Использование солнечной тепловой энергии для сушки пиломатериалов





Оптические свойства древесины и их связь с солнечным излучением

Древесина, как и большинство материалов растительного и животного происхождения (фрукты, зерно, листья, мясо, тесто, хлеб, чай и т.п.) в отличие от мутных сред (атмосфера, топочные газы) характеризуются сложностью микроструктуры и большой оптической плотностью .

Поэтому, поглощения и рассеяния излучения в таких материалах будет характеризоваться таким явлениями:
а) резонансным поглощением излучения молекулами сухого вещества (всем компонентам, образующих капиллярно-пористое коллоидное тело), а также молекулами структурной и связанной воды с материалом;
б) рассеянием, обусловленным неоднородностями (флуктуациями) плотности или концентрации вещества (воды, красителей, добавок), а также рассеянием на молекулах (на молекулах полимеров.
в) рассеяние излучения на коллоидных частицах, растительных клетках, микрофибрилл, частицах пигментов;
г) рассеяния на других оптических неоднородностях - капиллярах и порах в капиллярно-пористых коллоидных телах.

Оптические свойства, к которым мы относим в первую очередь, терморадиацийни спектрофотометрические характеристики (коэффициенты отражения, пропускания и поглощения материала) и во-вторых, спектроскопические характеристики (показатели поглощения и рассеяния, степень черноты или излучательную способность и индикатрисы рассеяния и показатель преломления излучения) .

Терморадиацийни характеристики зависят как от спектрального состав, степени поляризации и пространственных характеристик падающего инфракрасного излучения, так и от состояния и свойств озаряя материала (объекта сушки.

Спектроскопические свойства определяются только состоянием и свойствами материала.

Обобщение наших экспериментальных исследований, а также исследований Я. А. Долациса, М. Г. Селюков, В. В. Красникова, С. Г. Ильясов и других по терморадиацийних характеристиках древесины и материалов растительного происхождения указывает на сходство оптических свойств материалов в области спектра 0,40 ... 15,0 мкм.

Это позволяет установить такие общие особенности:
1. В области спектра 0,76 ... 1,4 мкм характерно слабое поглощение и сильное рассеяние излучения. Проникновение в древесину инфракрасного излучения достаточно велико: для лиственницы - 5 ... 7 мм, пихты - 6 ... 7 мм, ели - 6мм, ольхи - 5 ... 6 мм, липы - 4 ... 6 мм, тополя - 4 мм, клена - 4 мм, сосны - 3 ... 4 мм, бука - 3 мм, граба - 2 ... 3 мм, дуба - 2 мм, сливы - 1 ... 2 мм, ореха греческого - 0 , 50 мм. Терморадаицийни характеристики значительно зависят от толщины слоя материала, плотности, количественного содержания влаги, микроструктуры и условий облучения. Следствием сильного рассеяния является высокая отражательной способности древесины в данном диапазоне волн, которая увеличивается с ростом плотности и достигает 80 ... 98%. Характер функциональной зависимости пропускной способности от толщины материала близок к гиперболического и значительно отличается от экспоненциального.
2. В области спектра 1,5 ... 2,5 мкм древесина характеризуется средним и сильным поглощением и изменением рассеяния от сильного к среднему и даже слабого рассеяния.
3. В области спектра 2,8 ... +15,0 мкм древесина характерна сильным поглощением и слабым рассеиванием излучения.
Максимальные различия в оптических свойствах материалов наблюдаются в области спектра 1,50 ... 5,0 мкм и указывают на различие в пртиканни тепло-и массообменных процессов при облучении одним и тем же генератором (источником) инфракрасного излучения.

Увеличение угла падения, как показали наши исследования, от 00 до 300 практически не вызвало рост коэффициента отражения и уменьшение коэффициентов пропускания и поглощения древесины. Дальнейший рост угла падения вызвало резкий рост коэффициента отражения (на 1,5 ... 4%), уменьшение коэффициента поглощения (на 0,40 ... 3,0%).

Малая отражательной способности воды в области спектра 1,0 ... 15,0 мкм означает, что наличие влаги в материале, особенно на поверхности древесины, будет приводить к уменьшению коэффициента отражения, полностью подтвердилось нашими экспериментальными данными.

Поэтому, увеличение коэффициента пропускания и уменьшения отражения древесиной падающего излучения с ростом количественного содержания влаги в материале объясняется очень слабым поглощением и рассеянием воды, содержащейся в нем. Вода в данном случае играет роль просвитлювальнои пленки, которая не поглощает излучение и уменьшает отражение его от поверхностей стенок пор, частиц и т.п.

Исследование влияния температуры на оптические свойства материалов показали, что при нагревании от 24 до 100 Сo коэффициент отражения возрастает на 2 ... 15% в области спектра 1 ... 5 мкм в зависимости от длины волны монохроматического излучения.

Крупнейшие рост отражательной способности при нагревании наблюдаются вблизи длин волн 1,6 ... 3,8 мкм. В области спектра более 5 мкм коэффициент отражения с ростом температуры изменяется всего на 1 ... 2%.

Что касается интегральной степени черноты древесины, то с ростом температуры уменьшается и в среднем составляет для различных древесных материалов: дуба строганного - 0,90; ореха - 0,83; ели - 0,82; бука - 0,94; платан - 0, 78

Таким образом, селективный (выборочный) характер оптических свойств древесины указывает на согласование их с спектральным составом источников тепловой энергии, в нашем случае, солнечного излучения и аккумуляторов-термоколекторив.

Коллекторы - поглотители солнечной энергии

Гелиотехническое коллектор преобразует солнечное излучение в тепловую энергию. С помощью такого гелиотермичного коллектора, как показали наши исследования, можно получить температуру 50 ... 60 Сo теплоносителя (атмосферного воздуха, масла, воды).

Наиболее распространенным на сегодня есть такие конструкции гелиотермичних коллекторов (рис. 1): параболический вращательный, цилиндро-параболический, плоский, вакуумный, концентрувальний и плоский водяной.

Параболоподибни коллекторы, которые с помощью фотоэлементов возвращаются за траекторией движения Солнца, позволяют достигать температуры 300 ... 1000 Сo, напивпараболични 80 ... 120 Сo.

Но коллекторы-поглотители излучения такого типа очень дорогие, поскольку требуют использования специальных автоматических систем слежения. Плоские воздушные коллекторы обеспечивают температуру воздуха 20 ... 60 Сo, а плоские водяные 40 ... 80 Сo. Посте одинарное остекление гелиоколлекторы позволяет улавливать также рассеянное солнечное излучение и обеспечивает уровень температуры 50 ... 60 Сo.

Простота конструкции, хорошие экономические и технические показатели гелиотермичного плоского коллектора и подбор соответствующего материала, для смещения спектра излучения в область спектра 5 ... 15 мкм позволило нам использовать такой коллектор в солнечной сушилке.

Плоский коллектор представляет собой рамную конструкцию, в которой с одной стороны находится одно-или двойное остекление, а со второй поглотитель солнечной энергии. В зимний период устанавливают таким образом, чтобы солнечные лучи падали на него под прямым углом. В летнее время наклон коллектора по отношению к солнечным лучам зависит от географической широты. Солнечные лучи, проникающие через стекло, благодаря воздушной прослойке между поверхностями нагревает его. Основное преимущество плоского коллектора заключается в том, что он поглощает прямое и рассеянное солнечное излучение.

Неблагоприятным фактором при использовании солнечной энергии, как мы видим, зависимость плотности потока солнечного излучения от времени года погодные условия. Поэтому при применении солнечной энергии для нагрева воздуха, как агента сушки, не следует задаваться целью полной замены традиционных технических источников энергии. Иначе говоря, солнечные сушильные камеры следует сочетать с паровоздушной камерными установками.

Рис.1 Схемы коллекторов: (а-вращательный, параболический б-цилиндрически-параболический; в-плоский; г-спиральный) .1,4-теплоносители; 2-рефлектор; 3-Нагревание камера; 5-стекло; 6-изоляционный слой; 7-поглощающий элемент; 8-вакуумная трубка; 9-вода.

Характеристика гелиосушарок

Попытки использования солнечной энергии для сушки древесины велись и ведутся в Англии, Канаде, Польше, Германии, Франции, Голландии и других государствах.

Х. Ойнас (Финляндия) приводит конструкцию сушилки, которая представляет рамную конструкцию, в боковых стенках которого являются воздушные щели. Над материалом (стружкой, соломкой) установленные прозрачные пленки, образующие вентиляционное воздушное пространство. Внизу под объектом сушки находится воздуховод через который с помощью вентилятора подается воздух. В солнечную погоду прозрачные пленки сворачиваются в трубки.

А. Б. Адамович с сотрудниками (Россия) для сушки материалов растительного происхождения (фруктов, овощей, грибов, лекарственных растений) предлагают гелиосушарку, в состав которой входят воздухонагреватель и сетчатый поддон. Сам воздухонагреватель представляет собой металлический каркас, который обтянутый прозрачной лицевой и отражающими тыловой и боковыми пленками. В середине самого каркаса вертикально расположенный поглотитель. Основа сушильной камеры выполнена в плоскости азимутального ориентирования, что позволяет возвращаться камере с воздухонагреватели. Коллектор-поглотитель излучения выполнен из листа неметаллического нагревательного элемента, помещенного в теплостойкий влагонепроницаемый материал.

С. Николов, И. Дроздов, Н. Терзиев (Болгария) для сушки древесины предлагают двохшляхову и двухзонный сушильную камеру, в которую загружают одновременно 12 штабелей (6 * 1,2 * 2,4 м) с вместимостью 100 м3 условного материала. Основным элементом гелиосушаркы является солнечная коллекторная система воздушного типа. Верхняя южная прозрачная стенка наклонена вертикально под определенным углом, а северная теплоизоляционная стенка расположена вертикально. Задняя боковая стенка представляет панель, обшитую алюминиевым листом и покрытая в матово черный цвет. Условно камера разделена на две основные и одна между штабелями зоне, которая обеспечивала низкотемпературный процесс сушки до влажности, близкой или ниже предела насыщения древесины (15 ... 20%) из одновременным обеспечением высокого качества сушки материала по отношению к внутренних напряжений и пластических деформаций.

В первой зоне циркуляция воздуха осуществлялась с помощью 12-ти осевых вентиляторов с суммарной установленной мощностью 13,2 кВт. Сами электродвигатели находятся в циркуляционном канале и выполнены в тропическом изготовлении. Скорость циркуляции высокая (3 ... 4 м / с), что связано с большим количеством испаряемой воды в начальные стадии сушки. Воздух циркулирует между фигурно изогнутой панелью и солнечной коллекторской системой. Алюминиевая обшивка на солнечной передней стенке собой перфорированную. Притично-вытяжные каналы в задней (северной) теплоизолированные панели. Для проведения промежуточных вологотеплообробкы используют среднюю мижштабелеву зону, в которую одновременно помещаются два штабеля. Три осевые вентиляторы расположены вертикально в мижштабельному пространстве. Во вентиляторами находится увлажняющая труба. Циркуляция воздуха двохкругова. Вторая, основная зона, представляет Слобо типичную периодически действующую сушильную камеру, в которой расположены попарно два штабеля, где осуществляется высушивания древесины до влажности 8 ... 12%.

В случае, когда солнечная коллекторная система не обеспечивает тепловой мощности, то предусмотрено дополнительное установление паровой или водяной калориферной системы циркуляция в последний зоне осуществляется 6-ю осевыми вентиляторами, расположенными горизонтально. Авторы определяют, что использование солнечной энергии по сравнению с паровыми конвективными сушилками позволяет уменьшить на 30% затраты топлива и обеспечивает в сочетании (комбинации) с другими видами технической топливной энергии круглогодичную эксплуатацию.

М.Аль-Хаддат (Сирия) для сушки рекомендует сушильную камеру (38,5 * 10,2 * 8,9 м), в которой для аккумулирования солнечной энергии используют резервуар с водой (135 м3). Такое количество воды позволяет аккумулировать и высвобождать ежедневно 6,3 * 103 МДж (226 кВт ч) тепла при температуре 10 Сo.

Для обеспечения непрерывного процесса сушки также предусмотрено дополнительное установление в зоне сушки паровых или водяных ребристых труб, когда количество солнечной энергии недостаточно. Предложенная автором камера является непрерывного действия, двохшляховою, 18-ти штабелевою камерой с поперечно круговой циркуляцией. Штабеля (4 * 1,5 * 3,9 м) перемещаются с помощью роликов вдоль камеры. Сушилка ориентирована на ось "восток - запад". Сама камера имеет несимметричный поперечный разрез, величина которого регламентируется наклоном южного покрытия.

Дополнительно установлены 48 групп (по 5) коллекторов монтируются перед южной передней стеной сушилки в 4 ряда по длине и высоте каркаса. Для создания циркуляции воздуха используют 18 осевых вентиляторов № 18 (по 2 в каждой из 9-ти зон сушки) при скорости движения воздуха 2,5 м / с. Электродвигатели, предназначенные для привода вентиляторов находятся в коридоре управления.

Площадь дополнительно установленных ребристых труб составила 45 м2. Производительность камеры вместимостью 184,4 м3 составляла 7715 м3 умов.мат. / год. Расходы тепла при сушке от влажности 25 до 10% составляли 70 * 103 МДж для среднегодовых условий.

В. Поскоробко (Польша) для условий м.Хайнувкы (53 с.ш.), когда среднее интегральное излучение ровно 340 ... 419 кдж/см2 в год, внедрил гелиосушарку. Нагревательное устройство включал в себя батарею солнечных коллекторов, бак циркуляционной воды для нагрева трубчатых калориферов и контрольно-измерительную аппаратуру. Камера обеспечивалась теплом от двух независимых систем, одна из которых была рассчитана на воду подогревалась солнечными коллекторами, а другая - на техническую насыщенную пару. В 4-х плоских коропоподибних коллекторах с абсорбера были установлены двойные стекла, пропускали солнечное излучение только в направлении абсорберов-поглотителей. Подогретая вода до 90o циркулировала между гелиобатареею для перехвата и калориферами как за счет гравитации, так и насоса. Следует отметить, что за время полной инсоляции между 10 и 15 ч. температура воды достигала 60 ... 70 Сo, а после начала циркуляции нагретой воды через калорифер температура воздуха в самой камере достигала 40 ... 45 Сo. Здесь же отмечается, что дубовая паркетная фриза толщиной 25 мм при температуре воздуха 40 ... 45 Сo достигала конечной влажности 22% за 12 дней, а хвойные пиломатериалы начальной влажностью 62% достигали конечной влажности 12 ... 15% за 9 дней. Время солнечного сушки хвойных пиломатериалов был в 1,5 раза больше по сравнению с традиционным камерным сушкой и в 4 раза меньше атмосферный сушки на открытом складе в летний период года.

Е. Поповская (Польша), отмечая влияние климата на успешное использование солнечной энергии для сушки древесины и положительные результаты такого сушки в Пуэрто-Рико, Индии, Филиппинах, США, Австралии, указывает на целесообразность использования гелиосушиння в среднеевропейских странах. С целью получения определенных результатов в условиях производства были предложены два варианта сушилок на базе энергии солнечного излучения. Одна из сушилок представляла рамную металлическую конструкцию, которая была ориентирована осью на "восток-запад". Скорость циркуляции колебалась в пределах 0,10 ... 0,15 м / с, а вентиляторы работали только в ночное время. Для сосновых дощечек (32 * 200 * 400 мм) с начальной влажностью 15% и конечной влажностью 6% составлял 7 суток (169 ч) при работе вентиляторов 1,25 ... 1,40 ч. в день.

Вторая сушильная камера рамной конструкции с южной (солнечной) стороны была прозрачной и имела двойное остекление. Под стеклом находился поглотитель солнечной энергии, выполненный из зачорненого листового металла. Основа камеры и задняя ее стенка изготовлена из теплоизоляционных панелей. Сама основа камеры расположена на поворотной платформе, которая позволяла устанавливать саму камеру в направлении падения максимального солнечного излучения с помощью оборудования ориентации. Циркуляция обеспечивалась двумя осевыми вентиляторами мощностью по 0,60 кВт каждый. Вместимость каамеры составляла 1,8 м3, а поверхность нагрева и поглощения солнечной радиации - 6 м2. Автор указывает на сочетание калориферной нагрева конвективных сушилок с солнечной энергией в зимний период.

М. Коберле (Германия) отмечает большое значение сочетание чисто атмосферного сушки с гелиосушинням.

К. С. Янг (Канада) констатирует целесообразность использования гелиосушиння для условий Онтарио (соответствует условиям Украины. Как аккумуляторы солнечной энергии автор использовал обычный речной камень, которым был устлан низ камеры. Здесь же отмечается, что древесина высыхала от Свежий состояния до конечной влажности в зависимости от времени года (в частности, в августе месяце - за 30 дней, а зимой - за 140 дней). Средняя температура воздуха на 16 час. составляла в сушилке 49,3 Сo, а внешней среды - 20 Сo. Мксимальна разница между камерной и внешней температурой колебалась от 37 Сo (летом) до 30 ... 35 Сo (зимой).

Оливейра с сотрудниками (США), используя как прозрачный материал в гелиосушарци двойную пленку, пропускала 90 ... 92% солнечного излучения и для перемешивания нагретого воздуха осевой вентилятор № 5, высушивали древесину от влажности 77 ... 80% до различной конечной влажности как чисто атмосферным конвективным, так и гелиосушинням.

Страницы:
2 1







Последние обьявления
Авторизація
Логин:  
Пароль:  
 
Для того, что бы получить дополнительные возможности в системе, Вам надо пройти регистрацию . Регистрация бесплатная

Использование солнечной тепловой энергии для сушки пиломатериалов - www.PromWood.com
Пользователи OnLine: 
Історія лісівництва | Деревообробка | Породи деревини | Сушіння деревини | Верстати і обладнання | Оздоблення деревом | Біопаливо | Деревянне вугілля | Лісовий довідник | Охота