Постоянство влажности деревянных деталей – условие качества изготовления деревянных окон

Абсолютная важность относительной влажности

Валерий Галишников
Компания Тул Лэнд

Много сил и средств ушло на приобретение нового оборудования, оснащение рабочих помещений и т. д. Но всё что-то не клеится. Так зачастую ни дорогостоящие станки, ни высококвалифицированный персонал не являются гарантией успеха. Это относится к любой отрасли деятельности, в том числе и деревообработке.

Несоблюдение технологических процессов обработки и хранения древесины приводят к снижению качества продукции, повышению её себестоимости и увеличению брака.

Древесина является природным материалом, восприимчивым к колебаниям температуры и влажности. Её состояние напрямую связано с влажностью воздуха на производстве, в связи с тем, что дерево гигроскопичный материал, способный изменять собственную влажность в соответствии с окружающими условиями.

В зимний период даже при высокой относительной влажности атмосферного воздуха, его абсолютное влагосодержание является чрезвычайно низким. Поступая в помещение, воздух нагревается. При этом его абсолютное влагосодержание остаётся неизменным, а относительная влажность резко падает.

Не только в отопительный сезон, но и летом, когда воздух становится горячим и сухим, могут возникнуть проблемы, вызванные низким уровнем влажности в производственных и складских помещениях. Солнце также может оказывать значительное влияние на климат внутри помещений, особенно при воздействии прямых солнечных лучей.

Пониженная относительная влажность на деревообрабатывающем производстве приводит к ряду серьёзных проблем:

образование поверхностных трещин, расслаивание, растрескивание и деформирование древесины;

недолговечность клеевых швов: пересушенная древесина впитывает растворитель до момента отвердевания клея;

шероховатость и потеря глянца: древесина с пониженной влажностью поглощает растворяющие вещества из лакокрасочных покрытий;

искривление мебельных, оконных и дверных элементов, изменение геометрических размеров;

недостаточное натяжение шлифовальных лент, быстрый износ абразивного инструмента;

расхождение швов шпона, фанеры;

образование остаточных напряжений;

повышение электростатического напряжения, ведущее к пажароопасности в цехах.

Также пониженная влажность отрицательным образом сказывается на самочувствии и здоровье персонала, т. к. оптимальная относительная влажность для человека составляет 50-60%.

Помимо обеспечения комфорта, поддержание необходимого уровня влажности является также чрезвычайно важным с санитарно-гигиенической точки зрения. Известно, что бактериальная флора менее активна в окружающей среде при относительной влажности воздуха от 45 до 55%, чем при влажности воздуха выше 70% и ниже 20%.

В настоящее время увлажнение помещений осуществляется пятью способами:

1. Паровое (изотермическое) увлажнение. Системы изотермического увлажнения проще реализуются аппаратно, менее требовательны к качеству воды, но потребляют значительное количество электроэнергии в процессе парообразования.

2. Испарительное увлажнение. Достаточно недорогой способ, но при прохождении воздуха через увлажняющий элемент в помещение попадают болезнетворные бактерии, быстро размножающиеся в теплой возвратной воде, что может привести к распространению опасных инфекционных заболеваний. Данный способ не обеспечивает точного количества испаряемой влаги.

3. Ультразвуковое увлажнение. Малопроизводительный способ, обычно применяющийся в быту.

4. Распылительно-воздушное (вакуумное) увлажнение. Системы увлажнения требуют дополнительно сжатого воздуха, из-за которого повышается уровень шума. Значительная длина свободного пробега капель в потоке сжатого воздуха приводит к появлению конденсата в небольших помещениях.

5. Распылительное увлажнение под высоким давлением. Он лишён недостатков, всех вышеперечисленных способов и оптимально соответствует применению в промышленных помещениях.

На диаграмме приведены энергозатраты на распыление 1 литра воды в системах увлажнения различного типа:

1 – Паровые увлажнители 3 – Ультразвуковые системы 4 – Вакуумные системы 5 – Высоконапорные системы

Следует заметить, что адиабатическое увлажнение происходит с понижением температуры воздуха. Традиционная система охлаждения воздуха на базе чиллера (охлаждающего) аналогичной хладопроизводительности расходует примерно в 40 раз больше электроэнергии.

Одним из лидеров рынка, занятых производством промышленных увлажнителей, контроллеров и влагомеров является фирма “Merlin Technology”, Австрия.

Высококачественные увлажнители воздуха фирмы Merlin, отличающиеся большой производительностью, являются самыми экономичными из известных систем увлажнения, т. к. потребляют всего до 6 Вт электроэнергии на 1 л/час распыляемой воды.

Системы увлажнения фирмы “Merlin Technology” – это патентованные форсунки, оригинальные дизайн и схема воздухообмена. Благодаря универсальным контроллерам увлажнителей, которые обеспечивают автоматический режим увлажнения, можно одной установкой обслужить сразу несколько зон увлажнения, число которых возможно поэтапно наращивать.

В заключение следует сказать о том, что создание нормальных климатических условий в производственных помещениях требует определённых финансовых вложений для организации систем увлажнения и поддержания температуры, которые необходимо «привязывать» конкретно к условиям вашего производства. Но затраты быстро окупаются, благодаря повышению эффективности производства и улучшению условий труда работников предприятия.

Валерий Галишников и ‘Global Edge’ тм

В настоящее время при все большем возрастании конкурентной борьбы, как на российском, так и на общеевропейском деревообрабатывающем рынке высокая производительность труда и качество продукции становятся необходимостью.

Важнейшим фактором при возросших скоростях обработки древесины является её постоянная требуемая влажность, необходимая для соблюдения технологии в процессе изготовления продукции.

Так как влажность древесины зависит от атмосферных параметров в производственных помещениях, необходимо постоянно поддерживать их оптимальную относительную влажность.

График 1 График 2

Выбрать способы увлажнения помещений от самых примитивных (установка емкостей с водой, смачивание полов и тканей и др.) до современных высокоэффективных (экзотермическое и адиабатическое увлажнение), можно рассчитав необходимое количество влаги для данного производства.

Высчитать требуемое количество влаги возможно, исходя из необходимой влажности древесины в технологическом процессе конкретного производства. Это можно сделать, воспользовавшись зависимостью равновесной влажности древесины (%) и абсолютным влагосодержанием (г/м3) воздуха от параметров атмосферы. Для этого существуют определенные графики.

Рассмотрим вышесказанное на конкретном примере. При условии, что влажность древесины по технологии производства должна быть 9 %, а температура воздуха в помещении 19°С, то относительная влажность воздуха должна равняться 50 %. (точка А на графике 1) При этих параметрах воздуха его абсолютная влажность составит 8, 2 (точка Б на графике 2).

Холодный зимний воздух с температурой в -10°С, даже имея высокую относительную влажность в 80%, содержит всего 1,7 г воды в куб. метре). При нагревании его в производственном помещении до температуры 19°С относительная влажность должна быть 10% (точка Г на графике 2). В реальных условиях этого не происходит, так как воздух забирает влагу из окружающих предметов: станков, стен, перекрытий и т.д., а самое главное – из древесины. Следовательно, для поддержания оптимальной влажности древесины (в нашем примере 9%) необходимо внести 6.5 граммов воды на один куб. метр воздуха, поступающего в помещение благодаря приточно-вытяжной вентиляции. Количество привнесенной влаги для производственного помещения объёмом 6000 м3 с пятикратным обменом воздуха в час составит около 200 литров. Для более точного расчёта необходимо знать условия производства конкретного предприятия, так как нужно учитывать множество факторов, влияющих на параметры воздуха.

При выборе системы увлажнения необходимо учитывать предстоящие эксплуатационные расходы. Так система увлажнения экзотермического (парового) типа производительностью 200 литров в час будет потреблять 160 кВт в час, а низконапорная система увлажнения (воздушно-капельного типа) аналогичной производительности расходует очень большое количество сжатого воздуха и создает дополнительный уровень шума в помещении. Высоконапорные и бесшумные системы увлажнения, к которым относятся системы увлажнения фирмы Merlin, будут расходовать около 2 кВт электроэнергии в час.

Для того чтобы оценить потери, связанные с проблемами и браком на производстве, возникающими по причине недостаточной влажности воздуха, необходимо постоянно контролировать его параметры в помещении.

Жак-Ив Кусто утверждал, что на земле есть всего три важных вещи: воздух, вода и деньги. Подумайте, ведь можно легко заработать деньги из воздуха, добавляя в него воду.

Контроль и регулирование постоянства влажности деревянных деталей

Процессы обработки древесины постоянно меняются под возрастающие требования, предъявляемые качеству продукции и рентабельности предприятий. Совершенствуются технологии, оборудование, инструменты, клеи, лаки и т.д.

Но возникающие проблемы и брак на практике не дают получить планируемый доход при применении новых технологий. Только соблюдение всех требований технологического процесса позволяют минимизировать издержки деревообрабатывающего предприятия.

Постоянство требуемой влажности древесины является основным фактором на всех этапах её обработки. Контролировать влажность заготовок необходимо не только после сушильных камер, но и во время всего процесса изготовления продукции, так как при современных скоростях дереворежущего и абразивного инструмента обрабатываемые поверхности интенсивно нагреваются, теряют влагу и электризуются.

Точный и оперативный контроль состояния древесины возможен с влагомерами фирмы “Merlin Technology”, чья работа основана на диэлькометрическом методе измерения. Благодаря им возможно за считанные секунды определить влажность древесины в измеряемом объеме, по всей длине заготовки и с уверенностью утверждать, что показания прибора будет соответствовать равновесной влажности в заготовке.

Игольчатые влагомеры не дают точную картину состояния заготовок, так как показывают только уровень влажности слоя древесины с наивысшим значением. На практике в процессе обработки распределение влажности по слоям неравномерно и самый влажный слой может иметь незначительные размеры по отношению ко всей толщине заготовки. Результаты измерения, сделанные такими влагомерами вдоль и поперёк древесных волокон не совпадают, а при невысокой влажности древесины значительно разнятся с действительными значениями. Применение влагомеров фирмы “Merlin Technology” неоспоримо: неразрушающий, быстрый и очень точный способ измерения, простота, удобство и долговечность в эксплуатации выгодно отличают эти приборы.

Использование их позволяет отобрать элементы деревянных конструкций с одинаковой влажностью и избежать различия в размерах и расхождения швов, сопрягающихся деталей изделия и предотвратить ряд проблем, о которых уже говорилось в статье «Абсолютная важность относительной влажности» (см журнал GE-News №60).

Влажность древесины – гигроскопичного материала – изменяется при перемещении от одного технологического участка обработки к другому, из помещения в помещение с различными относительными влажностями воздуха, особенно в сезоны низких климатических температур.

В производственных помещениях, где отсутствует искусственное оптимальное доувлажнение воздуха, в начале отопительного периода возникают проблемы снижения качества продукции.

Производители и технологи начинают вносить корректировки в технологический процесс, сомневаться в качестве поставляемых клеев и лаков, а так же самой древесины, не связывая все эти вышеуказанные проблемы с параметрами воздуха на производстве. А ведь именно с началом отопительного сезона значительно падает относительная влажность воздуха и соответственно изменяется влажность самой древесины, что приводит к резкому увеличению брака в изделиях. Выявить связь возникновения брака и микроклимата на производстве поможет ежедневный учёт его количества и постоянный мониторинг параметров воздуха в помещениях.

Контролировать микроклимат на производстве возможно с помощью различных приборов: от простых психрометров с влажным и сухим термометром, имеющих высокую погрешность до современных электронных термогигрометров. Применение первых, зачастую не дает точную картину состояния атмосферы из-за большой временной продолжительности отслеживания и неисполнения всех эксплуатационных требований: неправильного размещения, отсутствия требуемой скорости воздушного потока и воды во влажном термометре.

Термогигрометры фирмы “Merlin Technology” позволяют с минимальной погрешностью осуществить экспресс-анализ параметров воздуха – температуры и относительной влажности. Благодаря дополнительным функциям этих приборов можно моментально узнать абсолютную влажность воздуха, равновесную влажность древесины, точку росы, а также сохранить в памяти до 16 000 результатов измерений. Их легко подсоединить к персональному компьютеру и на экране монитора увидеть в виде таблиц или графиков результаты измерений с заданным шагом (от 5 секунд). Таким образом, легко восстановить полную картину состояния микроклимата на производстве в контролируемый период.

Сопоставив данные журнала учёта бракованных изделий с температурно-влажностным режимом на предприятии, возможно четко увидеть взаимосвязь одного от другого и получить в денежном выражении оценку суммы ущерба, наносимую недостаточной влажностью на предприятии. Непосредственной оценке поддаётся только бракованные изделия, которые уже невозможно восстановить, но так же нужно учитывать дополнительные материально-технические затраты и людские ресурсы на восстановлении (шлифовку, покраску и реставрацию), которые повышают себестоимость продукции. Возникающие рекламации на низкое качество продукции от заказчиков приводят к материальным (штрафные санкции, замена товара, командировочные расходы и т.д.) и моральным (снижение имиджа и доверия к фирме) потерям.

Недостаток влаги в воздухе заметно сказывается на самочувствие и здоровье персонала и приводит, особенно в зимний период, к частым заболеваниям и дополнительным расходам по больничным листам.

Компенсировать недостаточную влажность воздуха, а, следовательно, и древесины наиболее целесообразно посредством применения высоконапорных систем увлажнения, лидером по производству которых является фирма “Merlin Technology”.

Высоконапорные системы увлажнения воздуха состоят из нескольких основных частей: устройств фильтрации и умягчения воды, центрального устройства для создания высокого давления, блока автоматического управления с датчиком влажности, блоков распыления воды и монтажного комплекта.

Фирма “Merlin Technology” предъявляет высокие требования к подготовке воды, поступающей в силовую установку и выполнения их очень важны для работы всей системы увлажнения. Для обеспечения надёжной и бесперебойной работы всей системы вода должна быть очищена от примесей и смягчена до 0° dH. Этого достигают путём использования группы фильтров твёрдых частиц (фильтрация до 1 микрона) и применением высококачественных блоков умягчения воды. Данные блоки работают по принципу замещения ионов кальция и магния на ионы натрия в растворённых в воде солях, которые, впоследствии, не образуют отложений.

В процессе химического умягчения воды катионообменная смола теряет часть ионов натрия (истощается) пропорционально объёму и жесткости воды. Для восстановления «рабочего» количества ионов Na смоле необходима периодическая промывка раствором NaCl (регенерация). Рабочий ресурс смолы – количество умягченной воды и возможных процессов регенераций – зависит от её качества. Высококачественные смолы способны умягчать в четыре раза больший объём воды с жёсткостью до 20° dH, чем их аналоги более низкого качества, и многократно регенерироваться. Для постоянного получения необходимого количества умягченной воды фирма “Merlin Technology” использует в установке умягчения два резервуара со смолой, которые работают попеременно: один непосредственно умягчает воду, а другой находится в режиме регенерации или ожидания.

Используемую для распыления воду предварительно дезинфицируют хлором. Дезинфицирующий патрон, работающий по электростатическому принципу, встроен в установку по умягчению и уничтожает до 98% бактерий в воде. Систему водоподготовки нельзя отключать, так как в воде очень быстро заводятся и размножаются микроорганизмы. Вся информация о состоянии воды выводится на центральный процессор и отображается на дисплее.

Коэффициент полезного действия блоков умягчения воды, используемых фирмой “Merlin Technology”, достигает 75-80%, в то время как у более дешёвых систем не превышает 55%. Возможное использование систем с КПД 90% нецелесообразно из-за их высокой стоимости. Этот показатель необходимо учитывать, особенно при выборе систем с производительностью более 500 л/час, так как расходы на воду и утилизацию отработанной воды значительны.

Использование высококачественной ионообменной смолы, двух резервуаров, устройства обеззараживания в блоках и постоянный мониторинг качества воды, которых нет в более дешёвых установках, обеспечивают бесперебойную и продолжительную работу установки по умягчению воды.

В качестве опции “Merlin Technology” предлагает приборы ультрафиолетовой стерилизации и обратного осмоса, которые устанавливают в зависимости от потребностей пользователя, причём осмотическую воду после химической обработки можно использовать для нужд производства.

Смягченная (0°dH) и отфильтрованная питьевая вода под давлением проходит сквозь специальный мембранный фильтр. Результат – идеально чистая вода. Отфильтрованные частицы смывают в канализацию. Обратноосмотическая вода (пермеат) проходит ультрафиолетовое облучение волнами 200-280 nm (UV5C диапазон), в результате чего погибает большинство микроорганизмов.

Только правильная химическая подготовка воды может гарантировать долговременную работу всей системы увлажнения, сократить эксплуатационные расходы и сохранить здоровье персонала предприятия.

Валерий Галишников

Журнал GE-News > Выпуск 62