной сушке бревна в первую очередь высыхают поверхностные слои бревна. Центральные зоны остаются набухшими. Это приводит к растягиванию поверхностных слоев вокруг набухшей центральной зоны и образованию трещин на поверхности бревна (см. рис. 1.).

При СВЧ способе сушки бревна в первую очередь высыхает центральная зона. Высохшая центральная зона притягивает к себе наружные зоны. Наружные зоны начинают сжиматься, препятствуя образованию трещин (см. рис. 2.). Бревна высыхают без трещин.

Любой процесс сушки древесины происходит в такой последовательности:

• подвод тепла и перемещение влаги из внутренних слоев древесины к наружным,
• испарение влаги с поверхности древесины
• и удаление испаренной влаги из камеры.

Для качественной сушки необходимо, чтобы оба процесса (перемещение влаги из внутренних слоев древесины к наружным и испарение влаги с поверхности древесины) происходили во взаимосвязи и сбалансированно. Влага от внутренних, сердцевинных, слоев должна перемещаться к поверхности древесины и испаряться с нее. При этом обязательно, чтобы количество влаги, испаренной с поверхности, равнялось количеству влаги, перемещенной к поверхностным слоям древесины. Если количество воды, испаряемой с поверхности, будет больше, чем количество воды, перемещенное из внутренних слоев, то произойдет усыхание поверхностных слоев древесины. В результате между внутренними и внешними слоями возникнет напряжение. Причем оно будет тем больше, чем больше разница влажности сердцевины древесины и ее поверхности. Напряжения приводят к деформациям в структуре древесины и трещинам и разрушениям. Таким образом, если влагообмен равен влагопереносу, то сушка будет проходить без напряжений и деформаций.

Основным достоинством сушки древесины, в условиях пониженного давления в камере является повышение коэффициента диффузии паров воды и скорости продвижения влаги в древесине, это приводит к сокращению сроков сушки и улучшает ее качество. Однако при вакуумировании с поверхности пиломатериала влага испаряется полностью, следовательно, древесина пересыхает и в ней создаются напряжения, приводящие к появлению трещин. Таким образом, при вакуумном способе сушки нарушается основное требование качественной сушки − нет баланса испаренной влаги и влаги, перемещенной к поверхностным слоям древесины.

Преимущества вакуумных камер в полной мере можно реализовать за счет применения энергии СВЧ-излучения.
При СВЧ-сушке происходит активное обезвоживание древесины в результате воздействия электромагнитного излучения на свободную связанную влагу. Это явление и обуславливает в несколько раз более эффективную сушку древесины и значительно сокращает расход энергии, так как не требуется прогревать структуру древесины и окружающий воздух (теплоноситель), а большая часть энергии поглощается непосредственно влагой внутри древесины. Выделяемая теплота расходуется на нагрев сырой древесины до температуры кипения воды и на испарение влаги. Так как влага внутри древесины находится в замкнутом пространстве, с началом кипения воды внутри древесины повышается избыточное давление. При СВЧ-сушке древесины именно избыточное давление является двигателем влаги от внутренних слоев к поверхности древесины. И самое главное, два основных градиента − давления и температуры − постоянно направлены от центра древесины к ее поверхности. А градиент влажности по всему объему древесины близок к нулю, что препятствует образованию напряжения в древесине в процессе сушки.
Использование СВЧ для сушки древесины показало реальное и ощутимое ускорение процесса сушки и улучшение качества высушенных пиломатериалов.

Этапы процесса СВЧ-вакуумной сушки:
1. Подвод тепла.
Энергия, выработанная магнетроном сушильной камеры, полностью, без потерь, и практически мгновенно доставляется к воде, которая находится в древесине, именно к воде, а не к древесине. За счет СВЧ-энергии нагревается вода, а не древесина. Если в СВЧ-камеру поместить абсолютно сухой пиломатериал, то он не нагреется. Сухая древесина прозрачна для электромагнитных волн. Тепловая энергия выделяется только в воде. Влага в древесине нагревается и закипает. Горячий пар создает избыточное давление и начинает выдавливать влагу наружу − к поверхности. Температура внутри древесины может подниматься до 120 °C, что соответствует избыточному давлению 1 атм. Микротрещины в древесине начинают образоваться, когда давление внутри превышает 3 атм. Мощность магнетрона подбирается таким образом, чтобы давление внутри древесины не поднималось выше 1 атм.

2. Перемещение влаги из внутренних слоев древесины в наружные.
На начальном этапе сушки происходит выдавливание свободной влаги через капилляры древесины в жидкой фазе. После освобождения капилляров и пор от свободной влаги в них начинается движение паровоздушной смеси. При движении влаги по капиллярам из-за постоянного перенасыщения пара происходит вынужденная частичная конденсация пара внутри капилляров, что приводит к возврату тепла древесине. Как известно, испарение всегда поглощает тепловую энергию. В нашем же процессе влага не испаряется с поверхности древесины, а выносится паровоздушной смесью (благодаря избыточному давлению) в свободное пространство камеры, поэтому древесина не охлаждается. После выхода из древесины капли падают вниз, на пол камеры, а пар за счет диффузии перемещается к ее стенкам. Температура пара, выходящего из древесины, около 100 °C. Горячий пар создает тепловую завесу, препятствующую охлаждению древесины. Древесина в процессе сушки постоянно находится в пропаренном состоянии, и капилляры на поверхности древесины все время открыты.

3. Удаление пара из камеры.
Пар за счет естественной диффузии движется к стенкам камеры и контактируя с ними, конденсируется, отдавая им тепло. Они нагреваются до 70−80 °C. Из-за большой разницы температур пара в камере и окружающего воздуха нет необходимости принудительно охлаждать ограждение вокруг камеры. Теплообменный процесс между ограждением камеры и наружным воздухом происходит за счет естественной конвекции. Нагретое ограждение служит мощным теплоизолятором и отражателем тепловой энергии, которая направляется обратно в камеру.
Эксплуатация камер, соединивших преимущества вакуумной и СВЧ-сушки показала, что они обеспечивают кратчайшие сроки сушки лесоматериалов больших сечений с высоким качеством, т. е. с практически полным отсутствием дефектов.

Бревна перед сушкой проходят оцилиндровку, в ходе которого фрезеруются верхний
и нижний компенсационные пазы, но не выбираются лунный и венцовые пазы. В этом случае гарантируется полное отсутствие трещин. Высушенные брусья или оцилиндрованные бревна не требуют длительного перерыва в строительстве домов для усадки стен и обеспечивают отличный внешний вид дома, не уступающий внешнему виду домов, выполненных из более дорогого клееного бруса.