Konzepte für Trocknungspläne - Wie bekommt man das beste Resultat? Drying schedule concepts - How to achieve the best result?

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1 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)

2 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)

3 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)

4 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)

5 Konzepte für Trocknungspläne Wie bekommt man das beste Resultat? Drying schedule concepts - How to achieve the best result? Johannes Welling Bundesforschungsanstalt für Forstund Holzwirtschaft 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 1

6 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. 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! 2

7 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 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 3

8 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 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. 4

9 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! 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!!! 5

10 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. 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. 6

11 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! 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 7

12 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! 8