V zadnjih letih se sušenje lesa na prostem vse bolj umika najrazličnejšim tehničnim postopkom. Kljub uvajanju novih tehnik pa ostaja normalnotemperaturno konvekcijsko komorsko sušenje z delno izmenjavo zraka postopek, po katerem danes sušimo daleč največje količine lesa – in bomo verjetno tudi v prihodnje. V praksi imenujemo takšno sušenje klasično oziroma konvencionalno. Drugi postopki tehničnega sušenja ne pomenijo večje alternative, so pa pomembni kot specialni in uveljavljeni za natančno določene namene. Vendar tudi s konvencionalnim sušenjem s čedalje bolj izpopolnjeno opremo dosegamo vse večjo kakovost osušenega lesa, krajše čase sušenja in manjšo porabo energije.

Prevlada normalnotemperaturnega konvekcijskega komorskega sušenja z delno izmenjavo zraka temelji na prednostih, ki jih ima v veliki izbiri velikosti in izvedbi naprav. Komore omogočajo poljubno in vselej najugodnejšo nastavitev in vzdrževanje razmer sušenja glede na vrsto lesa, njegovo debelino ter začetno ali končno vlažnost. Izkoriščanje poceni energije iz lesnih ostankov in najrazličnejše možnosti priključka toplotnih medijev prevesijo odločitev o vlaganjih v nove sušilne naprave v korist konvencionalnim sušilnicam.

Tudi struktura novih zmogljivosti v zadnjih letih pri nas in v Evropi kaže na še vedno največje zanimanje za konvencionalno sušenje, saj se tako suši približno 90 odstotkov vsega žaganega lesa. V zadnjem času se nekoliko povečuje delež osušenega lesa v kondenzacijskih komorah, medtem ko je delež sušenja v vakuumskih zelo spremenljiv. Kaže omeniti še visokotemperaturno sušenje v državah severne Evrope, medtem ko so vsi drugi postopki specialni in večinoma povezani s postopki krivljenja, dimenzijske stabilizacije ali zaščite.

KONVENCIONALNO SUŠENJE

Ko govorimo o sušenju v komorskih sušilnicah (angl. kiln drying, nem. Kammertrocknung), imamo v mislih konvencionalno sušenje, ki ga širše imenujemo normalnotemperaturno konvekcijsko komorsko sušenje z delno izmenjavo zraka. Drugi tehnični postopki sušenja se uporabljajo izjemoma in so bolj namenjeni posebnim zahtevam uporabnikov.

Komorska sušilnica se v splošnem uporablja in je primerna za vse vrste lesa. Les v komori miruje, spreminja se klima, ki jo prilagajamo vlažnosti lesa glede na vrsto in debelino. Les sušimo pri najvišji možni temperaturi in ob hitrem gibanju zraka, tako da se čim prej posuši. Da bi zagotovili kontinuirano proizvodnjo in visoko kakovost, les po sušenju še »temperiramo« in »umirimo« v prostoru z nadzorovano klimo.

Temperature v konvencionalnih sušilnicah so glede na sušečo se lesno vrsto, debelino in vlažnost od 40 do 100 stopinj Celzija, relativna zračna vlažnost je med 20- in 100-odstotna, hitrost zraka pa navadno od 1,5 do 4 metre na sekundo. Izraz konvekcijski se nanaša na značilen prenos toplote in snovi (vode) z zrakom. Ta se v posebnem prostoru (agregatu) kondicionira (segreje, navlaži ali z delno izmenjavo tudi razvlaži) in v sušilnem prostoru segreje les, od njega pa sprejme oddano vodo.

Komorske sušilnice se razlikujejo po velikosti, izvedbi (zidane, kovinske), dimenzijah zložajev lesa ali sortimentov, načinu polnjenja in praznjenja, vrsti grelnega medija oziroma grelnih naprav, po napravah za kroženje zraka ter po vrsti merilnih in regulacijskih naprav.

Neto zmogljivost »klasičnih« sušilnih komor je od nekaj do več sto kubičnih metrov, kar omogoča primerno izbiro tako za manjšo obrtniško proizvodnjo kot tudi za visokoproduktivne industrijske obrate (slika št. 1).

SLIKA 1: Različne zmogljivosti sušilnih komor: zgoraj levo – velikokapacitivna komora; zgoraj desno – »industrijska« komora; spodaj levo – dopolnilna komora in spodaj desno – obrtniška komora

Pred odločitvijo o izbiri sušilne komore moramo ustrezno pripraviti tudi prostor, kjer nameravamo komoro postaviti. Zagotovljene morajo biti:

-  ustrezna infrastruktura (toplota, elektrika …),

-  zadostna nosilnost,

-  urejenost in dostopnost prostora.

Po konstrukcijski izvedbi so komore zidane ali montažne izvedbe. Zidane so toplotno stabilnejše in korozivno odpornejše, medtem ko je gradnja montažnih hitrejša, laže jih nadgradimo (modularna gradnja) in tudi segrevanje je hitrejše. Ne glede na izvedbo morajo sušilne komore zadostiti strogim zahtevam:

-  toplotne izoliranosti,

-  tesnosti oziroma nepropustnosti za paro, kondenzirajočo vodo ali druge kondenzate,

-  korozijske odpornosti,

-  nosilnosti.

Dobra toplotna izoliranost ni pomembna zgolj zaradi zmanjševanja transmisijskih toplotnih izgub, kar nam narekujejo visoki stroški porabljene energije, temveč tudi zaradi preprečevanja kondenzacije vodne pare ter drugih hlapljivih in agresivnih organskih komponent (ocetna in mravljična kislina, tanini …) na hladnih površinah. Kondenzat negativno vpliva na toplotne lastnosti celotne zgradbe, agresivno deluje na vgrajene materiale in zmanjšuje njihovo trajnost ali pa z obarvanjem lesa zmanjša kakovost osušenega materiala. Nevarnostim negativnega vpliva kondenzata se izognemo z:

-  odstranitvijo toplotnih mostov (zračniki, vrata, dovodi grelnega medija in vode za navlaževanje, nosilni konstrukcijski elementi, spojni elementi …)(slika št. 2),

-  drenažnimi jaški zunaj sušilne komore, s preprečevanjem poškodb na konstrukciji,

-  učinkovitimi premazi.

Dobro izolirane sušilne komore povečajo tudi energijsko učinkovitost sistema in zmanjšujejo emisije. Koeficient toplotne prehodnosti naj ne bi presegel vrednosti 0,8 W/m2 K, boljši proizvajalci pa že zagotavljajo konstrukcijo s toplotno prehodnostjo pod 0,4 W/m2 K.

SLIKA 2:   Nevarnost toplotnih mostov pri montažni izvedbi sušilnih komor

SLIKA 3:   Mehanizem navlaževanja stene

1. Začetno stanje – dobra izolacija

2. Zunanje temperature so padle pod temperaturo rosišča – na zunanji strani se začenja izolacija navlaževati.

3. Zaradi povečane toplotne prevodnosti se temperatura rosišča pomika proti notranjosti.

4. Zaradi navlažitve izolacijskega sloja se je toplotna učinkovitost komore močno zmanjšala.

V ogrodje sušilnice so vgrajena vrata, ki morajo ustrezati transportu lesa in lokaciji. Vrata naj bi imela čim manjšo površino, vendar morajo biti enako toplotno izolirana kot stene sušilnice. Sistemi zapiranja morajo zagotavljati hitro, varno in tesno zapiranje. Tesnilo vrat mora biti odporno proti visoki temperaturi in kondenzatu; poškodovano je treba zamenjati. V okolici vrat najpogosteje pride do kondenzacije, zato je potrebna dobra zaščita vseh delov vrat pred korozijo.

Naprave za ogrevanje

Sušenje lesa uvrščamo med termodifuzijske postopke, zato je za učinkovito sušenje treba les in naprave v komori segreti oziroma pregreti na temperaturo sušenja ter jo med postopkom vzdrževati na optimalni ravni. Največ toplote se porabi na začetku pri segrevanju in v zimskih mesecih.

Najpomembnejši del naprav za ogrevanje so grelniki, ki delujejo kot toplotni izmenjevalci in so nameščeni tako, da zagotavljajo enakomerno segrevanje celotne komore. Prenos toplote z grelnih medijev je učinkovitejši od segrevanja zraka v komori, zato toplotni tok povečamo z večjo površino (šopi rebrastih cevi, pločevinasta jeklena ali bimetalna navitja …) (slika št. 4).

SLIKA 4    Sistem ogrevanja: zgoraj levo – kotlovnica; zgoraj desno – razdelilnik toplotnega medija; spodaj levo – grelni register cevi z navitjem in spodaj desno – cev z navojem pločevine

Instalirana moč grelnih naprav je odvisna od velikosti sušilne komore, želene temperature in hitrosti sušenja, to pa predvsem od lesne vrste, vlažnosti lesa in kakovosti sušenja. Moč ogrevalnega sistema določimo gleda na porabo energije za izločanje vode iz lesa, toplotne izgube zaradi prehoda skozi stene in vrata z upoštevanjem klimatske cone ter izgubo toplote zaradi izmenjave zraka med sušenjem in pri zamenjavi lesa (preglednica št. 1).

Najrazličnejše izvedbe grelnikov omogočajo izkoriščanje različnih grelnih medijev, zato se lahko prilagodimo toplotnim postrojenjem. Kot grelni mediji se uporabljajo nizko- in visokotlačna para, vroča voda ali termična olja (preglednica št. 2).

PREGLEDNICA ŠT. 1- Potrebna instalirana moč grelnih naprav za različne hitrosti sušenja in vrste lesa

PREGLEDNICA ŠT. 2                       Značilnosti grelnih medijev

Električno segrevanje se v konvencionalnih sušilnih komorah uporablja le izjemoma. V preteklosti se je uporabljalo tudi neposredno segrevanje lesa z zgorevalnimi plini, vendar so ga zaradi spremembe barve in vonja lesa ter nevarnosti vžiga opustili, nekoliko spremenjen postopek pa se danes uporablja pri zadimljenju lesa.

Naprave za prisilno kroženje zraka

Še pomembnejše kot grelne naprave so v konvekcijskih komorah naprave za prisilno kroženje zraka. Najpogosteje uporabljamo ventilatorje, ki morajo zagotoviti:

-  prenos toplote z grelnikov na površino lesa,

-  odstranjevanje uparjene vode s površine lesa,

-  mešanje zračnih tokov pri izmenjavi zraka.

Učinkovito izvajanje sušilnega postopka je odvisno od:

-  enakomernega prepihovanja,

-  pravilnega formiranja zložaja,

-  pravilnega polnjenja komore,

-  aerodinamike celotne sušilnice.

Glede optimalne izbire naprav za prepihovanje se postavlja vrsta vprašanj. Pred odločitvijo je treba poiskati odgovore na naslednja:

–  Kakšna je optimalna hitrost kroženja zraka glede na lesno vrsto, debelino in vlažnostno stanje?

–  Kolikšen tok zraka je treba zagotoviti za izpolnitev toplotnih in masnih bilanc?

–  Kakšni so upori v komori oziroma kakšne tlačne razlike morajo naprave premagati?

–  Kolikšna je potrebna energija?

–  Kateri ventilator je pri toku in tlačni razliki najprimernejši?

–  Kakšni sta potrebna frekvenca kroženja in moč motorja?

V trenutni ponudbi lahko najpogosteje izbiramo med tremi sistemi prepihovanja. Najpogostejši so »stropni« osni (aksialni) ventilatorji, za njimi bočno postavljeni ventilatorji, ki so prav tako osni, vendar praviloma večjih premerov, vse manj pogosta pa je uporaba radialnih ventilatorjev.

SLIKA 5:   Najpogostejše vrste ventilatorjev: zgoraj levo – osni (aksialni); spodaj levo – radialni in desno – veliki »bočni« ventilatorji

Najprimernejše naprave za prisilno gibanje zraka izberemo za vsak primer posebej po natančni proučitvi zagotavljanja naslednjih razmer:

-  gibanje zadostnih količin zraka,

-  čim manjše izgube tlaka,

-  ustrezna hitrost gibanja zraka,

-  enakomerno prepihovanje,

-  majhna poraba energije,

-  čim manj vibracij in hrupa,

-  preprosta izvedba,

-  dostopnost za redna vzdrževalna dela in popravila.

Velika prevlada osnih ventilatorjev temelji na:

-  omogočanju toka velikih količin zraka ob majhnih tlačnih izgubah, zato je potrebna manjša moč;

-  možnosti spreminjanja smeri vrtenja in s tem smeri kroženja zraka (reverziranje) – tako se ustvarja turbulentno gibanje, sušenje predvsem v širokih sušilnih komorah pa je enakomernejše;

-  preprostih in cenejših izvedbah ter preprosti vgradnji.

Kljub bistvenim prednostim aksialnih ventilatorjev moramo upoštevati tudi njihove pomanjkljivosti:

-  večji padec tlaka, kar močno zmanjša zmogljivost in enakomernost sušenja, priprava zložaja mora biti zato skrbnejša;

-  posebno pri reverzibilnih izvedbah se dosegajo nekoliko manjše hitrosti;

-  reverzibilni ventilatorji imajo tudi slabše izkoristke (h = 0,6).

Prednosti radialnih ventilatorjev:

-  doseganje večjih hitrosti zraka in s tem primernosti uporabe v komorah za sušenje iglavcev;

-  manjša občutljivost za tlačne razlike – dodatni upor še ne vpliva izrazito na hitrost sušenja.

Velike pomanjkljivosti radialnih ventilatorjev pa so:

-  neenakomerno prepihovanje,

-  zahtevnejša izvedba,

-  uporaba v sušilnih komorah manjših širin, ker ventilatorji niso reverzibilni.

V sušilnih komorah lahko zagotovimo učinkovito kroženje zraka tudi s postavitvijo ventilatorjev tik ob zložajih. Prednosti bočno postavljenih ventilatorjev so:

- postavljeni so na optimalnem kraju,

-  velik pretok zraka,

-  zračni tok ni občutljiv za neprizmatično zlaganje,

-  ventilatorji so pritrjeni na tleh – manj vibracij in hrupa,

-  lažje vzdrževanje.

Bočno postavljeni ventilatorji se niso bolj uveljavili zaradi neenakomernega sušenja, saj je razlika v hitrosti zraka na vstopu in izstopu iz zložaja velika, to pa omejuje širino oziroma velikost komore. Velika težava je tudi »kratko« kroženje, zato je potrebno veliko pozornosti pri pripravi zložajev in polnjenju komore.

Najmanjša, še sprejemljiva hitrost zraka, ki še zagotavlja izenačene razmere sušenja pri zelo počasi sušečih se lesovih, je 1,3 metra na sekundo, za sušenje gostejših listavcev pa se priporočajo hitrosti od 1,5 do 2,5 metra na sekundo (kar pomeni od 0,15 do 0,3 kW instalirane moči na kubični meter) in za iglavce od 3 do 4 metre na sekundo (od 0,25 do 0,4 kW instalirane moči na kubični meter). V komorah z vzdolžnim prepihovanjem morajo biti hitrosti od 4 do 8 metrov na sekundo. Novejše komore imajo tudi možnost regulacije hitrosti kroženja zraka, ki mora biti pri sušenju svežega lesa največja in se zmanjšuje pri sušenju lesa pod točko nasičenja celičnih sten. Treba je poudariti tudi zahtevo po večjih hitrostih zraka pri sušenju svetlih lesov, ki jim želimo ohraniti barvo.

Naprave za uravnavanje relativne zračne vlažnosti

Poleg uravnavanja ustrezne temperature je v sušilnem postopku še pomembnejše zagotavljanje predpisane relativne zračne vlažnosti, ki neposredno določa tudi ostrino sušenja. Zaradi izločanja velikih količin vode se ostrina nenehno zmanjšuje, zato je zrak med procesom sušenja treba razvlaževati oziroma sušiti. Zrak lahko osušimo s segrevanjem, kondenzacijo in delno izmenjavo. Zadnje je pri normalnotemperaturnem komorskem konvekcijskem sušenju najobičajnejše. Za izmenjavo se uporabljajo odprtine z zračniki in loputami za uravnavanje količine vstopnega in izstopnega zraka. Število in dimenzije zračnikov priredimo enakomerni izmenjavi zraka v komori. Pri milejših režimih je treba zagotoviti dobro tesnjenje, pri sušenju svežega lesa pa zadostno količino izmenjavajočega se zraka.

Zračnike tudi izoliramo, da ni kondenzacije in kapljanja vode na les. Ker z izmenjavo zraka nastanejo toplotne izgube, med izstopajoče in vstopajoče zračnike namestimo rekuperatorje toplote in tako povečamo toplotno učinkovitost sistema.

Zaradi izločanja velikih količin vode iz lesa je treba navlaževati zrak v sušilni komori le izjemoma:

-  pri segrevanju,

-  pri sanaciji kolapsa – rekondicioniranje,

-  pri odpravljanju zaskorjenja,

-  na koncu sušenja med izenačevanjem in kondicioniranjem,

-  za obarvanje (parjenje),

-  za sterilizacijo.

Za navlaževanje se uporabljajo vlažilniki z vodo ali vodno paro (preglednica št. 3). Za vlažilnik se predvideva poraba 4 kilogramov pare na kubični meter lesa v 1 uri.

PREGLEDNICA ŠT. 3                       Značilnosti grelnih medijev

SKLEP

Izpopolnjevanje konvencionalnega sušenja bo v prihodnje usmerjeno v zmanjšanje porabe energije in doseganje visoke kakovosti lesa. Te cilje bo mogoče doseči z uvajanjem novih sistemov za rekuperacijo toplote ter predvsem z iskanjem in vpeljevanjem najboljših, najugodnejših sušilnih programov. To pomeni vpeljavo novih računalniških krmiljenj sušilnega postopka, ki bodo omogočala ne le vzdrževanje predpisanih vrednosti temperatur, relativnih zračnih vlažnosti, ravnovesnih vlažnosti lesa in nadzorovanja hitrosti zraka, ampak tudi spremljanje in sledenje vlažnostnega gradienta in kritičnih napetosti.

izr. prof. dr. Željko Gorišek, univ. dipl. inž. les.

Biotehniška fakulteta, Oddelek za lesarstvo