古建筑保护木材干燥技术研究进展

摘 要：木材干燥是古建筑保护中的关键问题，传统木材干燥技术成本低、操作简单，但存在干燥周期长、受气候影响大、干燥不均匀等缺点。现代木材干燥技术在干燥效率、均匀性和节能环保方面表现优异，但存在设备昂贵、操作复杂等问题。干燥技术的选择需综合考虑木材种类、修复需求和经济条件，确保古建筑木材的耐久性和稳定性。

关键词：古建筑保护；木材干燥；干燥技术对比

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

作为珍贵的历史文化遗产，古建筑体现了不同时代的建筑风格和工艺水平，承载着丰富的历史信息和文化价值。我国的古建筑多以木结构为主，木材作为主要的建筑材料，其优越的力学性能和易加工性，使其在古代建筑中得到广泛应用。然而，木材的天然特性使其长期暴露于自然环境中时，易受潮湿、虫害、腐朽等问题的影响，从而导致结构性能的下降，甚至会引发安全隐患。因此，如何有效地保护和修复古建筑中的木材，成为当前古建筑保护工作中的一项重要课题。

传统木材干燥技术主要包括风干①、窑干燥②和太阳能干燥③等方法。这些方法大多依赖于自然条件或简单的人工措施，具有操作简单、成本低廉的优点。然而，传统技术在干燥速度、干燥质量和受环境影响方面存在诸多限制。例如，风干和太阳能干燥周期较长，易受到天气变化的影响，干燥效果难以保证；窑干燥虽然提高了干燥效率，但仍存在干燥不均匀、能耗较高等问题。随着科技的进步和工业化的发展，现代木材干燥技术应运而生，主要有真空干燥④、压缩干燥⑤、微波干燥⑥和红外干燥⑦等。现代干燥技术利用先进的物理和化学原理，通过精确控制温度、湿度、压力等参数，实现木材的快速均匀干燥。与传统技术相比，现代技术具有干燥速度快、干燥质量高、能耗相对较低等优点⑧，能够显著提高木材的使用性能和经济效益。然而，现代木材干燥技术也存在一些挑战和问题。首先，设备投资和运行成本较高，特别是在初期建设阶段，需要大量资金投入；其次，操作技术要求高，需要专业人员进行设备管理和维护；最后，不同木材品种和规格对干燥技术的适应性也有所不同，需要根据具体情况进行选择和调整。在古建筑保护中，选择适宜的木材干燥技术，需要综合考虑木材的种类、保存状态、保护目标以及经济成本等因素，以确保达到最佳的干燥效果和保护效果。

未来，随着科技的不断进步和干燥技术的进一步优化，木材干燥技术在古建筑保护中的应用将更加广泛和有效，为古建筑的长期保存和文化传承提供有力的技术支持。通过本文的研究，我们将更深入地了解不同木材干燥技术的优劣势，以期促进木材干燥技术的不断进步和完善，提高木材资源的利用效率，推动木材工业的可持续发展。

1 传统木材干燥技术

传统木材干燥技术的选择因树种、所需水分含量（MC）、材料尺寸、质量和经济性而异。风干通常用于大型木材，或在干燥过程中的某个阶段与窑干燥相结合，但大多数的木材都是在窑中干燥的。窑干可以更好地控制促进干化的环境条件。

最常见的窑炉类型是对流蒸汽、除湿、真空和太阳能。大多数软木和硬木木材在传统的蒸汽加热窑中干燥。传统的蒸汽窑在间歇工艺、渐进式工艺或连续式工艺方面有所不同。虽然在软木工业中，级进式窑的使用有所增加，但在近十年里，关于级进式窑使用的研究很少，除了确定对于具有类似干燥质量的苏格兰松树而言，两区级进式窑比单区间歇式窑具有更低的能耗和干燥成本。大多数硬木和许多软木树种在低于100摄氏度的最高温度下干燥，而一些针叶木树种如南方黄松，目前使用高于100摄氏度的温度进行干燥。最近关于高温干燥的研究主要集中于减少亚高山冷杉⑨、云杉和松木⑩的干燥时间和翘曲。与对流干燥相比，过热蒸汽与热空气结合使用是一种可减少橡胶木和沥青松干燥时间的方法。

太阳能木材干燥（图1）是从木材中去除水分的最古老的方法之一，且太阳能是一种成本低、来源广、无污染的绿色能源k，具有可提高木材质量、保质期和机械强度的优点。目前，随着制造业对能源的关注度的增加，利用太阳能烘干木材仍然受到关注。然而，对太阳能干燥的大多数研究都集中在更小体积、更低成本或低技术的木材干燥解决方案上。太阳能干燥设计成本低，易于建造和操作，适用于热带国家，特别是电力稀缺和昂贵的偏远地区l。太阳能干燥技术一般分为温室型和集热器型两种，其具有间歇性、不稳定、能流密度低、干燥周期长等缺点阻碍了太阳能干燥技术的推广应用m。

2 现代木材干燥技术

真空干燥：真空干燥的过程就是将被干燥物料置放在密闭的干燥室内，用真空系统抽真空的同时对被干燥物料不断加热，使物料内部的水分通过压力差或浓度差扩散到表面，水分子在物料表面获得足够的动能，在克服分子间的相互吸引后，逃逸到真空室的低压空间，从而被真空泵抽走的过程n。

真空干燥技术是一种高效、优质的木材干燥方法，对于渗透性较好的阔叶树材o，特别是厚材，干燥速度和质量上的优越性十分明显。真空干燥技术还可用于不宜采用常规干燥法处理的特殊木制品的干燥，尤其适用于贵重木制品的干燥。目前，大多数真空干燥技术与传统干燥技术的比较研究都集中在减少干燥时间上。现有的木材真空干燥设备复杂，投资成本高，制造工艺难度大，设备的体积较小，不适宜大规模的工业化生产，且木材装卸不便，木材终了含水率均匀性较差。同时，真空度愈高，真空罐内的干燥介质愈少，加热材堆的难度亦愈大（图2）。

压缩干燥：压缩木材干燥技术结合了机械压缩和热力干燥的原理，通过机械压力和加热作用，使木材中的水分快速排出。具体而言，木材在加热的同时，受到垂直方向的机械压力作用，这种压力不仅使木材的内部结构更紧密，还迫使水分沿着纤维方向快速流动并排出。加热过程通常通过蒸汽、热风或电加热等方式进行，增加木材温度，加速水分蒸发和迁移。机械压缩和热力作用相结合，使得木材在短时间内达到理想的干燥效果p。压缩木材干燥技术主要应用于工业化生产中，特别适用于干燥厚重、高密度和高价值木材，如硬木板材、建筑用材和家具用材等。由于该技术能够显著提高干燥速度和干燥均匀性，已经在一些大型木材加工企业中得到广泛应用。

红外干燥：红外木材干燥技术利用红外线的辐射能量加热木材表面q，使其表面水分迅速蒸发，并通过水分梯度的作用，将木材内部的水分逐步迁移到表面并蒸发。红外线是一种波长为0.76～1000微米的电磁波，具有较强的穿透能力。红外线加热木材时，木材吸收红外辐射能量后转化为热能，直接作用于木材的表面层，使其温度迅速升高，从而加速表面水分的蒸发过程。通过控制红外线的强度和照射时间，可以实现木材的快速干燥。红外木材干燥技术在国内外的木材工业中逐渐得到应用，特别是在要求高效、节能、环保的现代化木材加工企业中。该技术通常与其他干燥方法结合使用，如与热风干燥、微波干燥等结合r，以提高整体干燥效率和效果。目前，红外干燥技术广泛应用于板材、家具材、建筑材等多种木材的干燥过程，尤其适用于厚度较薄、干燥速度要求较高的木材种类。红外木材干燥技术可用于对时间要求高的古建筑木材干燥（图3）。

微波干燥：微波木材干燥技术利用微波能量加热木材，使其内部的水分通过快速振动产生热量，从而蒸发。微波是一种波长介于1毫米至1米之间的电磁波，其特有的高频率使其能量能够深入木材内部，与木材中的水分子发生作用。微波能量在木材内部传播时，水分子吸收微波能量并迅速振动，这种振动产生热量，使水分从内部向外迁移并蒸发s。与传统加热方法不同，微波干燥是从木材内部开始加热，从内到外均匀干燥，能够显著缩短干燥时间并提高干燥效率。微波木材干燥技术在工业化木材加工领域逐渐得到应用，尤其是需要高效、均匀干燥的场合。该技术广泛应用于板材、家具材、建筑材等多种木材的干燥过程中t，特别适用于厚度较大、初始含水率较高的木材种类。此外，微波干燥还常用于处理高价值木材和特殊用途木材。对古建筑中替换下来的木材进行干化处理，更加有利于对古建筑木材的保存。

3 传统与现代木材干燥技术在古建筑保护中的优势分析

3.1 传统木材干燥技术在古建筑保护中的优缺点

传统木材干燥技术包括风干、窑干燥和太阳能干燥等，这些方法在木材干燥历史中占据了重要地位。

作为古建筑保护木材干燥方法，风干技术成本低廉，它是利用自然风和气候条件进行干燥，操作简单，无需复杂的技术支持，易于管理和控制，同时自然环保，对环境没有污染。但是，风干的干燥周期较长，受气候条件影响显著，干燥时间可能延续数月甚至更长，影响生产效率。此外，由于风干难以精确控制，会发生木材干燥不均匀，易出现开裂、变形等质量问题，干燥效果也受季节和天气变化的影响较大，这就存在无法对古建筑进行及时保护的风险，以及无法满足对木结构古建筑抢修的要求。

窑干燥技术通过控制温度和湿度，可以显著加快干燥速度，适用于多种木材类型和厚度，干燥效果相对均匀。适合在资源有限的条件下使用，设备成本和维护费用较低，使其在大规模处理木材时具有经济优势，非常适合预算有限的古建筑修复项目。此外，窑干燥技术能够处理大量木材，确保材料供应的连续性。然而，传统窑干燥也存在干燥周期长、能耗高的问题，特别是窑炉加热需要大量的燃料，这不仅不符合现代环保要求，也增加了干燥成本。同时木材内部水分蒸发不均匀，易导致木材开裂和变形，对于古建筑修复中的珍贵木材是一种不可逆的损害。

太阳能干燥技术则利用自然资源进行干燥，具有环保节能、成本较低的优势，适用于小规模或预算较低的古建筑修复项目。太阳能干燥的效率受天气和气候条件影响较大，在阴雨天或寒冷季节，其干燥速度明显降低，影响项目进度。相较于其他干燥方法，太阳能干燥的速度较慢，不适合对时间要求较高的修复工程。此外，干燥效果不够稳定，可能会导致木材质量不均匀，影响修复质量。

3.2 现代木材干燥技术在古建筑保护中的优缺点

现代木材干燥技术主要包括真空干燥、微波干燥和红外干燥等，这些方法在提高干燥效率、均匀性和节能环保方面表现出显著优势。

红外干燥技术利用红外线加热木材，加速水分蒸发，能够均匀加热木材，避免局部过热或干燥不均，适合需要快速完成的修复工程。红外干燥能够有效减少木材内部的应力，降低开裂和变形风险，但其高能耗和设备维护成本较高，限制了它的大规模应用。

真空干燥技术通过降低环境气压，使木材中的水分在较低温度下蒸发，能够最大限度保留木材的天然色泽和机械性能，特别适合珍贵文物级木材的修复。同时，真空干燥能够均匀去除木材中的水分，减少干燥过程中的变形和开裂，并且能耗相对较低。但是真空干燥设备结构复杂，技术要求高，初期投资和维护成本较高，需要专业技术人员操作和管理。

微波干燥技术通过微波能量直接作用于木材内部水分，实现快速均匀干燥，极大提高修复效率，并能避免表面硬化和内部干燥不均的问题。微波干燥适用于各种复杂形状和厚度的木材，能满足多种修复需求。然而，微波干燥设备投资较大，初期成本较高，并且需要专业技术人员操作和维护，增加了人力成本和技术管理难度。此外，尽管干燥速度快，但微波干燥的能耗较高，不完全符合节能环保的要求。

通过对比分析，传统木材干燥技术和现代木材干燥技术在古建筑修复保护和加固中各有优劣，选择适合的干燥技术需要综合考虑项目的具体需求、预算以及木材的特性，以确保修复效果的最佳化。在实际应用中，应根据具体的生产需求、木材种类、修复时间要求和成本预算等因素，选择最适合的干燥技术，以达到最佳的干燥效果和经济效益。随着科技的不断进步和创新，各种干燥技术有望在未来得到进一步优化和广泛应用，为古建筑修复保护工作发展提供有力支持。

4 结论与展望

传统木材干燥技术和现代木材干燥技术各有优缺点，传统技术成本低，但干燥质量难以控制，现代技术干燥效率高，但设备投资大。总体而言，传统技术适合中小型企业和普通木材，现代技术在效率、均匀性和节能方面表现优异，适合大型企业和高价值木材。需根据具体需求和条件选择合适的技术，实现最佳经济效益和干燥效果。随着科技的进步，木材干燥技术将在古建筑保护中发挥越来越重要的作用。未来，通过进一步优化和创新干燥技术，可以提高干燥效率和质量，为古建筑的长期保存和文化传承提供更有力的技术支持。文章通过对古建筑保护中木材干燥技术的对比，分析了各种技术的应用情况及其优缺点，为相关研究和实际保护工作提供了科学参考和理论依据。实际操作中，应将理论研究与实践经验相结合，不断改进和完善干燥技术，以实现对古建筑木材的有效保护。

注释

①m王勇，刘颖，贺霞，等.木材过热蒸汽干燥技术发展[J].中国人造板，2021，28（4）：11-14.

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