杨木太阳能干燥工艺特性_潘学飚

第25卷　第1期Vol .25　No .1木材工业

C HINA W OO

D INDUSTRY 2011年1月January 2011

收稿日期:2009-11-25;　修改日期:2010-11-25基金项目:“十一五”国家科技支撑计划项目(2006BAD18B0802)。作者简介:潘学飚(1983—),男,北京林业大学硕士研究生。通讯作者:高建民,男,北京林业大学教授,博士生导师。

应用技术

杨木太阳能干燥工艺特性

潘学飚,高建民,伊松林,张璧光,王天龙

(北京林业大学木材科学与工程北京市重点实验室,北京100083)

摘要:　应用一种带有石蜡储热的新型太阳能干燥室干燥杨木,分析该干燥室的温、湿度变化对木材内外温度差和木材干燥速率的影响,并检测了杨木木材的干燥质量,结果表明:太阳能干燥室的温、湿度呈周期性变化规律;在一个温度变化周期内,干燥速度亦呈周期性。建议在升温段控制干燥速度,在降温段加快干燥速度。关键词:　太阳能;杨木;干燥工艺

中图分类号:S792.11;T S652 文献标识码:B 文章编号:1001-8654(2011)01-0041-03

Process Characteristics for Solar Drying Poplar Lumber

PAN Xue -biao ,GAO Jian -min ,YI So ng -lin ,ZHANG Bi -g uang ,WANG Tian -long

(C ollege of Forest Produ cts and Engineering ,Beijing Forestry University ,

Beijing 100083,China )

A bstract :　A new type o f solar drying kiln ,equipped w ith paraffin pipes to sto re energy ,w as developed in this study .The authors conducted a series of ex periments to investigate the effect o f sola r dry ing kiln tem perature and humidity o n the lum ber drying rate and temperature g radient .They found that the lumbe r dry ing rates should be changed according to the change o f the solar

drying kiln tem perature and humidity .T hey suggested to control the drying speed as the kiln temperature increased and to speed up the drying rate w hen the kiln temperature w as decreased .Key words :　solar ene rg y ;poplar ;drying technolo gy 减少木材干燥能耗,对节能减排、保护环境有着非常积极的作用。太阳能是一种清洁、可再生的绿色资源[1]

,推动发展太阳能利用技术,已成为我国政府大力发展“低碳经济”的一项重要内容。利用太阳能干燥的木材无变形、变色、开裂等缺陷[2]。但太阳能干燥受天气影响,干燥室温、湿度不容易控制,难于实现干燥的连续化。笔者采用带有石蜡储热的新型太阳能干燥室,以杨木为例进行太阳能干燥工艺的研究分析,旨在提出合适的工艺参数供业界参考。1　材料与方法1.1　试材

杨木(Populus deltoides ),产自北京郊区,制成

长1900mm ,宽200～400mm ,厚40mm 的板材,共计材积1.36m 3;木材初含水率为64.7%,终含水率为8.3%。1.2　试验装置

1)新型太阳能木材干燥室[3]　为金属壳体结构,内层由铝板焊接而成,外层采用PC 阳光板,内外层之间有100m m 的间隙。干燥室内安装有热管、石蜡管、通风管道和风机。其工作原理是:干燥室壳体(除南墙)设计成一个整体式集热器,PC 阳光板即集热器的盖板,内层铝板表面涂有特殊用途涂料,用作集热器的吸热板。吸热板上安装有200支YDRG19-19-1250型热管,热量通过热管传递到干燥室内。空气经过风机输送到集热器内,经换热后流回到干燥室,对木材进行干燥。石蜡管是太阳能干燥室的蓄热装置,安装在干燥室的两侧。

2)太阳辐射数据　通过TBQ -2-B -I 总辐射表和FU -100自动测量仪搜集的太阳辐射数据。

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3)干燥室温湿度　通过W LH T -HS 型温湿度传感器,实时采集干燥室内温、湿度数据,通过YM -30窑用木材含水率测试仪测量木材含水率。4)木材内外温度　分别在材堆的上部、中部和下部各选取一块木板,在木板的侧面钻孔,埋入热电偶,测量木材内部温度变化;同时在这3块木板表面安装热电偶,测量木材表面的温度变化。分析对比木材内部和表面的温度变化规律,及其对木材干燥工艺的影响。

1.3　干燥质量检测

在干燥室内随机选取9块木板作为检验板,根据GB /T 6491-1999《锯材干燥质量》,截取检验板和检验片,进行干燥锯材各项干燥质量指标的检测。2　结果与讨论

2.1　太阳能干燥室的温湿度变化规律

太阳能干燥完全由太阳能进行供热,但干燥过程中常因天气现象复杂多变,使干燥室内温湿度不易控制[4]。本试验以5月27日的天气变化为例,当天的天气为晴转多云、微风、气温20～33℃,测得太阳辐射总量为14.844M J /m 2

。太阳能干燥室的温湿度,以及干燥木材的含水率变化状况,见图1

。

图1　太阳能干燥室温湿度在24h 内的变化Fig .1　Temperature and moisture changes in the

solar woo d drying kiln in a typical day

从图1可以看出,干燥室内的温度在太阳升起前最低,之后逐渐升高,在下午3点左右到达最高值,然后逐渐降低;湿度则在太阳刚升起时最高,下午4点左右达到最低值。由此确定,每日干燥室内的温湿度

呈一定的规律变化。

2.2　木材内部和表面的温度变化规律

图2是测试当天天气条件下,木材内、外温度的对比。可以看出,木材内部和表面的温度变化也呈一定规律。在升温阶段,木材内部温度低于木材表面温度,木材温度梯度和含水率梯度方向相反,容易产生干燥应力,因此需要增加干燥室内的湿度,防止木材开裂;在降温阶段,木材内部温度高于木材表面温度,温度梯度和含水率梯度方向相同,干燥室可以进行排湿,以加快木材干燥速率

。

图2　木材内部和表面温度的变化Fig .2　Tem perature changes of the center and

surface lum ber

2.3　木材干燥速率

杨木木材从初含水率64.7%,干燥到终含水率8.3%,干燥周期为20天。图3是整个干燥周期内,干燥室内温、湿度和木材含水率的变化曲线

。

图3　干燥室内温、湿度和木材含水率变化Fig .3　Temperature and humidity changes in

the solar drying kiln

从图3可以看出,干燥室温湿度在整个干燥周期内变化明显,平均温度呈上升趋势,而平均湿度呈现

下降趋势。干燥前期干燥室内平均温度较低,但木材含水率、平均湿度较高,木材干燥速率较快;干燥后期干燥室平均温度较高,木材含水率、平均湿度均较低,干燥速率逐渐变缓。在天气晴朗时,干燥室温度较

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高,干燥速率较快;在阴雨天气,则干燥速率较慢,但木材含水率还是呈下降趋势。

由于新型太阳能干燥室安装了石蜡蓄热装置,使干燥室内的温度差变化趋于平稳[3]。

2.4　干燥质量

表1是新型太阳能干燥室干燥杨木的各项指标检测结果。从表1可见,新型太阳能干燥的木材除了残余应力过大外,其他指标都符合锯材二级干燥质量等级标准。干燥木材残余应力过大,可能是升温阶段干燥速率过快引起的。

表1　木材含水率及应力指标

Tab.1　Lumber moisture profiles and drying stresses

平均最终含水率/%干燥均匀

度/%

厚度上含水率

偏差/%

残余应力指标/%

(叉齿相对变形)

8.33.02.97.56

3　结论

1)新型太阳能干燥室的温、湿度每天呈周期性变化,在升温阶段木材内部温度低于表面温度,不利于表面水分蒸发,易产生干燥缺陷,应控制干燥速率。

2)木材采用新型太阳能干燥窑干燥,无明显缺陷,符合二级干燥锯材质量等级。

3)建议在太阳能干燥室内增加调湿装置,在升温阶段提高干燥室内介质湿度。

4)太阳能干燥室干燥效率较慢,干燥连续性效果不是很理想。新型太阳能干燥室的储热和传热装置,还需进一步深入研究;太阳能干燥室成本较高,建议国家对采用太阳能干燥的企业,实行免税、减税、补贴等优惠措施。

参考文献:

[1]　徐新华,王昕,汪大辉.江浙沪地区太阳能资源技术与经济分析

[J].能源研究与利用,1998(6):29-32.

[2]　南映景.可持续发展战略中的太阳能:太阳能评价[J].甘肃科学

学报,1999,11(1):89-92.

[3]　潘学飚.带有热管与储热的整体式太阳能干燥室的开发[J].木

材工业,2010,24(4):40-42.

[4]　Bentayeb F,Bekkioui N,Zeghm ati B.M odelling and simulation

of a w ood solar dryer in a M oroccan climate[J].Renew able Energy,2008(33):501-506.

(责任编辑　鲍加芬)

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