MỞ ĐẦU * Tổng quan tình hình nghiên thuộc lĩnh vực của đề tài ở trong và ngoài nƣớc - Trên thế giới. Từ những năm 1960, một số loại lò sấy sử dụng NLMT đã được nghiên cứu và cải tiến. Các lò sấy này từ cấu tạo đơn giản, công suất nhỏ đến những lò sấy tự động hóa, công suất lớn với sự tích hợp hệ thống lưu trữ năng lượng. Các lò sấy năng lượng mặt trời (NLMT) được chia làm hai loại: Dạng lò sấy Greenhouse (hiệu ứng nhà kính), Semi-greenhouse (bán nhà kính) và dạng solar collector (sử dụng các bộ thu gom nhiệt từ bên ngoài).
Năm 1961, nghiên cứu đầu tiên việc sấy gỗ sử dụng NLMT được thực hiện tại phòng thí nghiệm chế biến gỗ ở Madison,Wisconsin, Mỹ bởi Johnson và đến năm 1962, lò sấy được xây dựng tại đây và tiến hành sấy thử nghiệm. Đây là lò sấy dạng greenhouse với hệ thống thu nhiệt từ mặt trời bằng 2 lớp nhựa phim có tráng kim loại màu đen. Sấy thử nghiệm trên gỗ sồi đỏ chiều dày 2,5cm, kết quả cho thấy sấy vào mùa xuân độ ẩm gỗ giảm từ 75% xuống 20% thời gian là 34 ngày; sấy vào mùa hè độ ẩm giảm từ 70% xuống 20% thời gian là 24 ngày. So với quá trình hong phơi việc sấy gỗ sử dụng NLMT có ưu điểm là gỗ sấy bằng lò sấy này ít khuyết tật hơn, thời gian sấy ngắn hơn và độ ẩm thu được thấp hơn.
Năm 1966, Chudnoff tiến hành nghiên cứu và xây dựng lò sấy dạng Greenhouse tại Rio Piedras-Sanjuan, Puerto Rico. Lò sấy được lắp đặt với 2 lớp vật liệu nhựa polyvinyl, tấm hấp thụ bằng ván dán sơn màu đen chiều dày 30cm ở phía dưới lò sấy. Kết quả sấy thử nghiệm trên gỗ Mahogany đối với ván có chiều dày 2,5cm, độ ẩm giảm từ 35% xuống 8 - 10% thời gian sấy là 25 ngày; ván chiều dày 3,2cm, độ ẩm giảm từ 50% xuống 11% thời gian sấy 30 ngày; ván có chiều dày 5cm độ ẩm giảm từ 60% xuống 14% thời gian sấy là 39 ngày. Thời gian giảm ẩm của lò sấy này so với quá trình hong phơi giảm 50% - 70% và chất lượng gỗ sấy tốt hơn.
Năm 1974, Read đã tiến hành nghiên cứu và xây dựng lò sấy dạng semi- greenhouse tại New South Wales, Úc. Hệ thống thu nhiệt của lò sấy bao gồm lớp kính bên ngoài, bên trong là ống đồng được đặt trên rãnh chữ V sơn màu đen. Lò sấy được xây dựng bằng các tấm nhôm đúc sẵn, hệ thông thu nhiệt được dẫn vào lò sấy bằng các ống cách nhiệt. Kết quả sấy thử nghiệm trên gỗ Ash chiều dày 2,5cm, thời gian giảm ẩm từ 100% xuống 6% là 20 ngày.
So với quá trình hong phơi thì thời gian giảm ẩm giảm nột nửa. 1 Luan van Năm 1974, Sharma đã tiến hành nghiên cứu và xây dựng thử nghiệm lò sấy NLMT dạng greenhouse tại Dehra Dun, Ấn Độ. Lò sấy được xây dựng với ba bức tường và mái trong suốt với một lớp kính dày 0,55cm ở ngoài và tấm polyethylene dày 0,025cm ở bên trong, giữa hai lớp cách nhau 3,7cm. Bên trong lò sấy sử dụng tấm kim loại sơn phủ màu đen.
Tiến hành sấy thử nghiệm trên một số loại gỗ lá rộng ở các khu rừng Ấn Độ, kết quả cho thấy thời gian sấy chỉ bằng 50% so với quá trình hong phơi. Năm 1977, Bois đã tiến hành nghiên cứu và xây dựng lò sấy gỗ sử dụng NLMT dạng semi-greenhouse tại Dodgeville, Wisconsin, Mỹ (Hình 1. Hệ thống thu nhiệt bao gồm một lớp kính bên ngoài, bên trong là tấm kim loại đen chiều dày 5cm. Tiến hành sấy thử nghiệm trên gỗ Anh Đào chiều dày 2,5cm, độ ẩm giảm từ 60% xuống 6% thời gian sấy là 52 ngày vào mùa hè; đối với gỗ Óc chó đen chiều dày 2,5cm, độ ẩm giảm từ 85% xuống 12% mất 47 ngày.
Năm 1979, Tschernits và Simpson nghiên cứu và xây dựng lò sấy Trung tâm sản phẩm công nghiệp rừng Laboratory, Madison, Mỹ. Hệ thống hấp thụ nhiệt bao gồm sợi thủy tinh dày 0,1cm ở ngoài, bên trong chứa chất hấp thụ là than dày 15cm, không khí được lưu thông nhờ một quạt công suất 0,5 mã lực. Tiến hành sấy thử nghiệm trên gỗ sồi đỏ miền Bắc nước Mỹ có chiều dày 2,9cm, độ ẩm giảm từ 84% xuống còn 9% thời gian là 54 ngày vào mùa hè. Gỗ sau khi sấy số lượng vết nứt giảm 3,5 lần so với quá trình hong phơi.
Năm 1979, Plumptre đã tiến hành nghiên cứu và lắp đặt lò sấy gỗ sử dụng NLMT dạng greenhouse tại Oxford, Anh. Hệ thống hấp thụ nhiệt bao gồm một lớp nhựa Mylar bên ngoài, bên trong là tầm hấp thụ bằng kim loại sơn màu đen. Lò sấy được xây dụng bằng khung gỗ và được phủ bằng nhựa, sàn lò sấy được phủ bằng một lớp polyethylene. Tiến hành sấy thử nghiệm trên gỗ sồi dày 5cm từ gỗ tươi mới chặt hạ về độ ẩm 12% là 5 tháng; gỗ thông dày 2,5cm, sấy từ gỗ tươi về độ ẩm 12% là 2-3 tuần.
Kiểm tra gỗ sau khi sấy ít hoặc không thấy xuất hiện các biến dạng cong vênh, chất lượng gỗ sấy tốt hơn so với hong phơi. Năm 1979, Yang đã tiến hành nghiên cứu và xây dựng thử nghiệm lò sấy gỗ sử dụng NLMT dạng Semi-greenhouse tại Trường Đại học Lakehead, Canada. Lò sấy được xây dựng với mái nhà trong suốt và một bức tường ở phía Nam. Hệ thống thu nhiệt bao gồm 2 lớp kính kết hợp với tấm kim loại được sơn đen ở bên dưới lớp kính.
Sấy thử nghiệm đối với gỗ jack pine studs chiều dày 5,1cm, độ ẩm từ 60% xuống 19% thời gian sấy là 100 ngày vào mùa đông và 12 ngày vào mùa hè. So với 2 Luan van hong phơi thời gian sấy giảm 2-3 lần vào mùa đông và 9 lần vào mùa hè, khuyết tật sấy ít hơn 5-9 lần, ít cong vênh hơn. Năm 1980, Chen nghiên cứu và xây dựng lòa sấy sử dụng NLMT dạng Semi Greenhouse ở Illinois, Mỹ. Hệ thống thu nhiệt dạng solar hot air collector với 2 lớp kính bằng sợi tổng hợp thủy tinh, tấm hấp thụ nhiệt bằng kim loại sơn đen làm từ các lon nước giải khát.
Tường của lò sấy bao gồm sợi thủ tinh cách nhiệt dày 15cm, foam Styrene cách nhiệt dày5cm, gỗ dán dày 0,8cm và phía ngoài là lớp nhôm cách nhiệt. Thử nghiệm sấy trên gỗ Dương vàng chiều dày 2,5cm, thời gian sấy độ ẩm giảm từ 95% xuống 15% là 8 ngày vào mùa hè, vào mùa đông từ gỗ tươi về 15% là 53 ngày, vào mùa xuân độ ẩm giảm từ 98% đến 15% là 28 ngày. So với hong phơi thì thời gian rút ngắn từ 2-3,5 lần. Năm 1980, McCormick đã nghiên cứu và tiến hành xây dựng lò sấy sử dụng NLMT dạng Solar hot water collectors ở Canton, Mississippi, Mỹ.
Hệ thống thu nhiệt có diện tích 232m2 bao gồm lớp kính bên ngoài và bên trong có 648 ống chứa nước nóng với dung tích là 5000 gallon nước. Ngoài ra hệ thống lắp đặt thêm các gương phản xạ để thu thêm nhiệt từ các phản xạ của ánh sáng mặt trời. lò sấy có công suất 240m3. Tiến hành sấy thử nghiệm trên gỗ lá rộng chiều dày 2,5cm, người ta thấy nhiệt lượng từ NLMT cung ứng khoảng 23% năng lượng cho quá trình sấy gỗ.
Năm 1981, Gough đã nghiên cứu và xây dựng lò sấy dạng Greenhouse tại Brisbane, Queensland, Úc. Lò sấy với 2 bức tường và mái trong suốt, hệ thống thu nhiệt bao gồm một lớp kính dày 3mm ở ngoài và một lớp phim polyvinyl chloride sơn đen bề mặt bên trong dày 0,15mm ở trong. Lưu thông không khia bằng một quạt công suất 1,5kW, vận tốc không khí là1m/s. Tiến hành sấy trên gỗ Sydney blue gum chiều dày 3,8cm, độ ẩm gỗ giảm từ 27% xuống 12% thời gian là 62 ngày; đối với gỗ mahogany chiều dày 50mm, độ ẩm giảm từ 38% xuống 12% thời gian sấy là 72 ngày.
So với quá trình hong phơi thời gian sấy giảm một nửa, chất lượng gỗ sấy tốt hơn. Các kết quả nghiên cứu sấy gỗ sử dụng NLMT của một số nhà nghiên cứu như Taylor and Weir (1984), Chen and Helton (1989), Haque and Langrish (2003) đã thu được kết quả tốt với thời gian sấy ngắn hơn so với quá trình hong phơi tự nhiên, độ ẩm gỗ thu được thấp và chi phí vận hành thấp. Cho tới nay đã có rất nhiều nghiên cứu sử dụng NLMT ở khắp các nước trên thế giới. Nhiều nhất là ở các nước nhiệt đới như Châu Á, Châu Phi, Châu Mỹ, Châu 3 Luan van Úc, Sri Lanka, India và Indonesia.
- Ở Việt Nam Năm 2007, tại Công ty Lâm trường M’Drak ở Đắk Lắc lắp đặt lò sấy gỗ sử dụng NLMT dạng greenhouse với thiết bị nhập từ Đức. Lò sấy bao gồm các khung nhôm và được phủ bằng nhựa Polyethylene trong suốt xung quanh tường và mái. Nhiệt lượng cung cấp cho lò sấy nhờ hệ thống hấp thụ nhiệt bằng kim loại sơn đen, đồng thời còn được gia nhiệt phụ trợ bằng nồi hơi nước khi nhiệt lượng từ hệ thống hấp thụ nhiệt không đủ cung cấp cho lò sấy. Công suất lò sấy 30m3/mẻ.
Lò sấy này so với các lò sấy hơi nước đã tiết kiệm năng lượng đáng kể, giảm chi phí về nhân công, chất đốt, ổn định về hình dạng và chất lượng gỗ sấy. Năm 2009, tác giả Trần Đức Sinh và các công sự thuộc Tổng công ty Lâm nghiệp Việt Nam đã nghiên cứu và ứng dụng công nghệ sấy gỗ sử dụng NLMT dạng Solar water hot collector cho một số nhà máy ở Giáp Bát, Hội An. Đây là công nghệ sấy gỗ sử dụng NLMT thay thế cho lò sấy hơi nước đun bằng than, củi trước đây. Theo thiết kế lò sấy có công suất 30m3/mẻ, mỗi mẻ sấy tiết kiệm được 30-40% chi phí sấy bằng hơi nước.
Năm 2010 và 2011, tác giả Hồ Xuân Các đã nghiên cứu và đưa ra phương án sấy sử dụng NLMT dạng solar air hot collector. Lò sấy với các bức tường được xây bằng gạch, mái được phủ bằng tấm lợp trong suốt. hệ thống hấp thụ nhiệt bằng các tấm đen, đồng thời lò sấy được gia nhiệt bởi hệ thống nồi hơi. Ở Việt Nam, việc nghiên cứu và ứng dụng công nghệ sấy gỗ sử dụng NLMT còn chưa phổ biến.
Đa phần các lò sấy chủ yếu sử dụng nhiên liệu đốt như than, củi… cung cấp nhiệt cho các lò sấy, làm ô nhiễm môi trường, tiêu hao năng lượng và thiếu an toàn trong quá trình sản xuất. * Lý do chọn đề tài Nhu cầu về năng lượng của con người trong thời đại khoa học kỹ thuật phát triển ngày càng tăng.