古建筑保護木材干燥技術研究進展

摘 要：木材干燥是古建筑保護中的關鍵問題，傳統木材干燥技術成本低、操作簡單，但存在干燥周期長、受氣候影響大、干燥不均勻等缺點。現代木材干燥技術在干燥效率、均勻性和節能環保方面表現優異，但存在設備昂貴、操作復雜等問題。干燥技術的選擇需綜合考慮木材種類、修復需求和經濟條件，確保古建筑木材的耐久性和穩定性。

關鍵詞：古建筑保護；木材干燥；干燥技術對比

DOI：10.20005/j.cnki.issn.1674-8697.2024.23.006

作為珍貴的歷史文化遺產，古建筑體現了不同時代的建筑風格和工藝水平，承載著豐富的歷史信息和文化價值。我國的古建筑多以木結構為主，木材作為主要的建筑材料，其優越的力學性能和易加工性，使其在古代建筑中得到廣泛應用。然而，木材的天然特性使其長期暴露于自然環境中時，易受潮濕、蟲害、腐朽等問題的影響，從而導致結構性能的下降，甚至會引發安全隱患。因此，如何有效地保護和修復古建筑中的木材，成為當前古建筑保護工作中的一項重要課題。

傳統木材干燥技術主要包括風干①、窯干燥②和太陽能干燥③等方法。這些方法大多依賴于自然條件或簡單的人工措施，具有操作簡單、成本低廉的優點。然而，傳統技術在干燥速度、干燥質量和受環境影響方面存在諸多限制。例如，風干和太陽能干燥周期較長，易受到天氣變化的影響，干燥效果難以保證；窯干燥雖然提高了干燥效率，但仍存在干燥不均勻、能耗較高等問題。隨著科技的進步和工業化的發展，現代木材干燥技術應運而生，主要有真空干燥④、壓縮干燥⑤、微波干燥⑥和紅外干燥⑦等。現代干燥技術利用先進的物理和化學原理，通過精確控制溫度、濕度、壓力等參數，實現木材的快速均勻干燥。與傳統技術相比，現代技術具有干燥速度快、干燥質量高、能耗相對較低等優點⑧，能夠顯著提高木材的使用性能和經濟效益。然而，現代木材干燥技術也存在一些挑戰和問題。首先，設備投資和運行成本較高，特別是在初期建設階段，需要大量資金投入；其次，操作技術要求高，需要專業人員進行設備管理和維護；最后，不同木材品種和規格對干燥技術的適應性也有所不同，需要根據具體情況進行選擇和調整。在古建筑保護中，選擇適宜的木材干燥技術，需要綜合考慮木材的種類、保存狀態、保護目標以及經濟成本等因素，以確保達到最佳的干燥效果和保護效果。

未來，隨著科技的不斷進步和干燥技術的進一步優化，木材干燥技術在古建筑保護中的應用將更加廣泛和有效，為古建筑的長期保存和文化傳承提供有力的技術支持。通過本文的研究，我們將更深入地了解不同木材干燥技術的優劣勢，以期促進木材干燥技術的不斷進步和完善，提高木材資源的利用效率，推動木材工業的可持續發展。

1 傳統木材干燥技術

傳統木材干燥技術的選擇因樹種、所需水分含量（MC）、材料尺寸、質量和經濟性而異。風干通常用于大型木材，或在干燥過程中的某個階段與窯干燥相結合，但大多數的木材都是在窯中干燥的。窯干可以更好地控制促進干化的環境條件。

最常見的窯爐類型是對流蒸汽、除濕、真空和太陽能。大多數軟木和硬木木材在傳統的蒸汽加熱窯中干燥。傳統的蒸汽窯在間歇工藝、漸進式工藝或連續式工藝方面有所不同。雖然在軟木工業中，級進式窯的使用有所增加，但在近十年里，關于級進式窯使用的研究很少，除了確定對于具有類似干燥質量的蘇格蘭松樹而言，兩區級進式窯比單區間歇式窯具有更低的能耗和干燥成本。大多數硬木和許多軟木樹種在低于100攝氏度的最高溫度下干燥，而一些針葉木樹種如南方黃松，目前使用高于100攝氏度的溫度進行干燥。最近關于高溫干燥的研究主要集中于減少亞高山冷杉⑨、云杉和松木⑩的干燥時間和翹曲。與對流干燥相比，過熱蒸汽與熱空氣結合使用是一種可減少橡膠木和瀝青松干燥時間的方法。

太陽能木材干燥（圖1）是從木材中去除水分的最古老的方法之一，且太陽能是一種成本低、來源廣、無污染的綠色能源k，具有可提高木材質量、保質期和機械強度的優點。目前，隨著制造業對能源的關注度的增加，利用太陽能烘干木材仍然受到關注。然而，對太陽能干燥的大多數研究都集中在更小體積、更低成本或低技術的木材干燥解決方案上。太陽能干燥設計成本低，易于建造和操作，適用于熱帶國家，特別是電力稀缺和昂貴的偏遠地區l。太陽能干燥技術一般分為溫室型和集熱器型兩種，其具有間歇性、不穩定、能流密度低、干燥周期長等缺點阻礙了太陽能干燥技術的推廣應用m。

2 現代木材干燥技術

真空干燥：真空干燥的過程就是將被干燥物料置放在密閉的干燥室內，用真空系統抽真空的同時對被干燥物料不斷加熱，使物料內部的水分通過壓力差或濃度差擴散到表面，水分子在物料表面獲得足夠的動能，在克服分子間的相互吸引后，逃逸到真空室的低壓空間，從而被真空泵抽走的過程n。

真空干燥技術是一種高效、優質的木材干燥方法，對于滲透性較好的闊葉樹材o，特別是厚材，干燥速度和質量上的優越性十分明顯。真空干燥技術還可用于不宜采用常規干燥法處理的特殊木制品的干燥，尤其適用于貴重木制品的干燥。目前，大多數真空干燥技術與傳統干燥技術的比較研究都集中在減少干燥時間上。現有的木材真空干燥設備復雜，投資成本高，制造工藝難度大，設備的體積較小，不適宜大規模的工業化生產，且木材裝卸不便，木材終了含水率均勻性較差。同時，真空度愈高，真空罐內的干燥介質愈少，加熱材堆的難度亦愈大（圖2）。

壓縮干燥：壓縮木材干燥技術結合了機械壓縮和熱力干燥的原理，通過機械壓力和加熱作用，使木材中的水分快速排出。具體而言，木材在加熱的同時，受到垂直方向的機械壓力作用，這種壓力不僅使木材的內部結構更緊密，還迫使水分沿著纖維方向快速流動并排出。加熱過程通常通過蒸汽、熱風或電加熱等方式進行，增加木材溫度，加速水分蒸發和遷移。機械壓縮和熱力作用相結合，使得木材在短時間內達到理想的干燥效果p。壓縮木材干燥技術主要應用于工業化生產中，特別適用于干燥厚重、高密度和高價值木材，如硬木板材、建筑用材和家具用材等。由于該技術能夠顯著提高干燥速度和干燥均勻性，已經在一些大型木材加工企業中得到廣泛應用。

紅外干燥：紅外木材干燥技術利用紅外線的輻射能量加熱木材表面q，使其表面水分迅速蒸發，并通過水分梯度的作用，將木材內部的水分逐步遷移到表面并蒸發。紅外線是一種波長為0.76～1000微米的電磁波，具有較強的穿透能力。紅外線加熱木材時，木材吸收紅外輻射能量后轉化為熱能，直接作用于木材的表面層，使其溫度迅速升高，從而加速表面水分的蒸發過程。通過控制紅外線的強度和照射時間，可以實現木材的快速干燥。紅外木材干燥技術在國內外的木材工業中逐漸得到應用，特別是在要求高效、節能、環保的現代化木材加工企業中。該技術通常與其他干燥方法結合使用，如與熱風干燥、微波干燥等結合r，以提高整體干燥效率和效果。目前，紅外干燥技術廣泛應用于板材、家具材、建筑材等多種木材的干燥過程，尤其適用于厚度較薄、干燥速度要求較高的木材種類。紅外木材干燥技術可用于對時間要求高的古建筑木材干燥（圖3）。

微波干燥：微波木材干燥技術利用微波能量加熱木材，使其內部的水分通過快速振動產生熱量，從而蒸發。微波是一種波長介于1毫米至1米之間的電磁波，其特有的高頻率使其能量能夠深入木材內部，與木材中的水分子發生作用。微波能量在木材內部傳播時，水分子吸收微波能量并迅速振動，這種振動產生熱量，使水分從內部向外遷移并蒸發s。與傳統加熱方法不同，微波干燥是從木材內部開始加熱，從內到外均勻干燥，能夠顯著縮短干燥時間并提高干燥效率。微波木材干燥技術在工業化木材加工領域逐漸得到應用，尤其是需要高效、均勻干燥的場合。該技術廣泛應用于板材、家具材、建筑材等多種木材的干燥過程中t，特別適用于厚度較大、初始含水率較高的木材種類。此外，微波干燥還常用于處理高價值木材和特殊用途木材。對古建筑中替換下來的木材進行干化處理，更加有利于對古建筑木材的保存。

3 傳統與現代木材干燥技術在古建筑保護中的優勢分析

3.1 傳統木材干燥技術在古建筑保護中的優缺點

傳統木材干燥技術包括風干、窯干燥和太陽能干燥等，這些方法在木材干燥歷史中占據了重要地位。

作為古建筑保護木材干燥方法，風干技術成本低廉，它是利用自然風和氣候條件進行干燥，操作簡單，無需復雜的技術支持，易于管理和控制，同時自然環保，對環境沒有污染。但是，風干的干燥周期較長，受氣候條件影響顯著，干燥時間可能延續數月甚至更長，影響生產效率。此外，由于風干難以精確控制，會發生木材干燥不均勻，易出現開裂、變形等質量問題，干燥效果也受季節和天氣變化的影響較大，這就存在無法對古建筑進行及時保護的風險，以及無法滿足對木結構古建筑搶修的要求。

窯干燥技術通過控制溫度和濕度，可以顯著加快干燥速度，適用于多種木材類型和厚度，干燥效果相對均勻。適合在資源有限的條件下使用，設備成本和維護費用較低，使其在大規模處理木材時具有經濟優勢，非常適合預算有限的古建筑修復項目。此外，窯干燥技術能夠處理大量木材，確保材料供應的連續性。然而，傳統窯干燥也存在干燥周期長、能耗高的問題，特別是窯爐加熱需要大量的燃料，這不僅不符合現代環保要求，也增加了干燥成本。同時木材內部水分蒸發不均勻，易導致木材開裂和變形，對于古建筑修復中的珍貴木材是一種不可逆的損害。

太陽能干燥技術則利用自然資源進行干燥，具有環保節能、成本較低的優勢，適用于小規模或預算較低的古建筑修復項目。太陽能干燥的效率受天氣和氣候條件影響較大，在陰雨天或寒冷季節，其干燥速度明顯降低，影響項目進度。相較于其他干燥方法，太陽能干燥的速度較慢，不適合對時間要求較高的修復工程。此外，干燥效果不夠穩定，可能會導致木材質量不均勻，影響修復質量。

3.2 現代木材干燥技術在古建筑保護中的優缺點

現代木材干燥技術主要包括真空干燥、微波干燥和紅外干燥等，這些方法在提高干燥效率、均勻性和節能環保方面表現出顯著優勢。

紅外干燥技術利用紅外線加熱木材，加速水分蒸發，能夠均勻加熱木材，避免局部過熱或干燥不均，適合需要快速完成的修復工程。紅外干燥能夠有效減少木材內部的應力，降低開裂和變形風險，但其高能耗和設備維護成本較高，限制了它的大規模應用。

真空干燥技術通過降低環境氣壓，使木材中的水分在較低溫度下蒸發，能夠最大限度保留木材的天然色澤和機械性能，特別適合珍貴文物級木材的修復。同時，真空干燥能夠均勻去除木材中的水分，減少干燥過程中的變形和開裂，并且能耗相對較低。但是真空干燥設備結構復雜，技術要求高，初期投資和維護成本較高，需要專業技術人員操作和管理。

微波干燥技術通過微波能量直接作用于木材內部水分，實現快速均勻干燥，極大提高修復效率，并能避免表面硬化和內部干燥不均的問題。微波干燥適用于各種復雜形狀和厚度的木材，能滿足多種修復需求。然而，微波干燥設備投資較大，初期成本較高，并且需要專業技術人員操作和維護，增加了人力成本和技術管理難度。此外，盡管干燥速度快，但微波干燥的能耗較高，不完全符合節能環保的要求。

通過對比分析，傳統木材干燥技術和現代木材干燥技術在古建筑修復保護和加固中各有優劣，選擇適合的干燥技術需要綜合考慮項目的具體需求、預算以及木材的特性，以確保修復效果的最佳化。在實際應用中，應根據具體的生產需求、木材種類、修復時間要求和成本預算等因素，選擇最適合的干燥技術，以達到最佳的干燥效果和經濟效益。隨著科技的不斷進步和創新，各種干燥技術有望在未來得到進一步優化和廣泛應用，為古建筑修復保護工作發展提供有力支持。

4 結論與展望

傳統木材干燥技術和現代木材干燥技術各有優缺點，傳統技術成本低，但干燥質量難以控制，現代技術干燥效率高，但設備投資大。總體而言，傳統技術適合中小型企業和普通木材，現代技術在效率、均勻性和節能方面表現優異，適合大型企業和高價值木材。需根據具體需求和條件選擇合適的技術，實現最佳經濟效益和干燥效果。隨著科技的進步，木材干燥技術將在古建筑保護中發揮越來越重要的作用。未來，通過進一步優化和創新干燥技術，可以提高干燥效率和質量，為古建筑的長期保存和文化傳承提供更有力的技術支持。文章通過對古建筑保護中木材干燥技術的對比，分析了各種技術的應用情況及其優缺點，為相關研究和實際保護工作提供了科學參考和理論依據。實際操作中，應將理論研究與實踐經驗相結合，不斷改進和完善干燥技術，以實現對古建筑木材的有效保護。

注釋

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