1. Trocknungsseminar der Neuen EDG. Willkommen

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1 1. Trocknungsseminar der Neuen EDG Willkommen Johannes Welling Bundesforschungsanstalt für Forst- und Holzwirtschaft EDG Trocknungsseminar, Hamburg 10/2006 (J. Welling) Das letzte Trocknungsseminar der alten EDG fand 1994 ebenfalls hier in diesem Saal statt. Auch damals hatte ich das Vergnügen die Teilnehmer begrüßen zu dürfen. Seither sind 12 Jahre vergangen. Einige der damaligen Teilnehmer sind auch heute wieder dabei. Schnittholz wird immer noch getrocknet. Die Trockenkammern, in denen dies geschieht, sehen immer noch genauso aus. EDG Trocknungsseminar, Hamburg 10/2006 (J. Welling) 1

2 Die alte EDG hatte sich zum Ziel gesetzt, den Informationsfluss zwischen Wissenschaft und Praxis zu verbessern. Das kann man nicht durch ein paar Seminare erreichen, sondern nur durch kontinuierliche Zusammenarbeit. In der holzwirtschaftlichen Praxis scheiden die alten, erfahrenen Mitarbeiter aus, gleiches geschieht in der Wissenschaft. Der Erfahrungsschatz muss weitergegeben und vergrößert werden. EDG Trocknungsseminar, Hamburg 10/2006 (J. Welling) Wir wollen mit diesem EDG Trocknungsseminar einen Neuanfang starten und wünschen uns für die kommenden Jahre einen intensiven und fruchtbaren Austausch zwischen Forschung, Lehre und holzwirtschaftlicher Praxis. Herzlich Willkommen zum 1. EDG Trocknungsseminar im 21. Jahrhundert im Zeitalter der Informationsgesellschaft EDG Trocknungsseminar, Hamburg 10/2006 (J. Welling) 2

3 1 st Drying Seminar of the New EDG Welcome Johannes Welling Bundesforschungsanstalt für Forst- und Holzwirtschaft EDG Trocknungsseminar, Hamburg 10/2006 (J. Welling) The last Drying Seminar of the Old EDG took place here in this lecture room in At that time I also had the pleasure to welcome the participants. Since then more than 12 years have passed. I can see some familiar faces in the audience which also have attended in Sawn timber is still being dried. The kilns, in which the timber is dried, still do look rather similar. EDG Trocknungsseminar, Hamburg 10/2006 (J. Welling) 3

4 The old EDG had the aim to improve and intensify information exchange between science and industrial practice. This could not not be achieved by organizing some seminars. It needs continuous efforts and cooperation. In industrial practice experienced members of staff go into pension, the same happens in science and education. The know-how pool must be enlarged and must be handed over to the next generation. EDG Trocknungsseminar, Hamburg 10/2006 (J. Welling) This EDG Drying Seminar should be considered as a comeback and revival of our former initiative. For the years to come we hope for an intense and fruitful exchange of ideas and information between science, eduction and industrial practice. Welcome to the 1 st EDG Drying Seminar in the 21st Century in the century of the Information Society EDG Trocknungsseminar, Hamburg 10/2006 (J. Welling) 4

5 Organisatorische Dinge Wir hören 10 Vorträge in vier Blöcken. Jeder Vortrag sollte nicht länger als etwa 20 Minuten dauern. Wir wollen direkt anschließend kurz diskutieren. Um etwa 10:30 gibt s eine Kaffeepause und um 12:30 ein Mittagessen im Foyer. Am Nachmittag werden wir um etwa 14:30 wieder eine kurze Pause machen und gegen 16:30 das Seminar beenden. EDG Trocknungsseminar, Hamburg 10/2006 (J. Welling) Gegen 19:00 beginnt in der Villa die Generalversammlung der EDG. Interessenten, die eventuell Mitglied der EDG werden wollen, sind herzlich eingeladen. Hiermit möchte ich an den Moderator für die Vormittagsveranstaltung, meinen Kollegen Prof. Ressel übergeben. EDG Trocknungsseminar, Hamburg 10/2006 (J. Welling) 5

6 Zusammenfassung EDG Quo vadis? Dr. Johannes Welling*, BFH, Hamburg/DE Die European Drying Group (EDG) wurde im Jahr 1986 unter der Führung des damaligen Präsidenten Chris Boye, Danish Technological Institute (DTI), gegründet. Der Start der EDG erfolgte mit finanzieller Unterstützung durch die EU im Rahmen des SPRINT Programms. Über einen Zeitraum von etwa 8 Jahren etablierte die EDG ein Netzwerk von Trocknungsexperten in ganz Europa, erarbeitete ein Glossar zum Thema Schnittholztrocknung in 7 europäischen Sprachen, erstellte die immer noch beachtete EDG-Richtlinie Trocknungsqualität, veröffentlichte 10 EDG Newsletter mit einer Auflage von etwa 2500 Stück, in denen über aktuelle Neuerungen im Bereich Trocknung berichtet wurde. Außerdem veranstaltete die EDG insgesamt 6 Internationale Tocknungsseminare, an denen jeweils zwischen 40 und 150 Trocknungsexperten teilnahmen. In den Jahren, in denen die EDG finanzielle Unterstützung aus Brüssel erhielt, war für Personen und Firmen die Mitgliedschaft in der EDG kostenlos. Nach dem Auslaufen der Förderung konnten die Aktivitäten deshalb nur in sehr begrenztem Umfang fortgeführt werden. Die Arbeit der EDG wurde mit geänderter Schwerpunktsetzung durch die COST Action E15 "Advances in the Drying of Wood" (Fortschritte in der Schnittholztrocknung) fortgeführt. An COST E15 nahmen mehr als 20 europäische Länder teil. Die Arbeitsgruppe "Technologie und Informationstransfer zwischen Wissenschaft und Praxis" (WG1) unter der Leitung von Johannes Welling organisierte eine ganze Reihe von Workshops in Europa und erstellte 2 Positionspapiere zur Situation der Forschung im Bereich Trocknung in Europa. Die Arbeitsgruppe (WG2) unter der Leitung von Patrick Perré befasste sich mehr mit den Grundlagen der Trocknung und arbeitete an der Erstellung eines State of the Art Report zu den Grundlagen der Trocknung, der allerdings bis heute leider noch nicht veröffentlich wurde. Die COST Action E15 endete im Jahre Die ehemalige Kerngruppe der EDG beschloss bereits während der Schlussphase der COST Action E15, die EDG mit neuem Konzept wieder aufleben zu lassen. Da mit einer finanziellen Unterstützung aus Brüssel nicht mehr zu rechnen war, mussten neue Wege beschritten werden. Die Mitgliedschaft in der EDG ist nicht mehr kostenlos. Es werden persönliche Mitgliedschaften und Industiemitgliedschaften unterschieden. Die "Neue" EDG wird sich verstärkt der Neuen Medien bedienen. Der Internetauftritt erfolgt über Im kommenden Jahr soll ein Diskussionsformung zu aktuellen Fragen aus dem Bereich Trocknung eingerichtet werden. Die "Neue" EDG versteht sich als Vermittler zwischen Wissenschaft und Praxis und hat sich zum Ziel gesetzt, die komplizierten Zusammenhänge bei der Trocknung in einer für die Praxis verständlichen Art und Weise aufzubereiten und zur Verfügung zu stellen. Um ihre Ziel erreichen zu können, benötigt die EDG die aktive Teilnahme einer möglichst großen Zahl von Trocknungsexperten aus Wissenschaft und Praxis. *Vollständige Anschrift: Bundesforschungsanstalt für Forst- und Holzwirtschaft Institut für Holzphysik und mechanische Technologie des Holzes Leuschnerstrasse Hamburg Tel: Fax EDG Drying Seminar, Hamburg 2006 (J. Welling)

7 EDG Quo vadis? Dr. Johannes Welling*, BFH, Hamburg/DE Abstract The European Drying Group (EDG) was founded in 1986 under the leadership of its first president Chris Boye, Danish Technological Institute (DTI). EDG started in 1986 with financial support of the European Commission under the scope of the SPRINT programme. During a period of approximately 8 years EDG established a network of drying experts throughout Europe, elaborated a multi-lingual Glossary of Terms related to the Drying of Wood, edited the EDG Recommendation on Assessment of Drying Quality. In addition EDG published 10 EDG Newsletters with a circulation of 2500, in which news and new developments in the field of drying were described. EDG organised 6 International Drying Seminars with participants. While receiving financial support from Bruxelles, EDG could offer its membership to persons and companies free of charge. Therefore, EDG activities had to be reduced to a very low level after the end of the financial support. The work of EDG was continued by COST Action E15 "Advances in the Drying of Wood", but the objectives differed somehow. More than 20 european countries participated in COST E15. WG 1 "Technology and Informationstransfer between Research and Industry" under the chairman Johannes Welling organised a series of workshops in Europa and elaborated two position papers discussing the situation of drying research in Europe. WG2 under the chairman Patrick Perré was engaged with fundamentals of drying and had the objective to edit a State of the Art Report related to fundamentals of drying, which regrettably has not been published till this day. COST Action E15 ended in The core group of the former EDG decided during the final phase of COST E15 to revitalised EDG with a new concept. New ways of financing the EDG activities had to be found, because financial support from Bruxelles could not be expected anymore. Membership in the "New" EDG is not free of charge anymore. EDG offers personal and industrial memberships. The"New" EDG will put strong emphasis on using new media and internet. The EDG web-page can be found under Next year a discussion platform addressing up-to-date topics and questions related to the drying of timber will be started. "New" EDG can be seen as kind of mediator between research and industry. One of its major objectives is to describe the complex interrelations in the field of drying in a form, which is easily understandable for industrial practise. In order to reach these aims EDG needs active support of the wood drying experts from research and industry. *Full address: Federal Research Centre for Forestry and Forest Products Institute of Wood Physics and Mechanical Technology of Wood Leuschnerstrasse Hamburg Tel: Fax EDG Drying Seminar, Hamburg 2006 (J. Welling)

8 EDG - Quo vadis? Johannes Welling Bundesforschungsanstalt für Forst- und Holzwirtschaft EDG Trocknungsseminar, Hamburg 10/2006 (J. Welling) Übersicht Blick zurück zu den Anfängen der EDG Was wurde erreicht? Was geschah nach dem Auslaufen der EU-Förderung? COST Action E15 Advances in the drying of wood Neustart der EDG Warum? Wie? Wodurch? Wer? EDG Trocknungsseminar, Hamburg 10/2006 (J. Welling) 1

9 Blick zurück zu den Anfängen 1986 Projektantrag durch Chris Boye (DTI/DK) im Rahmen des EU-SPRINT Programms 1987 Start der EDG mit fünf Partner-Instituten 1889 EDG ist auf xx Partner angewachsen 1989 EDG Glossary of terms in 7 Sprachen 1990 kostenlose Mitgliedschaft für Personen/Firmen 1990 Start der Arbeit an EDG-Richtlinie Trocknungsqualität 1994 EDG Trocknungsrichtlinie veröffentlicht 1995 EU-Förderung ist ausgelaufen EDG Trocknungsseminar, Hamburg 10/2006 (J. Welling) Was wurde erreicht? Schaffung eines Netzwerks von Instituten und Experten, die sich mit Trocknung befassen 10 EDG Newsletter mit einer Auflage von ca Stück wurden an Mitglieder verschickt 6 Internationale Trocknungsseminare EDG Glosssary of terms in 7-Sprachen EDG-Richtlinie Trocknungsqualität 3 EU Projekte zum Thema Trocknung initiiert EDG bildete die Kernzelle für COST Action E15 EDG Trocknungsseminar, Hamburg 10/2006 (J. Welling) 2

10 Was geschah nach dem Auslaufen der EU-Förderung? EDG Netzwerk wurde fortgeführt Mitglieder der EDG vertraten die Interessen der Branche im Rahmen der europäischen Normung EU Forschungsprojekte zwischen den Partnern erlaubten die Fortsetzung der Arbeit Nach mehr als 6 Jahren gelang es, einen Teil der EDG- Richtlinie Trocknungsqualität in EN-Normen zu überführen COST E15 bot eine geeignete Plattform für die Fortsetzung der Arbeit, allerdings mit einer wesentlich stärker wissenschaftlich geprägten Ausrichtung Das Netzwerk konnte auf mehr als 20 Länder ausgedehnt werden. EDG Trocknungsseminar, Hamburg 10/2006 (J. Welling) COST Action E15 Advances in the drying of wood Start 1998, Ende 2004 > 20 europäische Länder nahmen teil WG 1 organisierte eine ganze Reihe von Workshops in Europa; 2 Position Papers zur Situation der Forschung im Bereich der Holztrocknung wurden erarbeitet. WG 2 bemühte sich, einen State of the Art Report zu den Grundlagen der Trocknung zu erstellen; leider bis heute nicht veröffentlich Alle Infos aus COST E15 über Internet verfügbar ( EDG Trocknungsseminar, Hamburg 10/2006 (J. Welling) 3

11 Neustart der EDG COST E15 endete 2004 Kerngruppe der alten EDG beschließt 2004 die EDG wieder aufleben zu lassen Ankündigung des Neustarts der EDG mit neuem Konzept während der LIGNA 2005 Kerngruppe der EDG ist formiert Führungsaufgaben werden im 1-2 Jahreswechsel weitergegeben EDG Seminar in Hamburg ist die erste größere Veranstaltung nach dem Neustart EDG Trocknungsseminar, Hamburg 10/2006 (J. Welling) Warum? Der Informationsbedarf der Praxis zum Thema Schnittholztrocknung ist nach wie vor groß Es gibt in Europa auf nationaler Ebene nur einige wenige Beispiele für gut funktionierende Netzwerke im Bereich Trocknung (NO/SE) Wissenschaftliche Veröffentlichungen und Literatur und sind für die Praktiker schwer zugänglich und meist schwer verständlich Informationsaustausch zwischen Praktikern auf nationaler und internationaler Ebene ist wenig entwickelt EDG Trocknungsseminar, Hamburg 10/2006 (J. Welling) 4

12 Wie? EDG bemüht sich um verständliche Darstellung komplizierter Zusammenhänge zum Thema Trocknung EDG organisiert Seminare und Workshop EDG fördert die Zusammenarbeit im Europäischen Kontext EDG sammelt aktuelle Themen und initiiert Forschungsprojekte EDG steht als Ansprechpartner für die Praxis zur Verfügung EDG Trocknungsseminar, Hamburg 10/2006 (J. Welling) Wodurch? Seminare für Teilnehmer aus Praxis und Wissenschaft Internet-Auftritt für alle Trocknungsinteressierten Spezielle Internet-Seiten für EDG-Mitglieder Diskussionsforum für Fragen zur Trocknung Newsletter verteilt per Vermittlung von Beratern und Spezialisten Vermittlung von Projektpartnern?? Begrenzte Bereitstellung der Internet-Plattform zu Werbezwecken für die Wirtschaft EDG Trocknungsseminar, Hamburg 10/2006 (J. Welling) 5

13 Wer? Die Kerngruppe der EDG besteht derzeit aus etwa 10 Experten Experten im Bereich Holztrocknung aus Wissenschaft und Praxis sind als neue Mitglieder in der EDG willkommen Mitglieder aus der Industrie sind zur Unterstützung der EDG ebenfalls willkommen Zielgruppe der EDG sind alle, die sich mit der Trocknung von Schnittholz befassen EDG Trocknungsseminar, Hamburg 10/2006 (J. Welling) What is next? EDG erwartet zusätzliche Mitglieder (Anmeldeformulare erhalten Sie hier oder über die EDG-Webseite Die Webseite soll kontinuierlich ausgebaut werden Das Diskussionsforum soll im nächsten Jahr gestartet werden Ohne den aktiven Beitrag der Branche (also Ihren Beitrag) wird auch die neue EDG auf Dauer nicht überleben können EDG wartet auf Ihren Input / Beitrag!!!!! EDG Trocknungsseminar, Hamburg 10/2006 (J. Welling) 6

14 Drying and Internet Trocknung und Internet Knut Magnar Sandland*, Norwegian Institute of Wood Technology, Oslo/NO Sverre Tronstad, Norwegian Institute of Wood Technology, Oslo/NO Abstract It is a lot of information available concerning wood drying at Internet. When making a search, hundreds or thousand hit can be the result. In many cases, the problem can, however, be to find the desired information in an easy way. Considering this, it can be useful to have web-sites that give an overview over the wood drying topics in a systematic way. The question is then if it is need for a new European web-site concerning wood drying, an EDG web-site. There are several national web-sites already, and in USA the sites are rather advanced with a lot of information, links, discussion forums, etc. However, in USA the audience is big, and it is not necessary to take into consideration more than one language. That is a very important aspect when comparing with Europe where the challenges concerning various languages are big. It is, however, important to take into consideration that the total audience for the whole Europe is big. Experiences in Norway by the Kiln Drying Club, show that there is a high interest for the established web-site. It is an easy way to inform the industry concerning news, seminars, courses, etc. A discussion forum is also established, but this has not been successful. Some reasons for this can be that the promotion of the forum has not been good enough, not all operators in the industry have access to Internet, and some people are afraid to show lack of knowledge by asking questions at a web-page. It is also important to be aware that the audience in Norway is small. From the experience with the national site, it is, however, expected that there is a need for an European EDG web-site in addition to the various national ones. In this way, it will be possible to systematize relevant information in one main European web-site, an European wood drying portal. The content can be texts about wood drying, R&D activities, news (important with a dynamic site), calendar of events, links, advertisements, FAQ and discussion forum. Even if the experiences with the discussion forum are not so good in the Norwegian wood drying web site, it is expected that it will work well with the big audience that the whole Europe is representing. There are, however, challenges connected with such a web-site. In general, it is a big job to organize a dynamic site, and there have to be a technical responsible and an editor. And it is always need for news, etc. to attain a dynamic web-site. Full address: Norwegian Institute of Wood Technology Forskningsveien 3B N-0371 Oslo Tel: Fax mail: knut.sandland@treteknisk.no EDG Drying Seminar, Hamburg 2006 (K. M. Sandland; S. Tronstad)

15 Drying and Internet Knut Magnar Sandland & Sverre Tronstad Norwegian Institute of Wood Technology (NTI) EDG Drying Seminar, Hamburg, Norsk Treteknisk Institutt, Available information It is a lot of information concerning wood drying at Internet! Sandland & Tronstad, EDG Drying Seminar, Hamburg

16 Need for a new web-page page? Is there a need for a new european webpage concerning wood drying? EDG-web-page? Several national web-sites USA Big audience One language! Europe Challenges concerning languages Almost one language per country But: In total a big audience Sandland & Tronstad, EDG Drying Seminar, Hamburg 2006 web-site examples Sandland & Tronstad, EDG Drying Seminar, Hamburg

17 Sandland & Tronstad, EDG Drying Seminar, Hamburg 2006 Sandland & Tronstad, EDG Drying Seminar, Hamburg

18 Norwegian Kiln Drying Club Sandland & Tronstad, EDG Drying Seminar, Hamburg 2006 Sandland & Tronstad, EDG Drying Seminar, Hamburg

19 Norwegian experiences High interest for having a wood drying web site Easy way to inform the industry concerning news, seminars, courses, etc. The discussion forum has not been successful Important to promote the possibilities Not all industrial operators have access to Internet Calling instead of writing want quick answers Afraid to show lack of knowledge? Not so many people in Norway! Sandland & Tronstad, EDG Drying Seminar, Hamburg 2006 Need for an European web-page? - YES! Sandland & Tronstad, EDG Drying Seminar, Hamburg

20 Content, etc. Collect and systematize relevant information in one main European web-page Wood drying portal! Decide the target group Wide as possible Researchers Industrial people kiln operators Manufacturers of kilns and measuring instruments Public in general Etc. Systematic entry to the various topics concerning wood drying Which language? English (?) Sandland & Tronstad, EDG Drying Seminar, Hamburg 2006 Possible flows of information Operator sawmill National R & D Inst. EDG web Sandland & Tronstad, EDG Drying Seminar, Hamburg

21 Content & organizing Generally about wood drying R&D-activities News Important with a dynamic page The newsletter for EDG today Calendar of events Seminars, conferences, etc. Links R&D institutes National web sites, COST, etc. Advertisement Kiln manufacturers Various instrument and equipment manufacturers Wood producing companies Sandland & Tronstad, EDG Drying Seminar, Hamburg 2006 Advertisement Place, and which price? Sandland & Tronstad, EDG Drying Seminar, Hamburg

22 Content & organizing FAQ Possibilities for searching of information Discussion forum Important Big audience good possibility for that it works well Important to monitor the process until it is acting well (questions must be answered in a short time) Sandland & Tronstad, EDG Drying Seminar, Hamburg 2006 Challenges It is a big job to organize a dynamic web-page Must have Technical responsible Editor People that deliver news, texts, etc. Economical aspects Member fee Advertisements Possibility for other funding? Promotion of the web-page is necessary to establish it as European Wood Drying Portal EDG will succeed! Sandland & Tronstad, EDG Drying Seminar, Hamburg

23 ISPM Nr.15 - Hitzebehandlung ohne Trocknung Macht das Sinn? Gerda Lambertz*, BFH, Hamburg/DE (g.lambertz@holz.uni-hamburg.de) Zusammenfassung Gemäß dem FAO - ISPM Nr.15 Standard muss Holzverpackungsmaterial (aus unbehandeltem Rohholz) im internationalen Handel hitzebehandelt werden, um einen Übertragungsweg für die Einschleppung und Verbreitung von Schadorganismen zu vermeiden. Hitzebehandelt bedeutet in diesem Zusammenhang eine minimale Temperatur des Holzes (an der Stelle des größten Querschnittes) von 56 C für ein Minimum von 30 Minuten. Diese Parameter implizieren nicht eine vollständige technische Trocknung des Holzes. Üblicherweise wird das Holz in der industriellen Praxis aus Kostengründen daher auch nicht vollständig getrocknet. Die reine Hitzebehandlung hat keine wesentliche Änderung der Holzfeuchte zur Folge. Berichte aus der Praxis zeigen, dass frisches Splintholz, welches einer reinen Hitzebehandlung ohne weitere Trocknung unterzogen wurde, eine extreme Anfälligkeit zu Schimmel- und Bläuebefall aufweist. Die Anfälligkeit erhöht sich durch den Hitzebehandlungsprozess. Obgleich nicht durch jeden Schimmel- und Bläuebefall die Festigkeitseigenschaften des Holzes beeinträchtigt werden, so stellt der Befall doch eine starke Wertminderung aus optischer Sicht dar und gilt hygienisch als problematisch. Folglich ist es notwendig, ungetrocknetes hitzebehandeltes Holz ebenso wie auch saftfrisches Holz - bis zur Trocknung auf eine angemessene Feuchte - vor Pilzbefall zu schützen. In diesem Zusammenhang gilt es als wesentlich, den kritischen Zeitraum zwischen dem nassen, pilzanfälligem und dem trockenen, pilzfeindlichen Zustand des Holzes zu überbrücken. Im Vordergrund steht dabei die Frage, ob eine technische Trocknung die einzige Möglichkeit darstellt das Holz vor Pilzbefall zu schützen, oder ob es Alternativen gibt, welche sich als ökonomischer erweisen. Es konnte analytisch bewiesen werden, dass sich durch eine reine Hitzebehandlung die Eluierbarkeit lipider Inhaltsstoffe im Holz erhöht. Ein Zusammenhang zwischen diesen Inhaltsstoffen und einem gesteigerten Pilzbefall wird als möglich erachtet. Auf der Suche nach Alternativen zu konventionellen Methoden und Mitteln wurden verschiedene umweltfreundliche Substanzen untersucht (karbonathaltige Lösungen), welche zumindest eine temporär fungistatische Wirksamkeit aufweisen. Neben ihrer Wirksamkeit ist eine Anwendung dieser Substanzen in der industriellen Praxis leicht durchführbar und ökonomisch rentabel. Die Substanzen eignen sich zum vorübergehenden Schutz von rein hitzebehandeltem ebenso wie saftfrischem Holzes. Sie bieten damit eine Möglichkeit, Holz zumindest temporär auf eine ökologisch und ökonomisch sinnvolle Weise zu schützen. Eine Trocknung (entweder natürlich oder technisch) des Holzes ist jedoch unumgänglich um einen wirkungsvollen Schutz vor Pilzbefall zu bieten. Die Kombination einer Substanz-Behandlung mit einem darauf folgenden Trocknungs-Prozess erscheint als eine sehr effiziente Methode, um saftfrisches Holz von Anfang an (vor der Trocknung) sowie dauerhaft (nach der Trocknung) vor Pilzbefall zu schützen. *Vollständige Anschrift: Bundesforschungsanstalt für Forst- und Holzwirtschaft Institut für Holzphysik und mechanische Technologie des Holzes Leuschnerstrasse Hamburg Tel: Fax EDG Drying Seminar, Hamburg 2006 (G. Lambertz)

24 ISPM No.15 - Heat- Treatment without drying Does it make sense? Gerda Lambertz*, BFH, Hamburg/DE (g.lambertz@holz.uni-hamburg.de) Abstract According to the FAO ISPM No.15 standard, wood packaging material (based on untreated raw wood) in international trade requires to be heat treated for reducing the risk of the introduction and/or spreading of quarantine harmful organisms. Due to the definition of the ISPM No.15, Heat-treatment means a minimum core temperature of the wood of 56 C for a minimum of 30 minutes. These parameters do not have to be achieved by a complete kiln-drying process. Usually the wood is not dried completely for the reason of cost-lowering. A pure heattreatment does not cause a change of the moisture content of the wood. Based on various reports from operational practice, mainly fresh sapwood, after having undergone a pure heat treatment without any kind of drying, shows a great affinity to fungi (mould and blue stain). The risk of mould increases with the heat-treatment process. Even though the infestation does not affect the strength properties of the wood, it constitutes an optical and a hygienic problem. Therefore it is necessary to protect non-dried heat-treated wood as well as green wood against fungi until it has reached a sufficiently low moisture content. In this context it is considered essential to bridge the critical period between the wet and fungal sensitive status and the dry status of the wood, which appears unattractive towards fungi. One of the main objectives is to clarify, whether a complete kiln drying is the only way to solve the problem of fungal hazard or if there are any alternatives which turn out to be more economical. It was proved analytically that by the heat-treatment itself the elutability of the lipidic ingredients from the wood increases. A connection between these extractives and an enhanced risk for fungal attack and growth is considered possible. Searching for alternatives to conventional methods and preservatives, different environmentally compliant agents (particularly aqueous solutions containing sodium- and potassium carbonate) were found to avoid or inhibit at least temporarily the germination of mould and blue stain fungi spores on wood and wood packaging material surfaces. Beside their effectiveness, the usage of the agents for achieving the temporary protection is economically feasible and easily applicable in industrial practice. These substances are suitable for the temporary protection of heat-treated wood as well as green wood. Their application offers the possibility of protecting the wood at least temporary in an ecologically and economically way, but the efficacy of the substances lasts just for a short time (couple of weeks). However, the drying of the wood (either naturally or technically) is indispensable to avoid fungal hazard on the long run. A combination of substance-treatment (first and temporary protection) followed by a dryingprocess (long lasting protection) seems to be the most effective method to protect fresh wood against fungi. *Full address: Federal Research Centre for Forestry and Forest Products Institute for Wood Physics and Mechanical Technology of Wood Leuschnerstrasse 91 D Hamburg Phone Fax EDG Drying Seminar, Hamburg 2006 (G. Lambertz)

25 ISPM 15 Hitzebehandlung ohne Trocknung Macht das Sinn? Dipl. Holzwirtin Gerda Lambertz Bundesforschungsanstalt für Forst- und Holzwirtschaft Institut für Holzphysik und mechanische Technologie des Holzes EDG Drying Seminar Kiln drying today / EDG Trocknungsseminar Kammertrocknung heute BfH, Hamburg 16. Oktober 2006 ÜBERSICHT I. Grundlagen II. III. IV. Forschung Ergebnisse Fazit V. Ausblick Dipl. Holzwirtin Gerda Lambertz EDG Drying Seminar, Hamburg

26 I. Grundlagen Hintergrund ISPM Nr. 15: Exportverpackungsholz muss phytosanitär behandelt werden, um eine Verschleppung von Schadorganismen zu vermeiden Anerkannte Behandlungsmaßnahmen: Methylbromid - Begasung Hitzebehandlung (Kerntemperatur: mind. 56 C für mind. 30 Minuten) Dipl. Holzwirtin Gerda Lambertz EDG Drying Seminar, Hamburg I. Grundlagen Praxisfakten Material für Holzverpackungen: niedriges Qualitätssegment Verwendung hauptsächlich saftfrischer Ware mit viel Splintholz Holz verblaut meist schon vor der Weiterverarbeitung Vollständige technische Trocknung zu zeit- und kostenintensiv HF vor Hitzebehandlung HF nach Hitzebehandlung Verwendung von Bläueschutzmitteln (Paletten) trotz Verbot Dipl. Holzwirtin Gerda Lambertz EDG Drying Seminar, Hamburg

27 I. Grundlagen Problem frisches, hitzebehandeltes und ungetrocknetes Holz (besonders Kiefernsplint) weist eine extreme Anfälligkeit gegenüber Schimmel- und Bläuepilzen auf Starke Wertminderung aus optischer Sicht Gesundheitliches Risiko für den Menschen Paletten sollen frei von Holzschutzmitteln sein Vermeidung einer vollständigen tech. Trocknung Dipl. Holzwirtin Gerda Lambertz EDG Drying Seminar, Hamburg Befallsbild nach einwöchiger Lagerung unbehandelt hitzebehandelt Dipl. Holzwirtin Gerda Lambertz EDG Drying Seminar, Hamburg

28 Befallsbild nach zweiwöchiger Lagerung unbehandelt hitzebehandelt Dipl. Holzwirtin Gerda Lambertz EDG Drying Seminar, Hamburg II. Forschung Ziele ❶ Erforschung der Ursachen des gesteigerten Pilzbefalles ❷ Vermeidung des Pilzbefalls auf hitzebehandeltem Holz Alternativen zum konventionellen chem. Holzschutz ökologisch ökonomisch mindestens temporär wirksam Alternativen zur tech. Trocknung??? Dipl. Holzwirtin Gerda Lambertz EDG Drying Seminar, Hamburg

29 II. Ergebnisse Ursache des gesteigerten Pilzbefalls Hitzebehandlung Freisetzung von Fettsäuren in den Holzzellen zusätzliche Nahrungsquelle für Pilze Dipl. Holzwirtin Gerda Lambertz EDG Drying Seminar, Hamburg III. Ergebnisse Testsubstanzen Idee: chemische Bindung (Verseifung) der Fettsäuren durch CARBONATE Zusätzlich: Milchsäurebakterien Konservierungstoffe für Lebensmittel Essigessenz Teebaumöl Dipl. Holzwirtin Gerda Lambertz EDG Drying Seminar, Hamburg

30 Befallsbild nach einwöchiger Lagerung keine Substanzbehandlung Carbonate 7% Dipl. Holzwirtin Gerda Lambertz EDG Drying Seminar, Hamburg Befallsbild nach zweiwöchiger Lagerung Carbonat 20% Essigessenz Sorbat 7,5% Teebaumöl Milchsäurebakterien keine Substanzbehandlung Milchsäurebakterien Dipl. Holzwirtin Gerda Lambertz EDG Drying Seminar, Hamburg

31 Befallsbild nach zweiwöchiger Lagerung unter Folie Keine Substanzbehandlung Sorbat 7,5% Carbonat 7,5% Natriumchlorid 10% Carbonat 7,5% Percarbonat 15% Percarbonat 10% Carbonat 5% Dipl. Holzwirtin Gerda Lambertz EDG Drying Seminar, Hamburg III. Ergebnisse Wirksame Substanzen unter Berücksichtigung ökologischer und ökonomischer Aspekte Carbonate, Percarbonate Mögliche Reaktionsmechanismen - chemische Bindung der lipiden Inhaltsstoffe? - ansteigender ph Wert? Dipl. Holzwirtin Gerda Lambertz EDG Drying Seminar, Hamburg

32 IV. Fazit Vergleich Schutzmittel./. Trocknung Schutzmittel Trocknung Kosten der Behandlung ++ - Zeitaufwand für Behandlung + - Wirksamkeit + + Dauer der Wirksamkeit - ++ Dipl. Holzwirtin Gerda Lambertz EDG Drying Seminar, Hamburg IV. Fazit Lösung Schutzmittelbehandlung UND Trocknung des Holzes Schutzmittel als temporärer Schutz bis zur Trocknung (natürlich oder technisch) als dauerhafter Schutz = optimaler Schutz vor Schimmel & Bläue Dipl. Holzwirtin Gerda Lambertz EDG Drying Seminar, Hamburg

33 V. Ausblick Weitere Forschung Analyse des genauen Wirkmechanismus der Substanzen Optimierung der Dauer der fungistatischen Wirksamkeit Fixierung der Substanzen Änderung technologischer Holzeigenschaften Wechselwirkung mit anderen Holzschutzmitteln Auswirkung auf Recycling Korrosionsverhalten Praxisversuche Dipl. Holzwirtin Gerda Lambertz EDG Drying Seminar, Hamburg Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit 9

34 Abstract Thermally Modified Timber The very dry end of drying Thermisch modifiziertes Schnittholz Trockener geht s nimmer Hermann Huber*, Fachhochschule Salzburg GmbH, Salzburg/AT und Mitteramskogler GmbH, Gaflenz/AT (hermann@timberfreaks.com) Thermal modification of timber has gained importance within wood industry. Its production quantity shows a sustainable demand for thermally modified timber. Thermal modification means exposing timber to high temperatures to alter at least some of its properties permanently. Noticeable changes are achieved applying temperatures of at least 160 C. Increasing temperatures lead to improved treatment classes. But on the other hand, increasing temperatures lead to an increased degradation of wood tissue, to an increased loss of mass and to decreased strength properties. Thermal degradation increases if air is present. In closed systems where acids concentrations may catalyse hydrolytic degradation thermal degradation is higher than in open systems where volatile mediums can exhaust and no air can enter. Thermal modification has to be planned in accordance with the timber treated to get defined and repeatable results. The condition of the timber always affects the results of thermal modification. Besides the cutting pattern, drying quality and moisture have got a wide influence on results of the treatment. High moisture contents may lead a high steam pressure and therefore damage the wood tissue. High moisture contents lead to an increased hydrolyses as well. Thermal modification only changes some properties of wood but can not improve poor wood quality or repair wood defects (except colour defects). Thermal modification only degrades wood defects. Especially drying defects lead to a fairly decreased timber quality. Zusammenfassung Thermische Modifikation von Schnittholz hat in den letzten Jahren seinen Stellenwert in der Holzwirtschaft festigen, bzw. ausbauen können. Die Produktionsmengen beweisen, dass ein nachhaltiger Bedarf für thermisch modifiziertes Holz vorhanden ist. Von thermischer Modifikation spricht man, wenn Holz hohen Temperaturen ausgesetzt wird, mit dem Ziel einer dauerhaften Änderung einige seiner Eigenschaften. Ab Temperaturen von 160 C kann mit einer bemerkbaren Vergütung gerechnet werden. Durch Erhöhung der Temperatur kann die Behandlung intensiviert werden. Mit steigender Temperatur kommt es allerdings zu einem stärkeren Abbau der Holzstruktur, einem stärkeren Masseverlust und einer stärkeren Abnahme der Festigkeit. Der thermische Abbau ist in Anwesenheit von Luft stärker als unter Luftabschluss. Weiters ist der Abbau im geschlossenen System größer, da sich Säuren, die die Hydrolyse katalysieren können, in höheren Konzentrationen bilden als in Systemen, wo flüchtige Produkte entweichen können, aber keine Luft eintreten kann. Die thermische Modifikation muss auf die zu behandelnde Holzart und ihren Ausgangszustand abgestimmt werden, um definierte und reproduzierbare Ergebnisse zu erhalten. Neben der EDG Drying Seminar, Hamburg 2006 (H. Huber)

35 Einschnittart hat die Trocknungsqualität und die Holzfeuchtigkeit, bei der die Prozesse der thermischen Behandlung stattfinden, einen großen Einfluss auf das Endergebnis. Zu hohe Holzfeuchten belasten das Zellgewebe durch den entstehenden Dampfdruck. Außerdem beschleunigen hohe Feuchtigkeiten die Hydrolyse. Durch thermische Modifikation können Holzeigenschaften gezielt geändert werden, schlechte Ausgangsqualität und Holzfehler können nicht verbessert werden (mit Ausnahme von Farbfehlern). Holzfehler werden durch die thermische Behandlung verstärkt. Vor allem Trocknungsfehler wirken sich drastisch auf die auf die Qualität des Endprodukts aus. Corresponding author Full address: Fachhochschule Salzburg GmbH Markt 136 a 5431 Kuchl/AT Tel: Fax mail: hermann@timberfreaks.com EDG Drying Seminar, Hamburg 2006 (H. Huber)

36 Thermally Modified Timber The very end of drying Thermisch modifiziertes Schnittholz Trockener geht s nimmer EDG Drying Seminar, Hamburg Hermann Huber EDG Drying Seminar, Hamburg 2006 Fachhochschule Salzburg Hermann Huber Thermally Modified Timber The very end of drying Thermisch modifiziertes Schnittholz Trockener geht s nimmer Die Präsentation beruht auf Erfahrungen im Rahmen des CRAFT-Projektes Innovation for Beech, welches mit finanzieller Unterstützung der EU (6. Rahmenprogramm) von 5 KMU s und 4 Forschungsinstituten durch-geführt wird. EDG Drying Seminar, Hamburg 2006 Fachhochschule Salzburg Hermann Huber 1

37 Themenüberblick Warum Holz thermisch modifizieren? Wie kann thermisch modifiziertes Laubholz erzeugt werden? Welche Änderungen erfolgen bei der thermischen Modifizierung? Worauf kommt es bei der thermischen Modifizierung an? EDG Drying Seminar, Hamburg 2006 Fachhochschule Salzburg Hermann Huber Was bedeutet modifizieren? modifizieren = abwandeln, auf das richtige Maß bringen, [ab]ändern (Duden) Modifizieren ist also ein Vorgang der bestimmte [Ver]Änderungen mit sich bringen soll. In unserem Fall bedeutet dies, durch Veränderung der chemischen Zusammensetzung von Holz neue Produkte zu erzeugen, bzw. neue Anwendungsbereiche für heimische Holzarten zu ermöglichen. EDG Drying Seminar, Hamburg 2006 Fachhochschule Salzburg Hermann Huber 2

38 Warum Holz modifizieren welche Erwartungen werden gestellt? Erhöhung der Dimensionsstabilität - geringere Ausgleichsfeuchte und dadurch bedingt ein um ca. 50 % geringeres Quell- und Schwindmaß Erhöhte Dauerhaftigkeit gegenüber Pilzbefall Witterungsbeständig Gut be- und verarbeitbar Farbänderung verbesserte Oberflächeneigenschaften Thermisch modifiziertes Holz ist bei der Anwendung und Entsorgung unbehandeltem Holz gleichzusetzen Holz soll als solches erkennbar bleiben EDG Drying Seminar, Hamburg 2006 Fachhochschule Salzburg Hermann Huber Thermische Modifikation Verfahren Verfahren ohne Zusatzstoffe und ohne Druckbeaufschlagung Einteilung in 3 Phasen: Trocknen Modifizieren - Konditionieren Temperatur Aufheizen Trocknen Aufheizen Behandeln Abkühlen Gasatmosphäre Zeit EDG Drying Seminar, Hamburg 2006 Fachhochschule Salzburg Hermann Huber 3

39 Trocknen Trocknungstemperatur zwischen 100 C und ca. 135 C Temperaturanstieg abhängig von Holzart, Ausgangsfeuchte,... Dauer der Trocknungsphase abhängig von Holzart, Ausgangsfeuchte,... Ziel: darrtrockenes Schnittholz für die thermische Modifikation Temperatur Aufheizen Trocknen Aufheizen Behandeln Abkühlen Gasatmosphäre Zeit EDG Drying Seminar, Hamburg 2006 Fachhochschule Salzburg Hermann Huber Trocknen Vorgänge im Holz Auftreten von Trocknungsspannungen Beginnender aber sehr geringer thermischer Abbau Messbare Änderung der mechanischen Eigenschaften und der Farbe Veränderungen abhängig von: Holzart Ausgangsfeuchte Einschnittart Dimension EDG Drying Seminar, Hamburg 2006 Fachhochschule Salzburg Hermann Huber 4

40 Thermische Modifikation Behandlungstemperatur zwischen 170 C und 230 C Behandlungsdauer 2 h bis 24 h Masseverlust je nach Behandlungsintensität zwischen 5 % und ca. 15 % Temperaturanstieg abhängig von Holzart, Dimension, Qualität,... Sauerstoffarmes oder freies Klima in der Kammer Temperatur Aufheizen Trocknen Aufheizen Behandeln Abkühlen Gasatmosphäre EDG Drying Seminar, Hamburg 2006 Zeit Fachhochschule Salzburg Hermann Huber Thermische Modifikation Vorgänge im Holz Thermischer Abbau vor allem von Hemizellulosen und Zellulosen (Änderung des Kristallisationsgrades der Zellulose) [bis ca. 160 C Zerstörung der amorphen Bereiche, übe r 200 C Zerstörung der Kristallinstruktur] Masseverlust durch pyrolytische Oxidationsreaktionen (= brennbare Gase) Entstehung von Essigsäure aus abgespaltenen Acetylgruppen der Hemizellulosen Reaktionen von und mit Inhaltsstoffen Einbau/Vernetzung von und mit Abbauprodukten EDG Drying Seminar, Hamburg 2006 Fachhochschule Salzburg Hermann Huber 5

41 Thermische Modifikation Veränderungen abhängig von Temperatur Dauer der Einwirkung Umgebendes Medium/Klima Druck Feuchtegehalt (hydrolytischer Abbau von Hemizellulosen) EDG Drying Seminar, Hamburg 2006 Fachhochschule Salzburg Hermann Huber Abkühlen und Konditionieren Abbruch der chemischen Reaktionen Feuchteaufnahme des Holzes (Sprühen) Abkühlen auf Temperaturen, um gefahrloses Entladen zu ermöglichen und um Oberflächenrisse auf Grund von hohen Temperaturunterschieden bei der Entnahme zu vermeiden Temperatur Aufheizen Trocknen Aufheizen Behandeln Abkühlen Gasatmosphäre EDG Drying Seminar, Hamburg 2006 Zeit Fachhochschule Salzburg Hermann Huber 6

42 Praktische technische Problemstellungen bei der thermischen Modifiaktion: Trocknungsspannungen und ihre Folgen (Risse, Verformungen, Zellkollaps,...) Verstärke Astausbrüche Mikrorisse (bei höheren Temperaturen) Delamination (Ringschäle bei Nadelholz) Festigkeitsverminderung UV- Stabilität Bläuresistenz nicht gegeben EDG Drying Seminar, Hamburg 2006 Fachhochschule Salzburg Hermann Huber Trocknungsspannungen Entstehen auf Grund des Feuchtegefälles während der Trocknung und der dadurch bedingten unterschiedlichen Feuchten über den Holzquerschnitt. Zur Vermeidung von Innenrissbildung, Verformung, Verschalung und Verfärbung sind neben der Behandlungsführung in erster Linie auch die vorgelagerten Behandlungsphasen (Dämpfen/Trocknen) und die Vorbereitung des Ausgangsmaterials zu optimieren. EDG Drying Seminar, Hamburg 2006 Fachhochschule Salzburg Hermann Huber 7

43 Trocknungsspannungen Verformungen EDG Drying Seminar, Hamburg 2006 Fachhochschule Salzburg Hermann Huber Trocknungsspannungen Risse, Verformung EDG Drying Seminar, Hamburg 2006 Fachhochschule Salzburg Hermann Huber 8

44 Astausbrüche EDG Drying Seminar, Hamburg 2006 Fachhochschule Salzburg Hermann Huber Mikrorisse Mikrorissen treten erst ab einer Behandlungstemperatur von ca. 200 C auf. Bei Rotbuche lassen sich Risse vor allem entlang der Verbindungen von Holzstrahlen mit den Fasern erkennen. Diese Risse verlaufen in radialer Richtung. EDG Drying Seminar, Hamburg 2006 Fachhochschule Salzburg Hermann Huber 9

45 Festigkeitsverminderung Versprödung Mit zunehmender Behandlungsstufe steigt die Sprödigkeit des Holzes. So ergab sich selbst bei Mikroschnitten von Rotbuche mit steigender Behandlungsstufe im Querschnitt ein immer ausgefransteres Schnittbild. Diese Ausfransungen sind vor allem am Porenrand zu erkennen. EDG Drying Seminar, Hamburg 2006 Fachhochschule Salzburg Hermann Huber Praxis der thermischen Modifikation Um ein definiertes, reproduzierbares Ergebnis zu erzielen muss die thermische Modifizierung abgestimmt werden auf: die Holzart den geplanten Grad der Umwandlung (Temperatur und Dauer) den Holzausgangszustand (Holzfeuchte, Einschnittart, Dimension,...) und dem geplantem Verwendungszweck (Qualität, Einsatzbereich,...) Eine einwandfrei gewartete Anlage ist ebenfalls Voraussetzung, um neben dem reproduzierbaren Ergebnissen, der Vermeidung einer Umweltgefährdung auch eine Gefährdung für Bedienpersonal und Anlage auszuschließen. EDG Drying Seminar, Hamburg 2006 Fachhochschule Salzburg Hermann Huber 10

46 Praxis der thermischen Modifikation Bei etwa 200 C setzt die Entstehung größerer Mengen f lüchtiger Abbauprodukte ein: wie CO 2, CO, Wasser, Essigsäure, Methanol und Teerprodukte. Quelle: Mühlböck, Ohnesorg EDG Drying Seminar, Hamburg 2006 Fachhochschule Salzburg Hermann Huber Praxis der thermischen Modifikation Prozesstemperaturen nahe am Flammpunkt von Holz fallweise instabile Umwandlungsmechanismen des Holzes ( Durchgehen ) Ab ca. 270 C verläuft die Reaktion exotherm. Der Beginn der exothermen Reaktion kann jedoch variieren (150 C C). Quelle: Mühlböck, Ohnesorg EDG Drying Seminar, Hamburg 2006 Fachhochschule Salzburg Hermann Huber 11

47 Zusammenfassung Thermisch modifiziertes Holz (TMT = thermally modified timber) ist ein etabliertes Produkt Normen zur Sicherstellung der Qualitäten in Ausarbeitung Ab 160 C messbare, dauerhafte Änderungen von Holzei genschaften: erhöhte Dimensionsstabilität erhöhte Dauerhaftigkeit gegenüber Abbau durch Holz zerstörende Pilze dunklere Farbtöne Steigende Temperatur = intensivere Behandlung mit stärker Änderung der Eigenschaften, aber auch stärkerem Abbau der Holzstruktur (Masseverlust, Festigkeitsverlust) EDG Drying Seminar, Hamburg 2006 Fachhochschule Salzburg Hermann Huber Zusammenfassung Qualität von TMT abhängig von: Umgebungsmedium Temperatur und Dauer der Temperatureinwirkung Feuchtegehalt Druck Die thermische Modifikation ist auf Holzart und Ausgangszustand abzustimmen Die thermische Behandlung kann keine Fehler verstecken (mit Ausnahme von Farbfehlern). Holzfehler werden durch die thermische Behandlung nur verstärkt. Trocknungsfehler wirken sich drastisch auf die auf die Qualität des Endprodukts aus. EDG Drying Seminar, Hamburg 2006 Fachhochschule Salzburg Hermann Huber 12

48 Zusammenfassung Konzepte für Trocknungspläne - Wie bekommt man das beste Resultat? Drying schedule concepts - How to achieve the best result? Dr. Johannes Welling*, BFH, Hamburg/DE (welling@holz.uni-hamburg.de) Das wichtigste Ziel der Schnittholztrocknung ist die Reduzierung der Holzfeuchte auf ein zuvor bestimmtes Niveau. Hierfür sollte eine möglichst kurze Trocknungszeit erforderlich sein. Die Qualität sollte sich während der Trocknung nicht verändern. Wenn möglich sollte durch die Trocknung ein Wertzuwachs erreicht werden. Leider lassen sich bestimmte Auswirkungen der Trocknung (z.b. schwindungsbedingte Deformationen) nur in sehr begrenztem Umfang beeinflussen. Der Energieeinsatz bei der Trocknung in Form von Elektrizität und thermischer Energie sollte möglicht gering sein. Das Holz sollte bei der Trocknung keinem unnötig hohen Risiko ausgesetzt werden. Bei der Auswahl und/oder Modifizierung von Trocknungsplänen muss die technische Betriebsleitung nach vorab festgelegten Optimierungszielen entscheiden, an welchen Stellen im Trocknungsplan Änderungen vorgenommen werden sollen. Der Trocknungsplan kann in diesem Zusammenhang als Liste von Anweisungen für die Trocknungssteuerung angesehen werden, in der genau festgelegt wird, welche Bedingungen zu welchem Zeitpunkt der Trocknung in der Kammer herrschen sollen. Man unterscheidet zeitabhängige, holzfeuchteabhängige, gemischt zeit- und holzfeuchteabhängige, phantomwertabhängige oder so genannte adaptive Trocknungspläne. Adaptive Pläne beeinflussen den Trocknungsablauf in Abhängigkeit von Feuchtegradienten über den Brettquerschnitt oder innerhalb der Charge, abhängig von Temperatur- und oder Klimaunterschieden zwischen Zu- und Abluftseite oder aber abhängig von den Klimavariationen in der Kammer. Ein Trocknungsplan besteht in der Regel aus mindestens 5 Abschnitten (Aufheizen, Durchwärmen, Trocknen, Konditionieren, Abkühlen). Definiert werden Temperatur, u gl oder rel. Luftfeuchte und die Ventilatordrehzahl/Stömungsgeschwindigkeit im Stapel. Da die Trocknungsphase in mindestens 5-6 Stufen unterteilt wird, ergeben sich für eine Optimierung mindestens 30 Stellschrauben (Parameter-Einstellmöglichkeiten). Aus der Kombination dieser 30 Möglichkeiten auf unterschiedlichem Niveau ergibt sich eine schier unvorstellbare Anzahl von Varianten. Bevor man mit der Anpassung der Trocknungsbedingungen beginnt, sollte zuerst einmal der Ausgangszustand genau analysiert und dokumentiert werden. Anderenfalls ist eine Erfolgskontrolle nicht möglich. Nach einer Befragung von Experten oder erfahrenen Kollegen sollten schrittweise Änderungen vorgenommen werden, wobei nicht zu viele Schritte auf einmal verändert werden sollten. Die Auswirkungen der Änderungen müssen genau untersucht und dokumentiert werden. Erst nach einer mehrfachen Überprüfung sollten die geänderten Bedingungen als neuer Standard übernommen werden. Die Gestaltung und Optimierung von Trocknungsplänen erfordert gute Kenntnisse über das Holz und den Trocknungsprozess sowie viel Erfahrung und Fingerspitzengefühl. Trocknungspläne sollten nur in enger Zusammenarbeit bzw. in Abstimmung zwischen Trockenmeister und technischer Betriebsleitung durchgeführt werden. Unabgestimmte Einzelaktionen sollten auf jeden Fall vermieden werden. Die Dokumentation der Anpassungen und deren Auswirkungen ist von entscheidender Bedeutung für den Aufbau des "betriebseigenen Erfahrungsschatzes". EDG Drying Seminar, Hamburg 2006 (J. Welling)

49 Generell sind Trocknungspläne nur bedingt übertragbar. Der gleiche Plan führt in unterschiedlichen Trockenkammern (Größe, Heiz- und Ventilatorleistung, Herkunft des Holzes, etc.) unweigerlich zu unterschiedlichen Ergebnissen. Die Qualitätsansprüche sind von Betrieb zu Betrieb abhängig von der jeweiligen Kundschaft natürlich auch unterschiedlich. Die kritiklose Übernahme vor allem von Trocknungszeitoptimierten Trocknungsplänen kann deshalb katastrophale Folgen haben. Den optimalen Trocknungsplan gibt es leider nicht. Entscheidend ist, dass die Kundschaft mit dem Ergebnis der Trocknung zufrieden ist. *Vollständige Anschrift: Bundesforschungsanstalt für Forst- und Holzwirtschaft Institut Für Holzphysik und mechanische Technologie des Holzes Leuschnerstrasse Hamburg Tel: Fax EDG Drying Seminar, Hamburg 2006 (J. Welling)

50 Drying schedule concepts - How to achieve the best result? Konzepte für Trocknungspläne - Wie bekommt man das beste Resultat? Dr. Johannes Welling*, BFH, Hamburg/DE (welling@holz.uni-hamburg.de) Abstract The most important aim of the kiln drying process is the reduction of moisture content to a predefined level. The necessary drying time to achieve this should ideally be a short as possible. Wood quality should not change during drying. If possible the value of the kiln dried material should be increased by the drying process. Unfortunately certain effects of drying, e.g. shrinkage induced deformations, can not be avoided. Energy consumption in form of electricity and thermal energy should be kept as low as possible. The kiln load should not be exposed to high risk during drying. A drying schedule can be considered as a list of instructions on how to set the drying conditions in the kiln at the different stages of the drying process. One can distinguish between timedependent, moisture content-dependent, mixed (time and moisture content-dependent), phantom value-dependent, and so called adaptive drying schedules. Adaptive schedules influence the course of drying based on moisture gradients cross individual boards or within the kiln load, based on temperature and/or climate differences between inlet and outlet side of the stack, or based on climate variations in the kiln. While selecting or modifying drying schedules the technical management, taking into consideration the pre-defined optimisation targets, have to decide, what kind of changes in the drying schedule or drying concept should be put into practice. A drying schedule normally comprises at least 5 phases (heating-up, warming-through, drying, conditioning, cooling-down). Settings are defined for temperature, relative humidity, EMC and ventilator speed / air velocity in the stack. The drying phase is normally divided al least into 5-6 steps. This yields a minimum of 30 parameter settings. Taking into consideration the large range of possible settings for each parameter, an unimaginable number of possible variations is available. The starting point in terms of sawn timber quality, drying quality and drying time should be carefully analysed before starting the optimisation / adaptation of a drying schedule. If this is not considered beforehand, evaluation and quantification of the effects of parameter adaptation (control of success) is not possible. Following consultation of experts and experienced colleagues changes should be carried out in a stepwise procedure, not putting into practice too many steps at the same time. The effects of the changes have to be examined and documented accurately. The new setting should only be declared as "new standard" after these have been tested several times. For designing and optimising drying schedules great skill and knowledge on the drying process and the behaviour of wood under drying conditions are necessary. Drying schedules should only be changed in close cooperation and after agreement between kiln operator in charge and technical management. Uncoordinated actions should be avoided in any case. Documentation of changes and its effects is of utmost importance for the creation of the companies expert knowledge. EDG Drying Seminar, Hamburg 2006 (J. Welling)

51 In general, drying schedules can not be transferred easily. The same drying schedule used in different kilns (size, radiator or ventilator power) or for drying different sawn timber quality or provenience will inevitably yield different results. Drying quality demand differs among companies and strongly depends on customer requirements. Uncritical adoption of a drying schedule, especially when it has been optimised for drying time in another type of kiln, may have catastrophic consequences. The optimum drying schedule does not exist. It is crucial that the client is satisfied with the result of drying in terms of drying quality. *Full address: Federal Research Centre for Forestry and Forest Products Institute of Wood Physics and Mechanical Technology of Wood Leuschnerstrasse Hamburg Tel: Fax EDG Drying Seminar, Hamburg 2006 (J. Welling)

52 Konzepte für Trocknungspläne Wie bekommt man das beste Resultat? Drying schedule concepts - How to achieve the best result? Johannes Welling Bundesforschungsanstalt für Forstund Holzwirtschaft EDG Trocknungsseminar, Hamburg 10/2006 (J. Welling) Gliederung Was ist das beste Resultat? Was ist ein Trocknungsplan? Welche Arten von Trocknungsplänen gibt es? Welche Möglichkeiten der Beeinflussung gibt es? Vorgehensweisen bei der Optimierung Wie erfolgt die Erfolgskontrolle? Wer führt die Optimierung durch? Sind Trocknungspläne übertragbar? Fazit EDG Trocknungsseminar, Hamburg 10/2006 (J. Welling) 1

53 Was ist das beste Resultat? 1. Ziel der Trocknung ist in erster Linie die Reduzierung der Holzfeuchte auf einen vorbestimmten Wert. 2. Die Trocknungszeit sollte möglichst kurz sein. 3. Die Qualität des Holzes soll sich während der Trocknung möglichst nicht verändern. 4. Der Einsatz an Energie (Strom, Heizung) sollte möglichst gering sein. Die Reihenfolge oder Gewichtung der Vorgaben kann im Einzelfall sehr unterschiedlich sein. EDG Trocknungsseminar, Hamburg 10/2006 (J. Welling) Wer entscheidet, was wichtig ist? Technische Betriebsleitung in Absprache mit der Geschäftsführung Die Betriebsleitung orientiert sich an den Qualitätsansprüchen der Kundschaft Qualität ist das, was den Kunden zufrieden stellt. Hierbei sollte sich der Aufwand (Kosten) an den erzielbaren Preisen orientieren. Im Rahmen einer Optimierung müssen die Ziele zuvor klar definiert werden. ->> Forderung nach schneller, gerader, billiger, heller, dunkler, gleichmäßiger, etc. reicht nicht! EDG Trocknungsseminar, Hamburg 10/2006 (J. Welling) 2

54 Was ist ein Trocknungsplan? (1) Der Trocknungsplan ist ein Liste von Anweisungen für die Steuerung des Trockner Der Trocknungsplan definiert normalerweise die Bedingungen auf der Zuluftseite des Stapels Definiert werden Temperatur, ugl oder rel. LF, Ventilatorleistung/Drehzahl, evtl. jedoch auch die Dauer eines Abschnitts innerhalb des Planes Trocknungsplan ist mindestens in 4-5 Abschnitte untergliedert (Aufheizen, Durchwärmen, Trocknen, Konditionieren, Abkühlen) Trocknungsphase besteht aus mind. 5-6 Stufen EDG Trocknungsseminar, Hamburg 10/2006 (J. Welling) Was ist ein Trocknungsplan? (2) 5 Abschnitte plus 5 Stufen mit jeweils mind. 3 Größen (T, ugl, v) bedeuten 30 Parameter, die verändert werden können, um die Trocknung gezielt zu beeinflussen. Trocknungsplan ist Holzart/Brettdicken-spezifisch. Der Trocknungsplan muss sich an der jeweiligen Holzfeuchte orientieren, d.h. die Information über die Holzfeuchte in der Kammer entscheidet in der Regel über die Trocknungsführung. Falsche Holzfeuchteinformation führt zu zwangsläufig zu schlechter Trocknungsführung EDG Trocknungsseminar, Hamburg 10/2006 (J. Welling) 3

55 Welche Arten von Trocknungsplänen gibt es? Zeitabhängig Holzfeuchteabhängig (Holzfeuchte-Regelwert) Gemischt zeit/holz-feuchteabhängig Phantomwertabhängig (zeitabhängig nach Anfangsfeuchte auf Basis von Modellannahmen) Adaptiv Abhängig vom Feuchtegradienten über den Querschnitt und der Holzfeuchteunterschiede zwischen den Messstellen Abhängig von der Änderung der Luftzustände zwischen Zu- und Abluftseite Abhängig von Temperaturdifferenz zwischen Zu- und Abluftseite Abhängig von der Variation der Klimabedingungen und der Holzfeuchte in der Kammer EDG Trocknungsseminar, Hamburg 10/2006 (J. Welling) Welche Möglichkeiten der Beeinflussung gibt es? Bei 30 Stellmöglichkeiten gibt es eine schier unvorstellbar große Anzahl von Möglichkeiten Vorsicht! Nicht an jeder Stellschraube sollte gedreht werden! Qualitätsbestimmend sind in der Regel die Bedingungen zu Beginn der Trocknung (u>>fs) Trocknungszeitbestimmend sind die Bedingungen oberhalb und unterhalb FS Temperaturniveau oberhalb FS bestimmt über die Holzfarbe Nur wenige Holzarten ändern ihre Farbe nachdem FS unterschritten worden ist. EDG Trocknungsseminar, Hamburg 10/2006 (J. Welling) 4

56 Vorgehensweisen bei der Optimierung 1. Analyse des Ist-Zustandes (Was soll verbessert werden?) 2. Experten/Kollegen über mögliche Schritte befragen! 3. Schrittweise vorgehen, d.h. nicht zu viele Änderungen auf einmal realisieren. 4. Auswirkungen genau untersuchen und dokumentieren. 5. Ergebnis hinterfragen und ggf. Parameter weiter verändern oder wieder zurücksetzen. 6. Optimierungspotenziale können sehr unterschiedlich sein. 7. Achtung: Bei Trocknungsplanverschärfung wird Risiko stetig größer! EDG Trocknungsseminar, Hamburg 10/2006 (J. Welling) Wie erfolgt die Erfolgskontrolle? 1. Ausgangssituation gut dokumentieren. 2. Trocknungscharge im Hinblick auf Vergleichbarkeit prüfen. 3. Trocknungsergebnis überprüfen und dokumentieren. 4. Ergebnis im Hinblick auf Optimierungsziel bewerten. 5. KO-Kriterien beachten! (Was hilft eine schnelle Trocknung, wenn der Kunde die Farbe nicht akzeptiert oder das Schnittholz Risse aufweist.) 6. Geänderten Plan über mehrere Trocknungen genau beobachten, um Chargeneinfluss auszuschalten. 7. Erst dann neuen Plan als Standard übernehmen. 8. Unbedingt jahreszeitliche Schwankungen und herkunftsbedingte Unterschiede berücksichtigen!!! EDG Trocknungsseminar, Hamburg 10/2006 (J. Welling) 5

57 Wer führt die Optimierung durch? Anpassung von Trocknungsparametern erfordert gute Kenntnisse über Holz und Trocknung sowie viel Fingerspitzengefühl Trocknungsplanmodifizierung beinhaltet ein hohes Risiko, deshalb nur in kleinen Schritten vorgehen. Trocknungspläne sollten nur vom Trockenmeister in Abstimmung mit dem technischen Leiter durchgeführt werden. Viele Köche verderben den Brei!!!! Alle Beteiligten müssen informiert sein. EDG Trocknungsseminar, Hamburg 10/2006 (J. Welling) Sind Trocknungspläne übertragbar? Trocknungspläne sind nur bedingt übertragbar. Gleicher Plan bei unterschiedlich großen Kammern, unterschiedlicher Luftgeschwindigkeit und geänderter Holzdicke/Herkunft führt unweigerlich zu anderen Ergebnissen. Eine Optimierung gilt deshalb immer nur für einen Anlagentyp und die jeweilige betriebliche Situation. Kritiklose Übernahme von Trocknungsplänen kann katastrophale Folgen haben; insbesondere dann, wenn es sich um Trocknungszeit-optimierte Pläne handelt. EDG Trocknungsseminar, Hamburg 10/2006 (J. Welling) 6

58 Fazit Fundierte Kenntnisse über Holz und den Trocknungsprozess sind wichtige Voraussetzung für eine Optimierung. Einfaches Ausprobieren ist risikoreich und führt selten zum Erfolg. Den optimalen Trocknungsplan gibt es nicht!! Entscheidend ist, dass die Kundschaft mit der Trocknung zufrieden ist! EDG Trocknungsseminar, Hamburg 10/2006 (J. Welling) Dank Knowhow im Bereich Trocknung entsteht über viele Jahre im Austausch mit Kollegen aus Wissenschaft und Praxis. In diesem Zusammenhang danke ich vor allem: Thomas Trübswetter, Georg Fortuin, Torsten Riehl Sverre Tronstad/NTI und Björn Esping/SP EDG Trocknungsseminar, Hamburg 10/2006 (J. Welling) 7

59 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! EDG Trocknungsseminar, Hamburg 10/2006 (J. Welling) 8

60 Air flow in kilns - Why is it so important? Thomas Wamming, SP Tratek Swedish National Testing and Research Institute thomas.wamming@sp.se Abstract Scandinavian drying kilns take larger volumes of timber today compared to the kilns which were built 15 years ago. Sizes range from 80 m 3 to 150 m 3 in a batch kiln. When the kiln loads have a blow depth of up to12 meters, air velocity is the key factor to achieve good drying quality in short drying time. In the beginning a negative effect with the larger kilns was that the spread in drying quality was higher. New drying schedules had to be adapted to the larger type of kilns with higher airspeed and more heating capacity. If the drying schedules are not optimized to the type of kiln, timber defects will occur in different positions in the blow depth. The first step to solve the problems with the combination of fast drying with good quality is to analyze the climate trends from the kiln in a more detailed way. Parameters as the accuracy in temperature measurements, fan reversal times and the time in the different drying phases must be analysed in detail. Zusammenfassung Skandinavische Trockenkammern weisen heutzutage eine größeres Kammervolumen auf als Trockenkammern, die vor 15 Jahren gebaut wurden. Das Fassungsvermögen beläuft sich heute bei Chargentrocknern auf 80 m³ bis 150 m³. Wenn die Trockner eine Blastiefe bis zu 12 Metern aufweisen, wird die Luftgeschwindigkeit zum einem Schlüsselfaktor zur Erzielung einer guten Trocknungsqualität innerhalb kurzer Trocknungszeit. In den Anfängen war die Variation der Trocknungsqualität innerhalb der großen Trockenkammern ein Nachteil. Neue, den großen Trockenkammern angepasste, Trocknungspläne mussten entwickelt werden. Die Unterschiede zu den alten Trocknern lagen in der größeren Heizleistung und der höheren Luftgeschwindigkeit. Wenn die Trocknungspläne nicht im Hinblick auf die großen Trockner optimiert werden, treten Trocknungsfehler an unterschiedlichen Positionen über die Blastiefe auf. Der erste Schritt zur Verbesserung der Trocknungsqualität bei Anwendung von hohen Luftgeschwindigkeiten ist die detaillierte Analyse der Klimabedingungen im Trockner. Parameter, wie z.b. die Genauigkeit der Temperaturmessung, die Reversierzeit sowie die Dauer der verschiedenen Trocknungsphasen müssen genau analysiert werden. Corresponding author Full address: Thomas Wamming SP Trätek Skeria Skellefteå Tel: +46 (0) mail: thomas.wamming@sp.se EDG Drying Seminar, Hamburg 2006 (Thomas Wamming)

61 Air flow in large batch kilns - Why is it so important? SP Swedish National Testing and Research Institute EDG Drying Seminar, Hamburg 2006 Thomas Wamming Background Higher temperatures results in less cracks and shorter drying time Larger batch kilns with better capacity, airflow, heating and steaming/spraying Harder customer demands Problems with old kiln schedules in the new kilns More even quality in the batch SP Swedish National Testing and Research Institute EDG Drying Seminar, Hamburg 2006 Thomas Wamming 1

62 Air flow m easurm ent Kiln 16 Pine 50x175 m m (m /s) 0,5 m in mitt 0,5 m in 3,5 5,2 4,5 3,2 1,7 4,8 vikvägg 3,1 4,8 3,9 3,1 4,5 3,3 3,2 4,7 3,2 2,7 4,7 3,6 6,5 8,3 6,4 2,4 4,3 2,3 3 4,3 2,2 2,4 4,2 2,4 2,3 4,4 2,4 2,9 4,7 2,6 2,8 4,5 2,3 6,5 7, ,3 2,4 2,9 4,5 2,3 2,5 4,4 2,8 3 4,9 2,6 2,7 5 3,1 2,2 4,3 2,5 SP Swedish National Testing and Research Institute 9,2 10,6 M edel= 2,8 4,4 3,0 S tdav= 0,4 0,7 0,8 T o tm ed el= 3,4 T o tstd av= 1,0 Bolsterrad ej m ed i resultat. EDG Drying Seminar, Hamburg 2006 Thomas Wamming Temp ( C) ,0 4,7 9,4 14,1 18,8 23,5 28,2 32,9 37,6 42,3 47,0 51,7 56,4 61,1 Schedule 50 mm pine low airflow 65,8 70,5 75,2 79,9 84,6 89,3 94,0 98,7 103,4 108,1 112,8 117,5 122,2 126,9 131,6 136,3 141,0 145,7 150,4 155,1 159,8 164,5 169,2 173,9 178,6 183,3 188, våt Mitt SP Swedish National Testing and Research Institute Time(h) EDG Drying Seminar, Hamburg 2006 Thomas Wamming 2

63 EDG Drying Seminar, Hamburg 2006 Thomas Wamming Time (h) 0,00 4,70 9,40 14,10 18,80 23,50 28,20 32,90 37,60 42,30 47,00 51,70 56,40 61,10 65,80 70,50 75,20 79,90 84,60 89,30 94,00 98,70 103,40 108,10 112,80 117,50 122,20 126,90 131,60 136,30 141,00 145,70 150,40 155,10 159,80 164,50 169,20 173,90 178,60 183,30 188,00 Psyk ( C) End stack WBD SP Swedish National Testing and Research Institute EDG Drying Seminar, Hamburg 2006 Thomas Wamming Time (h) 0,0 4,9 9,8 14,7 19,6 24,5 29,4 34,3 39,2 44,1 49,0 53,9 58,8 63,7 68,6 73,5 78,4 83,3 88,2 93,1 98,0 102,9 107,8 112,7 117,6 122,5 127,4 132,3 137,2 142,1 147,0 151,9 156,8 161,7 166,6 171,5 176,4 181,3 186,2 Temp ( C) Medium WBD Medel17 10 SP Swedish National Testing and Research Institute EDG Drying Seminar

64 Psyk ( C) ,00 4,70 9,40 14,10 18,80 23,50 28,20 32,90 37,60 42,30 47,00 51,70 56,40 61,10 65,80 70,50 75,20 Middle WBD 79,90 84,60 89,30 94,00 98,70 103,40 108,10 112,80 117,50 122,20 126,90 131,60 136,30 141,00 145,70 150,40 155,10 159,80 164,50 169,20 173,90 178,60 183,30 188,00 SP Swedish National Testing and Research Institute Time(h) EDG Drying Seminar, Hamburg 2006 Thomas Wamming Air flow measurment Kiln 24 Pine 25x125 mm (m /s) 0,5 m in mitt 1,0m in 6,5 5,7 6,2 5,4 6,1 5,6 5,5 6 5,3 5,4 5,1 5,1 4,8 5,5 5 5,5 4,7 5,4 4,8 5,1 4,7 5,1 SP Swedish National Testing and Research Institute M edel= ######## 5,6 5,1 S tdav= ######## 0,5 0,4 Totm edel= 5,4 Totstdav= 0,5 Bolsterrad ej med i resultat. EDG Drying Seminar, Hamburg 2006 Thomas Wamming 4

65 Temp ( C) ,0 3,5 7,0 10,5 14,0 17,5 21,0 24,5 28,0 31,5 35,0 38,5 42,0 45,5 50 mm pine high air flow 49,0 52,5 56,0 59,5 63,0 66,5 70,0 73,5 77,0 80,5 84,0 87,5 91,0 94,5 98,0 101,5 105,0 108,5 112,0 115,5 Bak torr Mitt torr Port våt Port torr SP Swedish National Testing and Research Institute Time (h) EDG Drying Seminar, Hamburg 2006 Thomas Wamming Temp ( C) ,0 3,1 6,2 9,3 12,4 15,5 18,6 21,7 24,8 27,9 31,0 34,1 37,2 40,3 Medium WBD high airflow 43,4 46,5 49,6 52,7 55,8 58,9 62,0 65,1 68,2 71,3 74,4 77,5 80,6 83,7 86,8 89,9 93,0 96,1 99,2 102,3 105,4 108,5 111,6 114,7 SP Swedish National Testing and Research Institute Time(h) EDG Drying Seminar, Hamburg 2006 Thomas Wamming 5

66 Temp ( C) ,0 3,1 6,2 9,3 12,4 15,5 18,6 21,7 24,8 27,9 31,0 34,1 37,2 40,3 End stack WBD high air flow 43,4 46,5 49,6 52,7 55,8 58,9 62,0 65,1 68,2 71,3 74,4 77,5 80,6 83,7 86,8 89,9 93,0 96,1 99,2 102,3 105,4 108,5 111,6 114,7 SP Swedish National Testing and Research Institute Time (h) EDG Drying Seminar, Hamburg 2006 Thomas Wamming Temp ( C) ,0 3,1 6,2 9,3 12,4 15,5 18,6 21,7 24,8 27,9 31,0 34,1 37,2 40,3 Middle WBD high air flow 43,4 46,5 49,6 52,7 55,8 58,9 62,0 65,1 68,2 71,3 74,4 77,5 80,6 83,7 86,8 89,9 93,0 96,1 99,2 102,3 105,4 108,5 111,6 114,7 SP Swedish National Testing and Research Institute Time (h) EDG Drying Seminar, Hamburg 2006 Thomas Wamming 6

67 Temp ( C) ,00 4,83 9,66 14,49 19,31 24,14 28,97 33,80 38,63 43,46 48,29 53,11 57,94 62,77 67,60 90 C F50 mm 8% 72,43 77,26 82,08 86,91 91,74 96,57 101,40 106,23 Time (h) 111,06 115,88 120,71 125,54 130,37 135,20 140,03 144,86 149,68 154,51 Torr A Torr B Våt A SP Swedish National Testing and Research Institute EDG Drying Seminar, Hamburg 2006 Thomas Wamming Conclusions Green MC important, sapwood/heartwood content Heating and airspeed have big influence on even drying through batch. Even drying quality possible with optimized process. Fan reversing time Drying rate over EMC God conditioning 2- face type More sophisticated temperature measurement Schedules or adaptive control systems must consider temperature drop across the load. SP Swedish National Testing and Research Institute EDG Drying Seminar, Hamburg 2006 Thomas Wamming 7

68 Verfärbungen nicht immer ist die Trocknung schuld Color changes Not always the fault of drying Gerald Koch*, Institute for Wood Biology and Wood Protection, Federal Research Centre for Forestry and Forest Products, Hamburg/D Johannes Welling, Institute for Wood Physics and Mechanical Technology of Wood, Federal Research Centre for Forestry and Forest Products, Hamburg/D Abstract The discoloration of raw timber after felling and in sawn logs or boards, after steaming and drying is a considerable economic problem. In order to provide practical procedures and techniques for its prevention, it is necessary to identify these discolorations as either physiological processes already initiated in the living or freshly felled tree or as secondary chemical reactions during steaming or drying. In the living tree discolorations are initiated predominantly through wounds and dying branches and roots. As physiological and biochemical reactions accessory compounds and tyloses were synthesised after oxygen penetrated the tissues. Physiological reactions of living parenchyma cells are also responsible for the discoloration of freshly-felled wood during storage at least for several weeks after felling. The intensity of the color depends on the moisture content of the wood, the time period the wood is exposed to air, and the temperature during drying. Furthermore discolorations can be caused by microorganisms for instance mould fungi and bacteria which affect the wood surface of inadequately stored wood. The stain is based on the metabolism of the microorganisms which decompose the soluble carbohydrates and storage substances (e.g. starch). The storage-caused discolorations can be prevented, if the changes in moisture content and temperature that favour growth of microorganisms and the initiation of physiological and biochemical reactions are restricted. The fast harvesting, transport and processing (from forest to product), especially in spring, is an important contribution to the conservation of wood quality. The discolorations during kiln-drying are based essentially on chemical reactions of the cell wall components (hemicelluloses) and accessory compounds in the wood. Due to the process parameters temperature and moisture content oxygen and condensation reactions are initiated. Above a temperature of 80 C during the steaming process chemical reactions of the lignin molecule are induced. The steam treatment dissolves also water-soluble compounds (e.g. soluble carbohydrates and starch) or hydrolyses products which can additionally initiate discolorations by condensation. While the described reactions of the lignin cause the uniform, reddish colors, the stained discolorations must be explained by an uneven distribution and reaction of the phenolic organic compounds in the woody tissue. EDG Drying Seminar, Hamburg 2006 (G. Koch)

69 Cause Example and Description (1) Fungi Blue-stain as in sapwood of Pinus due to the chromophoric pigments in the hyphae (2) Physiological Formation of tyloses and accessory compounds as in reaction in living cells Fagus due to the reaction of living parenchyma cells (3) Biochemical Orange discoloration as in Alnus due to the reactions enzymatic reaction of polyphenoloxidases inducing the production of oregonin (4) Chemical reactions Metal-tannin reactions as in Quercus (5) Combination of reactions Yellow discoloration of Quercus and Castanea due to a fungal infection and reaction of hydrolysable tannins Full adress: Bundesforschungsanstalt für Forst- und Holzwirtschaft Institut für Holzbiologie und Holzschutz Leuschnerstr Hamburg Tel: +49 (0) Fax: +49 (0) EDG Drying Seminar, Hamburg 2006 (G. Koch)

70 Holzverfärbungen - nicht immer ist die Trocknung schuld - PD Dr. Gerald Koch Dr. J. Welling Institut für Holzbiologie und Holzschutz Bundesforschungsanstalt für Forst- und Holzwirtschaft, Hamburg Inhalte 1. Einleitung 2. Ursachen qualitätsmindernder Verfärbungen Verfärbungen im lebenden Baum Lagerungsbedingte Verfärbungen Prozessbedingte Verfärbungen 3. Praktische Beispiele für Verfärbungen 4. Zusammenfassung und Schlußfolgerungen 1

71 Mögliche Zeitpunkte des Auftretens qualitätsmindernder Verfärbungen Verfärbungen, die bereits im lebenden Baum entstehen Verfärbungen, die im frisch eingeschlagenen und eingeschnittenen Holz während der Lagerung auftreten Verfärbungen, die durch bestimmte Prozessparameter beim Dämpfen und der technischen Trocknung eingeleitet und intensiviert werden Verfärbungen, die an bereits getrocknetem Holz nach einer Wiederbefeuchtung auftreten Beispiele für qualitätsmindernde Verfärbungen Harzeinlagerungen (Gums) im Kirschbaum (Verfärbungen im lebenden Baum ) Einlauf bei Ahorn (lagerungsbedingte Verfärbung) Oxidationsreaktionen bei der Trocknung von Framire (prozessbedingte Verfärbung) Eisen-Gerbstoffreaktion bei Eiche (chem. Reaktion) 2

72 Differenzierung der Verfärbungsarten nach dem Verursacherprinzip [nach Bauch 1986] Verfärbungsart/ Verursacher Beispiele/Stichworte herkömmliche Charakterisierung Bläue bei Kiefer Verstocken bei Buche biotisch 2. physiologische Reaktionen Ersticken bei Buche, Stress biotisch 3. biochemische Reaktionen Einlauf bei Erle, Enzyme abiotisch 4. chemische Reaktionen Eisen-Gerbstoff-Komplexbildung z.b. bei Eiche abiotisch 5. kombinierte Reaktionen Gelbfärbung bei Eiche Schimmelpilz, Gerbstoffreaktion nicht definiert 1. Mikroorganismen Farbkernbildung im lebenden Baum Synthese von Inhaltsstoffen Sauerstoffeintrag durch Verwundung Bildung von Thyllen 3

73 Verkernungsanomalien bei Lärche Die Verfärbungen entstehen infolge stressphysiologischer Reaktionen, die zu einer ungleichmäßigen Synthese und Verteilung der Kerninhaltsstoffe führen Ursache(n) sind in den häufigsten Fällen klimatische Einflüsse (Frost und Trockenstress) Die Farbausprägung ist auch abhängig von der Bodenbeschaffenheit (ph-wert und Eisengehalt) Graue Verfärbungen können auch durch Harzausscheidungen induziert werden [ 3 cm ] Das Ausmaß der wertmindernden Verfärbungen lässt sich nur durch Qualitätssortierungen eingrenzen [Koch & Kulke, Holz-Zentralblatt, 2006] Verfärbungen durch Reaktionsholzbildung Streifenförmige Verfärbungen bei Buche infolge von Zugholzbildung. Die Zugholzfasern lassen sich mikroskopisch durch Astrablau (Farbreagenz) nachweisen 4

74 Lagerungsbedingungen Holzfeuchte [%] ,70 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 0,00 Rohdichte [g/cm³] W5-1-S W5-3-S W5-5-S W5-7-S W5-9-R W5-11-R W5-13-M W5-15-R W5-17-R W5-19-S W5-21-S W5-23-S W5-25-S Holzfeuchte Darrdichte Jahrringfraktion Dokumentation des Umgebungsklimas und der Holzfeuchte während der Lagerung von Stammholz, die einen erheblichen Einfluss auf die Entstehung von Verfärbungsreaktionen haben Einlaufbedingte Verfärbungen Streifenförmige Verfärbungen infolge einer unsachgemäßen Lagerung des Buchenstammholzes. Sie beruhen auf physiologischen Reaktionen, die zur Synthese phenolischer Inhaltsstoffe und zur Thyllenbildung führen. [Koch et al., Holz-Zentralblatt, 2000] 5

75 Verfärbungen durch Mikroorganismen Verfärbungen durch Schimmelpilze auf der Oberfläche frisch gedämpfter und nicht ausreichend belüfteter Buchenschnittware. In den verfärbten Bereichen können Pilzhyphen und ein Abbau der Zellinhaltsstoffe nachgewiesen werden. [Koch et al., Holz-Zentralblatt, 2000] Trocknungsbedingte Verfärbungen Prozessbedingte Verfärbungen durch die Anreicherung von Inhaltsstoffen auf der Holzoberfläche während der technischen Trocknung. Die Inhaltsstoffe sind in den Lumina der Fasertracheiden des Holzgewebes nachweisbar. [Koch et al., Holz-Zentralblatt, 2000] 6

76 Verfärbungen durch Metallionen (Eisen) Verfärbungen bei der Holzart Birke Nachweis der Eisenreaktionen durch Kaliumthiocyanat Holzart Birke Verfärbungen durch Anreicherung von Eisenionen im Kochwasser bei der Furnierherstellung Nachträgliche Verfärbungen [ 1 cm ] [ 1 cm ] Nachträgliche Verfärbungen bei Lärche durch einen Schimmelpilzbefall. Die Verfärbungen entstehen durch die Stoffwechselprodukte der Pilze, die die in den Speicherzellen deponierten Reservestoffe (lösliche Kohlenhydrate und Stärke) abbauen. [Koch & Kulke, Holz-Zentralblatt, 2006] 7

77 Nachträgliche Verfärbungen [ 2 cm ] [ 3 cm ] Grau-blaue Verfärbungen durch nachträgliche Kontaminierungen mit Eisenionen. Nachweis der Eisenionen durch Kaliumthiocyanat-Reagenz (roter Farbumschlag) Die Verfärbungen werden bereits durch minimale Eisen-konzentrationen ab ca. 15 ppm = mg/kg (z.b. Flugrost) ausgelöst Nachträgliche Verfärbungen Verfärbungen an der Oberfläche eines Ahornparkettstabes und mikroskopischer Nachweis farbgebender Inhaltsstoffe an der Grenzschicht Holzgewebe/Lack. 8

78 Zusammenfassung und Schlußfolgerungen Qualitätsmindernde Verfärbungen bei hochwertigem Schnittholz können durch komplexe physiologische, biochemische und chemische Reaktionen verursacht werden. Die Entwicklung und Anwendung effektiver vorbeugender Schutzmaßnahmen setzt eine grundlegende Untersuchung der Inhaltsstoffe und deren Reaktionsmechanismen in Abhängigkeit von den Lagerungs- und Prozessparametern voraus. Um die hohen Qualitätsanforderungen des deutschen Marktes zu erfüllen ist eine sorgfältige Behandlung des Holzes vom Einschlag bis zur Verarbeitung erforderlich, um wertmindernde Verfärbungen zu vermeiden. Vielen Dank! 9

79 Development of drying simulation model and drying schedules for class AB treated pine timber with copper based preservatives Entwicklung von Trocknungssimulationsmodel und Trocknungsschemas für Kieferschnittware imprägniert mit kupferhaltige Mitteln zur Klasse AB Holger Forsén*, VTT, Espoo/FIN Veikko Tarvainen, VTT, Espoo/FIN Antti Nurmi, VTT, Espoo/FIN Objectives The main objectives of the project were to develop the drying schedules for copper based preservatives treated timber according to penetration class AB requirements and to optimise the parameters of VTT s drying simulation model "LAATUKAMARI" for the simulation of drying of pressure treated timber. An important objective was also to examine how elevated temperatures in drying kiln affect on the fixation of preservatives in wood and thus the performance of treated wood in use. Tasks The drying tests were carried out both in the laboratory and in the industry. Scots pine timber was impregnated according to class AB with the most commonly used copper containing preservatives (Celcure AC 800, Tanalith E 3492 and Wolmanit CX-8) in Finland. The thicknesses of impregnated timber were 22, 25, 50 and 75 mm. The drying temperatures were 20 C, 50 C, 70 C and 105 C. In addition to the moisture measurements, also color changes and fixation of preservatives in wood were studied. Results As a summary the following results can be stated: 1. The initial moisture content in impregnated wood is higher than in green wood. The moisture content of sapwood can be over 160 % whereas moisture content in heartwood is about %. 2. The penetration of preservatives in sapwood zone was often incomplete; penetration varied from about 70 % to 100 %. The intensity of color of the impregnated sapwood gradually decreases from surface to inner part. In other words, the concentration of preservatives decreases. 3. The drying time of treated wood is long. It takes about % longer time to dry impregnated timber than normal green timber. 4. The standard deviation of moisture content is high, about 2 % in shipping dried impregnated wood whereas in shipping dried untreated wood it is about 1.5 %. 5. The moisture variation in longitudinal direction in one piece of timber is wide. To some extent also "water pockets" were discovered. Moisture gradient (MC difference between one sixth and one half of the thickness) was in shipping dry 25 mm timber about 4 % and 10 % in case of 50 mm thick timber. By using long conditioning phase in the end of drying schedule, standard deviation and moisture gradient can be decreased. To avoid wet EDG Drying Seminar, Hamburg 2006 (H. Forsén, V. Tarvainen, A. Nurmi)

80 pockets in wood the best drying method is high temperature drying (105 C C) including a conditioning phase. The brown color of HT-dried timber could be regarded as a disadvantage as well as an advantage, it depending on the customer. 6. There were drying cracks to some extent. Most of them were narrow, so called hair cracks. Internal cracks were found only in some battens dried at 105 C. 7. By visual inspection, deformations of impregnated dried wood were found, specially twist and cup. 8. The color of timber becomes darker when using higher drying temperatures. Color changes can be diminished when the drying temperature is kept below 50 C until the moisture content is below 25 % and raised thereafter up to 70 C. In one test where temperature was kept at 50 C for 4 days and raised then to 70 C the timber darkened a bit already at the first phase (L*-value: 55 -> 50) and yellowness increased (b*-value: 20 -> 25). Temperature increase to 70 C caused a clear increase of redness (a*- value: 0 -> 5). 9. Often there are small dark dots on the dried timber. The further inspection revealed that the copper had reacted with resin in wood. 10. In one test series with different drying temperatures, the fixation of all preservatives in the study was determined by a leaching test. The results showed that the loss of copper from wood increased with the increasing drying temperature. The average leaching after drying at temperatures 20, 50, 70 and 105 C were 9.0, 12.6, 24.4 and 27.6 % respectively. 11. On the basis of the drying test results VTT`s drying simulator "LAATUKAMARI" is completed with parameters also for pressure impregnated wood (version no. 3.08). So the kiln operator can with aid of Laatukamari plan and analyse drying schedules for impregnated Scots pine timber. The results show that the simulation is quite accurate. Laatukamari calculates average moisture content, standard deviation, moisture gradient and drying cracks. The simulation model and the measured values show, that if the simulated average moisture content does not correspond with measured values, neither do calculated MC deviation, moisture gradient nor drying cracks correspond with measured values. In all the cases the calculated MC deviation is smaller than the measured value because of wet pockets in dried impregnated timber. This study did not deal with pre-drying of wood before preservative treatment. Further research should be focused on drying schedules and their influence on the penetration of copper containing preservatives into wood and the stability of copper in wood. Corresponding author Full address: VTT TECHNICAL RESEARCH CENTRE OF FINLAND Betonimiehenkuja 5 P.O. Box 1000 FI VTT, FINLAND Tel: Fax mail: holger.forsen@vtt.fi EDG Drying Seminar, Hamburg 2006 (H. Forsén, V. Tarvainen, A. Nurmi)

81 Trocknung von imprägniertem Holz Entwicklung von Trocknungssimulationsmodel und Trocknungsschemas für Kieferschnittware imprägniert mit kupferhaltige Mitteln zur Klasse AB Copyright VTT Holger Forsén, Veikko Tarvainen und Antti Nurmi VTT TECHNICAL RESEARCH CENTRE OF FINLAND Ziel des Projektes Verbesserung von Trocknungsschemen für Kieferschnittware getränkt mit kupferhaltigen Imprägnierungsmitteln zur Klasse AB Optimierung von Parameterwerten in VTT:s Trocknungsmodel Testen von Durchdringung und Anhaftung (fixation) der Imprägnierungsmittel Empfehlungen zu neuen Trocknungsschemen EDG Trocknungsseminar in Hamburg 2 1

82 VTT TECHNICAL RESEARCH CENTRE OF FINLAND Projekt ein 2 jähriges, nationales, industrielles Projekt ( ) Teilnehmer 4 Imprägnierungsunternehmen 3 Trocknerhersteller 2 Imprägnierungsmittelfirmen Tekes (Zentrum für Technologieförderung) VTT EDG Trocknungsseminar in Hamburg 3 VTT TECHNICAL RESEARCH CENTRE OF FINLAND Inhalt des Projektes Messung von physikalischen Eigenschaften des imprägnierten Schnittholzes (Anfangsfeuchte, Holzfeuchtegradient, Durchdringung, Dichte, Splint- und Kernholzanteil) Messung der tatsächlichen Trocknungsverhältnissen Messung der Trocknungsqualität Bestimmung der Anhaftung (fixation) von Imprägnierungsmittel im Holz Messung der flüchtigen organischen Verbindungen (VOC), Literaturübersicht Anpassung der gemessenen Forschungsergebnisse in VTT:s Trocknungsmodel EDG Trocknungsseminar in Hamburg 4 2

83 VTT TECHNICAL RESEARCH CENTRE OF FINLAND Skandinavische NTR-Klasse (M, A, AB und B) Europäische Standards - Gefährdungsklassen nach EN GK Allgemeine Gebrauchsbedingungen Exposition gegenüber Befeuchtung Schadorganismen Beispiele 1 Ohne Erdkontakt, abgedeckt Dauerhaft trocken Insekten Termiten* Holz in Innenräumen B 2 Ohne Erdkontakt, abgedeckt Gelegentlich feucht Pilze Insekten Termiten* Dachsparren AB 3 Ohne Erdkontakt, nicht abgedeckt Häufig feucht Pilze Insekten Termiten* Zäune ohne Erdkontakt A 4 Im Kontakt mit Erde oder Süßwasser Ständig feucht Pilze Insekten Termiten* Masten M 5 Im Kontakt mit Meerwasser Ständig feucht Pilze Insekten Termiten* Meerwasser schädlinge Anlegestellen * nur in bestimmten Gebieten (z.b. Südeuropa) Das skandinavische NTR-System für die Klassifizierung von Gefährdungsklassen verwendet die Buchstaben B (GK 3 beschichtet), AB (GK 3 nicht beschichtet), A (GK 4), und M (GK 5) EDG Trocknungsseminar in Hamburg 5 VTT TECHNICAL RESEARCH CENTRE OF FINLAND Imprägnierungsprozesse Trocknung von frischer Schnittware unter 24 % Imprägnierung nach Bethell-Prozesse Vakuum (- 0, ,95 bar, min.) Imprägnierungsmittel pumpen Überdruck ( bar, min.) Unterdruck (-0,80...0,85 bar, min) Anhaftung (fixation) 2 Tage, 20 C (Empfehlung der Imprägnierungsmittelvertreter) Nachtrocknung EDG Trocknungsseminar in Hamburg 6 3

84 VTT TECHNICAL RESEARCH CENTRE OF FINLAND Laborversuche 16 Labortrocknungsversuche Kiefernschnittware, 22 mm (100 % Splintholz), 25 mm, 28 mm, 50 mm und 75 mm Imprägnierungsmittel: Celcure AC 800, Tanalith E 3492 und Wolmanit CX-8 Trocknungsschema: Temperatur 20 C, 50 C, 70 C und 105 C T trocken konstant und T nass sinkend T nass konstant und T trocken steigend Luftgeschwindigkeit Messungen während Trocknungsprozesses Trocknungsverhältnisse Holztemperatur Holzfeuchte nach Gewicht (4-6 Holzstücke pro Tag) Trocknungsqualität von 10 Stücke (3-4 Mal) EDG Trocknungsseminar in Hamburg 7 VTT TECHNICAL RESEARCH CENTRE OF FINLAND Laborversuche (Fortsetzung) Trocknungsqualität nach der Trocknung Holzfeuchte ganze Holzstücke in Splintholz in Kernholz Holzfeuchtegradient Trocknungsspannungen Holzrisse Farbenveränderung Anhaftung (fixation) EDG Trocknungsseminar in Hamburg 8 4

85 VTT TECHNICAL RESEARCH CENTRE OF FINLAND Trocknungsversuch 2 A (Kiefer 25 x 100) T-trocken 52 ->68 C (steigend) und T-nass 52 C (konstant) Temperatur, C T-trocken 30 T-nass 20 T-Luft T-Holz (Oberfläche) 10 T-Holz (Mitte) Trocknungszeit, h EDG Trocknungsseminar in Hamburg 9 VTT TECHNICAL RESEARCH CENTRE OF FINLAND Temperatur, C und Holzfeuchte, % Trocknungsversuch 5 A (Kiefer 50 x 100) T-trocken 70 C (konstant) und T-nass (sinkend) T-trocken T-nass T-Luft T-Holz (Oberfläche) T-Holz (Mitte) Holzfeuchte Trocknungszeit, h EDG Trocknungsseminar in Hamburg 10 5

86 VTT TECHNICAL RESEARCH CENTRE OF FINLAND Trocknungsversuch 6 (Kiefer 28 x 125) Trocknung in 2 Stufen: 1) Temp. 45 C (bis Holzfeuchte unter 28 %), 2) Endtemp. max. 70 C Temperatur, C und Holzfeuchte, % T-trocken T-nass 20 T-Luft T-Holz (Oberfläche) 10 T-Holz (Mitte) Holzfeuchte Trocknungszeit, h EDG Trocknungsseminar in Hamburg 11 VTT TECHNICAL RESEARCH CENTRE OF FINLAND Trocknungsversuch 5 A (Kiefer 50 x 100) Holzfeuchtegradient im Querschnitt während der Trocknung 30,0 Holzfeuchte der Schnitte, % 25,0 20,0 15,0 10,0 5,0 94,0 115, ,0 3,6 mm 10,7 mm 17,9 mm 25 mm 32,1 mm 39,3 mm 42,4 mm Abstand von der Kernseite EDG Trocknungsseminar in Hamburg 12 6

87 VTT TECHNICAL RESEARCH CENTRE OF FINLAND Vergleichung zwischen der gemessene und der berechnete Holzfeuchte (neue Parameterwerte in VTT:s Trocknungssimulationsmodel für imprägnierte Ware) Trocknungsversuch 5 A (Kiefer 50 x 100) 30 Holzfeuchte, % Abstand von der Kernseite, mm EDG Trocknungsseminar in Hamburg 13 VTT TECHNICAL RESEARCH CENTRE OF FINLAND Industrieversuch 8 Stücke Industrietrocknungsversuche Material: Kiefer 25 x 100, 32 x 95, 45 x 90, 50 x 100 und 75 x 150 Imprägnierungsmittel: Celcure AC800, Tanalith E Trocknungsmethode: Kammertrockner, Kanaltrockner Messungen: Holzeigenschaften: Holzfeuchte, Holzfeuchte in Splint- und Kernholz, Dichte, Splint- und Kernholzteil, Eindringungstiefe der Imprägnierungsmittel Trocknungsverhältnisse (T-trocken, T-nass und Luftschwindigkeit) Trocknungsqualität Holzfeuchte, Holzfeuchtegradient, Trocknungsspannungen, Risse EDG Trocknungsseminar in Hamburg 14 7

88 VTT TECHNICAL RESEARCH CENTRE OF FINLAND Industrieversuch 3 Kiefer 50 x zone OTC-Kanaltrockner Temperatur, C T-trocken (Rand1) T-nass (Rand1) T-trocken (Rand2) T-nass (Rand2) Trocknungszeit, H EDG Trocknungsseminar in Hamburg 15 VTT TECHNICAL RESEARCH CENTRE OF FINLAND Testen der Trocknungsmodel mittels Industrieversuchen Holzfeuchte Holzfeuchtegradient Risse Versuch Dimension gemessen simuliert gemessen simuliert gemessen simuliert 1 50 x ,5 10,3 4,4 4 15, x ,1 14,9 2,3 4,3 4, x ,1 20,3 4,4 6,6 6, x ,1 28,4 10,8 7,8 17, x 95 9,5 8,2 0,6 0, x ,4 10,8 1,1 2, * 25 x ,8 18,4 7,3 0, * 50 x ,9 21,5 4,8 2,3 1,8 5,0 *Störung in Sprühungsystem EDG Trocknungsseminar in Hamburg 16 8

89 VTT TECHNICAL RESEARCH CENTRE OF FINLAND Einfluss der Trocknungstemperatur auf Farbenveränderung Versuch 7D. Trocknungstemperatur 20 C. Versuch 7A. Trocknungstemperatur 50 C. Versuch 7B. Trocknungstemperatur 70 C. Versuch 7C. Trocknungstemperatur 105 C. EDG Trocknungsseminar in Hamburg 17 VTT TECHNICAL RESEARCH CENTRE OF FINLAND Einfluss der Trocknungstemperatur auf das Auswaschen des Kupfers in imprägnierten Holzwaren nach Standard EN84 Trocknungstemperatur Durchschnittliche Auswaschen 20 C 9.0 % 50 C 12.6 % 70 C 24.4 % 105 C 27.6 % EDG Trocknungsseminar in Hamburg 18 9

90 VTT TECHNICAL RESEARCH CENTRE OF FINLAND Zusammenfassung Imprägnierte Holzware trocknet etwa 30 % langsamer als unimprägniertes Holz Holzfeuchtabweichung groß (etwa 30 % größer) Holzfeuchtegradient groß Einwenig Trocknungsrisse, viele Haarrisse Feuchte Stellen (Taschen) in Holzware Harz prägt aus an der Oberfläche (Kupferflecken) Trocknungssimulator sagt ziemlich genau die Trocknungsprozesse für imprägnierte Holzware voraus Optimale Trocknungstemperatur ist ca. 60 C (Farbenveränderung) Auswaschen nimmt zu bei höheren Trocknungstemperaturen EDG Trocknungsseminar in Hamburg 19 10

91 Moisture effects on building and structural timber Prof. Robert Kliger*, Chalmers University of Technology, Building and Environmental Engineering, Steel and Timber Structures, SE Goteborg, Sweden ) Abstract The effect of moisture content (MC) on some mechanical and physical properties is presented. End-users attitudes to timber, drying quality and MC are discussed. Quality requirements for timber products are proposed and compared with some grading rules and standards when it comes to limits for distortion. The effect of moisture content (MC) on structural components is presented based on tests conducted at Chalmers University of Technology in Sweden. The shape of timber changes due to variations in moisture content (MC). In Scandinavia, the producers of timber normally dry timber to a moisture content of 18% MC. However, after the studs are built into the wall structure, for example, they may become distorted as a result of further drying in the structure. The final MC in a heated building in Scandinavia is about 8%. It is therefore important to produce and deliver timber products dried to the moisture content appropriate to the construction site. Four tests have also been conducted on whole wall structures. The walls were made of studs conditioned to 18% MC, whereupon the structure dried to 8% MC in a normal indoor climate during a period of three months. The two walls with gypsum cladding on both sides reveal that the free twist is significantly restrained by about 75%. The two walls with gypsum cladding on the one side only reduce the twist by about 13%. However, the spring is heavily increased in this type of structure. Timber buildings and construction methods are discussed. Three scenarios of mounting wall studs on the building side are presented and discussed in conjunction with requirements for MC and distortion limits. The deformation of sawn timber during and after the drying process is the most important reason for downgrading. Better interaction between the producers of timber and building contractors is recommended. Corresponding author Full address: Chalmers University of Technology Building and Environmental Engineering Steel and Timber Structures SE Goteborg, Sweden Robert.Kliger@chalmers.se EDG Drying Seminar, Hamburg 2006 (I.R. Kliger)

92 Moisture effects on building and structural timber Robert Kliger Chalmers University of Technology Steel and Timber Structures Göteborg, Sweden EDG Drying Seminar Robert Kliger Introduction and background Effect of moisture content (MC) on Mechanical properties Physical properties End-users attitudes to timber, drying quality and MC Quality requirements and distortion Grading rules and standards Effect of moisture content (MC) on Structural components Timber buildings and construction methods Conclusions EDG Drying Seminar Robert Kliger

93 Introduction Timber as a building material EDG Drying Seminar Robert Kliger Introduction Timber as a building material Wet timber vs. dried timber Wood properties influenced by MC Production methods influenced by MC Structures affected by MC Quality of timber are buyers aware of what is good/right quality? Are they prepared to pay for it? EDG Drying Seminar Robert Kliger

94 Background Opportunity and threats EDG Drying Seminar Robert Kliger Effect of moisture content (MC) on mechanical properties Differences between clear wood (small pieces) and timber Design of timber structures The effect of MC is regulated by building codes (DIN, Eurocode etc) Some examples EDG Drying Seminar Robert Kliger

95 Effect of MC on wood and its compression strength and modulus of elasticity parallel to the grain Ultimate strength [ MPa] Moisture content [%] Modulus of elasticity EDG Drying Seminar Robert Kliger Strength vs. percentile of matched spruce timber Strength[MPa] According to Hoffmeyer (1995) EDG Drying Seminar Robert Kliger

96 Effect of MC change on mechanical properties [%/%] between 8% and 20% (for softwoods) Property Clear Round Sawn timber wood timber (EN 384) Compression (// and ) Bending strength Tension (//) Tension ( ) 2 Shear strength 3 MOE (//) According to Ranta-Maunus (2003) EDG Drying Seminar Robert Kliger Eurocode 5: Design of timber structures Service classes relate to the variation in timber performance with moisture content (MC) Service class MC corresponds to: 1 temp. 20ºC and RH 65% * 2 temp. 20ºC and RH 85% * 3 temp. 20ºC and RH > 85% * RH exceeds only few weeks per year EDG Drying Seminar Robert Kliger

97 Effect of moisture content (MC) on physical properties Large variation in terms of shrinkage/swelling as a result of changes in MC Large effect on timber shape and distortion Design of timber structures Durability timber with MC < 20% Some examples EDG Drying Seminar Robert Kliger Shrinkage in different directions (spruce & pine) EDG Drying Seminar Robert Kliger

98 Shrinkage/swelling properties Strain [%] HT-dried LT-dried Strain in the longitudinal direction caused by a change in equilibrium MC from 90% to 30% RH EDG Drying Seminar Robert Kliger Structural timber elements deflected due to uneven moisture distribution Multi-storey timber buildings settlements of each floor 8mm EDG Drying Seminar Robert Kliger

99 End-users attitudes to timber, drying quality and MC - in general - drying quality Quality requirements Distortion EDG Drying Seminar Robert Kliger Timber quality for builders Load bearing straight and stress graded Non-load bearing straight, knot-free joinery Boards, façade timber straight, durable, can be painted EDG Drying Seminar Robert Kliger

100 Timber quality for builders means: no distortion EDG Drying Seminar Robert Kliger Robert Kliger Kampen om skogen! Stål och träbyggnad Photo by: Bob Ericson EDG Drying Seminar Robert Kliger

101 Drying quality defined by the producers Moisture content (MC) different classes in terms of target MC and permissible deviations Absence of case hardening Absence of checking EDG Drying Seminar Robert Kliger The moisture content itself is not important for the builder (user) A change in moisture content could cause distortion Too high moisture content (>20%) could lead to mould or rot Too low moisture content (<10%) could cause timber to be more difficult to nail EDG Drying Seminar Robert Kliger

102 Modes of distortion Twist Spring Bow EDG Drying Seminar Robert Kliger Background to requirements for the maximum distortion in a wall stud Geometry of a wall + Requirements from standards: workmanship of buildings EDG Drying Seminar Robert Kliger

103 Wall studs height 2.5 m Requirements for wall inclination < 6 mm and curvature of the wall (vertical) < 8 mm Spring < 4 mm Joining boards to studs: bow < 6 mm Sideways deflection < 2 mm Twist < 5 mm EDG Drying Seminar Robert Kliger Results of visual grading of studs Grading criterion: usable and not usable 9-15 studs with different levels of twist, bow and spring were used 37 different building sites were visited 1,736 assessments were made Acceptance levels were: 40% in Sweden and 37% in Germany EDG Drying Seminar Robert Kliger

104 Distortion limits for a stud 45 x 95 mm, length 2.5 m [mm] Bow 6 Spring 4 Twist 5 Our pren 1408 proposal C18 >C18 EDG Drying Seminar Robert Kliger Distortion limits for a stud 45 x 95 mm, length 2.5 m [mm] Our pren 1408 proposal C18 >C18 Bow Spring Twist EDG Drying Seminar Robert Kliger

105 Comparison of maximum limits for twist [mm] Timber use as: MC after drying Board 22 x 100 Stud 50 x 100 Beam 50 x 200 Proposed max 14-17% ± 2% Nordic Timber 20% ± 4% BSEN 519: % ± 4% NZS-3631 At delivery EDG Drying Seminar Robert Kliger Standards and grading rules in different countries in terms of permissible distortion values after drying are much too generous The requirements for max. distortion must apply to the entire length of the final product EDG Drying Seminar Robert Kliger

106 EDG Drying Seminar Robert Kliger What happens to timber in a structure? Check the moisture variations Example: show the behaviour of timber built in partition walls in a building exposed to moisture changes Recommendations for the handling of timber EDG Drying Seminar Robert Kliger

107 According to Gustafsson (1996) EDG Drying Seminar Robert Kliger Relative Humidity (RH) Indoors Moisture content, MC[%] (Hagentoft 2003) Relative humidity, RH[%] EDG Drying Seminar Robert Kliger

108 Behaviour of timber built in partition walls in a building exposed to moisture changes - tests performed Walls double-sided cladding single-sided cladding Studs restrained from twisting Screw connections EDG Drying Seminar Robert Kliger Partition wall Top plate Stud Bottom plate Gypsum cladding Screw EDG Drying Seminar Robert Kliger

109 Prerequisite Distortion, in particular twist, is reversible, 6 Median twist [ ] Measurement 4 Measurement 2 Measurement 3 Measurement Median moisture content [%] EDG Drying Seminar Robert Kliger Walls - double-sided cladding Set-up for wall tests Change in MC from 18% to 8% EDG Drying Seminar Robert Kliger

110 Twist [ ] Walls double-sided cladding Results twist Free Stud no Restrained EDG Drying Seminar Robert Kliger Twist [ ] Walls double-sided cladding Results twist Free Stud no Restrained EDG Drying Seminar Robert Kliger

111 Walls single-sided cladding Set-up for wall tests EDG Drying Seminar Robert Kliger 4 Walls single-sided cladding Results twist Twist [ ] Stud no Free Restrained EDG Drying Seminar Robert Kliger

112 4 Walls single-sided cladding Results twist Twist [ ] Stud no Free Restrained EDG Drying Seminar Robert Kliger Spring [mm] Walls single-sided cladding Results spring Free Stud Restrained EDG Drying Seminar Robert Kliger

113 Walls single-sided cladding Results spring Spring [mm] Stud Free Restrained EDG Drying Seminar Robert Kliger Results from the wall test Double-sided cladding: free twist restraint by 75% Single-sided cladding: free twist restraint only by 13% Spring is heavily increased! EDG Drying Seminar Robert Kliger

114 Walls results Twist vs time MC Width Twist [ ] Moisture content [%] Time [days] W44 W43 W42 W41 MC EDG Drying Seminar Robert Kliger Walls results Twist vs time MC Width MC 8 Twist [ ] S3 S4S5 6 7 ness S1 S2 Thick- S3 S4S5 6 7 ness S1 S2 Thick S1 S2 S3 S4S5 Thickness Width Time [days] W44 W43 W42 W41 MC Moisture content [%] EDG Drying Seminar Robert Kliger

115 Walls results Twist vs time MC MC Width Twist [ ] Time [days] W44 W43 W42 W41 MC Moisture content [%] MC 8 4 EDG Drying Seminar Robert Kliger Walls results Twist vs time MC Width MC 8 Twist [ ] Time [days] W44 W43 W42 W41 MC Moisture content [%] MC MC 8 S3 S4S5 6 7 ness S1 S2 Thick- S3 S4S5 6 7 ness S1 S2 Thick S1 S2 S3 S4S5 Thickness Width S1 S2 S3 S4S5 Thickness Width Width S3 S4S5 6 7 ness S1 S2 Thick S1 S2 S3 S4S5 Thickness Width S1 S2 S3 S4S5 Thickness Width 6 7 EDG Drying Seminar Robert Kliger

116 Construction methods Building on site - mounting scenarios 1. Mounting studs and cladding on both sides at the same time directly after the delivery of timber MC not as demanding, straight enough to perform the job 2. Mounting studs and cladding on one side first and later on the second side of the cladding Not recommended. Rigorous requirements for connections and cladding. Right MC for the final structure. 3. Mounting studs or structure without cladding Right MC for the final structure. Rigorous requirements for straightness. Use timber less prone to distortion. EDG Drying Seminar Robert Kliger Timber studs on concrete slab EDG Drying Seminar Robert Kliger

117 Construction methods Building on site under the roof The same scenarios as before Right MC as in the final structure, but not as demanding requirements for connections and cladding EDG Drying Seminar Robert Kliger EDG Drying Seminar Robert Kliger

118 EDG Drying Seminar Robert Kliger EDG Drying Seminar Robert Kliger

119 EDG Drying Seminar Robert Kliger Important for timber producers Take more interest in how the timber will be used! What production method is used by the contractor/builder? Try to suggest the right MC of timber for the right application Be aware of interaction with other materials Justify the higher price by fewer problems for the builder! EDG Drying Seminar Robert Kliger

120 Conclusions The deformation of sawn timber during and after the drying process is the most important reason for downgrading Better interaction between the producers of timber and building contractors Be prepared for much more rigorous demands from end users EDG Drying Seminar Robert Kliger Thank you for your attention! EDG Drying Seminar Robert Kliger

121 How to use the new EN standards to improve drying quality? Bjorn Esping, SP Trätek, Swedish National Testing and Research Institute Abstract It has always been difficult to spread new research results and new technique to the industry. Especially at these times when the industry has as minimum employees as possible. Must it take 5-10 years to bring over new knowledge and technique to the wood user industry? Just now we have a new case. We have problems to spread the new knowledge of product adapted drying quality. For Europe it started with the six new EN-standards - based partly of new knowledge. In Sweden the standard commission has accepted them all 1:st of January 2006 but most of the wood using industry don t know them or don t know the profit/benefit with using them. SP Trätek has tried a new idea A new kind of publication was set up to inform the wood producer industry/the sawmill industry in drying quality. It was a 20 pages A4 publication with lots of colour pictures describing how to specify correctly the drying quality. To create the necessary conditions to understand the drying quality the publication also described with pictures the belonging basic wood physic. SP Tratek sold all 3000 publications in 6 years which was one of our best sold publications. Now we will update it with our new EN-standards. During many years Sweden (and many other countries) has had lots of problems with moisture problems in new built houses mostly mould, blue stain and decay but also shrinkage problems and odour/smell problems which often are moisture induced. To help the (wood) building industry we 2006 ended the work with a well illustrated handbook Moisture in wood for the building industry moisture properties, demand, handle and measurement. The book is based on the new six EN-standards and explains how to express the old MC demands in the way of the ENstandards. Investigations has shown that the building industry normally order boards without specifying the MC in a right way often only order 18 % MC or e.g. studs and do not mention the MC at all! If they order in a right way (after the new standards) the building industry can avoid lots of problems. To day there are drying techniques for the sawmills industry to meet the customers demands. Many sawmill are updated and can deliver product adapted drying quality, but the customers must ask for it in a right way. Corresponding author Full address: SP Trätek Box Stockholm Tel: +46 (0) Fax. +46 (0) mail: bjorn.esping@sp.se EDG Drying Seminar, Hamburg 2006 (Björn Esping)

122 Wie erreicht man mit den neuen EN Normen eine bessere Trocknungsqualität? Zusammenfassung Bjorn Esping, SP Trätek, Swedish National Testing and Research Institute Es war schon immer recht schwierig, Forschungsergebnisse und neue Technologien in der Holzindustrie zu verbreiten. Dies fällt besonders schwer in Zeiten, in denen der Personalstamm auf einem absoluten Minimum gehalten wird. Sind denn wirklich 5-10 Jahre erforderlich, um unserer Industrie neue Kenntnisse und Technologien zu vermitteln? Derzeit haben wir einen neuen Fall. Es gibt Probleme mit der Vermittlung von Kenntnissen über die dem jeweiligen Produkt angepasste Trocknungsqualität. Die Geschichte beginnt mit der Erstellung der sechs neuen EN Normen zum Thema Trocknung. Mit Wirkung vom hat die Schwedische Normungskommission alle sechs Normen übernommen, allerdings kennt der größte Teil der Holzindustrie die Normen noch nicht oder weiß nicht, wie man von den neuen Normen profitieren kann. SP Trätek hat im Jahr 1998 eine neue Idee umgesetzt. Eine neue Art der Publikation wurde entwickelt, um die Holzindustrie, insbesondere jedoch die Sägeindustrie, über die Zusammenhänge zum Thema Trocknungsqualität zu informieren. Die 20-seitige A4 Broschüre enthält viele farbige Abbildungen, durch die beschrieben wird wie Trocknungsqualität richtig spezifiziert werden kann. Um die Grundlage zu schaffen für ein besseres Verständnis der Trocknungsqualität, werden in der Broschüre auch die Grundlagen der Holzphysik mit Bildern verdeutlicht. SP Trätek hat innerhalb von 6 Jahren die gesamte Sauflage von 3000 Stück verkauft. Damit war dies eine der meistverkauften Veröffentlichungen. Derzeit wird die Broschüre aktualisiert und inhaltlich um die neuen EN Normen ergänzt. Über viele Jahre hinweg gab es in Schweden (genau wie in vielen anderen Ländern auch) erhebliche Probleme in neuen gebauten Häusern, die auf Holzfeuchte zurückzuführen sind. In den meisten Fällen handelt es sich um Schimmel, Bläue, Fäule, aber auch Schwindungsprobleme und Geruchsprobleme, die ebenfalls auf die Holzfeuchte zurück geführt werden können. Um der Bauwirtschaft zu helfen, haben wir 2006 die Arbeit an einem gut illustrierten Handbuch mit dem Titel "Holzfeuchte in Holz für die Bauwirtschaft Holzfeuchte/Eigenschaften, Anforderungen, Handhabung, und Messung" Das Buch basiert auf den neuen EN Normen und erklärt, wie man die alten Holzfeuchteanforderungen in die Ausdrucksweise der neuen Normen übersetzen kann. Untersuchungen haben gezeigt, dass die Bauwirtschaft Schnittholz meist ohne ausreichende Spezifikation der Holzfeuchte bestellt (z.b. 18% Holzfeuchte, oder einfach "Kantholz" ohne irgendeine Angabe der Holzfeuchte!). Wenn in der richtigen Art und Weise geordert würde, nämlich nach den neuen Normen, dann könnte sich die Bauwirtschaft eine Menge Probleme ersparen. Heute gibt es Trocknungstechniken für die Sägeindustrie, mit deren Hilfe die die Kundenanforderungen erfüllt werden können. Viele Sägewerke sind modern ausgestattet und können durchaus angepasste Trocknungsqualität liefern. Voraussetzung ist allerdings, dass der Kunde auch in der richtigen Art und Weise danach fragt. Adresse: SP Trätek Box Stockholm Tel: +46 (0) Fax. +46 (0) mail: bjorn.esping@sp.se EDG Drying Seminar, Hamburg 2006 (Björn Esping)

123 How to use the new EN standards to improve drying quality? Wie erreicht man mit den neuen EN Normen eine bessere Trocknungsqualität? SP Swedish National Testing and Research Institute New EN wood drying quality standards EN Moisture content oven dry method EN Moisture content - resistance method EN Moisture content capacitance method EN Case hardening/interior stresses EN Drying quality standard EN Quality control - Sampling 1

124 It is difficult to spread new research results and new (complicated) standards to the industry Now we have a new case 2

125 How to spread Product adapted drying quality to the industry? Is EN standards a tool for it? 3

126 January 2006 all the wood drying quality standards are accepted in Sweden But who cares of new standards Doesn't it work well enough These standards are too complicated 4

127 Information of the benefits is necessary A new? idea 5

128 A new kind of research report for the sawmill industry Dried Timber - how to specify correctly Björn Esping

129 Another case 7

130 One of the big problems in building industries is that they order the boards without specifying the drying quality Is it enough with: - 18 % MC - 18±2 - Studs 8

131 Questions from a purchaser: I ordered 18 %. Do you really mean that the average MC instead can be 20 %, why? Is the maximum MC in the package really up to 26 %? Can the MC really be 21 % in the middle of the board and 7-10 % at the surface? We tried the same concept as before but in a handbook and explained also the change of MC in wood in the line: sawmill to the finished house and 9

132 We included in the book: - MC demands - Handling the boards at the yard of the house building - MC measuring technique Moisture in wood in building industry -moisture properties, demand, handle and measurements 10