О принципах модернизации и создания производств по глубокой переработке древесины, обеспечивающих рациональное использование лесных ресурсов

Е. М. Царев, М. Н. Волдаев, И. П. Макаев,

С. А. Круглов, В. И. Петров

О ПРИНЦИПАХ МОДЕРНИЗАЦИИ И СОЗДАНИЯ ПРОИЗВОДСТВ

ПО ГЛУБОКОЙ ПЕРЕРАБОТКЕ ДРЕВЕСИНЫ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИХ

РАЦИОНАЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЛЕСНЫХ РЕСУРСОВ

Ключевые слова: рациональное лесопользование, деревянное домостроение, производство тепловой и электрической энергии,

информационные технологии.

Приведено обоснование выбора направлений специализации предприятий лесного комплекса Среднего Поволжья с целью обеспечения рационального лесопользования. Предложены принципы модернизации и создания новых производств.

Keywords: sustainable forestry, production timber houses, production of heat and electric energy, information technology.

The explanation of choice of specialization productions offorest industry in Middle Volga Region ways is carried out with aim of ensuring sustainable forestry. The principles of modernization and development new productions is suggested.

Введение

Последние 10-15 лет уровень качественных и количественных показатели лесных участков ряда регионов Среднего Поволжья (Чувашской Республики, Республики Мордовия, Ульяновской области, Пензенской области), расположенных вблизи транспортных путей, неуклонно снижался. Этому способствовали значительные и не всегда обоснованные объемы рубок по хвойному хозяйству, недорубы по мягколиственному хозяйству, снижение объемов лесовосстановительных работ [1].

Деятельность большинства лесопромышленных предприятий в данных регионах характеризуется незначительными объемами и узкой номенклатурой продукции. На лесосечных работах зачастую применяется примитивная технология, не соблюдаются требования экологичности. Отсутствие рационального обоснования степени глубины переработки древесины, технологии деревоперерабатывающих производств, вида применяемого оборудования и его количества, методов раскроя древесины обуславливает значительный объем отходов в общем балансе использования древесины.

Одним из путей интенсификации лесного хозяйства и лесопользования в данных регионах является модернизация действующих и создание новых предприятий лесного комплекса на принципе максимального планомерного использования всей доступной ликвидной древесины в производстве продукции глубокой переработки древесины с внедрением методик, обеспечивающих повышение эффективности использования древесной массы, а также в производстве тепловой и электрической энергии.

Цель работы заключается в обосновании принципов модернизации действующих и создании новых производств лесного комплекса, целью деятельности которых является обеспечение рационального лесопользования на основе максимального вовлечения лесных ресурсов в производство продукции глубокой переработки древесины, в первую оче-

редь изделий для деревянного домостроения, при обеспечении тепловой и электрической энергией, вырабатываемой при утилизации отходов.

Решаемые задачи: обоснование возможности специализации предприятий лесного комплекса Среднего Поволжья на выпуск изделий для деревянного домостроения, выбор основного типа производимых деревянных домов на основании определения ресурсного потенциала регионов Среднего Поволжья, выявление основных направлений обеспечения рационального использования лесных ресурсов и технико-экономической эффективности при производстве деревянных домов, а также тепловой и электрической энергии, и формулирование в их разрезе принципов модернизации и создания новых производств лесного комплекса.

Методы исследования заключаются в анализе распределения лесов регионов Среднего Поволжья по группам пород, моделировании технологических процессов деревообрабатывающих производств, определении толщины ограждающих конструкций различных типов домов на основании значений сопротивления теплопередачи с применением положений строительной теплотехники.

Интерпретация результатов исследования

Во многих программах, стратегиях и иных документах государственного значения [2,3,4,5] как наиболее перспективные направления развития лесного комплекса отмечены деревянное домостроение и биоэнергетика. Так, в [2] отмечается, что приоритетным направлением станет развитие новых сегментов спроса на древесину в сфере энергетики и строительства, включая:

- развитие деревянного домостроения в рамках приоритетного национального проекта "Доступное и комфортное жилье - гражданам России";

- развитие массового производства деревянных клееных конструкций;

- применение энергоносителей древесного происхождения в качестве альтернативных источников топлива для коммунальной энергетики.

Мероприятия, обеспечивающие развитие производства лесоматериалов для деревянного домостроения, согласно [3], являются составной частью мероприятий, обеспечивающих развитие мощностей по глубокой механической, химической и энергетической переработке древесины - одно из двух основных приоритетных направлений развития лесного комплекса в период до 2020 г.

Развитие технологий производства энергоэффективных и экологичных деревянных домов - один из эффективных путей реализации приоритетного национального проекта «Доступное и комфортное жилье - гражданам России» в рамках подпрограммы "Стимулирование программ развития жилищного строительства субъектов Российской Федера-

ции" федеральной целевой программы "Жилище" на 2011 - 2015 годы и достижения цели развития массового строительства жилья экономкласса на территории Российской Федерации, отвечающего стандартам ценовой доступности, энергоэффективности и экологичности [4].

Обоснование выбора основного типа производимых домов производим на основании данных расчета толщин ограждающих конструкций домов из оцилиндрованного бревна, клееного бруса и каркаснопанельных (каркасных или панельных) домов. Расчет производился согласно [6,7] для частей ограждающих конструкций одинаковых длины и высоты для условного географического центра Волго-Вятского района г. Чебоксары.

Расчет толщины основного слоя ограждающих конструкций деревянных домов различного типа с описанием их структуры сведен в табл.1. На основании данных таблицы можно сделать вывод о значительном расходе дорогостоящих оцилиндрованных бревен и клееных брусьев при устройстве ограждающих конструкций из них в противовес каркаснопанельным (каркасным или панельным) с минераловатным утеплителем, стоимость которого зачастую ниже, чем оцилиндрованных бревен или клееного бруса [8. Следует отметить, что расход древесных материалов в ограждающих конструкциях каркаснопанельных (каркасных или панельных) домов не превышает 25-30 % от общего объема (большая доля приходится на утеплитель). При этом в данных ограждающих конструкциях возможно широкое применение мелкотоварной древесины, а при наличии линий сращивания - и низкокачественной.

На основании [10] для изготовления деревянных конструкций следует применять древесину преимущественно хвойных пород. Более низкий расход древесины при производстве каркасно-панельных (каркасных и панельных) домов по сравнению с домами из оцилиндрованного бревна и клееного бруса является преимуществом для первых в условиях регионов Среднего Поволжья с отсутствием избытка ценных хвойных пород [5], а в большинстве регионов

- с доминированием мягколиственных пород в спелых и приспевающих насаждениях. В таблице 2 представ-

лена информация о запасах древесины по группам пород в ряде регионов Среднего Поволжья (данные Государственного учета лесного фонда России по состоянию на 1 января 2003 года [11]).

Таблица 1 - Характеристика ограждающих конструкций домов из оцилиндрованного бревна, клееного бруса и каркасных

Примечание: Нпр - принятая толщина слоя, м; Нр - расчетная толщина основного слоя, м; X - коэффициент теплопроводности материала при условиях эксплуатации Б, Вт/(м2-°С) или термическое сопротивление замкнутых воздушных прослоек, м2-°С/Вт.

Таблица 2- Запас древесины в лесах, возможных для эксплуатации, в ряде регионов Среднего По-

3

волжья, млн. м

Все- го по ре- гио- ну в том числе по группам пород

хвойные твердолиственные мягколиственные

ит ого в том числе ит ого в том числе ит ого в том числе

приспе- вающие спелые и перестой-ные приспе- вающие спелые и перестой-ные приспе- вающие спелые и перестойные

Республика Мордовия

56,7 7 19, 68 3,34 0,56 6,0 2 1,02 1,42 31, 07 9,01 6,40

Республика Татарстан

97,9 0 25, 87 3,10 0,93 15, 33 2,36 1,72 56, 66 17,38 15,93

Чувашская Республика

41,7 2 15, 97 3,28 0,85 6,1 2 0,43 0,34 19, 63 4,43 4,34

Нижегородская область

347, 67 16 9,8 30,52 12,93 5,2 7 0,93 1,58 17 2,5 39,22 36,77

Пензенская область

87,3 6 31, 95 6,85 2,48 16, 05 3,64 4,73 39, 36 8,85 10,00

Ульяновская область

91,9 2 50, 36 7,38 2,63 7,7 9 2,30 2,11 33, 76 10,17 9,04

Путями, позволяющими вовлекать в производство изделий для деревянного домостроения как можно больше деловой, а также дровяной древеси-

Тип дере- вянного дома Наименование слоев в однородной части ограждающей конструкции £ р, п Н Вт/(м2- °С) £ р, Н

Из оци-линдро-ванного бревна оцилиндрованное бревно (0,6 диаметра бревна [9]) 0,18 0,585

воздушная прослойка 0,016 0,14

гипсокартонные листы 0,01 0,36

Из клееного бруса клееный брус 0,18 0,55

воздушная прослойка 0,016 0,14

гипсокартонные листы 0,01 0,36

Каркас- ный (каркас- но- панель- ный) наружная обшивка дома (евровагонка) 0,0125 0,18

наружная обшивка панели (каркаса) (ОСП, ДСтП, обрезные доски) 0,016 0,18

минераловатный утеплитель “Технониколь” 0,046 0,171

внутренняя обшивка панели (каркаса) (ОСП, ДСтП, обрезные доски) 0,016 0,18

воздушная прослойка 0,016 0,14

гипсокартонные листы 0,01 0,36

ны является внедрение эффективных технологий раскроя и производство клееной древесины. Согласно [12] выход обрезных пиломатериалов из хвойной дровяной древесины может достигать 31 %, а необрезных пиломатериалов из мягколиственной дровяной древесины - 32,3 %. Отходы древесины следует планировать к использованию плитных материалов (ДСтП, ОСП) и материалов, в которых отходы производств лесного комплекса могут использоваться совместно с другими материалами (ЦСП, фибролит, арболит, совместно с иными местными строительными материалами (новые виды строительных материалов),

Применение в несущих конструкциях пиломатериалов с меньшими поперечными сечениями, и, соответственно, экономия древесного сырья, должны обеспечиваться внедрением при проектировании прочностных расчетов, а также заменой шарнирных соединений вертикальных стоек и балок (гвоздевые, болтовые, нагельные)на жестко защемленные: в данном случае уменьшается расчетная длина стоек, и, следовательно, гибкость, а это является резервом для уменьшения площади поперечного сечения [10]. Укрупненная технологическая схема деревообрабатывающих участков производств, значительную долю продукции которых составляют клееные деревянные изделия различных пород, приведена на рис. 1.

Распиловка бревен на пиломатериалы

Сушка

Ж

Распиловка пиломатериалов на многопильных или однопильных станках

Сращивание по длине

£

Сращивание по толщине

у

Сращивание по ширине

Участок производства готовой продукции Общий объем работ-100%

Изготовление клееного бруса 10-15%

Производство столярно-строительных изделий 40-50%

Произ-

водство

тепло- и

электро-

энергии

Лі

Отходы ____\_____

Изготовление несущих и ограждающих элементов, сборка панелей домов, производство мебельных щитов 35-50%

Производство арболита, фибролита, ДСтП, ДВП

Обработка антипиренами и антисептиками

Отгрузка готовой продукции

]

Рис. 1 - Укрупненная схема планируемого технологического процесса деревоперерабатывающих участков предприятий

В условиях истощенной расчетной лесосеки по хвойному хозяйству необходимо проводить исследования в плане применения в несущих конструкциях лиственной древесины. Самое простое решение в

данном случае - широкое внедрение в производство анисептиков.

Повышение эффективности существующих производств деревянного домостроения и обеспечение эффективности вновь создаваемых должно будет базироваться на широком внедрении информационных технологий. Массовое производство домов эконом-класса предусматривает наличие небольшого количества модификаций схожих по своим основным параметрам конструкций, может быть предусмотрено производство унифицированных блоков и возведение из них готовых домов различного метража и этажности. При этом по желанию заказчика могут изменяться отдельные элементы домов, а, следовательно, это заставит изменять проектную документацию. Кроме того, в зависимости от районов строительства толщина ограждающих конструкций может также меняться по теплотехническим требованиям естественно с выполнением требований по прочности и устойчивости конструкций, что также заставит вносить изменения в проектную документацию. Внедрение САПР позволит не только обеспечивать оперативный выпуск проектной документации согласно требованиям нормативных документов, но и может стать основой системы управления информацией, координирующей одновременную работу проектировщиков и технологов [13], работающих в свою очередь с использованием информации о параметрах запасов сырья или лесосечном фонде.

Производство щитовых домов, ориентированное на преимущественное использование цельных деревянных элементов (в том числе и нестроганых) как в качестве несущих (стойки), так в качестве и ограждающих элементов конструкции (обшивка щитов досками), а также эффективных утеплителей, осуществляется на МУП “Кирский лесокомбинат” Чувашской Республики. Стоимость квадратного метра дома (без инженерных коммуникаций), реализуемого предприятием составляет порядка 3500-400 руб/ м2. Структура наружного щита изготавливаемых на предприятии домов следующая: наружная дощатая обшивка (16 мм), два слоя минераловатного утеплителя “Технониколь” (по 50 мм) с воздушной прослойкой между ними (16 мм), внутренняя дощатая обшивка (16 мм).

На данный момент ведутся работы по модернизации предприятия, совершенствовании конструкции панелей производимых домов и превращении его в “Центр производства быстровозводи-мых деревянных домов”. Предполагается внедрение в производство линий сращивания, совершенствования конструкции выпускаемых домов. Планируется, что предприятие будет арендовать лесные участки Кирского лесничества, которые уже более 70 лет являются составной частью лесосечного фонда предприятия. Такая схема является традиционной для лесокомбинатов и леспромхозов Чувашской Республики и близлежащих районов соседних регионов. Лесосечные работы будут выполняться так же, как и сейчас - в виде вывозки хлыстов. Для обеспечения экологичности и внедрения техники с

оптимальными энергосиловыми параметрами планируется использовать колесную технику. В свое время на лесосечных работах в Кирском и Алатырском лесокомбинатах Чувашской АССР себя хорошо зарекомендовали колесные трелевочные трактора ЛКТ-80 производства ЧССР. Сейчас же, в связи со сложностью их поставки, в условиях работы МУП “Кирский лесокомбинат” (объем вывозки до 50 тыс. м3 в год, средний объем хлыста до 0,4 м3, значительная доля выборочных рубок, большая доля среди разрабатываемых лесных участков заболоченных) предпочтение может быть отдано трелевочным тракторам и агрегатным лесосечным машинам на базе тракторов ПО “Минский тракторный завод” и тракторной технике ХТА «Слобожанец» (ХТА-200-07, ЛТ-157).

Сегодня разработано многочисленное оборудование, работающее на древесных отходах, для производства тепловой и электрической энергии [14]. Препятствием массовому внедрению данного оборудования, и, следовательно, созданию современных систем эффективного энергообеспечения предприятий является отсутствие на данный момент четкой методики комплектования основного и вспомогательного теплотехнического и электротехнического оборудования, а также трубопроводов, работающего на древесном топливе, в зависимости от объемов отходов на предприятии. Разработка данной методики позволит впоследствии создать типовые системы энергообеспечения для предприятий лесного комплекса различной мощности.

Выводы.

1. Характеристика потенциальной лесосырьевой базы, анализ перспектив развития лесного комплекса, теплотехнические расчеты позволяют говорить о необходимом приоритете специализации модернизируемых и вновь создаваемых предприятий лесного комплекса Среднего Поволжья на рациональном использовании лесных ресурсов вовлечением их в производство изделий для деревянного домостроения.

2.Основные принципы модернизации действующих и создании новых предприятий: внедрение линий по производству клееных деревянных изделий, причем с возможностью применения оборудования в производстве различных видов продукции; вовлечение в производство неответственных столярностроительных изделий древесины мягколиственных пород, а при разработке мероприятий по повышению стойкости древесины - и в производство несущих конструкций; внедрение информационных технологий на различных стадиях проектирования и производства продукции с последующим созданием единого информационного пространства, объединяющего базы данных конструкторского и технологического составов; лесосечный фонд модернизируемых и вновь

создаваемых предприятий со средним объемом вывозки (50 тыс. м3) в целях повышения эффективности использования техники целесообразно выбирать в пределах лесничества или группы лесничеств (оптимально - вся расчетная лесосека лесничества или группы лесничеств) в виду относительной однородности лесных участков лесничества по качественному и количественному составу; наличие методики комплектования оборудования для производства тепловой и электрической энергии, работающего на отходах производства, в зависимости от объемов этих отходов.

Литература

1. Сафин, Р.Р. Анализ современного состояния лесопромышленного комплекса и перспективы его развития на базе кафедр лесотехнического профиля КГТУ / Р. Р. Сафин, Р. Г. Сафин // Вестн. Казан. технол. ун-та. - 2010. -№ 4. -С. 120-126.

2. Концепция развития лесного хозяйства Российской Федерации до 2010 года: Одобрена распоряжением Правительства Российской Федерации от 18 января 2003 г. N 69.

3. Стратегия развития лесного комплекса Российской Федерации на период до 2020 года: Утв. Приказом Мин-промторга России и Минсельхоза Россииот 31 октября 2008 г. N 248/482

4.Федеральная целевая программа "Жилище" на 2011-

2015годы: Утв. постановлением Правительства Российской Федерации от 17 дек. 2010 г. № 1050

5. Концепция развития лесного комплекса Поволжья до

2010 года/Под ред. Ю.А. Ширнина.-Йошкар-

Ола:МарГТУ, 2004.-58 с.

6. Тепловая защита зданий: СНиП 23-02-2003.— Введ. 2003—10—01. — М. : Гос. ком. РФ по стр-ву и жилищ.-коммун. комплексу (Госстрой России), 2004. — IV, 27 с.

7. Проектирование тепловой защиты зданий: СП 23-1012004.— Введ. 2004—06—01. — М., 2004. — IV, 27 с.

8. Интернет ресурс

9. Морозов, Н. А. Специальные деревообрабатывающие производства / Н. А. Морозов. - М.: Гослесбумиздат, 1954. - 356 с.

10. Деревянные конструкции: СНиП 11-25-80. — Утв. 1980—12—18. — М. : Стройиздат, 1982. —65 с.

11. Интернет ресурс

12. Чемоданов, А.Н. Лес и лесопродукция: Справочные материалы/А.Н. Чемоданов, Е.М. Царев. - Йошкар-Ола: МарГТУ, 2002. - 304 с.

13. Деркаченко, Г. Информационное обеспечение производства/ Г. Деркаченко, Д. Макаров, В Дорохина// Лес-проминформ. - 2009. - №1. - С.90-94.

14. Самылин, А. Современные конструкции газогенераторных установок/ А. Самылин, М. Яшин// Леспромин-форм. - 2009. - №1. - С.78-85.

© Е. М. Царев - д-р техн. наук, проф. каф. технологии и оборудования лесопромышленных производств Марийского госуд. технич. ун-та, 651020@mail.ru; М. Н. Волдаев - канд. техн. наук, ст. препод. той же кафедры, maksim-valdaev@yandex.ru; И. П. Макаев - дир. МУП «Кирский лесокомбинат»; С. А. Круглов - гл. инженер МУП «Кирский лесокомбинат»; В. И. Петров- д-р техн. наук, проф. каф. оборудования химических заводов КНИТУ,albinakhisameeva@mail.ru.