ECONOMIC EFFICIENCY ASSESSMENT OF PARTIAL SUBSTITUTION OF SAWLOGS WITH PLYWOOD-PRODUCTION WASTE (PEELER CORES) IN THE MANUFACTURE OF PROFILED WALL GLULAM TIMBER AND CLT PANELS

Full Text

Клеёные деревянные конструкции, включая профилированный стеновой клеёный брус и панели перекрёстного склеивания (CLT), широко применяются в современном деревянном домостроении и промышленном строительстве.

Производство данных материалов требует значительных объёмов высококачественного древесного сырья, прежде всего сухой строганной доски, полученной из пиловочника. Наружные ламели таких изделий воспринимают основные напряжения при изгибе и сжатии, поэтому к их качеству предъявляются повышенные требования [1].

В то же время внутренние слои клеёных конструкций работают в условиях пониженных напряжений, что допускает использование альтернативных видов древесного сырья при условии сохранения расчётных характеристик прочности, жёсткости и стабильности формы изделия. Одним из перспективных источников такого сырья являются отходы фанерного производства – карандаши, образующиеся при лущении шпона.

Карандаши представляют собой цилиндрические сердцевины, остающиеся после снятия шпона до минимально допустимого технологического диаметра. Согласно справочным материалам по удельным показателям образования отходов, доля карандашей составляет 10-13% от объёма перерабатываемого сырья фанерного производства [2]. По данным Росстата, объём производства фанеры в Российской Федерации в 2023 году составил 3265 тыс. м³ [3], что соответствует потенциальному образованию карандашей в объёме порядка 327-424 тыс. м³ в год.

В настоящее время карандаши преимущественно используются в низкоценовых направлениях либо утилизируются, тогда как пиловочник остаётся дефицитным и сравнительно дорогим видом сырья. Это создаёт предпосылки для разработки технологических решений, направленных на частичное замещение пиловочника фанерными отходами при производстве клеёных конструкционных материалов.

Целью настоящего исследования является оценка экономического эффекта частичного замещения сухой строганной доски из пиловочника, ламелями из карандашей при производстве профилированного стенового клеёного бруса и CLT-панелей, на основе чередования слоёв в изделии и оценки стоимостного эффекта.

Результаты исследования

1. Параметры выхода продукции

Для оценки сырьевой эффективности использованы коэффициенты выхода в готовую ламельную заготовку.

Выход сухого обрезного, сортированного и строганного пиломатериала из круглых лесоматериалов принят равным:

kₚ=0,40

то есть из 1 м³ пиловочника получается в среднем 0,4 м³ готового строганного пиломатериала. Данное значение соответствует типовым коэффициентам конечной обработки категории сухая строганная доска, приведённым в отчётах UNECE/FAO по коэффициентам пересчёта лесной продукции [4].

Выход ламелей из карандашей при переработке принят равным:

kᵣ=0,45

что является промышленно достижимым значением с учётом технологических потерь на сортировку, усушку и строгание на фрезерном станке.

Для перехода от цен сырья к удельной стоимости ламелей использованы коэффициенты выхода. При цене сырья P (руб/м³) и коэффициенте K выхода удельная стоимость 1 м³ ламельной заготовки определяется выражением:

Соответственно, для пиловочника удельная стоимость ламелей определяется как

для карандашей –

Тогда коэффициент относительной стоимости ламелей определяется как

2. Обоснование выхода ламелей из карандашей.

Карандаши имеют близкую к цилиндрической форму и устойчивую геометрию по длине. При строгании с четырёх сторон за один проход возможно получение четырёхгранной заготовки квадратного сечения, вписанной в окружность исходного цилиндра.

Пусть радиус цилиндра равен r. Тогда площадь поперечного сечения цилиндра определяется выражением:

Сторона вписанного квадрата равна:

Площадь квадрата составляет:

Геометрический коэффициент выхода определяется как отношение площади квадрата к площади цилиндра:

Таким образом, теоретически при преобразовании цилиндра в четырёхгранную заготовку возможно до 63,7% выхода по площади и объёму. Фактический выход ламелей ниже вследствие технологических потерь, поэтому в расчётной модели используется значение kᵣ = 0,45 как реалистичный показатель.

3. Технологическая схема переработки Карандашей

Технологическая схема переработки карандашей включает следующие основные этапы:

– сортировка по диаметру и длине, выбраковка дефектных заготовок;

– сушка до влажности 10-14% (для клеёного бруса) или 8-12% (для CLT);

– строгание «в один проход» с получением четырёхгранной заготовки;

– сращивание по длине;

– склейка и прессование в составе изделия.

4. Схемы чередования ламелей

Для обеспечения прочности и жёсткости карандашей применяются исключительно во внутренних слоях, при обязательном чередовании с ламелями из обычной строганной доски.

Трёхслойный брус / CLT панель:

Ламель 1 – сухая строганная доска из пиловочника;

Ламель 2 – заготовка из карандашей;

Ламель 3 – пиловочник.

Пятислойный брус / CLT панель:

Ламель 1 – сухая строганная доска из пиловочника;

Ламель 2 – заготовка из карандашей;

Ламель 3 – сухая строганная доска из пиловочника;

Ламель 4 – заготовка из карандашей;

Ламель 5 – сухая строганная доска из пиловочника.

Такие схемы обеспечивают вынесение максимальных напряжений на наружные слои и симметрию сечения.

5. Снижение расхода сухой строганной доски из пиловочника

При равной толщине ламелей доля пиловочника определяется числом ламелей, выполненных из строганной доски.

Для трёхслойного бруса (доска /заготовка из карандашей / доска) доля сухой строганной доски составляет:

2 / 3 = 66,7%,

что соответствует снижению расхода сухой строганной доски на 33,3%.

Для пятислойного бруса (доска / заготовка из карандашей / доска / заготовка из карандашей / доска) доля сухой строганной доски составляет:

3 / 5 = 60 %,

что соответствует снижению расхода сухой строганной доски на 40%.

6. Оценка экономии по сырьевой составляющей

Обозначим:

Cₚ – удельная стоимость ламелей из пиловочника;

Cᵣ – удельная стоимость ламелей из карандашей;

Для трёхслойного бруса / CLT панелей относительная экономия составляет:

Для пятислойного бруса / CLT панелей:

Числовая интерпретация

Если ламели из карандашей примерно в 3 раза дешевле ламелей из пиловочника (β ≈ 0,3), то:

При более резком различии в стоимости, если ламели из карандашей в 10 раз дешевле (β ≈ 0,1):

– E₃ ≈ 30%;

– E₅ ≈ 36%.

Таким образом, типичный диапазон экономии по сырьевой составляющей составляет:

– для трёхслойного бруса / CLT панелей: 23-30%;

– для пятислойного бруса / CLT панелей: 28-36%.

Заключение

В результате исследования установлено, что частичное замещение сухой строганной доски из пиловочника, фанерными отходами такими как карандаши при производстве профилированного стенового клеёного бруса и CLT-панелей является экономически обоснованным. Использование ламелей из карандашей во внутренних слоях изделий позволяет снизить расход пиловочника на 33-40% в зависимости от количества слоёв. Геометрия фанерных сердцевин обосновывает возможность их эффективной переработки строганием «в один проход» с промышленно достижимым выходом ламелей порядка 45%. Оценка экономии по сырьевой составляющей достигает 23-36 % при стоимостях используемых материалов.

Дополнительным важным результатом является выявление ресурсного эффекта от внедрения рассматриваемого подхода. С учётом объёмов производства фанеры в Российской Федерации и доли карандашей в структуре отходов, потенциальный объём данного вторичного ресурса исчисляется сотнями тысяч кубических метров в год. Его вовлечение в производство клеёных конструкций позволяет сократить потребность в пиловочнике, снизить нагрузку на лесосырьевую базу и уменьшить объёмы утилизации древесных отходов.

About the authors

A. V. Oshkin

Author for correspondence.
Email: oshkin71@bk.ru

Director

References

Supplementary files