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Entwicklung solargestützter Trocknungsanlagen für Agrar

1. 400 200 0 25 33 45 55 65 75 85 Nutzleistung kW Brennraumtemperatur Kesselwirkungsgrad Lambda 100 5 80 4 Ss 3 60 33 oD Ka 3 5 40 24 R F 1 0 0 25 35 45 55 65 75 85 Nutzleistung kW Bild 76 Charakteristische Kennlinien von Brennraumtemperatur Kesselwirkungsgrad und Lambda f r den vorgestellten Ofen aufgetragen ber der Nutzleistung Die Kennlinien wurden aus Mittelwerten gebildet Die Energieform Exergie kann am einfachsten anhand eines Beispiels erkl rt werden Bei Zustands nderungen ergibt sich der gr tm gliche Arbeitsgewinn wenn der zustands ndern de K rper oder Stoffstrom mit der Umgebung ins Gleichgewicht kommt Die Abweichung vom Gleichgewicht kann darin bestehen daB Druck und Temperatur des K rper oder Stoffstroms verschieden von Druck und Temperatur der Umgebung sind Ungleichgewicht 215 liegt aber auch dann vor wenn der K rper oder Stoffstrom bei Temperatur und Druck gleichgewicht mit der Umgebung Arbeitsverm gen in Form von chemischer Energie besitzt z B Heizwert eines Brennstoffes Die Umwandlungsm glichkeiten der Energien eines K r pers oder Stoffstroms sind jedoch begrenzt Der Teil der insgesamt im K rper oder Stoffstrom enthaltenen Energien der in der jeweiligen Umgebung in beliebige andere Energi en umgewandelt werden kann wird als Exergie bezeichnet die nicht beliebig umwandel
2. a 1 20 0 8 16 S 2 0 6 r 12 oh S D 30 4 8 0 2 4 0 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Il 12 Zeit h Kesselwirkungsgrad Lambda b 1 20 0 8 16 S 5 0 6 12 6D S g 0 4 8 0 2 4 0 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1l 12 Zeit h Bild 69 Verlauf des Kesselwirkungsgrades und der Luft berschu zahl unter Teillast Lambda Lambda a 3 es 5 A g oO b 3 m 5 8 g oO Bild 70 207 100 80 60 40 poA E eS En Eu nn ug 20 0 0 1 2 3 4 6 7 8 9 10 11 12 Zeit h Wasser Wasser Luft WT WT WT Eingang Eingang Ausgang Luft WT Puffer Ausgang wasser 100 80 60 40 e ma Zr ee a nn 20 0 10 ll Zeit h 12 Darstellung des Verlaufs der Temperaturen von Wasser und Trocknungsluft am W rme bertrager und dem W rmepufferwasser unter Teillast 208 Aus den gewonnenen Ergebnissen folgt klar da der Ofen im dargestellten Zeitraum nicht ausgelastet war wobei dies nicht typisch ist sondern auf das in diesem Experiment sehr schonende Trocknungsregime und die au ergew hnlich g nstige Witterung zur ckzuf hren ist Klar festzuhalten ist auch da der W rmepuffer f r diesen Fall unterdimensioniert ist Im Idealfall m te er soviel W rme aufnehmen da der Ofen unabh ngig v
3. 100 80 M 60 F 40 oO O 20 0 25 30 35 40 45 50 55 60 65 W rme bertragerleistung kW Bild 77 Temperaturdifferenz AT der thermodynamischen Mittelwerte von Trocknungs luft und Wasser am W rme bertrager abgetragen ber der W rme bertragerlei stung Der in Bild 77 dargestellte Kurvenverlauf ist charakteristisch f r den hier gebauten W rme bertrager in diesem Trockner bei Betrieb aller Umluftventilatoren Jeder Leistung wird ein bestimmtes AT zugeordnet Ist die Vor und R cklauftemperatur bekannt kann die mittlere Trocknungslufttemperatur ber Gleichung 71 bestimmt werden 4 6 Zusammenfassung Das untersuchte Heizungssystem setzt sich zusammen aus einem Ofen einem W rmepuffer und einem Trocknungsluftw rme bertrager Die im Feuerraum anf nglich auftretenden mate rialbedingten Probleme konnten durch die Verwendung eines Feuerungsrostes aus Schamott mit eingearbeiteten Sekund rluftkan len gel st werden Optimiert wurde der Ofen bez glich seiner Leistungsverluste und der Verbrennungsg te Hierzu wurde der Wassertank des Ofens erweitert Prim rluftkan le und Sekund rluftkan le wurden ver ndert und die Gr e und Geometrie des Brennspaltes entsprechend der geforder 218 ten Ofenleistung optimiert Um W rmeverluste ber die Oberfl chen von Ofen W rmepuffer und Rohrleitungsnetz zu vermeiden wurden diese w rmeisoliert Aus einer Vielza
4. 5 53 3 0 0286 U 1 64 E es 3 8 BE Eb ae 0 0 50 100 150 200 250 Gebl sespannung V Bild A 1 Darstellung der mittleren Prim rluftsr mungsgeschwindigkeit bei leerem Ofen Ofen voll 150 kg Holz 15 kg Holzkohle 5 Sn ER v u 0 025 U 1 232 H Eie Eg 1l 0 0 50 100 150 200 250 Gebl sespannung V Bild A 2 Darstellung der mittleren Prim rluftsr mungsgeschwindigkeit bei vollem Ofen Ofen leer 3 a 5 se 2 gg BE D So v u 0 0123 U 0 564 0 0 50 100 150 200 250 Gebl sespannung V Bild A 3 Darstellung der mittleren Sekund rluftstr mungsgeschwindigkeit bei leerem Ofen Ofen voll 150 kg Holz 15 kg Holzkohle 3 ow SE 5 2 ae eo E 0 0158 U 0 66 32 1 5 2 E E 0 0 50 100 150 200 250 Gebl sespannung V Bild A 4 Darstellung der mittleren Sekund rluftstr mungsgeschwindigkeit bei vollem Ofen Text A 1 Ver ffentlichung Martins P M E C Melo P C Corr a u R H Santos SECAGEM DE CAPIM LIMAO EM CAMADA DELGADA NAS TEMPERATURAS DE 40 50 E 60 C COM DUAS VELOCIDADES DO AR DE SECAGEM 0 5 E 1 0 m s XXIX Congresso Brasileiro de Engenharia Agricola CONBEA 2000 Imperial Othon Palace Fortaleza Ceara 4 a 7 de julho de 2000 Text A 2 Ver ffentlichung Martins P M amp E C Melo AVALIACAO DA ALTURA DA CAMADA NO PROCESSO
5. 104 2 8 2 4 Grenzen der Simulation mit TRNSYS TRNSYS verwendet zur Nachbildung des thermischen Geb udeverhaltens ein Bilanzmodell mit einem Raumluftknoten pro Zone Die Raumgeometrie ist nur durch die Gr e der Fl chen f r den W rmedurchgang und die Strahlungsverteilung zwischen den Fl chen ber cksichtigt Die Aussagen ber Raum und Oberfl chentemperaturen sind damit auf r umliche bzw rtli che Mittelwerte beschr nkt Die Untersuchung detaillierterer Ph nomene die beispielsweise eine dreidimensionale Aufl sung der Str mungsvorg nge erfordern kann nur von CFD Programmen Computed Fluid Dynamics geleistet werden Das Einknotenmodell von TRNSYS kann nur den Raumluft wechsel pro Zone ber cksichtigen Auch Untersuchungen von Systemen mit sehr kleinen Zeitkonstanten sind unter TRNSYS nur eingeschr nkt durchf hrbar Das Geb udemodell und die Numerik sind auf die schnelle Be rechnung ganzer Jahresdurchl ufe in der Regel im Stundenzeitschritt angepa t Der Zeit schritt Kann ferner nur konstant vorgegeben werden und f hrt bei Gr enordnungen im Be reich weniger Sekunden zu numerischen Instabilit ten 2 8 3 Beschreibung des erstellten Simulationsprogramms 2 8 4 Allgemein Die Untersuchung der Holztrocknungsanlage erfordert eine m glichst realistische Abbildung des Luftzustandes T der Trocknungsluft in Abh ngigkeit von den vorliegenden Randbe dingungen und den vorgegebenen Sollbedingungen D
6. nition der Ein bzw Ausg nge jedes Types festgelegt wird Zus tzlich hierzu ben tigt jedes Type zur eindeutigen Konfiguration eine bestimmte Anzahl von Parametern und Eingabedaten die in vorgeschriebener Reihenfolge angegeben werden m ssen Die notwendige Reihenfolge ist dem TRNSYS Benutzerhandbuch zu entnehmen Verkn pfungen zwischen Datenaus und Dateneing ngen geschehen durch die Angabe des entsprechenden Ausgangs an der vorgeschriebenen Position des gew nschten Dateneingangs Zur Zuordnung des Ausgangs wird in eckigen Klammern die Unit number des ausgebenden Types sowie die Stelle des ben tigten Ausgangs durch Komma getrennt angegeben Bei spiel 10 5 Unit 10 Ausgang 5 2 8 6 3 1 Verkniipfte Dateien Am Anfang der dck Datei werden s mtliche im Simulationsverlauf ben tigten Dateien ver kniipft Der assign Befehl verkniipft den Pfad und den Dateinamen mit einer Nummer auf die im sp teren Verlauf f r Schreib und Lesezugriffe verwiesen wird Tabelle 12 117 Folgende Dateien finden in der aktuellen Programmversion Verwendung Name Bedeutung secador Ist Enth lt Fehlermeldungen und evtl Warnungen die w hrend der Simulati onsrechnung auftreten secador bld Enth lt die Geometriedaten f r TYPE56 Diese Datei wird von BID exe erstellt secador trn Enth lt die Parameter f r die Transferfunktionen der W nde Diese Datei wird von BID exe erstellt steuerwert dat
7. A 1 2 9 5 335 3 7 7 1 1 2 3 6 3 7 A A 7 1 3 8 7 1 3 8 einem Monat K A K A Nakajima Japan Gew chs 11 0 schw Metall A k A doppelt so schnell wie et al 45 N haus Polycarbonat 2 Ventilatoren Freilufttrocknung weniger Koukal Tschech ext Koll k A k k A 1984 eslowakei Polyurethan Das Nepal Gew chs schw Metall 2 Lk k A schneller und weniger Deffekte als 1x0 7 kW nicht wirtschaftlich Guzman Chile Gew chs k schw Metall k A k A schneller als Freilufttrocknung et al S haus Glas 1985 Simpson amp Sri Lanka ext Koll 2 4 Holz 4 Lk k A Ue min 15 ohne Deffekte Tschernitz 7 N mit W rme 7 8 Glas 2 Ventilatoren Temperatur 25 h her als 1985 speicher 1x0 7 kW Au entemperatur ext Koll 1 2 k A k A k A U min 8 exzellente Qualit t Fe a 2x1 5 kW k A k A ext Koll k A fee Kollektorgr e wurde optimiert Breiten Kollektor Anschlu grad verh ltnis Leistung m m a oie Bu Sattar Bangla Gew chs schw gewelltes 2 Lk 896 billiger als konv Trocknung 1987 desh haus Metall 1 Ventilator 20 schneller als 23 N Glas 1x0 7 kW Freilufttrocknung k A k A 3 5 3 7 USA ext Koll 2 4 Holz 4 Lk k A k A 1988 43 N mit W rme 7 8 Glas 2 Ventilatoren speicher Simpson amp USA ext Koll 14 0 Holz 4 Lk k A Tschernitz 43 N mit zus tzl k A Glas 2 Ventilatoren 1988 W rme 2x1 5 kW 4 5 k 3 7 k
8. Zur Beurteilung der Ergebnisse aus den vorangegangenen Versuchen werden die jeweiligen Mittelwerte dargestellt Bei den Vollastversuchen ergaben sich hohe CO Werte die tiber 15 lagen Bild 73 Es stellten sich Luft berschu zahlen von X lt 1 3 ein Erstaunlich ist da trotz des geringen Luft berschu es die CO Werte auf einem niedrigen Niveau lagen Dies l t vermuten da die Verweilzeit der Gase in der Nachbrennkammer relativ hoch ist F r eine optimale Verbrennung wird in der Literatur allgemein eine Luft berschu zahl von 1 7 empfohlen 83 Um den Ofen und damit die Verbrennungsqualit t in Bezug auf die Luft berschu zahl zu optimieren mu der Verbrennung mehr Sekund rluft zugef hrt werden Man kann hierzu die Sekund rluftkan le erweitern der Erfolg ist jedoch fraglich Eine gute L sungsm glichkeit ist die Verwendung zweier getrennter Gebl se f r Prim r und Sekund rluft die getrennt ge regelt werden k nnen In diesem Zusammenhang ist dann allerdings zu berlegen ob die Ge bl se ber eine Lambda Sonde geregelt werden sollten Gebl sekessel mit einer Lambdare gelung erreichen Wirkungsgrade von ber 90 Die berlegungen zur Lambda Regelung beruhen auf dem f r Holzfeuerungen typischen Zusammenhang zwischen der Verbrennungs g te und der Luft berschu zahl X CO A Charakteristik 83 Am optimalen Betriebspunkt den es f r jede Anlage gesondert zu ermitteln gilt nimmt die Kohlenmonoxid Konzentrati
9. C Trocknungstemperatur Der Beiwert ist von den oben genannten die Trocknungszeit beeinflussenden Faktoren abh ngig Als Richtwerte gelten f r Weichholz amp 0 0477 und f r Hartholz 0 0265 Die se Werte k nnen jedoch je nach Holzart stark schwanken 29 Beispielsweise ben tigt Buchenholz mit einer Brettdicke von 50 mm einer Anfangsfeuchte von 60 einer gew nschten Endfeuchte von 12 und einer mittleren Trocknungstempera tur von 65 C mit dem Trocknungsbeiwert von 0 021 nach dieser Gleichung eine Trocknungsdauer von ca 217 Stunden 2 2 4 Energiebedarf bei der Holztrocknung Bei der Trocknung von Holz werden gro e Mengen an thermischer und elektrischer Energie ben tigt So beansprucht die konventionelle Trocknung etwa 60 bis 70 der in der Hol zindustrie insgesamt verbrauchten Energiemenge 31 Der weltweite Energiebedarf f r die Holztrocknung liegt bei etwa 2 x 10 J pro Jahr 32 35 lt Angesichts dieser Tatsache und aufgrund der steigenden Rohholz und Energiekosten wird seit einigen Jahren versucht den Energieverbrauch bei der Holztrocknung zu reduzieren Grunds tzlich ist dabei zwischen dem thermischen Energiebedarf f r die Heizung und dem elektrischen Bedarf f r den Ventilatorbetrieb zu unterschieden F r die Beheizung eignen sich als W rmetr ger Dampf Hei oder Warmwasser Thermo l sowie Luft Als Energietr ger werden meist Holz l oder Gas verwendet Bei Trocknungsbeginn ist der E
10. In dem betrachteten Zeitintervall 40 min lt t lt 80 min traten zum Zeitpunkt t 75 min bei der Brennraumtemperatur dem Rauchgasverlustw rmestrom den CO und CO Werten sowie bei der Luft berschu zahl A und dem Kesselwirkungsgrad Extremwerte auf Sie sind mit Si cherheit auf die Ausbildung einer Brennstoffbr cke zur ckzuf hren Bedingt durch die Brennstoffbr cke sank die Brennraumtemperatur ab Durch die Br ckenbildung hat sich das Abbrandverhalten und somit auch die Emissionswerte des Kohlenmonoxids verschlechtert Bedingt durch die Brennstoffbr cke konnte f r den Erhalt der Kesselleistung nicht mehr ge n gend Spaltgas freigesetzt werden Da hierbei auch mehr Verbrennungsluft zugef hrt wurde als ben tigt stieg die Luft berschu zahl auf A gt 3 an Das verschlechterte Abbrandverhalten wirkt sich direkt auf den Kesselwirkungsgrad aus es werden Werte von Ng lt 60 erreicht Durch die hohen CO Werte sank der CO Gehalt im Abgas auf ca 6 ab Da die Rauchgas verluste sehr eng mit den Emissionen von CO und CO verkn pft sind erreichen sie zu die sem Zeitpunkt ein Maximum von ca 45 kW 198 Betrachtet man das ganze dargestellte Zeitintervall von zwei Stunden so traten zu den Zeit punkten t 6 min 25 min 27 min und 33 min noch weitere kleinere Brennstoffbriicken auf Festzuhalten ist da die Br ckenbildung nie lange anhielt und ein Eingreifen durch den Be treiber nie n tig war In Bild 62 sind die
11. Ofen W rme bertrager Puffer 100 80 60 40 20 Warmestrom kW 20 Zeit h Bild 66 Verlauf des vom Ofen erzeugten des vom W rme bertrager bertragenen sowie des vom W rmepuffer unter Teillast abgegebenen bzw aufgenommenen W r mestroms 204 100 80 Z g 60 2 40 a 20 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Zeit h Rauchgas unvollst Oberfl che Verbrennung 100 W rmestrom kW Bild 67 Verlauf der Verlustw rmestr me durch die freie W rme des Rauchgases durch unvollst ndige Verbrennung der Rauchgase und durch die Ofenoberfl che unter Teillastbetrieb 205 25 20 15 10 CO2 Gehalt 25 20 15 10 CO2 Gehalt Bild 68 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 12 Zeit h co2 co 20000 16000 12000 8000 4000 20000 16000 12000 8000 4000 012 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Zeit h Verlauf der Emissionen von CO und CO unter Teillast abgetragen CO Gehalt ppm CO Gehalt ppm 206
12. Tabelle 13 Liste der definierten Variablen Variable Bemerkung Wert cpluft W rmekapazit t der Luft 1 kJ kgK rohluft Luftdichte kg m 1 Vdach Volumen der Dachzone m 200 xa Abs AuBenfeuchte kg kg 10 7 bzw aus Wetter Datei xi Abs Feuchte in Klima Zone kg kg 40 14 Unit 40 Ausgang 14 TYPE 56 Fiamb rel Au enfeuchte 10 6 bzw aus Wetter Datei Fisoll Rel Sollfeuchte in der Klima 11 6 bzw aus Regime Datei Zone FLOW Luftstr mung im Trockner kg h 13300 bzw je nach Annahme HOFEUABG Feuchteabgabe des Holzes kg h 11 5 bzw aus Regime Datei Tamb Au entemperatur C 10 6 bzw aus Wetter Datei Ti Innentemperatur C 40 20 Unit 40 Ausgang 20 TYPES6 DeltaT Angestrebte Temperaturdifferenz 11 4 bzw aus Regime Datei Ti Tamb K 119 Der theoretische Ansatz des hier betrachteten Modells macht es notwendig die Berechnung einiger Gr en durch die Definition entsprechender Berechnungsgleichnungen durchzuf h ren welche hier jedoch nicht n her aufgef hrt werden sollen 2 8 6 3 4 Eingabedateien Die Units 9 bis 11 lesen die zur Simulation ben tigten Eingabedateien ein Bei diesen Units handelt es sich um den TYPE den Card Reader Dieser TYPE dient dazu Daten aus exter nen Dateien in den gewiinschten Zeitschritten einzulesen in entsprechende Einheiten umzu rechnen und anderen TRNSYS Komponenten zur Verf gung zu stellen Tabelle 14 Liste der
13. ber Konventionelle Trocknung von E grandis Fabrica de Moveis Sinfas Ltda 2000 BLUDAU D u P TURKOWSKI Verfahrensrelevante Untersuchungen zur Bereit stellung und Nutzung j hrlich erntbarer Biomasse als Festbrennstoff unter Ber ck sichtigung technischer wirtschaftlicher und umweltbezogener Aspekte Nr 44 Bayerisches Staatsministerium f Ern hrung Landwirtschaft und Forsten Gelbes Heft 1992 ZSCHETZSCHE A u W HANTSCH LINHART Analyse von biogenen Brenn stoffen Bundesministerium f r Wissenschaft und Forschung 1993 W RGETTER M u L LASSELSBERGER Stroh als Brennstoff f r Anlagen des Hausbrandes Technik Emission Regelwerke 1990 HELLWIG M Zum Abbrand von Holzbrennstoffen unter besonderer Ber cksich tigung der zeitlichen Abl ufe Thesis Landtechnik Weihenstephan 1988 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 231 BAUMEL D Die Holzverbrennung als pyrotechnischer Vorgang Ulf Bossel G t tingen 1980 STRUSCHKA M D STRAUB u G BAUMBACH Schadstoffemissionen von Kleinfeuerungsanlagen 1988 LAUNHARDT T P PONTIUS u A STREHLER Thermische Nutzung von bio genen Festbrennstoffen Bayerisches Staatsministerium f r Landesentwicklung und Umweltfragen 1995 MARUTZKY R Zur Verbrennung von Holzwerkstoffen mit und ohne Beschich tungsbestandteile Holz und Kunststoffverarbeitung 423 1989 NUSSBAUMER T Schadstoffbildung be
14. den Strahlungsaustausch zwischen zwei unterschiedlich gro en Fl chen gilt f r C Ciz 46 re f amp Ao Eo und fiir den Sonderfall A lt lt A folgt Ci amp 0 47 Dieser Sonderfall ist hier gegeben da die T ren in die Umgebung abstrahlen Setzt man Glei chung 29 in Gleichung 26 ein so erh lt man den Warmstrom durch Strahlung an die Um gebung 0 70 amp Tf T3 48 F r das Emissionsverh ltnis wird das von Menningeanstrichen verwendet mit Ex 0 88 49 gt aus 22 Abschnitt Ka 4 und 5 181 Mit y T 80 273 K und T 0 4273 K wird aus der 48 der Leistungsverlust durch Strahlung berechnet o ist hierbei die Oberfl chentemperatur der T ren und die Umgebungstemperatur in C 4 3 12 Leistungsverlust durch die Abgase 4 3 12 1 W rmeverlust durch freie W rme der Abgase Der W rmeverlust ber den trockenen Abgasvolumenstrom wird aus dem spezifischen W r meverlust q berechnet Die Berechnung von q erfolgt nach Gleichung 29 q Vat Cp Atr F Vmop CPH OD a7 Hu SRauchgas o 50 Vino p Volumen des Wasserdampfes aus dem feuchten Holz Coat W rmekapazit t des trockenen Rauchgases Cp H20 D W rmekapazit t des Wasserdampfes Das Volumen des Wasserdampfes aus feuchtem Holz bezogen auf 1 kg Brennstoff wird aus der Dichte von Wasserdampf bei 250 C und der durchschnittlichen Holzfeuchte U 14 berechnet 0
15. die einen Luft zu oder abstrom in benachbarte Zonen umschreiben In diesem Fall str mt Luft aus der Nachholz Zone zu und ein entsprechender Luftstrom flie t in die Klimazone ab Die Cou plings m ssen f r TRNSYS einer Wand zugeordnet werden so da f r jedes coupling eine theoretische an die entsprechende Nachbarzone angrenzende Wand mit hohem W rmeleitwi derstand eingef gt wurde durch die der gedachte Luftstrom flie t Die Vereinbarungen f r den TYPES6 erfordern lediglich die Definition von zustr menden Luftstr men f r eine Zone Ein abstr mender Luftstrom wird durch die Definition in der entsprechenden angrenzenden 110 Zone definiert in der er als Zustrom zu verzeichnen ist Die Definition der Wand gibt an zwischen welchen Zonen der Luftstrom flie t Ein direkter W rmeeintrag findet in dieser Zone zum einen durch den sensiblen Anteil der zustr menden Au enluft statt zum anderen wird tags ber solare Einstrahlung auf die Dacho berfl che ber cksichtigt Die Au enw nde werden in diesem Modell aus Gr nden der ber sichtlichkeit noch nicht als transparent betrachtet so da der evtl h here Absorptionskoeffi zient des Absorbers noch nicht ber cksichtigt werden kann Dies kann jedoch in einer der nachfolgenden Programmversionen relativ einfach implementiert werden o Die Klimazone Von der Dachzone flie t die Luft in die Klimazone Die Klimazone wird zum gr ten Teil von der
16. von 27 mm Brettern auf Klasse Qualit t aufgezeigt Tabelle 7 Beispiel einer Klassifizierung der Holzfeuchtestreuung bei einer Stichprobe von 10 Brettern mit einer St rke von 27 mm die auf 12 Holzfeuchte getrocknet wurden Standard Qualit t Exklusiv Qualit t Standard 2 Wahl bis 9 9 10 10 14 14 15 15 16 ber 16 8 4 9 3 12 1 13 8 14 3 17 9 7 8 9 7 112 11 5 14 1 92 13 8 10 0 14 8 9 3 11 9 10 7 14 7 9 9 12 6 14 8 14 8 13 7 12 8 14 3 11 5 13 5 14 5 10 0 Bei der Klassifizierung des Verschalungsgrades wird die Ver nderung der Gabelwert a b 2 2 5 5 mit Hilfe einer Schieblehre gemessen und mit den Werten aus der Schablone in Bild 8 verglichen Nach dem Grad der Verschalung kann dann nach Tabelle 6 die Klassifizie rung stattfinden Qualit tskriterien wie Formver nderungen und Risse werden bis heute in erster Linie visuell bewertet und k nnen demzufolge nur schwer quantifiziert werden Im Gegensatz dazu k nnen die Qualit tskriterien Verschalung mittlere Holzfeuchte und Streuung der Holzfeuchte auf einfache Weise quantitativ bestimmt werden Diese drei Kriterien reichen f r eine Beurteilung aus und k nnen sowohl dem Holzproduzenten Sicherheit ber die Qualit t der Trocknung als auch dem Holzkunden eine Garantie der erstandenen Holzqualit t geben 36 45 Leicht M ig Stark H he der Gabel Breit
17. 80 70 60 50 40 30 20 10 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 Temperatur C Temperatur C Temperatur C 9 Durch ver nderte Wetterbedingungen Erh hung des Einschlagalters oder die Trocknung an derer Eukalyptusvariet ten k nnen die Trocknungszeiten verk rzt oder m ssen verl ngert werden Dies ist auf der Basis der vorliegenden Kurven dank der Mikroprozessorsteuerung aber problemlos m glich Wird beispielsweise bei der routinem ig in mehrt gigen Interval len durchgef hrten Begutachtung von Musterst cken festgestellt da das Holz zu langsam oder zu schnell trocknet kann mit einem einfachen Sprungbefehl im bestehenden Trocknungsregime zeitlich nach vorne oder zur ck gesprungen werden Auch neue Pro grammverl ufe k nnen definiert und abgespeichert werden 100 er 100 orgegebene Werte C FS i 80 j 80 Ti 2 S 5 60 ae 60 L S alla ATEN Ah mt A A N 5 5 40 ace pees Hi 40 2 N S rage T Aae re 20 6 0 0 100 Gemessene Werte o S g ay 5 2 oO 7 E 0 0 0 4 8 13 17 d 21 Zeit t Bild 23 Vergleich von vorgegebenen und gemessenen Werten 92 Durch das mikroprozessorgesteuerte Kontrollsystem kann der Trocknungsprozess mit ver nachl ssigbaren Abweichungen von den vorgegebenen Werten reguliert werden Bild 23 zei
18. 9 4 2 x Holz 4 Lk 8500 Ue min 9 amp Simpson pinen 9 6 2 Ventilatoren 1979 14 N 2x0 4 kW USA Gew chsh 1980 38 N mit Warme speicher k A Costa Gew chs 5 0 1980 Rica haus k A 47 N Hewitson Canada Gew chs 8 1980 65 N haus k A Plumptre Nigeria Gew chs TI et al 6 haus 3 5 1980 Australien Gew chs 15 0 schw Metall 2 Lk 1980 37 S haus k A Fiberglas u 1 Ventilator Polyester Schneider Deutsch Gew chs 10 4 schw Metall 2 Lk Ue min 8 10 Freilufttrocknung et al land haus k A Fiberglas 2 Ventilatoren 16 20 1980 48 N i 7 1 1 2 9 6 3 6 3 7 1 8 2 3 A A gt 5 5 schw Metall k A U min 6 8 Kunststoff 1 Ventilator schw Metall k A schneller als Freilufttrocknung Polyethylen Oma 60 C 4 k A 12 Lk gute Qualit t weniger 2 Ventilatoren Trocknungsdeffekte als bei der schw gewelltes 3 Lk 3900 Hartholz erreichte niedrigere U Aluminium 2 Ventilatoren als Freilufttrocknung bessere konv Trocknung Qualit t als konv Trocknung Q o 5 Polyethylen 1x1 9 kW wn lt Q lt Trocknungsdauer war doppelt so lang als bei konv Trockner Sharma Indien Gew chs schw Metall 3 Lk U min 12 1980 17 13 haus Glas u 2 Ventilatoren Kunststoff 1x1 0 kW Steinmann S dafrika ext Koll 0 43 2x Holz k A k A et al 35 S mitComput 2 Ventilatoren 1980 ersteuerung 1x0 7 kW Wengert USA Gew chs 1980 35 N ha
19. Boten aus Ofen ein 20 Durch die Verwendung der Temperaturdifferenz Ado flie en die W rmeverluste ber die Ofenoberfl che mit in die Berechnung ein Die W rmestr me vom W rmepuffer und W rme bertrager erh lt man entsprechend Glei chung 18 zu W rmestrom W rmepuffer Onis gt my 0 CHO Owr aus Ofen ein 21 W rmestrom W rme bertrager Qw Myo CHO Owr aus UW ein 22 4 3 11 W rmeverluste durch Ofen und W rmepuffer Oberfl che An den Oberfl chen des Ofens und des W rmepuffers herrschen teilweise sehr unterschiedli che Oberfl chentemperaturen Deshalb werden die Fl chen entsprechend ihrer Temperatur 2 7a felder aufgeteilt F r die Berechnung der W rmeverluste durch frei Konvektion an der Ofen bzw W rmepufferoberfl che ist es notwendig die Fl chen zus tzlich nach ihrer r umlichen Lage in vertikale und horizontale Fl chen aufzuteilen Die Aufteilung wurde wie folgt vorge nommen Vertikale Oberfl chen Stapel und Kaminraum 0 4095 m T ren oben unten Fl che pro T re 0 18 m Wassertank des Ofens ohne Isolierung an der Vorderfront 0 3654 m restlicher Ofen 4 5045 m W rmepuffer 2 945 m O O O O Horizontale ebene Fl chen O Stapel und Kaminraum 0 654 m O Warmepufferdeckel 1 13 m Die W rmeverluste durch freie Konvektion werden nach 88 berechnet 4 3 11 1 W rmeverlust durch freie Konvektion Die
20. Diese Datei wird fiir die Berechnung des Luftaustauschs durch die Liif tungsklappe ben tigt Die Einsen verhindern ein Zu Null Werden des Nenners in der Berechnungsgleichung des Luftstroms regime dat Enth lt die Vorgaben des Trocknungsregimes w4 lib dat Enth lt Daten die zum Einbinden von Fenstern ben tigt werden wetter dat Enth lt Wetterdaten max out Enth lt Ergebniswerte zu Temperaturen und Luftfeuchten integ out Enth lt die Integrationsergebnisse der Energiebilanz 2 8 6 3 2 Simulationsparameter Der Befehl simulation rahmt in Verbindung mit dem Befehl end die Angaben in der dck Datei ein Diese beiden Befehle sind fiir jede Simulation zwingend vorgeschrieben Der simulation Befehl wird gefolgt von drei Parametern der Startzeit der Stopzeit sowie der Zeitschrittweite Die Angabe der Zeitpunkte erfolgt in Stunden im Jahr die Schrittweite wird in Stunden angegeben 2 8 6 3 3 118 Variablen und Berechnungsgleichungen Mit dem Befehl equations k nnen Variablen oder Verkn pfungen von Variablen definiert werden Auf diesem Wege k nnen ausgesuchte Simulationsvariablen einem speziellen Varia blennamen zugeordnet werden wodurch die bersichtlichkeit in der dck Datei verbessert wird Der equations Befehl erm glicht auch das Aufstellen von Berechnungsgleichungen zum Umrechnen von Simulationsergebnissen
21. Durch die benutzerdefinierten Eing nge k nnen Vorgabewerte f r Systemparameter an das TYPE 56 bergeben werden So ist es m glich die entsprechenden Werte vor jedem Simulationsdurchlauf lediglich in der dck Datei zu ndern ohne den TYPE 56 mit den neuen Werten aktualisieren zu m ssen Ebenso k nnen ver nderliche Gr en Tson Pso w hrend der Simulation bergeben werden Die Eing nge die vom System f r die Bearbeitung des TYPE 56 gefordert werden sind nach dem Erstellen des TYPE 56 in der bld Datei aufgelistet und m ssen in der entsprechenden Reihenfolge in die dck Datei bernommen werden Die gew nschten Ausgabewerte k nnen zonenweise aus einer Liste von 47 m glichen Aus gaben ausgew hlt werden Diese Auswahl erm glicht es die Anzahl der Ausg nge auf die f r die Simulation notwendigen Ausg nge zu beschr nken und somit das auftretende Datenvolu men zu begrenzen 2 8 6 3 Aufbau des TRNSYS Steuerfiles Im TRNSYS Steuerfile der dck Datei wird der eigentliche Simulationsablauf der TRNSYS Simulation gesteuert 116 Zu Beginn dieser Datei werden durch TRNSYS spezifische Befehle die erforderlichen Simu lationsparameter angegeben Als zweiter Schritt werden die ben tigten Variablen und Be rechnungsgleichungen definiert Anschlie end werden die verwendeten TYPES definiert und der Datenflu festgelegt Jedem Type wird eine Unit number zugeordnet anhand derer der Datenflu bzw die Defi
22. L nderbericht Brasilien 1994 Statistisches Bundesamt Wiesbaden 1995 WEGENER G Perspektiven der Holznutzung Forstwirtschaftliches Zentralblatt 114 1995 Nr 2 S 97 106 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 225 ZIMMER B u G WEGENER Stoff und Energiefl sse vom Forst zum S gewerk Holz als Roh und Werkstoff 54 1996 S 217 223 VERMAAS H F Drying Eucalypts for quality material characteristics pre drying treatments drying methods schedules and opimisation of drying quality South Afri can Forestry Journal 174 1985 S 41 49 LANGENDORF G E SCHUSTER u L WAGNER Rohholz VEB Fachbuchver lag Leipzig 1990 BRUNNER R Die Schnittholztrocknung Hannover 1988 KR LL K u W KAST Trocknungstechnik 3 Band Trocknen und Trockner in der Produktion Springer Verlag Heidelberg 1989 ANONYMOS Wirtschaftliche Holztrocknung Technischer Stand und Trocknungs verfahren Der deutsche Schreiner und Tischler 92 1992 Nr 2 S 46 51 BRUNNER R Vakuumtrocknung im Wirtschaftlichkeitsvergleich Holz Zen tralblatt 1999 SATTAR M A Solar drying of timber a review Holz als Roh und Werkstoff 51 1993 S 409 416 SATTAR M A Economics of drying timber in a greenhouse type solar kiln Holz als Roh und Werkstoff 54 1994 S 157 161 LITTLE R Industrial use of solar heat in lumber drying a long term performance report Forests P
23. che Vergasungszone _ Gl hstab Feuerbeton gek hlte Nachbrennkammer heiBe Nachbrennkammer Schematische Darstellung eines Stiickholzkessels mit unterem Abbrand und 161 4 2 Aufbau des Heizungssystems Das Heizungssystem besteht im wesentlich aus drei Baugruppen O Warmeerzeuger oO Warmepuffer oO W rme bertrager 4 2 1 W rmeerzeuger Der in Bild 45 gezeigte W rmeerzeuger ist ein handbeschickter Unterbrandofen mit Wasser als W rmetr ger Die technischen Daten sind im Anhang zusammengefa t Die f r die Verbrennung notwendige Luft wird dem Ofen ber ein druckseitig betriebenes vierstufig regelbares Gebl se zugef hrt da durch eine R ckschlagklappe abgesichert ist Die W rmeleistungsregelung des Ofens erfolgt ber das Gebl se Die erste Stufe des Gebl ses ist die Stufe 0 d h es liegt keine Spannung am Gebl se an und dem Ofen wird keine Verbrennungsluft zugef hrt Durch Naturzug wird aber dennoch soviel Verbrennungsluft angesaugt da die Verbrennung gerade eben nicht zum erliegen kommt Den Stufen I II und III werden ber einen Transformator die Spannungen 90 V 110 V und 210 V zugeordnet Entsprechend der am Gebl se anliegenden Spannung ergibt sich die zuge f hrte Verbrennungsluftmenge Die jeweilige Spannung der Stufen I II und III wurden in Vorversuchen ermittelt Die mengenm ige Aufteilung der Verbrennungsluft in Prim r und Sekund rluft erfolgt ber die Prim r und Sekund r
24. d Bild 17 Vergleich von Freiland mit Solartrocknung mit 27 mm Bretter E grandis Unter den gegebenen Rahmenbedingungen konnten 27 mm starke Bretter bei freistehenden Stapeln in 2 bis 4 Monaten von 60 bis 80 auf eine Holzfeuchte zwischen 17 und 20 ge trocknet werden Aufgrund erheblicher Qualit tsbeeintr chtigungen wurde dieses Verfahren nach einigen Versuchen aber nicht mehr angewandt Das in 8 bis 12 eng gestapelten Reihen aufgestellte Holz mit der selben Brettst rke ben tigte f r eine Trocknung von 60 bis 80 auf 20 bis 25 etwa 4 bis 6 Monate Qualit tsbeeintr chtigungen traten in erster Linie an den au enstehenden Stapeln auf Zu ber cksichtigen ist allerdings da das trocknungsbedingte Schwinden des Holzes was eine der Hauptursachen f r Qualit tsbeeintr chtigungen darstellt erst bei einer Feuchte von unter 25 bis 30 beginnt Bei den Versuchen wurden minimal lediglich 20 Holzfeuchte erreicht 88 2 6 2 Trocknung von Eukalyptus im Solartrockner W hrend den Jahren 1996 bis 2000 wurden im Rahmen des Vorhabens zusammen mit den Partnern mehr als 80 Trocknungsversuche in den solaren Trocknungsanlagen durchgef hrt Dabei wurden mehr als 16 000 m Schnittholz von E grandis mit verschiedenen Brettst rken in zwischenzeitlich 13 kommerziell arbeitenden Solartrocknungskammern getrocknet und bewertet Aufgrund vorgegebener Brettst rken von Seiten des brasilianischen Projektpartners wurden geeignete Trocknungskurv
25. gt gt Indizes Ofen ein Ofen aus P S WT ein WT aus 1 K thermischer Ausdehnungskoeffizient Schwindma longitudinal Schwindma radial Schwindma tangential Emissionsverh ltnisse Gesamtwirkungsgrad Kesselwirkungsgrad C Temperatur C Umgebungstemperatur W mK W rmeleitf higkeit Luft berschu zahl m s kinematische Viskosit t kg m Dichte W m K Konstante relative Feuchte der Luft Ausgang Abgas Dampf Eingang Holz Wasser Kessel Luft Oberfl che Ofeneingang Ofenausgang Prim rluft Sekund rluft W rme bertragereingang W rme bertragerausgang Dimensionslose Kennzahl Grashof Zahl Nu elt Zahl Rayleigh Zahl Reynolds Zahl Umgebung feucht fester Bestandteil in Verbindung mit den Elementen C O H N S Cl Mittelwert Minimalwert isobar Gebl sespannung trocken wasserfrei Abk rzung Bezeichnung ee 1 EINLEITUNG Derzeit sind etwa 25 aller Erwerbspersonen Brasiliens im Bereich der Landwirtschaft t tig erwirtschaften allerdings nur ca 10 des Bruttoinlandsproduktes Rohstoff und Energiever knappung sowie der Preisverfall von Agrarprodukten auf dem Weltmarkt ben zus tzlichen Druck auf l ndliche Regionen aus Besonders betroffen sind dabei die Produkte die aufgrund von Anbau oder Verarbeitung nicht den hohen internationalen Qualit sstandards entsprechen Bereits heute betr gt die Verst dterung in Brasilien ber
26. hren da durch die Erh hung der Geschwindigkeit Venturi Effekt eine gute Vermischung der Sekund rluft mit den brennbaren Gasen erreicht werden kann 4 1 4 Feuerungsverfahren handbeschickter Anlagen Nach der Art der Luftf hrung und des Abbrandes wird eine Unterteilung in oberen Abbrand Durchbrand und unteren Abbrand vorgenommen 157 D senstein 1SO Nachbrennkammer Keramikfaser auskleidung Prim rluft Sekund rluft Umlenkstein OSH cP Sji oes SORT Ar i OR WS vo Bedienungshebel RS TEE f r Verbrennungs RR luftzufuhr RSS 2 F llt r mit en Sichtscheibe auskleidung lt Verbrennungsluft t Abgas Stellmotor EOS 0 A O ERTL TRER RRR euienanvensnena PPR ROO Bild 42 Kachelofen Heizeinsatz oberer Abbrand mit Prim r und Sekund rluftf hrung 85 Beim oberen Abbrand Bild 42 wird der Brennstoff von oben gez ndet und mit Verbren nungsluft von oben beaufschlagt Die hei en Schwelgase und die Flammen steigen nach oben wodurch der Brennstoffvorrat von oben erhitzt wird Die Verbrennung erfolgt ebenfalls von oben nach unten Die Leistungsregelung ist begrenzt und erfolgt ber die zugef hrte Verbren nungsluftmenge Beim Durchbrand Bild 43 wird die Verbrennungsluft durch den Rost und somit durch den gesamten Brennstoff gef hrt Die Z ndung erfolgt unten das Glutbett entwickelt sich ber dem Rost unter dem Brennstoffvorrat Der gesamte Brennstoff wird hei und
27. nem Holz zu Zellkollaps f hren 22 61 62 W hrend sich der Feuchtegehalt des Holzes im Laufe der Trocknung verringert wird die Temperatur simultan auf bis zu 50 C erh ht und die relative Luftfeuchte in Abh ngigkeit der Holzst rke kontinuierlich auf Werte zwischen 45 und 70 gesenkt Unterhalb des Fasers t tigungspunktes wird die Trocknung beschleunigt indem die Temperatur schrittweise auf ein Maximum von 60 C angehoben und die relative Luftfeuchte auf 25 erniedrigt wird W h rend des Trocknungsprogrammes wird automatisch alle 48 Stunden ein Wiederbefeuchtungs programm zwischengeschaltet Dabei wird die relative Luftfeuchte f r 3 Stunden auf etwa 90 angehoben um die hohen Spannungen an der Oberfl che des Holzes abzubauen Die Anwendung dieses Vorganges erlaubt eine Beschleunigung der Trocknung ohne eine Verrin gerung der Holzqualit t Nach der Trocknung beginnt eine aus zwei Phasen bestehende Ausgleichsphase W hrend der ersten Phase werden die Temperatur und die relative Feuchte hochgehalten um die Oberfl che der Bretter zu befeuchten und somit die inneren Spannungen des Holzes zu verringern W hrend der zweiten Phase wird die Temperatur und die relative Feuchte auf einem konstan ten der erw nschten Sollfeuchte entsprechenden Niveau gehalten um das Holz abzuk hlen und um die Feuchteverteilung im Holzstapel zu homogenisieren 293s W hrend allen Phasen der Trocknung schwankt die Temperatur im Laufe des Tag
28. nen ermittelten Abmessungen den Materialdaten und weiteren Geb udedaten Luftwechselraten Solltemperaturen etc wird ber einen Editor oder das Hilfsprogramm PREBID das Building Input Description File bid erstellt Aus dieser Geb udebeschreibung erzeugt das BID Programm die bergabedateien bld und trn f r die TRNSYS Simulation Die bld Datei enth lt die Geometriedaten des Geb udes die Transferfunktionen der W nde sind in der trn Datei niedergelegt In der Informations datei inf werden die f r den in der Simulation aufgerufenen TYPE 56 n tigen Eing nge INPUTS und die verf gbaren Ausg nge OUTPUTS aufgelistet Die Eingabedatei f r die TRNSYS Simulation des Geb udes ist die sogenannte Deck Datei Hier werden die bergabedateien f r das Geb ude und die Wetterdaten aufgerufen eingelesen und mit den in der Simulation ben tigten TYPES verkn pft So werden zum Bei spiel die Strahlungsdaten aus dem Wetterdatensatz zuerst in einem Radiation Processor TYPE 16 auf die Neigung und Orientierung der im bid vereinbarten Geb udeau enfl chen umgerechnet bevor diese an den TYPE 56 bergeben werden Die Liste der Eing nge aus der Informationsdatei wird hier zur Einbeziehung des TYPE 56 in die Deck Datei ben tigt Die Ergebnisse der Simulation werden gezielt durch das Aufrufen der gew nschten Ausg nge in einem Ausgabe TYPE erzeugt und in den vereinbarten Ausga bedateien abgelegt
29. sen Dabei k nnen die beiden Stufen mit Hilfe von Magnetventilen ein und ausgeschalten werden ey ae 2 5 3 Regelung Die Regelung des Trockners erfolgt vollkommen automatisch mit Hilfe eines Mikroprozes sors Dabei wird der gew nschte Trocknungsverlauf vor Beginn der Trocknung program miert W hrend der Trocknung sind dann keine Eingriffe in das Trocknungsgeschehen mehr notwendig Mikroprozessor Bild 15 Regelung der solaren Trocknungsanlage W hrend der Trocknung mi t der Mikroprozessor alle 10 Sekunden mehrere Gr en wie Lufttemperatur Wassertemperatur Wasserdruck Luftfeuchte und Holzfeuchte an verschie denen Stellen innerhalb und au erhalb der Trocknungsanlage s Bild 15 Zur Bestimmung des Luftzustandes sind dazu Feuchte und Temperatursensoren innerhalb und au erhalb des Trockners installiert Zur Messung der Holzfeuchte sind sechs F hler an verschiedenen Stel len der Holzladung innerhalb des Trockners angebracht Die gemessenen analogen Werte werden dann in die Regelung eingespeist Aus den eingelesenen Werten werden mehrere weitere Gr en berechnet wie O Oberfl chentemperatur der Luftpolsterfolie O Kondensationstemperatur der Trocknungsluft o Holzfeuchtegleichgewicht 78 Weiterhin k nnen verschiedene Grundeinstellungen in einem men gef hrten Programm vor genommen werde
30. tige W rmeverluste zu vermeiden ist der Ofen noch mit einer 5 cm dicken Mineral faserschicht isoliert die durch eine Blechverkleidung nach au en abgedeckt ist Als W rmetr ger wurde Wasser gew hlt da es in Hinblick auf die Regelbarkeit des Klimas im Trockner sehr gut geeignet ist Ein weiterer Vorteil sind die einfache Speicherbarkeit von Energie in Form von hei em Wasser Auch ist Wasser ohne Luft wenig korosiv Aus Sicherheitsgr nden wurde eine R ckschlagklappe eine Anheizklappe und eine Sicher heitsklappe eingebaut Durch die Leistungsregelung des Ofens ber das Gebl se k nnen sich im Stapelraum brenn bare Gase ansammeln und verpuffen Die R ckschlagklappe sch tzt das Gebl se vor eventu ellen Spaltgasverpuffungen im Stapelraum 163 Sicherheits Anheizklappe klappe Prim rluftklappe Isolierung Stapelraum f r Wasseraustritt Prim rluft Brennstoffvorrat a kanal Rauchgas Rauchgas w rme il bertrager Wassermantel Gebl se mit Re R ckschlag Sekund rluft klappe Trocknungs zone Entgasungs zone Glutbett Wasser eintritt Mischkammer Rost aus Schamott mit Nachbrennkammer Sekund rluftkan len Bild 45 Schematische Darstellung des entwickelten Unterbrandofens Die Anheizklappe ist oben im Stapelraum eingebaut Bei ge ffneter Anheizklappe kann der Ofen nicht im Unterbrand betrieben werden Sie mu vo
31. 11 Schematische Darstellung des Aufbaus eines Gew chshaustrockners ver ndert nach Noves 45 Ein wichtiger Faktor f r solare Trockner ist das Verh ltnis zwischen der Kollektorfl che und dem Kammervolumen F llt dieses Verh ltnis zu gering aus resultiert daraus eine lange Trocknungsdauer w hrend ein zu gro es mit gesteigerten Investitionskosten und Energie verlusten in der Nacht verbunden ist Je nach Klima Standort und Wirkungsgrad der Anlage 59 wird von verschiedenen Autoren ein unterschiedliches Verh ltnis vorgeschlagen In der Lite ratur finden sich Werte von 1 bis 14 4 m Kollektorfl che pro Kubikmeter Holz 17 Von manchen Autoren wird weiterhin vorgeschlagen da das Kammervolumen eines Glas haustrockners in der gem igten Klimazone maximal 7 8 m betragen sollte da sonst das Verh ltnis zwischen Kollektorfl chen und Kammervolumen zu ung nstig w rde 46 In den Tropen und Subtropen fiele dies bedingt durch die gr ere Sonneneinstrahlung nicht so sehr ins Gewicht Dort wurden schon Anlagen mit einem Kammervolumen bis zu 20 m erfolg reich betrieben 17 Gegen ber der konventionellen Trocknung besitzt der Gew chshaustrockner die Nachteile der starken Abh ngigkeit von der Witterung sowie einer langen Trocknungsdauer Als Vorteile werden die geringeren Investitions und Betriebskosten genannt die einerseits aus dem gerin geren technischen Aufwand resultieren andererseits aus der Nutzung von preiswe
32. 4 3 13 Kesselwirkungsgrad Der Kesselwirkungsgrad Ng wird nach der in DIN 4702 Teil 2 angegebenen indirekten Me thode ermittelt 87 In die Berechnung gehen der Heizwert und der Wassergehalt des Holzes CO und CO Gehalt im Rauchgas sowie die Rauchgastemperatur und die Umgebungstempe ratur ein Nk 1 q Gy 4 58 Der Verlust durch Strahlung und Konvektion q wird berechnet aus der Summe der Ofenober flachenverluste dividiert durch den Holzmassenstrom und den Heizwert L oper l che 5 9 q Hy MHolz Die Beziehungen f r den Holzmassenstrom Gleichung 55 und q sind ber den Kesselwir kungsgrad miteinander wie folgt verkn pft 84 Rosen Qoia 60 MHolz Nk Hu 1 _ q qa q Hy r Dosen 7 MpHolz li Ge q Oopert che H MHolz Hu Der Holzmassenstrom mu somit iterativ aus Gleichung 60 berechnet werden Es wurde festgelegt da der nderungsh chstwert f r den Holzmassenstrom nicht gr er als 106 kg s sein darf Der Holzmassenstrom bei dieser Anlage liegt in der Gr enordnung 10 kg s Bei der Berechnung des Kesselwirkungsgrades wurden die W rmeverluste des Ofens auf der Unterseite sowie die durch brennbare Verbrennungsr ckst nde in der Asche entstehenden Verluste vernachl ssigt Eine Absch tzung ergab da sich unter Ber cksichtigung der ver nachl ssigten Verluste der Kesselwirkungsgrad um max 0 1 ndern w rde 4 3 14 Gesamtwir
33. Bei der Definition der Geb udezonen wird auf die vordefinierten Walls zugegriffen In der Zonendefinition wird den W nden die Fl che und Orientierung zugeordnet Unter Orientie rung wird die Ausrichtung der Wand in Richtung Norden und gegeniiber der Horizontalen verstanden Diese Angabe ist insbesondere dann notwendig wenn die Solarstrahlung in die Betrachtung miteinbezogen wird und der Tagesverlauf des Sonnenstands beriicksichtigt wer den soll Die Solarstrahlung wird in der vorliegenden Programmversion aus Griinden der Ubersichtlichkeit und Nachvollziehbarkeit der Ergebnisse noch nicht beriicksichtigt Dies kann aber fiir die endgiiltige Simulation ohne groBen Aufwand implementiert werden Tabelle 10 In der vorliegenden Programmversion definierte Layer und Walls Layer Name Beschreibung Plastik Au enw nde Luft Durchstr mte W nde zwischen Zonen Alu Absorber Holz Eukalyptusholz Walls Name Beschreibung Verwendete Layer Folie Au enw nde Es wird in dieser Version noch nicht zwischen Plastik Noppenfolie und Doppelstegplatten unterschieden Luft ber diese Wand wird der Luftstrom zwischen benachbarten Luft Zonen definiert sog Coupling siehe Kapitel 2 8 6 2 4 Der W rmeleitwiderstand wird als unendlich angenommen da hier nur W rme durch den konvektiven Luftstrom und nicht zus tzlich durch W rmeleitung bertragen werden darf Absorber Trennt die Holzzonen von der
34. Bewertungssystem 36 an die speziellen Eigenheiten und Bed rfnisse von Eukalyptusholz angepa t und standardisiert Im Folgenden werden die verwendeten Kriterien aufgezeigt und kurz erkl rt 2 2 5 1 Form nderungen Verformungen von Schnittholz sind infolge der Schwindungs Anisotropie in radialer und tan gentialer Richtung bis zu einem gewissen Ma e naturgegeben und k nnen nicht als Trocknungsfehler angesehen werden Vor allem das Verdrehen bzw Windschiefwerden ist meist nicht auf eine fehlerhafte Trocknungsf hrung sondern auf Drehwuchs zur ckzuf hren 13 Folgende Form nderungen k nnen w hrend der Trocknung auftreten O Muldenbildung cup Vertiefung in L ngsrichtung des Brettes wodurch eine Arte Rinne gebildet wird O Verdrehung twist Vormals parallele Kanten verdrehen sich zueinander wodurch das Brett die Form eines Propellers annimmt O Biegung bow Seitliche Kr mmung entlang des Brettes in Richtung seiner Breite sags O Bogen Kr mmung entlang des Brettes in Richtung seiner St rke Diese Art der Verfor mung wird bei der Bewertung der Qualit t von Schnittholz sehr h ufig vernachl ssigt da sie bei der Verarbeitung leicht durch Verbinden mehrerer Bretter ausgeglichen werden kann 2 2 5 2 Risse O Oberfl chenrisse Tiefere Risse auf der Oberfl che der Bretter Ursache ist meist ein durch falsche Trocknungsf hrung verursachtes zu hohes Feuchtegef lle von der Oberfl che zur Brettmitte Es han
35. DE SECAGEM DE FOLHAS DE Cymbopogon citratus STAPF D C Universidade Federal de Vicosa 2000 Text A 3 Abstract von Diplomarbeit Paula Melo Martins INFLUENCIA DA TEMPERATURA E DA VELOCIDADE DO AR DE SECAGEM NO TEOR E DA COMPOSICAO QUIMICA DO OLEO ESSENCIAL DE CAPIM LIMAO Cymbopogon citratus D C STAPF Universidade Federal de Vi osa July 2000 ABSTRACT The object of this research work was to evaluate the effect of drying air temperature and velocity on lemongrass Cymbopogon citratus DC Stapf essential oil yield and the chemical composition of its leaves To this end an experimental fixed bed drier composed of four drying chambers was built Air velocity was controlled manually using a diaphragm and air temperatura was raised while passing through an eletrical resistance type heater Tests were conducted using three levels of drying air temperatura 40 50 and 60 C and two levels of drying velocity 0 5 and 1 0 m s 1 A completely randomised statistical design was set up combining a factorial scheme with four replicates for each test Each drying chamber was filled with 0 225 kg of lemongrass leaves which were cut in pieces of approximately 0 01 m The dried samples obtained from each experimental test weighing 0 020 kg were submitted to essential oil extraction by vapour dstillation using a Clavenger distillation apparatus The essential oil obtained through distillation was then analysed by the tecnique of gas chromat
36. DM m 8 80 18 60 Gesamtkosten DM m 18 80 43 10 Trockner mit anteiliger Heizung Fundament und Installation Kosten f r Kapital Energie und Abschreibung 2 10 Zusammenfassung Die Produktion von Qualit tsbrettern aus Hartholz f r die M bel und Bauindustrie erfordert eine sanfte und kontrollierte Trocknung bis zu einer Feuchte von 8 to 15 d b Freiluft trocknung h ngt stark von Wetterbedingungen ab und f hrt zu einer Trocknungszeit von 0 5 bis 2 Jahren und h ufig entstehen Qualit tsverluste Abh ngig von der Holzart und der Dicke des Holzes reduzieren konventionelle Hochtemperaturtrockner die Trocknungszeit auf 2 bis 8 Wochen was allerdings hohe Investitions und Energiekosten verursacht Bis jetzt konnten Solartrockner aufgrund von unzureichenden Kapazit ten oder dem Mangel inadequater Kon trollm glichkeiten des Trocknungsklimas in der industriellen Holzindustrie nicht etabliert werden Alternativ wurde ein solarer Gew chshaustrockner entwickelt der es erlaubt unter kontrol lierten Bedingungen 100 bis 240 m Holz pro Ladung zu trocknen Die Grundstruktur ist be deckt mit einer transparenten hoch UV stabilen und gut isolierenden Luftpolsterfolie Ein horizontal eingebauter Absorber aus schwarzgestrichenen Aluminiumplatten teilt das Dach von der Trocknungskammer Eine speziell entwickelte Kontrollm glichkeit mittels eines Mi kroprozessor reguliert mehrere Axialventilatoren einen Befeuchter und ei
37. Dachzone ab Alu Bretter Die Bretter werden als interne W nde betrachtet weder Au Holz Ben noch Zwischenwand 113 2 8 6 2 3 W rme und Feuchtelasten Gains W rme bzw Feuchtequellen werden den Zonen als sog gains zugeordnet Einem gain k nnen konvektive und radiative Anteile zugeordnet werden Ebenso kann ein latenter W r mestrom in Form eines Dampfzustroms definiert werden Tabelle 11 Im TYPE 56 verwendete Gains Gains Bemerkung HOFEUABG Beschreibt die Feuchteabgabe des Holzes als reinen Dampfzustrom kg h in die drei Holzzonen Die Gr e des Zustroms wird durch den Input Hofeuabg festgelegt Die ben tigte Verdampfungsw rme wird f r die Energiebilanz gesondert betrachtet SENSLUFT Bildet den W rmestrom durch die L ftungsklappe ab Die Gr e dieses Gains wird anhand der Klimavorgaben und des Unterschieds zwischen Innen und Au enluft berechnet siehe Kapitel 2 8 6 1 PROPELLER Wird f r die gesamte Simulation als konstanter konvektiver W rmeein trag durch die Leistung der L ftermotoren angenommen Die Gr e die ses Gains wird zu Beginn der Simulation festgelegt und automatisch prozentual zum freien Luftvolumen jeder Zone auf die einzelnen Zonen verteilt 2 8 6 2 4 Gewahrleisten des Sollklimas durch Heating und Cooling Die geforderten Luftzust nde werden in der Klimazone unter Zuhi
38. Grundlagen f r die Verbrennung von Holz Die feuerungstechnischen Eigenschaften von Biomasse nehmen Einflu auf die Konstruktion und die Betriebsweise einer Feuerungsanlage Die wesentlichen Kenngr en sind Heizwert Gehalt an fl chtigen Bestandteilen Aschegehalt Kohlenstoff und Sauerstoffgehalt Die Kenntnis der Elementarzusammensetzung von Holz ist wesentlich f r die Bestimmung des Energiegehalts und die Voraussage von Schadstoffemissionen bei der Verbrennung Des Weiteren gibt die Elementarzusammensetzung Aufschlu ber die f r die Verbrennung not wendige Luftmenge da diese auch vom Sauerstoffgehalt des Brennstoffs abh ngt Tabelle 24 gibt einen berblick ber die Elementarzusammensetzung einiger europ ischer Baumarten F r die verwendeten tropischen Holzarten stehen derlei Daten leider nicht zur Verf gung Auff llig ist die geringe Streuung der Werte Tabelle 24 Elementarzusammensetzung des Holzes in Gewichtsprozent wasserfrei 25 68 69 sum em fm Po Fo Pr fom Pow L rche 49 6 44 2 5 8 0 20 0 02 T 0 2 F hre 50 2 43 3 6 1 0 20 0 02 i 0 2 Eiche 50 2 43 4 6 0 0 10 0 02 u 0 4 Esche 49 2 43 9 6 3 0 10 Rot Buche 49 0 44 3 6 1 Birke 48 9 44 6 6 1 Tanne 50 4 43 4 5 9 Fichte 50 3 43 1 Pappel 49 8 41 7 Fichtenrinde 53 1 38 6 Mittelwert 50 07 43 05 0 163 0 023 0 015 0 729 152 4 1 1 Heizwert von Holz In der Elementarzusammensetzung der einzelnen Baumarten besteht kein wesentlicher Unter schie
39. Gut Des weiteren ist aufgrund des Aufbaus von Medizinalpflanzen und deren Verwendungszweck eine scho nende Trocknung mit geringen Temperaturen von meist unter 55 C erforderlich Bei einer Trocknung mit h heren Temperaturen kommt es zu unerw nschten Verf rbungen und Ver fl chtigung von therischen len Aufgrund der erforderlichen relativ geringen Trocknung stemperaturen eigen sich Medizinalpflanzen sehr gut f r eine solare Trocknung Orts blich sind bislang zwei Verfahren zur Trocknung von Medizinalpflanzen Die gr te Verbreitung besitzt die Sonnentrocknung Bei diesem Verfahren wird das Gut auf dem Boden oder einer Betonfl che ausgebreitet und regelm ig gewendet Die Probleme die bei dieser Art der Trocknung auftreten sind denen der Kaffeetrocknung hnlich wobei insbesondere die Kontamination mit Staub Bakterien und Mikroorganismen in diesem Bereich noch wesent lich kritischer einzusch tzen sind 140 Das zweite Verfahren basiert auf der Verwendung von lbeheizten Bandtrocknern die eine wesentlich bessere Qualit t erzeugen Allerdings sind diese Trockner sowohl in der Anschaf fung als auch im Unterhalt sehr teuer und k nnen daher nur von Gro plantagen betrieben werden 3 4 Beschreibung der solaren Trocknungsanlage 3 4 1 Struktur und Aufbau 3 4 1 1 Abmessungen und Baumaterialien Wie in Bild 37 zu sehen wurde als Basis f r den solar gest tzten Gew chshaustrockner ein modifiziertes Foliengew
40. Hinblick auf eine weitere Verbreitung der Trocknungsanlage in andere Klimazonen gewonnen werden Im Rahmen einer Dissertation wird die Schaffung einer ef fektiven Planungshilfe f r eine rasche Anpassung von Trocknerbauart und Trocknungsregime an wechselnde Rahmenbedingungen weiterhin untersucht 6 1 2 3 4 5 6 7 8 9 SIA LITERATURVERZEICHNIS W HLKE M Der Fall Lateinamerika Die Kosten des Fortschritts Beck Verlag M nchen 1989 ANONYMOS Bericht der Bundesregierung ber die Konferenz der Vereinten Na tionen f r Umwelt und Entwicklung im Juni 1992 in Rio de Janeiro Der Bundesmi nister f r Umwelt Naturschutz und Reaktorsicherheit Bonn 1992 WITSCH M Die Bedrohung tropischer W lder Kieler geographische Schriften In Fallbeispiel Die konomische Vorteilhaftigkeit der Erzeugung von Roheisen auf der Basis von Holzkohle Geographisches Institut Universit t Kiel 1989 KOHLHEPP G Ursachen und aktuelle Situation der Vernichtung tropischer Re genw lder im brasilianischen Amazonien Geographisches Institut Universit t Kiel 1989 TONINELLO S M ndliche Mitteilung CAF Santa Barbara Empresa Belgo Min eiro 1996 PELLICIO NETTO S Die Forstinventuren in Brasilien Neue Entwicklungen und ihr Beitrag f r eine geregelte Forstwirtschaft Forstwissenschaftliche Fakult t Uni versit t Freiburg 1979 SUZUKI H M ndliche Mitteilung 1996 ANONYMOS
41. Holz belastungsbedingt Deshalb m ssen die Latten immer exakt bereinander liegen Die Stapelleisten d rfen nicht aus gerbstoffhaltigem Holz z B Eiche bestehen da dieses Verfarbungen verursacht Am besten geeignet sind Leisten aus Tannen und Fichtenholz Dickeres Holz erfordert zum Trocknen eine h here Luftum w lzung Aus diesem Grund mu die Dicke der Stapellatten den Brettdicken angepa t wer den Ebenso richtet sich der Leistenabstand nach der Holzst rke aber auch nach der Holzart In Tabelle 4 sind die blichen Richtwerte hierf r angegeben ee ee Tabelle 4 Stapelleistendicke und Stapelleistenabstand in Abh ngigkeit von der Brettst rke ver ndert nach Hustede 29 Brettst rke mm Stapelleistendicke mm Stapelleistenabstand mm Nadelholz Laubholz 15 20 18 15 400 700 20 30 22 18 30 40 25 20 500 1000 40 60 30 25 60 80 35 30 700 1200 80 120 40 35 2 2 3 2 Trocknungsphasen W hrend der Anfangsphase der Trocknung soll das Holz gleichm ig bis zur Holzmitte auf die gew nschte Trocknungstemperatur erw rmt werden Die Luftfeuchtigkeit sollte dabei sehr hoch sein 90 100 damit noch keine Trocknung erfolgt und eventuell vorhandene Ver schalungen beseitigt werden Die Aufheizzeit ist von der Holzart der gew nschten Trocknungstemperatur sowie von der Holzdicke abh ngig So ben tigen Laubh lzer mit 1 5 2 5 Stunden pro cm Holzdicke eine we
42. Niedrigtemperaturtrocknungsregimes das eine qualit tserhaltende Trocknung von Eukalyptus und anderen empfindlichen Holzarten erlaubt 18 Untersuchung und Optimierung des Trocknungsprozesses bez glich Trocknungszeit Uni formit t der Trocknung sowie elektrischem und thermischem Energiebedarf Entwicklung und Einf hrung eines f r Plantagenh lzer geeigneten standardisierten Ver fahrens zur Bewertung der Trocknungs und Produktqualit t konomische Untersuchung des Solartrockners im Vergleich zur Freilandtrocknung und konventionellen Hochtemperaturtrocknern 19 2 2 Grundlagen der Schnittholztrocknung Biologische Spezies Wachstumsbedingungen und Forstmanagement haben einen gro en Ein flu auf den zu trocknenden Rohstoff Schnittholz Im folgenden sollen deshalb zun chst die bekannten Grundlagen der Schnittholztrocknung dargestellt und erl utert sowie die wichtig sten Fachbegriffe eingef hrt werden 2 2 1 Biologische Eigenschaften von Holz 2 2 1 1 Anatomischer Bau von Holz Biologisch gesehen handelt es sich bei Holz um sekund res Xylem welches bei Pflanzen mit sekund rem Dickenwachstum gebildet wird Sekund res Dickenwachstum bedeutet die Um fangserweiterung in Pflanzenteilen deren Streckungswachstum beendet ist Daran beteiligt sind zwei Lateralmeristeme d h teilungsf hige Gewebe die als Kambium und Korkkambium bzw Phellogen bezeichnet werden Dieses f r Geh lzpflanzen kennzeichnende Di
43. Schamottzement gegossenen Feuerungsrostes Durch die gro e Hitzebest ndigkeit des Schamottes von ber 1400 C sind hohe Brennraum temperaturen m glich Die relativ hohe W rmekapazit t erm glicht die Ausbildung eines stabilen Glutbetts wodurch der Verbrennungsvorgang unter konstanteren Temperaturen ab laufen kann Durch die h heren und gleichm igeren Brennraumtemperaturen verbessern sich die Verbrennung die Abgaswerte und der Wirkungsgrad W hrend des Betriebs des Ofens mit dem Rost aus Schamott von ungef hr 250 Stunden konnten keinerlei Verschlei erschei nungen festgestellt werden Die Herstellung und der Einbau des entwickelten Rostes ist einfach Die Kan le Kerne wer den aus Styroporplatten geschnitten in eine Form mit den Au enabmessungen des Rostes gelegt und mit Schamottzement ausgegossen Nach dem Trocknen wird der Rost entweder in einer Ziegelei oder im Holzkohlefeuer gebrannt Durch das Brennen des Steins werden die Kerne zerst rt und die Kan le sind frei Der Brennvorgang ist zum Erreichen der endg ltigen Festigkeit des Rostes notwendig Im Ofen wird der Rost auf seitlich an der gek hlten Brenn raumwand angebrachte Halterungen aufgelegt Nachteilig ist da das Material relativ sto Bempfindlich ist gt aus 88 Abschnitt Dea2 c 835 J kgK 189 4 5 Betriebsverhalten des Ofens Das Klima im Solartrockner und auch der Ofen werden durch eine Mikroprozessorsteuerung geregelt Dadurch kann der Tro
44. Tabelle 8 Holzbegleitstoffe in der Trocknerabluft nach Welling 55 Niedermolekulare organische S uren vorwiegend Ameisen und Essigs ure Kurzkettige Alkohole Methanol Ethanol Gerbs uren therische le Unges ttigte Kohlenwasserstoffe und hochmolekulare aliphatische Alkohole in Spuren Formaldehyd Die Zusammensetzung der trocknungsbedingten Emissionen bei der Holztrocknung wird der zeit auch am Institut f r Holztechnologie in Dresden erforscht Die Ergebnisse wurden bis lang noch nicht publiziert 68 2 4 Beschreibung der im Rahmen des Vorhabens getrockneten Holzart Eucalyptus grandis 2 4 1 Forstwirtschaftliche Bedeutung von Eukalyptus Die Fl che der weltweit aufgeforsteten W lder wurde 1995 auf ann hernd 118 Mio ha ge sch tzt Davon werden etwa 9 mit verschiedenen Eukalyptusarten bepflanzt was einer Fl che von ungef hr 10 3 Mio ha entspricht Zusammen mit Indien wo ca 30 der aufgefor steten Eukalyptusw lder stehen hat Brasilien mit 27 den weitaus h chsten Anteil Daneben spielen verschiedene L nder wie z B S dafrika Vietnam China und mehrere s damerikani sche L nder mit Anteilen zwischen 3 und 6 eine wesentlich geringere Rolle 56 Von den etwa 720 bekannten Eukalyptusarten werden ungef hr 250 Arten in der Holzwirt schaft verwendet 21 Bei einer generellen Betrachtung von Eukalyptusholz mu daher von einer Vielfalt verschiedenster H lzer ausgegangen werden So unter
45. Technologie hat somit bereits im Verlauf des Vorhabens nennenswert zu einer Zunahme der Verwendung vom aus nachhaltigem Waldbau stammendem Holz gef hrt und einen wichtigen Beitrag zum Schutz von nat rlichen Regenw ldern geleistet Gemeinsam mit der brasilianischen Universit t Vigosa UVM sollte die entwickelte solarge st tzte Trocknungsanlage anschlie end f r eine Vielzahl von Produkten wie Medizinalpflan zen Kaffee und Maniok angepasst werden Dazu wurde auf dem Universit tsgel nde in Vico sa eine Versuchs und Demonstrationsanlage aufgebaut Erste Ergebnisse haben auch hier eine hohe Regelungsg te sowie ein gutes Zusammenspiel zwischen Heizungsanlage und Trockner gezeigt Da f r die meisten Produkte keine ausreichenden Kenntnisse hinsichtlich 222 der trocknungsspezifischen Anspr che vorlagen werden derzeit vom brasilianischen Partner geignete Trocknungsregime f r Medizinalpflanzen Maniok und Kaffee erarbeitet und er probt Um die solare Anlage schneller und kosteng nstiger an andere Standorte Klimabedingungen und Produkte anpassen zu k nnen wurde in Zusammenarbeit mit dem Institut f r Kernener getik und Energiesysteme der Universit t Stuttgart ein Simulationsprogramm zur Abbildung des thermischen Verhaltens der Holztrocknungsanlage erstellt Dabei wurde das unter realen Bedingungen untersuchte System Holztrockner entsprechend den Anforderungen der Si mulationssoftware TRNSYS abstrahiert und zur Berechnu
46. Trocknungsregime auf Durchf hrbarkeit hin untersucht so wie der sich ergebende Energieverbrauch und eventuelle Kondensationsbildung an den Au enw nden in Abh ngigkeit des Umgebungsklimas im Voraus abgesch tzt werden Unter Verwendung der Simulationssoftware TRNSYS wurde eine erste Version des Programmes entwickelt und getestet 2 8 1 Energie und Stoffbilanzen Die relevanten Energie und Stoffstr me die notwendig sind um die der Simulation zugrun deliegenden W rme und Stoffbilanzen aufstellen zu k nnen sind in Bild 29 schematisch dar gestellt Ventilator Q Umgebung O igebine H Aussenluf m Luft Feuc H Trockner W rmetauscher Absorber Befeucher Befeuchter Q M Holzfeuchte Verdampfung Bild 29 Energie und Stoffstr me in der solaren Trocknungsanlage 101 Im System Holztrockner soll die im Holz enthaltene Feuchtigkeit bei den geforderten Luft zust nden verdampft und durch einen entsprechenden Luftaustausch in die Umgebung abge f hrt werden Dies erfordert eine ausreichende W rmezufuhr um die Verdunstungsw rme des Wassers aufzubringen und um die auftretenden W rmeverluste zu decken W rmeverluste entstehen durch den Luftaustausch mit der Umgebung und durch W rmeleitung an den Trocknerau enw nden sowie den Boden Den gr ten Anteil an der W rmezufuhr hat der W rmetauscher mit einer maximalen W rmeleistung von ca 250 kW ber den Absorber wird tags ber zus tzliche W rme
47. Verl ufe der Trocknungslufttemperatur der Wasserein und Austrittstem peratur vom Trocknungsluftw rme bertrager sowie die W rmepuffertemperatur dargestellt Die prozentuale Aufteilung der Verluste ist in den Bild 63 und Bild 64 dargestellt Sie unter scheiden sich nur unwesentlich vom vorangegangenen Versuch Die Rauchgasverluste liegen hier um 2 Punkte h her Der W rmeverlust ber die gesamte Ofenoberfl che betr gt 6 Die Verluste durch unvollst ndige Verbrennung betragen 1 der Gesamtverluste Ihre Erh hung ist die Folge der leicht erh hten CO Werte des Abgases 1 5 0 8 4 S gt 0 6 73 on ce S Z 3 0 4 2 0 2 1 0 0 0 20 40 60 80 100 120 Zeit min Kesselwirkungsgrad Lambda Bild 61 Darstellung des Verlaufs von Kesselwirkungsgrad n und Luft berschu zahl A unter Vollast mit leistungsgeregelter Verbrennungsluftmenge station rer Bereich 40 min lt t lt 80 min 199 _ 100 gt 80 3 60 S a 40 3 20 j 0 0 20 40 60 80 100 120 Zeit min Wasser Wasser Luft WT WT WT Eingang Eingang Ausgang Luft WT Puffer Ausgang wasser Bild 62 Verlauf der Wasser und Lufttemperaturen der Trocknungsluft am W rme bertra ger sowie des W rmepufferwassers unter Vollast mit leistungsgeregelter Verbren nungsluftmenge station rer Bereich 40 min lt t lt 80 m
48. W rme bertragung bei freier Konvektion entsteht auf Grund von Dichteunterschieden meist als Folge von Temperaturunterschieden Der mittlere dimensionslose W rme ber gangskoeffizient wird in der Form Nu f Gr Pr 23 mit der Nu elt Zahl 24 175 und der Grashof Zahl Gr gt BAS 25 c Vv beschrieben Hierin ist Pr die Prandtl Zahl amp der W rme bergangskoeffizient 1 die An str ml nge g die Fallbeschleunigung AB die Temperaturdifferenz zwischen Oberfl che und anstr mendem Fluid A der W rmeleitkoeffizient des Fluids und B der thermische Ausdeh nungskoeffizient des Fluids Das Produkt Gr Pr wird auch als Rayleigh Zahl Ra bezeichnet Ra Gr Pr 26 Bei der freien Konvektion wird die Dichte in der Bewegungsgleichung nur im Auftriebsterm als lineare Funktion der Temperatur angenommen Boussinesq Approximation und alle bri gen Stoffwerte als konstant vorausgesetzt Durch Einf hrung des isobaren thermischen Ausdehnungskoeffizienten __ 19p b al 27 gilt nach Reihenentwicklung von p T um den Referenzpunkt T und Vernachl ssigung der Terme h herer Ordnung B Av a 28 F r ideale Gase gilt f r Volumen nderung bei konstantem Druck bezogen auf 0 C 1 B 373 29 und damit f r Volumen nderungen bezogen auf die Temperatur T im Fluid au erhalb der Grenzschicht 176 1 1 B T 27340 oe Die Stoffwerte A v und Pr sind mit ihren Werten fiir die mittlere Temp
49. Wissenschaftler mit der Trocknung von Eukalyptus Arten 21 23 58 61 62 Allgemein ist der im Rahmen des Vorhabens entwickelte Trocknungsprozess in 3 Phasen un terteilt Das Bef llen der Kammer den Trocknungsprozess selbst sowie eine Feuchteaus gleichsphase nach der Trocknung Ein Aufheizen und Abk hlen wie bei der konventionellen Trocknung ist nicht erforderlich da es sich um ein Niedertemperaturtrocknungsregime han delt RI W hrend dem Bef llen wird die relative Luftfeuchte auf etwa 90 eingestellt w hrend die Temperatur niedrig gehalten wird um eine beginnende ungleichm ige Trocknung w hrend des Bef llungsvorganges zu verhindern Abh ngig von Organisation und verf gbaren Ma schinen kann die Trocknungskammer innerhalb von 2 bis 4 Stunden bef llt werden Der eigentliche Trocknungsprozess besteht aus 2 Phasen oberhalb und unterhalb des Faser s ttigungspunktes des Holzes Zu Beginn des Trocknungsprozesses sind sehr schonende Trocknungsbedingungen erforderlich bis die Holzfeuchte unter den Fasers ttigungsbereich von etwa 25 bis 30 f llt Dies bedeutet da zum Beginn des Prozesses die Temperatur auf weniger als 40 C eingestellt wird und die relative Luftfeuchte zwischen 75 und 85 gehal ten wird Diese Bedingungen werden auch in der Literatur als eine wesentliche Voraussetzung zur Herstellung von Qualit tsholz aus E grandis angesehen da scharfe Trocknungsbedingun gen und hohe Temperaturen bei gr
50. Zeitachse Bild 40 Schematisches Trocknungsregime f r die Trocknung von Medizinalpflanzen W hrend der Trocknung kann der Benutzer ber eine Sprungfunktion auf der Zeit oder Gut feuchteachse springen wobei die Sollwerte automatisch angepa t werden Sollte die Gut feuchte gem dem vordefinierten Programm nach einem Tag beispielsweise 30 erreicht haben hat in Wirklichkeit aber erst 40 erreicht so kann um 10 Punkte auf 40 zur ck gesprungen werden Die Sollwerte f r Temperatur Luftfeuchte und Ventilatordrehzahl wer den dabei automatisch auf die f r 40 Gutfeuchte definierten Werte angepa t Bereits nach wenigen Trocknungsdurchg ngen kann das Trocknungsregime dann gem der Erfahrungs 147 werte abgeglichen werden Ein Eingreifen durch den Benutzer ist dann im Normalfall nicht mehr notwendig und die Trocknung l uft vollkommen automatisch ab Vorteilhaft an diesem Konzept ist da der Benutzer die Funktion schnell erfa t und auf einfache Weise Trocknungsregime f r ganz unterschiedliche G ter erstellt werden k nnen 3 6 2 Bisherige Ergebnisse Derzeit arbeiten die brasilianischen Partner an der Erstellung Anpassung und berpr fung von Trocknungsregimen f r unterschiedliche Medizinalpflanzen Maniok und Kaffee Die Ergebnisse lagen zum Zeitpunkt der Berichtsabfassung allerdings noch nicht vor Im Rahmen der Vorarbeiten wurden neben den funktionellen Tests von Prototyp und Heizungssystem aber bereits ver
51. Zersetzungsmaxima der einzelnen Holzinhaltstoffe 71 72 Verbrennungsphase Abbrand von gasf rmigen Zersetzungsprodukten mit Ruhiger Abbrand exothermer st rmischer W rmeentwicklung von festen R ckst nden gr tenteils Kohlenstoff in Form von Holzkohle Zersetzungsphase Thermische Zersetzungs H hepunkt der Zersetzungs Zersetzung beginnt reaktionen werden Kohlenwasserstoff reaktionen klingen geringe Mengen an heftiger Abbau bildung durch ab Es entsteht Teer CO CO und geschwindigkeit Zersetzungs haupts chlich noch kondensierbaren steigt stark anund reaktionen dickfl ssiger Teer D mpfen entstehen n hert sich dem Maximum Trocknungsphase freies unge zellgebundenes Ie P Lignin bundenes Wasser wird A Zellulose Wasser wird ausgetrieben ausgetrieben Fa Hemizellulosen gt 800 100 120 175 200 225 280 400 500 C Bild 41 Verbrennungsverlauf von Holz nach 73 4 1 2 1 Verbrennungsreaktionen Das im Proze der Pyrolyse gebildete Spaltgas ist ein Gemisch zahlreicher Verbindungen die im wesentlichen aus Kohlenstoff Wasserstoff und Sauerstoff aufgebaut sind Diese Verbin dungen werden bei der vollst ndigen Verbrennung ber zahlreiche Zwischenschritte zu Koh lendioxid und Wasser abgebaut Die wichtigsten homogenen Reaktionen der Holzgase sind nachfolgend aufgef hrt 74 154 Oxidation von Kohlenmonoxid CO 0 50 gt CO Meth
52. ber die Luftstr mung zugef hrte W rme Konvektion sowie durch direkte Sonneneinstrahlung oder die Infrarotstrahlung eines Heizk rpers beinflu t Wird W rme durch Strahlung zugef hrt so kann umgekehrt durch die aufgeheizte Holzoberfl che eine Erw rmung der umgebenden Luft erfolgen Dadurch steigt deren Wasseraufnahmeverm gen erheblich an Deshalb kann es bei der Freilufttrocknung durch direkte Sonneneinstrahlung auf die Bretter zeitweise zu sehr scharfen Trocknungsverh ltnissen kommen was zu Trocknungsfehlern Risse Verwerfun gen Verf rbungen f hrt 13 Oe ae 2 2 2 2 Relative Feuchte Die absolute Feuchte der Luft gibt an wieviel Dampf in einem Kubikmeter oder Kilogramm Luft enthalten sind Bei gegebener Temperatur kann sich in einem abgeschlossenen Raum nur eine bestimmte H chstmenge an Wasserdampf befinden S ttigung unabh ngig davon ob dieser Raum Luft enth lt oder nicht Dalton sches Gesetz Bei einer relativen Feuchte von 100 hei t das Luft Dampfgemisch dann ges ttigte feuchte Luft Generell kann die Luft bei h herer Temperatur mehr Dampf aufnehmen als bei niedriger Temperatur 25 Wenn in der Luft weniger als die H chstmenge an Wasserdampf vorhanden ist wird dieses Gemisch als unges ttigt bezeichnet Die absolute Feuchte der Luft ndert sich beim Erw rmen nicht und bei einer Abk hlung erst dann wenn der Taupunkt unterschritten wird In diesem Falle kon densiert das Wasser aus und es bildet
53. der M glichkeit ein System sehr detailliert nachzubilden TRNSYS ist modular aufgebaut Es enth lt eine gro e Anzahl von Standardkomponenten den TYPES die je nach Anforderung zur Nachbildung des realen Sy stems zusammengebunden werden k nnen Die offene Struktur des Programms erlaubt es dem Anwender selbst erstellte TYPES einzubinden sowie vorhandene Standardkomponenten nach eigenen Anforderungen zu ver ndern Jedes TYPE beschreibt die Funktionsweise einer bestimmten Systemkomponente Das reale Betriebsverhalten der Komponenten wird in den TYPES mit den entsprechenden mathemati schen Algorithmen nachgebildet Zur L sung des Gleichungssystems das sich aus den Ein zelkomponenten und deren logischen Verkn pfungen im Gesamtsystem ergibt stehen in TRNSYS verschiedene L sungsalgorithmen zur Verf gung Die Zeitschrittweite und die Ge nauigkeit mit der simuliert wird sind durch den Anwender w hlbar Prinzipiell k nnen alle Eingangs und Ausgangsgr en jeder Komponente ausgegeben werden Die Ausgabegr en k nnen zudem ber definierte Zeitintervalle Tage Monate Jahre integriert werden 2 8 2 2 Geb udesimulation F r die dynamische Geb udesimulation wird das Geb ude in thermische Zonen aufgeteilt In der Regel werden so einzelne R ume oder Raumgruppen abgebildet die gleiche Randbedin gungen wie Nutzung Belegung oder Verglasung besitzen Jede Zone wird durch einen Luft Knoten repr sentiert der die Kapazit t des Inh
54. der Praxis jedoch kaum angewandt da die Einsatzbereiche jeweils sehr be schr nkt sind Au erdem ist der notwendige W rmebedarf mit 5400 9000 kJ je kg entzogenes Wasser h her als bei den anderen Verfahren 25 Deshalb wird hier auf eine n here Be schreibung verzichtet 2 3 4 Solartrockner Die erste solare Trocknungskammer wurde bereits 1928 von Altkirch gebaut Damit geh rt er zu den Wegbereitern der Nutzung von Sonnenenergie f r die Holztrocknung ebenso wie Schwalbe und Bartels die 1934 eine solare Trocknungsanlage f r Rundholz entwickelten 31 Anfang der 60er Jahre wurden schlie lich die ersten sogenannten Gew chshaustrockner gebaut 2 3 4 1 Seit dieser Zeit wurden in der ganzen Welt solare Holztrocknungsanlagen entwickelt Die meisten von diesen Anlagen waren Versuchstrockner und nicht f r den kom merziellen Gebrauch bestimmt Vereinzelt wurden jedoch auch Anlagen f r die industrielle Trocknung gebaut so z B von Sharma 1980 und von Simpson und Tschernitz 1985 17 In den USA und in Japan gibt es inzwischen auch Firmen die solare Trockner entweder als Bausatz oder als fertig installierte Anlagen liefern Die Anwendung von Solarzellen welche die Sonnenenergie in elektrische Energie umwan deln ist mit hohen Investitionskosten verbunden und bei hohen Anschlu leistungen norma lerweise nicht wirtschaftlich Deshalb wird solare Holztrocknung ausschlie lich mit thermi schen Kollektoren betrieben 44 die
55. der Sollwert f r die relative Feuchte abnimmt Dies ist erfor derlich weil eine gro e Temperaturdifferenz zur Umgebung in der Anfangsphase der Trocknung wo eine relativ hohe Luftfeuchte erforderlich ist zum Auskondensieren der Feuchte an der relativ k hlen Geb udeh lle f hren und eine Klimaregelung damit unm glich machen w rde Bei der Trocknung wird dem Holz in zwei Schritten die Feuchtigkeit entzogen Zun chst wird das freie in den Kapillaren vorhandene Wasser aus dem Gewebe eines Brettes abgegeben wobei sich zuerst die gr eren sp ter die kleineren Zellhohlr ume entleeren Ab einer Holz feuchte von ca 27 dem sog Fasers ttigungspunkt ist kein freies Wasser mehr vorhanden und es beginnt als zweiter Schritt die Austrocknung der Zellw nde Die Wasserabgabe wird mit abnehmendem Feuchtegehalt im Holz durch eine Verringerung des Diffusionskoeffizien ten erschwert und die Trocknung verlangsamt sich Um dem entgegenzuwirken wird die rela tive Feuchte der Luft im Verlauf der Trocknung reduziert Um eine zu starke Austrocknung der Oberfl che und damit verbundene Qualit tsbeeintr chtigungen zu verhindern wird die Luft unter Zuhilfenahme des Befeuchters mehrmals auf ca 90 relative Feuchte befeuchtet Dies f hrt zu einer Wiederbefeuchtung der u eren Holzschichten der Bretter Das geschwin digkeitsbestimmende Trocknungsgef lle in den inneren Schichten bleibt dabei aber bestehen und der Wassertransport von innen nach au en
56. der aufgetretenen Schwierigkeiten in der Abbildung der Anlagenregelung und der Einhaltung des vorgeschrie benen Trocknungsregimes stand die Einbindung eines zuverl ssigen Regelungsprinzips im Rahmen dieser Arbeit im Vordergrund Das Ziel der Arbeit die Erstellung eines Simulationsprogramms zum Abbilden des thermi schen Verhaltens einer Holztrocknungsanlage wurde in vollem Umfang erreicht Das System Holztrockner wurde entsprechend den Anforderungen der Simulationssoftware TRNSYS abstrahiert und zur Berechnung in die daf r notwendigen thermischen Zonen unterteilt Die anf nglichen Schwierigkeiten bei der Abbildung des Regelverhaltens der Anlage konnten durch die Einbindung von Klimaobjekten die im Rahmen der Software TRNSYS enthalten sind erfolgreich gel st werden Die vorliegende Version des Simulationsprogramms verf gt nun ber alle Voraussetzungen um das thermische Verhalten der hier betrachteten Holz trocknungsanlage abzubilden 131 Die zur Berechnung ben tigten Geb ude und Wetterdaten sowie die Angaben ber das ge w nschte Trocknungsregime werden durch Eingabedateien und die Angabe der entsprechen den Parameter in der dck und bui Datei bergeben Die berechneten Werte werden ber Ausgabedateien ausgegeben denen die Verl ufe der berechneten Klimadaten der Kondensa tionsbildung und des Energieverbrauchs entnommen werden K nnen Durch geeignete Anpassungen der Simulationsparameter sowie das Einbind
57. die eingestrahlte Sonnenenergie direkt in die ben tigte W rmeenergie umwandeln Entsprechend dem verwendeten w rmetragenden Medium kom men Luft oder Wasserkollektoren zum Einsatz Diese werden meist als Flachkollektoren ausgef hrt is Se Vor allem in der gem igten Klimazone kann die solare Trocknung die konventionelle Trocknung nicht ohne weiteres ersetzen da sie bei geringerem Temperaturniveau stattfindet und durch die jahreszeitlich unterschiedliche Sonneneinstrahlung insbesondere im Winter langsamer verl uft Sofern keine Zusatzheizung eingesetzt wird nimmt sie daher eher eine Mittelstellung zwischen der Freilufttrocknung und der konventionellen Trocknung ein 44 Solare Holztrockner werden in der Fachliteratur nach ihrem Aufbau in zwei Hauptkategorien eingeteilt Sog Gew chshaustrockner bei den Kollektor und Trocknungsraum eine Einheit bilden und Trockner bei denen der Kollektor vom Trockenraum getrennt ist Dieser Trock nertyp wird im folgenden als Trockner mit separaten Kollektoren bezeichnet Eine Unter gruppe dieser Kategorie sind konventionelle Trockner die eine auf Solarkollektoren basieren de Zusatzbeheizung besitzen 2 3 4 1 Gew chshaustrockner In der Praxis wurden solare Holztrockner berwiegend als Gew chshaustrockner konstruiert Das nach S den geneigte Dach und die S dwand sowie je nach Konstruktion auch die ande ren W nde sind dabei oft als Kollektoren ausgef hrt wogegen die verblei
58. die hohen Investitionskosten die damals nur geringen Baugr en sowie die komplizierte Steuerungstechnik In den letzten Jahren gewann die Va kuumtrocknung allerdings wieder an Bedeutung 43 Die Vakuumtrocknung basiert auf der Tatsache da der Siedepunkt des im Holz enthaltenen Wassers bei einer Verminderung des Druckes sinkt Der Au endruck wird mit Hilfe einer Vakuumpumpe bei gegebener Holztemperatur soweit k nstlich abgesenkt bis das im Holz befindliche Wasser siedet und zu verdampfen beginnt Dies f hrt zu einem Gesamtdruckge f lle ber den Brettquerschnitt und zu einem raschen Dampftransport zur Oberfl che Die Trocknung l uft im sogenannten Grobvakuum ab Dies entspricht einem Druckbereich von 96 hPa bis 157 hPa Bei allen Trocknungsverfahren wird die zur Wasserverdampfung erforderliche Warme mit Hilfe eines geeigneten Mediums direkt auf das Holz bertragen Eine W rme bertragung durch Umluft ist im Vakuum nicht m glich Deshalb werden in der Praxis kontinuierlich und diskontinuierlich arbeitende Anlagen unterschieden 2 3 3 3 1 Kontinuierliches Verfahren Bei der kontinuierlich arbeitenden Anlage Plattenanlage erfolgt die W rmezufuhr ber Heizplatten die beim Stapeln zwischen jede Holzlage gelegt werden Die Heizplatten werden in der Regel ber einen Warmwasseranschlu erhitzt Die vom Holz abgegebene Feuchtigkeit wird teilweise an den Trocknerw nden haupts chlich aber an stehenden K hlfl chen auskon de
59. einem in zwei Am lange Abschnitte aufgeteilten Rotbuchen stamm a nach F llung im M rz b nach Lagerung im Wald bis zum Oktober des glei chen Jahres ver ndert nach Trendelenburg 26 Beim Trocknen von frischem Holz wird zuerst das freie Wasser aus den Zellhohlr umen ent zogen Erst wenn dieses Wasser gr tenteils abgef hrt ist beginnt die Zellwand ihr gebunde nes Wasser abzugeben und das Holz f ngt an zu schwinden Dieser flie ende bergang wird als Fasers ttigungsbereich bezeichnet welcher je nach Holzart bei einer Holzfeuchte zwi schen 22 und 35 im Mittel bei etwa 30 liegt 27 Da freies Wasser leichter abgegeben wird als gebundenes erfolgt die Trocknung von Holz anfangs schneller Oh cae In Bild 2 wird ersichtlich da die Feuchtigkeit nicht gleichm ig im Baum verteilt ist son dern stark variiert So weist z B das Splintholz in dem haupts chlich die Wasserleitung zu den Bl ttern und die Speicherung des Wassers erfolgt fast immer einen hohen Wassergehalt auf w hrend im Kernholz welches f r die Lebensfunktionen des Baumes eine untergeord nete Rolle spielt meistens eine Holzfeuchte knapp ber dem Fasers ttigungsbereich vor herrscht Des weiteren gibt es ein Feuchtigkeitsgef lle im frisch gef llten Baum von oben nach unten Daneben k nnen h ufig auch erhebliche Unterschiede hinsichtlich Wassergehalt und Wasserverteilung bei unterschiedlichen St mmen der gleichen Holzart beobachtet wer den
60. einer Au Benklima Me station die optimale Trocknung Dazu regelt er die Drehzahl und Laufrichtung der Ventilatoren und ebenso den Feuchtegehalt der Luft in den einzelnen Kammern Kam mereigene W rmetauscherfl chen dienen der W rmer ckgewinnung und der Entfeuchtung Bei einem Kammerverbund von drei und mehr Kammern l t sich mit diesem System bis zu 30 Energie einsparen 41 42 Alle derzeit bekannten Systeme zur Energieeinsparung bei Normaltemperaturtrocknern sind allerdings mit einer deutlichen Erh hung der erforderlichen Investitionskosten verbunden und sind nur wirtschaftlich wenn mit relativ hohen Temperatu ren getrocknet wird 2 3 3 2 Kondensationstrockner Diese Trockner arbeiten wie die Frischluft Ablufttrockner nach dem Prinzip der Verdun stungstrocknung Hier handelt es sich jedoch um einen geschlossenen Kreislauf d h die Luft wird nicht ins Freie abgegeben sondern die Feuchte wird durch ein K hlaggregat auskonden siert Getrocknet wird mit relativ niedrigen Temperaturen von 45 60 C in Ausnahmef llen bis zu 70 C 52 Das Arbeitsprinzip der Kondensationstrockner stellt sich wie folgt dar Die feuchte warme Luft aus dem Holzstapel wird angesaugt und ber den Verdampfer eines K hlaggregats ge leitet Dort nimmt das fl ssige K ltemittel die W rme auf und verdampft Durch den W r meentzug kondensiert die in der Luft vorhandene Feuchtigkeit und wird in Form von Wasser abgef hrt Die entw sserte Luft w
61. ge Brennraum und Rauchgastemperatur beziehen sich auf die linke und Vor und Riicklauftemperatur auf die rechte Temperaturachse Auffallend ist der relativ konstante Verlauf der Brennraumtemperatur Ihr Mittelwert liegt bei 950 C 50 K Ausnahme Die letzten 5 Minuten des dargestellten Zeitraumes Die gleich 19 m igen Brennraumtemperaturen lassen vermuten da sich ein stabiles Glutbett ausgebildet hat und mit der zugef hrten Prim rluftmenge ber den gesamten Beobachtungszeitraum auf recht erhalten werden konnte Die Wasserofeneingangs und Ausgangstemperaturen R ck und Vorlauftemperaturen sind ebenfalls nahezu konstant Die Rauchgastemperatur stellt sich im Mittel auf einen relativ hohen Wert von 297 C ein Im Bild 52 sind die in diesem Zeitraum vom Ofen erzeugten W rmestr me dargestellt Die W rmestr me stellen sich gegen ber den Temperaturen versp tet auf den station ren Zustand ein da der W rmepuffer noch sehr viel W rme aufnimmt vgl Bild 55 Wassertemperatur des W rmepuffers Im Ofenw rmestrom sind die Verluste ber die Ofenoberfl che ber ck sichtigt Daher ergibt die Addition vom W rmepuffer und W rme bertragerw rmestrom im Trockner den Ofenw rmestrom den eigentlichen Nutzw rmestrom Im Mittel werden vom Ofen 68 kW Nutzleistung erzeugt und 12 KW gehen ber das Rauchgas verloren 100 80 m Aya ee W rmestrom kW 0 20 40 60 80 100 12
62. getragen werden Neben einer Kostenreduzierung wurde auch eine Verbesserung der Bedienungsfreundlichkeit erreicht In Zusammenarbeit mit der brasilianischen Firma CAF Santa Barbara Ltda wurde dar ber hinaus ein energie und qualit tsoptimiertes Trocknungsregimes f r Eukalyptus Schnittholz entwickelt und erprobt Mit dem neuen Niedertemperaturregime konnte selbst urspr nglich f r die Holzkohle und Zelluloseherstellung angebautes und z chterisch kaum bearbeitetes Eukalyptusholz mit ausreichender Qualit t f r die M bel und Bauindustrie getrocknet wer den Die gemeinsam mit der CAF durchgef hrten Untersuchungen haben gezeigt da durch die verringerten Investitionenkosten der Trocknungsanlage und durch den regelungsbedingten niedrigeren Energieverbrauch die Trocknungskosten im Vergleich zu konventionellen Hochtemperaturtrocknungsanlagen um 50 bis 60 verringert werden konnten Daneben konnte das sehr schwierig zu trocknende Holz ohne Qualit tseinbu en auf den f r die dortige M belproduktion erforderlichen geringen Endfeuchtegehalt von 10 bis 12 getrocknet wer den Aufgrund der sehr guten Ergebnisse wurden bereits im Verlauf des Vorhabens die mit einer j hrlichen Trocknungskapazit t von bis zu 35 000 m Schnittholz weltgr ten solaren Holztrocknungsanlagen aufgebaut Im Zusammenhang mit diesen Investitionen entstanden au erdem insgesamt mehr als 500 Arbeitspl tze Die Einf hrung dieser nachhaltigen und umweltfreundlichen
63. indem die Stapel weit auseinander gestellt werden da das Holz dann dem Angriff von Wind und Sonnenstrahlung st rker ausge setzt wird Durch die zeitweise schnelle Trocknung werden jedoch oft viel gr ere Feuchte gradienten aufgebaut als unter kontrollierten Bedingungen Dies verursacht Spannungen im Holz die die Qualit t mitunter erheblich beeintr chtigen Um diese Probleme zu verringern wurden die Holzstapel sehr eng aneinander gestellt um sie vor Wind und Sonnenstrahlung zu sch tzen wodurch die Qualit t erh ht wurde Die l ngere Trocknungszeit bedeutet jedoch auch eine l ngere Lagerhaltung bzw Kapitalbindung und damit verbundenen h here Kosten Generell kann im Freiland zu Beginn der Trocknung bei noch hohen Holzfeuchten eine gute Trocknungsrate erreicht werden Mit abnehmender Holzfeuchte jedoch verlangsamt sich die Trocknungsgeschwindigkeit bis die Trocknung im Bereich der Holzgleichgewichtsfeuchte zum Stillstand kommt Bild 17 zeigt die Trocknung eines freistehenden ungesch tzten Holz stapels Es ist zu sehen da sich die Holzfeuchte zu Beginn der Trocknung sehr schnell ver 87 2 ringert was zu erheblichen Sch den am Holz f hrte Danach verlangsamt sich die Trocknung deutlich was zu der f r die Freilandtrocknung typischen verh ltnism ig langen Trocknungszeit von mehreren Monaten f hrt Holzfeuchte X 0 2 to oO gt oO Solartrocknung 0 5 10 15 20 25 Trocknungsdauer
64. kW 68 kW Brennraumtemperatur Ofenleistung Kesselwirkungsgrad Bild 74 Vergleich der Mittelwerte von Brennraumtemperatur Ofenleistung und Kessel wirkungsgrad der vorgestellten Versuche E man Regelung E autom Regelung 297 C 321 C u Teillast 212 C 18kW 18kW IkW 1kW 1IkW Rauchgastemperatur Rauchgasverluste Oberfl chenverluste gesamt Bild 75 Vergleich der Mittelwerte von Rauchgastemperatur Gesamtverlusten durch das Rauchgas und Oberfl chenverlusten der vorgestellten Versuche 213 Aus der Zusammenstellung der Versuchsergebnisse geht klar hervor da ein Teillastbetrieb nach M glichkeit zu vermeiden ist Der Teillastbetrieb kann nur vermieden werden wenn der W rmepuffer gro genug gew hlt wird wobei auf eine stabile Temperaturschichtung zu ach ten ist Reicht die W rmespeicherkapazit t des W rmepuffers aus den Ofen st ndig unter Vollast zu fahren so kann auch der Rauchgasw rme bertrager im Ofen diesbez glich opti miert werden Durch die Optimierung des Rauchgasw rme bertragers im Vollastbereich k n nen hier die Verluste durch den Rauchgasw rmestrom betr chtlich gesenkt werden Aus Mittelwerten der durchgef hrten Versuche ergeben sich die in Bild 76 gezeigten charak teristischen Kennlinien von Brennraumtemperatur Kesselwirkungsgrad und der Luft ber schu zahl aufgetragen ber der Nutzleistung Deutlich zu sehen ist da mit der Leistung
65. rme bergangskoeffizi enten berechnet sich aus 179 6 Be 40 2 L B bei Rechteckfl chen und bei Kreisscheiben aus jae 41 4 wobei L die L nge der Fl che B die Breite und D der Durchmesser ist Die L ngen und Breiten der horizontalen Ofenfl chen sind ebenfalls im Anhang unter Technische Daten und Abmessungen des Unterbrandofens zu finden Der Durchmesser des W rmepufferdeckels betr gt 1 3 m Die Rechenschritte bei der Berechnung des W rmeverlustes durch freie Konvektion an hori zontalen Fl chen sind prinzipiell die gleichen wie im vorangegangenen Abschnitt Es m ssen nur die Beziehungen f r f Pr und Nu entsprechend ausgetauscht werden 4 3 11 4 Berechnung des W rmeverlustes durch Strahlung An den Oberfl chen der Ofent ren werden im Betrieb Temperaturen von ber 100 C gemes sen Aus diesem Grunde wird f r sie auch der W rmeverlust durch W rmestrahlung berechnet 88 F r zwei parallele schwarze Oberfl chen von gleicher Gr e betr gt der durch Strahlung ent stehende W rmeflu Q 9 A TH T3 42 ist hierbei eine Konstante mit dem Wert o 5 67 108 W m K 43 180 Bei graustrahlenden Oberfl chen mit den Emissionsverh ltnissen und ergibt sich durch die zu beachtende Reflexion der Zusammenhang Q C2 A T T 44 Dabei wird o C24 e 45 E amp amp als Strahlungsaustauschzahl bezeichnet Diese wird durch die Geometrie und e bestimmt F r
66. schiedenen Elektroden verwenden F r diese Messung ist es wichtig zu wissen da es selbst innerhalb eines Brettes zu Feuchtigkeitsunterschieden kommen kann Diese k nnen mit der Entnahme einer Schichtprobe wie es Bild 6 zeigt ermittelt werden Schwierigkeiten bei der Feuchtemessung bereitet in der Praxis die Festlegung des Stichpro benumfangs einer Ladung Der nach einer CEN Normung Normenentwurf prEN 175 13 01 vorgeschlagene Stichprobenumfang kann in der Praxis nicht eingehalten werden da bereits zur Ermittlung der Holzfeuchte eines einzelnen Brettes eine unvertretbar gro e Zahl an Ein zelmessungen notwendig w re Gem ISO 2859 wo der erforderliche Stichprobenumfang in Abh ngigkeit von der Losgr e festlegt wird m te eine 65 mm starke Eichenbohle von 4 m L nge an 24 Stellen gemessen werden Auch der Normenentwurf prEN 12169 ist nicht zufriedenstellend da hierbei aus einem belie big gro en Los maximal 4 Pakete gezogen werden die ebenfalls nach ISO 2859 bewertet werden Dabei ist das Ergebnis zu stark von den zuf llig ausgew hlten Paketen abh ngig 36 Aus diesen Gr nden wurde die Anzahl der Stichproben pro Ladung beim vorliegenden Vor haben nach eigenem Ermessen bzw gem der Erfahrung aus verschiedenen sehr umfang reich beprobten Trocknungsversuchen festgelegt Es wurden aus jedem achten Holzstapel jeweils 10 Bretter an verschiedenen Stellen entnommen Pro Trocknungsversuch wurden dementsprechend 7 Stape
67. sense ee 152 4 1 2 Kinetik der Holzverbrennung ans eteuieea 152 4 1 2 1 Verbrennungsreaktionen sn Bemeliseliisnnlere 153 4 1 3 Voraussetzung f r eine optimale Verbrennung 155 4 1 4 Feuerungsverfahren handbeschickter Anlagen ur sense 156 4 2 Aufbau des Heizungssystemsa sata li 161 4 2 k Warmeerz SEL ans a es 161 4 22 W nmepuffer ses Henna nie Runen 164 42 3 Warme bertra g t nee lassen ae 164 4 3 Methoden 2 uuie een 166 4 3 1 Funktionsschema und Mefstellenplan des Heizungssystems 167 43 2 VeMpe At UME S SUNG ninc rar e SETE E ES 168 4 33 Rauchsasanalyse arms 168 43 4 gt Wassermassensrom ica a Hr rede 168 4 3 3 Wassergehalt des Holzes leur 169 43 6 Heizwert Hiper racie i are 169 4 3 7 Verbrennungsluftmenge 2 nee 170 4 3 7 1 Absch tzung der zugef hrten Verbrennungsluftmenge anhand yon Me werten ua 170 4 3 8 Luft berschu zahl era alee 172 4 3 9 Abgasvolumen nisaseneitieinnkkanin Ian kin 172 4 3 10 Nu wannestremer 2 sc fic ite iF ale cat Ne ae pe el ich neta Noe acted 172 4 3 11 W rmeverluste durch Ofen und W rmepuffer Oberfl che 173 4 3 11 1 W rmeverlust durch freie Konvektion eceeseeeeeeeceeereeeeeeeees 174 4 3 11 2 W rmeverlust durch vertikale Fl chen u0 176 4 3 11 3 W rmeverlust durch horizontale Fl chen 178 4 3 11 4 Berechnung des W rme
68. sich Nebel oder Feuchtigkeitsniederschlag Bei der Trocknung ist jedoch nicht die absolute Feuchte der Luft entscheidend sondern die Aufnahmef higkeit der Luft f r Wasserdampf also die relative Feuchte der Luft Die relative Feuchte der Luft p gibt an wieviel Prozent von der H chstmenge an Wasserdampf sich bei einer bestimmten Temperatur in der Luft tats chlich befinden Mit steigender Temperatur kann die Luft jedoch mehr Wasser aufnehmen Diesen Zusammenhang beschreibt Tabelle 3 Tabelle 3 Maximale Wasserdampfaufnahmef higkeit der Luft in Abh ngigkeit von deren Temperatur ver ndert nach Kollmann 28 Temp 6 C 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Xsan g m 48 16 8 19 4 12 8 17 3 23 0 30 4 39 6 51 1 65 4 82 9 Temp C 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 X s r g m3 104 3 130 1 161 1 197 9 241 6 293 0 353 2 423 1 504 1 597 3 29 2 2 2 3 Luftgeschwindigkeit F r eine rasche gleichm ige Trocknung ist eine gewisse Luftgeschwindigkeit notwendig da die austretende und von der Luft aufgenommene Feuchtigkeit abgef hrt werden mu Dane ben spielt die Luftgeschwindigkeit eine wichtige Rolle bei der Abl sung sog Grenzschichten d h ges ttigter Luftschichten die sich unmittelbar an der Oberfl che bilden und die Trocknung verlangsamen Im Sinne einer gleichm igen Trocknung sollte die Luftgeschwin digkeit an allen Stellen im Holzs
69. solaren Trockner zu verbinden wur den seit den 70er Jahren Trockner gebaut deren Beheizung je nach Wetterlage durch den Kollektor oder eine konventionelle Energiequelle erfolgt Beispielsweise wurden 1977 in den USA in einem holzverarbeitenden Betrieb zwei Frisch luft Ablufttrockner mit einem Kammervolumen von je 118 m die schon l ngere Zeit mit Erdgas betrieben wurden f r den wechselweisen Betrieb mit Solarenergie oder Erdgas umge stellt Die Wasserkollektoren wurden mit einer Kollektorfl che von ca 232 m so ausgelegt 6l da sie ca 44 des Jahresbedarfs an W rmeenergie decken sollten Als W rmespeicher wurde ein w rmeisolierter Tank mit einem Fassungsverm gen von etwa 22 000 1 gebaut Die Investitionskosten beliefen sich auf 104 000 US W hrend des Betriebs der Anlage gab es in den ersten f nf Jahren einige Defekte an der Wasserpumpe und den Kollektoren Pro Jahr konnte 25 fossiler Brennstoff eingespart werden jedoch kam R Little der die Anlage un tersuchte zu dem Schlu da sich solch eine Anlage aufgrund der hohen Investitionskosten nicht lohnt 19 Andere Anlagen kamen zu einem hnlichen Ergebnis So wurde z B 1984 in Sri Lanka ein konventioneller Trockner mit Luftkollektoren best ckt Dort konnten die Kollektoren w h rend Sch nwetterperioden zwar bis zu 50 der ben tigten Energie liefern jedoch lag die insgesamt erzielte Energieeinsparung nur bei 23 49 Festzuhalten bleibt da de
70. um Energieverluste durch unn tze Bel ftung zu verhindern und eine optimale Trocknungsdauer zu erreichen 20 Die Temperatur in der Kammer wurde haupts chlich durch die Ventilation beeinflu t Ober halb der Fasers ttigung des Holzes von etwa 30 Feuchte lagen die Temperaturen in der 64 Kammer im Durchschnitt kaum 2 C ber der Au entemperatur w hrend sie bei der weiteren Trocknung h her wurden Bei 12 Holzfeuchte stieg diese Temperaturdifferenz bis auf 10 C an Eine Temperaturerh hung wirkte sich auf die Trocknungsdauer vor allem unterhalb des Fasers ttigungspunktes aus Eine wesentliche Beschleunigung erreichte man durch die Erh hung der Temperatur um wenige Grad Deshalb kam D Steinmann zu dem Schlu da eine geeignete Trocknersteuerung um die h chst m gliche Temperatur aufrecht zu erhalten von gr ter Wichtigkeit ist Des weiteren forderte er eine Zusatzheizung f r die Nachtstun den einzubauen Eine W rmespeicherung basierend auf einem Steinstapel befand er aufgrund der hohen Investitionskosten und dem geringen Nutzen als nicht lohnenswert 50 Die Trocknungsgeschwindigkeit im Solartrockner wurde mit der gleichzeitig ablaufenden Freilufttrocknung verglichen Das frisch geschlagene Kiefernholz wurde von einem S gewerk bezogen und zuerst zwei Tage unter Wasser gelagert um etwaige Holzfeuchteunterschiede auszugleichen Nach ersten Probetrocknungen mit Holz verschiedener Dimension wurde aus schlie lic
71. und bessere Qualit t als 1982 desh haus Metall 1 Ventilator Freilufttrocknung wirtschaftlich 23 N Glas Kunststoff 1x0 2 kW k k gt 5 5 k A k A Sharma amp Indien Gew chs schw galvan 3 Lk 800 60 billiger als konv Trocknung Pandey 30 N haus isiertes Eisen 2 Ventilatoren 1982 Glas Kunststoff 2x1 0 kW Oliviera USA Gew chs k A 4 Lk k A Ue min 6 gute Qualit t i 35 N haus Fiberglas 3 Ventilatoren K A USA Gew chs 20 0 schw Metall k A U min 7 1983 43 N haus 2 x Polyethylen A wirtschaftlich k A 1983 TN haus Aluminium 2 Ventilatoren Polyethylen 2x19 kW Winkyi USA ext Koll 15 0 schw Metall 2 Lk k A Trocknungsdauer war doppelt so 1983 43 N k A Fiberglas u 1 Ventilator lang als bei konv Trockner Polyester Schneider Deutsch Gew chs 2 4 Holz 4 Lk k A erreichte 9 U in weniger als et al land haus k A k A 2 Ventilatoren 1980 48 N 2x0 4 kW Chen amp USA ext Koll 1 2 k A k A keine nennenswerte Deffekte Helmer 38 N mit W rme 9 9 2x Fiberglas 1984 speicher 1x1 5 kW Little USA ext Koll k A k A k A Energieersparnis 44 1984 43 N K A k A i k A A 21 3 8 A Martininez Mexico Gew chs Holz k Cueto 26 N haus Glas 1983 Plumptre England Gew chs schw gewelltes 3 Lk 3900 1983 SI N haus Aluminium 2 Ventilatoren Polyethylen 2x19 kW Sanwo Nigeria Gew chs schw gewelltes 3 Lk
72. verursachen extrem starke Spannungen im Holzgewebe die oft schon beim Schlagen oder S gen der B ume zu Rissen f hren Besonders stark sind diese Wachstumsspannungen im Kernholz und verringern sich in Richtung Splintholz Aus diesem Grunde wird vielfach versucht bereits w hrend dem S gen das schwierige Kernholz durch bestimmte S geverfahren Quartersawn zu entfernen und als niederwertiges Holz weiterzuverarbeiten Junge B ume unter 10 12 Jahr besitzen allerdings einen zu d nnen Stammdurchmesser f r diese Technik weshalb dann auch das spannungsrei che Kernholz weiterverarbeitet und getrocknet werden mu W hrend der Trocknung neigt dieser Bereich des Stammes jedoch au erordentlich zu Rissen und Verformungen 21 Aus trocknungstechnischer Hinsicht von sehr gro er Bedeutung ist die Holzdichteverteilung innerhalb eines Stammes bzw innerhalb der ges gten Bretter Da die nat rliche Schwindung des Holzes von der Dichte abh ngt f hren die in Eukalyptusst mmen sowohl in vertikaler als auch in radialer Richtung zu beobachtenden starken Unterschiede in der Dichte zu erhebli chen Verformungen Vor allem die Streuung der Dichte in radialer Richtung ist gro und kann z B bei Eucalyptus grandis Werte von bis zu 400 kg m erreichen Hierbei ist das leichtere Holz in der Regel im Kern und das schwerere Holz im Splint anzutreffen was gleichbedeutend ist mit einer h heren Schwindung im Splintbereich 58 Neben der starken Variation der Di
73. voller Ventilatordrehzahl in Abh ngigkeit der Stellung der L ftungsklappe Es zeigte sich da sich im vorderen Bereich des Absorbers ein kleiner Bereich mit deutlich verringerter Str mungsgeschwindigkeit ausbildet Dadurch wird der W rme bergang vom Absorber an die Luft in diesem Bereich reduziert Der denkbare Einbau von Luftleiteinrichtungen zur Beseitigung dieser Zone ist aber zwangsl ufig mit einem zu s tzlichen Str mungswiderstand und damit einer Erh hung des elektrischen Energiebedarfes verbunden weshalb darauf verzichtet wurde Im den restlichen Bereichen im Dachraum sowie den beiden Expansionsr umen vor und hinter dem Holzstapel in der Trocknungskammer herrscht eine weitgehend gleichm ige Verteilung der Str mungsgeschwindigkeit Luftstr mung bei offener Klappe hair HHHH Luftstr mung bei geschlossener Klappe Bild 28 Str mungsverteilung im Solartrockner 100 2 8 Simulation der solaren Trocknungsanlage Um in Abh ngigkeit von unterschiedlichen Umgebungsbedingungen Wetter Art der Bau h lle Holzmenge etc ein m glichst optimales Trocknungsregime erarbeiten zu k nnen wurde gemeinsam mit der Abteilung Energiewandlung des Instituts f r Kernenergetik und Energiesysteme IKE der Universit t Stuttgart ein Simulationsmodell entwickelt welches das thermische Verhalten dieser Anlage abbildet Unter Zuhilfenahme dieses Simulationspro gramms sollen unterschiedliche
74. werden f r Schnittholz bez glich der Kriterien mittlere Holzfeuchte Holzfeuchtestreuung und Verschalung drei Trocknungsquali t tsklassen definiert Exklusiv Qualit t und Standard Dabei soll den Anforderungen der Holzverarbeiter Rechnung getragen werden Die Klasseneinteilung und die dazugeh renden Grenzwerte sind in Tabelle 6 aufgezeigt Tabelle 6 bersicht ber die Qualit tskriterien f r Schnittholz 2 Wahl Standard Qualit t Exklusiv Mittlere Holzfeuchte d lt 40 mm Ohne Grenzen 3 3 2 2 15 1 15 d gt 40 mm Ohne Grenzen 3 3 42 5 1 2 5 2 2 Holzfeuchtestreuung d lt 40 mm Ohne Grenzen 4 offen 3 3 2 2 d gt 40 mm Ohne Grenzen 6 offen 4 1 4 3 3 Verschalung Sofort Stark M ig Leicht Leicht Nach 24 Stunden Stark Stark M ig Leicht Bei der mittleren Holzfeuchte k nnen die gemessenen Mittelwerte 2 2 5 4 um die jeweils aufgef hrten Prozentpunkte vom gew nschten Endfeuchtewert abweichen um die jeweilige Klasse zu erreichen Bei der Klassifizierung der Holzfeuchtestreuung wird ber cksichtigt da Holz ein Naturpro dukt ist das auch bei sorgf ltigster Trocknungsf hrung niemals vollkommen homogene Werte aufweist Deshalb d rfen 10 der gemessenen Werte au erhalb der vorgegebenen 44 Grenzen liegen Zum besseren Verst ndnis wird in Tabelle 7 beispielhaft eine Klassifizierung
75. zu trocknen Die Kontrolle aller wichtiger Parameter mit Hilfe eines mikroprozes sorgesteuerten Niedrigtemperaturregimes erlaubt die F hrung eines energieeffizienten Trocknungsprozesses und die Produktion von Qualit tsholz Die gut isolierende und abdich tende H lle der Trocknungskammer vermindert den Verlust von W rme Die Verbindung eines Standardgew chshauses aus seriellen Komponenten mit einem neuentwickelten Kon trollsystem verringert signifikant die Investitionskosten und den Energieverbrauch im Ver gleich zu konventionellen Trocknern 137 3 ANPASSUNG DER SOLARGESTUTZTEN TROCKNUNGSANLAGE FUR WEITERE PRODUKTE WIE MEDIZINALPFLANZEN MANIOK UND KAFFEE Um das Einsatzspektrum der zur Trocknung von Schnittholz und Tabak entwickelten solaren Trocknungsanlage zu erweitern sollte diese im Rahmen des Vorhabens auch fiir die Trocknung weiterer G ter angepa t werden Dazu mu te die Luftf hrung f r die Trocknung von st ckigen bzw krautigen G tern wie Medizinalpflanzen oder Sch ttg tern wie Kaffee umgestellt bzw angepa t werden Des weiteren wurde das Programm Mikroprozessorsteue rung insofern umgeschrieben da es einfach an die spezifischen Anforderungen einer Viel zahl von Produkten angepa t werden kann 3 1 Einleitung Hohe Nachernteverluste geringe Produktqualit t und wachsende Konkurrenz durch Import ware zwingt die brasilianische Landwirtschaft zu verst rkten Anstrengungen im Bereich der Nacherntetechnolog
76. zur Definition des TYPE9 ben tigten Parameter Parameter Nr Wert Bedeutung l 2 Schl sselwert es wird eine Benutzerdefinierte Datei eingelesen 2 Anzahl der Datenspalten die eingelesen wird 3 Das Zeitintervall in dem die Daten angegeben sind 4 7 10 1 gt i gt 18 DIE WERTE WERDEN UMGERECHNET 5 8 11 Multiplikationsfaktor 6 9 12 Additionsfaktor letzter 1 Die der Datei zugeordnete Nummer assign Befehl Letzter 0 Schl sselwert f r unformatiertes Einlesen 2 8 6 3 4 1 Unit 9 Unit 9 liest die Steuerwert Datei ein In dieser Datei befindet sich eine Spalte mit der Ziffer Eins Der Steuerwert wird bei der Berechnung der Variablen NENNERNIENULL ben tigt 120 2 8 6 3 4 2 Unit 10 Dieses Objekt liest Wetterdaten aus der Wetterdaten Datei ein Diese Daten stehen in Stun denintervallen zur Verf gung und werden f r k rzere Simulationszeitschritte entsprechend interpoliert Tabelle 15 Liste der Eintr ge in der Wetterdaten Datei Spaltel Zeilennummer Spalte2 Tag Spalte3 Monat Spalte4 Solare Gesamtstrahlung kJ h noch nicht ins Simulationsprogramm im plementiert Spalte5 Lufttemperatur C Spalte6 Relative Luftfeuchte Spalte7 Wassergehalt der Luft kg kg Spalte8 Windgeschwindigkeit m sec noch nicht ins Simulationsprogramm im plementiert Spalte9 Windrichtung
77. 0 Zeit min Ofen Rauchgas W rme ber trager Puffer Bild 52 Darstellung der W rmestromverl ufe von Ofen W rmepuffer und W rme ber trager unter Vollast mit konstanter Verbrennungsluftmenge 192 2500 2000 _ S 3 z 1500 a 10 1000 O 1 O S 5 500 0 0 0 20 40 60 80 100 120 Zeit min co2 co Bild 53 Verlauf der Emissionen von CO und CO im betrachteten Zeitraum unter Vollast mit konstanter Verbrennungsluftmenge 1 5 0 8 77 a J 4 S gt 0 6 gt g a S 0 4 ae i LR Ld 0 2 4 1 0 0 0 20 40 60 80 100 120 Zeit min Kesselwirkungsgrad Lambda Bild 54 Verlauf des Kesselwirkungsgrades und der Luft berschu zahl A unter Vollast mit konstanter Verbrennungsluftmenge 193 100 tT En nal gt 801 3 60 S a 40 3 20 j 0 0 20 40 60 80 100 120 Zeit min Wasser Wasser Luft WT WT WT Eingang Eingang Ausgang Luft WT Puffer Ausgang wasser Bild 55 Verlauf der Wasser und Lufttemperaturen am W rme bertrager sowie des W r mepufferwassers unter Vollast mit konstanter Verbrennungsluftmenge Die CO und CO Emissionen liegen bei diesem Versuch im Mittel bei 17 bzw 123 ppm vgl Bild 53 Die hohen CO Werte sind eine Folge eines Luftmangels Sekund rluft Be dingt d
78. 10 noch nicht ins Simulationsprogramm im plementiert 2 8 6 3 4 3 Unit 11 Aufgabe der Unit 11 ist das Einlesen der Regime Datei in der die Informationen tiber das an gestrebte Trocknungsregime enthalten sind 121 Tabelle 16 Liste der Eintr ge in der Regime Datei Spaltel Zeilennummer Spalte2 Tag Spalte3 Stunde am Tag Spalte4 Verlauf von Tsoll SC Spalte5 Verlauf von Holzfeuchteabgabe kg h Spalte7 Verlauf der relativen Luftfeuchte Kg kg 2 8 6 3 5 BID Type 56 Das TYPE 56 versteckt sich in dieser dck Datei hinter der Unit 40 Die Konfiguration macht die Angabe von 5 Parametern sowie der in der Datei secador inf geforderten Eing nge not wendig die in Tabelle 17 angegeben sind Tabelle 17 Parameter in Unit 40 Parameter 1 Nummer der Datei secador bld mit der Geb udebeschreibung Parameter2 Nummer der Datei secador trn mit den Transferfunktionen Parameter 3 Nummer der Datei W4 LIB DAT mit der Fensterbibliothek Parameter 4 1 f r Berechnung des internen Strahlungsaustausch zu jedem Zeitschritt Parameter 5 Faktor zur Berechnung der empfundenen Lufttemperatur Die ben tigten Dateneing nge werden beim Erstellen des TYPE 56 in der Datei Ist angege ben und werden in lauten in Tabelle 18 angegeben 122 Tabelle 18 Ben tigte Dateneing nge beim Erstelle
79. 14 m 2 ne 51 Ymo z 0 4156 kg Brennst Die W rmekapazit t des trockenen Rauchgases und des Wasserdampfes wird nach DIN 4702 T2 berechnet 87 F r die so berechneten W rmekapazit ten wird die Einheit Wh m3K ange geben aus 87 Abschnitt Db2 182 W rmekapazit t Rauchgas Rauchgas Rauchgas a 52 Cpa t 0 361 0 008 Ges 0034 Pres 52 j 9 co Rauchgas Rauchgas 2 gem Vol q ee oe a ir gt m C j 100 p 0 3 DRauchgas 02 Rauchgas CO Q2 gem Vol f 1000 C 1000 C i 100 W rmekapazit t Wasserdampf Rauchgas Rauchgas cp mon 0 414 0 038 Pete 003 Psat 53 Durch Multiplikation von q mit dem Heizwert H und dem Holzmassenstrom kommt man zum W rmestromverlust durch freie W rme des Rauchgases Se qda Hu MHolz 54 Der Holzmassenstrom wird aus der Beziehung 5 Som MHolz Nk gt 55 berechnet Der Kesselwirkungsgrad Ng wird nachfolgend noch bestimmt 183 4 3 12 2 W rmeverlust durch unvollkommene Verbrennung Der spezifische auf den Heizwert bezogene Verlust durch unvollkommene Verbrennung wird aus dem CO Gehalt des Abgases nach DIN 4702 Teil 2 berechnet 87 co em Vol V i PAi 12 64 i 104 q g Vol At 56 Hu Hieraus gewinnt man durch Multiplikation mit dem Heizwert und dem Holzmassenstrom den W rmeverluststrom durch unvollkommene Verbrennung 57
80. 19 HILLIS W E u A G BROWN Eucalypts for wood productio Griffin Press Limi ted Adelaide South Australia 1978 ST HR H P Progress towards the efficient kiln drying of Eucalyptus grandis Symposium on Forest Products Research International Achievements and the Futu re 1985 S 8 6 1 8 6 18 ANONYMOS HKS Die Handelsklassensortierung f r Rohholz mit erg nzenden Erl uterungen Ministerium f r l ndlicher Raum Ern hrung und Forsten Baden W rttemberg 1983 REISINGER G u W M HLBAUER Air bubble foil with weather strip fastening system an energy saving greenhouse cover Acta Horticulturae 281 1990 S 67 73 VERMAAS H F Case for the low temperature kiln drying of Eucalyptus grandis South African Forestry Journal 140 1987 S 72 77 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 230 VERMAAS H F u C J NEVILLE Low temperature drying of Eucalyptus grandis A preliminary laboratory evaluation Holzforschung 42 1988 Nr 4 S 265 271 BRUNNER R Wann miissen Sie sich heute fiir Vakuumtrocknen entscheiden 1999 BOFF V S H M ndliche Mitteilung ber konventionelle Trocknung von E grandis Aracruz 2000 CHAFE S C Relationships between shrinkage and specific gravity in the wood of Eucalyptus Australien Forestry 57 1994 S 59 61 BRUNNER R Wann m ssen Sie sich heute f r Vakuumtrocknen entscheiden 1999 SINVAL M ndliche Mitteilung
81. 2 9 8 VEerschaliner an ee e suaesucdu sensed a e gt 41 2 2 3 6 Verf rbungen aneinander 42 2 2 5 7 Qlalit tsklassikzierins s uses ya 43 2 3 Literatur berblick ber die bekannten Trocknungsverfahren f r Schnittholz 46 2 3 12 Freilufttrocktuns anne 2er LE 46 2 32 NOrtrockner EE a rn BE a 47 2 3 3 Konventionelle Trockner 00000ssensnesssseeenennnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn 47 2 4 25 2 3 3 1 Frischluft Ablufttrockner sce eects eect a 47 2 3 3 1 1 Niedertemperaturtrocknung unenn 50 2 3 3 1 2 Hochtemperaturtrocknung 22022mrnse essen 50 2 3 3 1 3 Normaltemperaturtrocknung uussseesseeeennenn 50 2 3 3 2 Kondensationstrockner 20 2220220442000snnorsnnennnnnnnnennnensnnernnennnnneen 51 23 33 Vakuumtrockner ea ee 53 2 3 3 3 1 Kontinuierliches Verfahren u en 53 2 3 3 3 2 Diskontinuierliches Verfahren 0 54 2 3 47 SOlAarttockler satte cdl Socata oe cs E cea ne a 8s He acest dale goal Ceca 56 2 0401 Gew chshaustrockner 22 2 a2 e ii a 57 2 3 4 2 Trockner mit separaten Kollektoren eseseeeseeeeseesreeresressesereereese 59 2 3 5 Aktuelle Forschungsvorhaben c ccssssscscssscsessncssssccesnseecnscesseccesnecsesnes 61 Beschreibung der im Rahmen des Vorhabens getrockneten Holzart Eucalyptus erandi sais neck A E ashe Vaca ca wh a asda ne caer aad A 68 2 4 1 Forstwirtsch
82. 5 500 0 0 0 20 40 60 80 100 120 Zeit min CO2 co Bild 60 Verlauf der Emissionen von CO und CO unter Vollast mit leistungsgeregelter Verbrennungsluftmenge station rer Bereich 40 min lt t lt 80 min 197 Innerhalb des Zeitintervalls 40 min lt t lt 80 min in dem der Zustand des Heizungssystems als station r bezeichnet werden kann wurden Brennraumtemperaturen von ber 1100 C gemes sen vgl Bild 58 Die mittlere Brennraumtemperatur betr gt hierbei 1014 C und die Vor lauftemperatur 90 C Wie beim vorangegangenen Vollastversuch mit manueller Regelung ist auch hier die Rauchgastemperatur mit durchschnittlich 321 C sehr hoch Im Mittel wird eine Nutzleistung von 77 kW vom Ofen erzeugt Bild 59 sie liegt somit um 9 kW ber der des vorangegangenen Vollastversuchs Von dem vom Ofen erzeugten Nutzw r mestrom nimmt der W rmepuffer 12 kW auf und der W rme bertrager gibt 65 kW an die Trocknungsluft ab Die Rauchgasw rmeverluste betragen in diesem Versuch 18 kW Die Emissionen verhalten sich ebenfalls hnlich wie beim vorangegangenen Versuch Der CO Austo bezogen auf das Abgasvolumen betr gt 16 5 und der CO Gehalt 198 ppm Die Folge dieser Abgaswerte ist ein kleiner Luft berschu von A 1 3 vgl Bild 60 und Bild 61 Der Kesselwirkungsgrad wird bei diesem Versuch im Mittel zu 80 berechnet Der noch verbesserungsf hige Kesselwirkungsgrad ist eine Folge der hohen Rauchgastemperatu ren
83. 6 2 6 1 Freilandtrocknune usage n a R EEE 86 2 6 2 Trocknung von Eukalyptus im Solartrockner 22002200 essen 88 2 6 2 1 1 Trocknungskurven uessssesssnsesssnnsnnnennnnensnnnannnn 88 2 9 2 122 Energiebedarf sn ereit ea ni s 92 20 2 13 H lzg alit t n ennan n E R 93 2 6 2 1 3 1 Form nderungen uene 94 202132 RIES er 95 2 6 2 1 3 3 Zellkollaps near 95 262 134 zHolzfeuehte zu 95 2 6 2 1 3 5 Verschalung u sun 96 2 6 2 1 3 0 Verf rbungen sungen 96 2 7 Str mungstechnische Untersuchung der solaren Trocknungsanlage 97 2 8 Simulation der solaren Trocknungsanlage c ccceseeeeseeceseeeeeeeeecseececeneeeenaeeeeaas 100 2 8 1 Energie und Stoffbilanzen u 8er san 100 2 8 2 Die Simulationssoftware TRNS YS cecccccccccccccsesessscsccccceseuseeessscesees 101 Des Da EES VA NE rar ende 101 2 8 2 2 Geb udesimulation u4s2a ee al eigeaaeaa 102 2 8 2 3 28mulationsmelhodik 6 2e iets des coe este Meum oncom ih pete entedeees 103 2 8 2 4 Grenzen der Simulation mit TRNSYS 0000 0 eee eeeeeeeeteeeetteeeeees 104 2 8 3 Beschreibung des erstellten Simulationsprogramms uueenn 104 2 04 gt Alleemen a ae a AS 104 2 8 5 Prinzip der ersten Programmversion seeseseessesereseesersresseseresresresrrsrreseeseese 105 2 8 6 Aktuelle Pro eran VCRs iM yeah ee es 106 PAA STA oa a 117A 1 re Eee 106 2 8 0 2 Aufbau des Typs ie et eg
84. 6 24 S haus Martawi Indonesien Gew chs jayaetal 7 haus 1976 6 6 7 1 6 2 1 2 2 Gough Fiji Gew chs 12 0 schw Eisen 2 Lk 1977 18 S haus PVC 2 Ventilatoren 1x1 7 kW Hoch USA k A 1978 40 N Klameckie USA k A 1978 30 N Aleon Frankreich Gew chs schw 4 Lk 1979 48 N haus 4 5 7 0 Aluminium 2 Ventilatoren Kunststoff 2x1 1 kW 5 3 5 6 1 2 5 0 2 5 0 0 0 0 schw Metall k A 67 560 Glas schw k A Aluminium 1 Ventilator k A schw Eisen 3 Lk Glas Kunststoff 2 Ventilatoren 2x1 0 kW schw Metall 2 Lk 56 000 gutes Trocknungsresultat jedoch Glas 2 Ventilatoren nicht wirtschaftlich schw Metall k A Glas Kunststoff schw Eisen k A Kunststoff 3 3 k A k A 3 k A Wengert USA Gew chs k A 4Lk 1976 40 N haus 3 7 Fiberglas 3 Ventilatoren Bois USA Gew chs schw Eisen 4Lk 1977 43 N haus k A Fensterglas 2 Ventilatoren 5 9 k A 5 k A 3 Ergebnis Trocknungsqualit t und anderes erreichte 7 10 U 30 40 schneller als Freilufttrocknung schneller als Freilufttrocknung 7 13 U 50 schneller als Freilufttrocknung gute Qualit t Untersuchung ber Energie verluste Anpassung an klimatische Ver h ltnisse gute Holzqualit t 10 langsamer als vorheriger Trockner 1967 erfolgreiche Trocknung nicht wirtschaftlich wirtschaftlich kann die Freiluft trocknung ersetzen schneller als Freiluftt
85. 70 und ein Raubbau an nat rli chen Ressourcen scheint unvermeidlich Nach einer Sch tzung von WOHLKE 1 waren in Lateinamerika 1980 26 Mio Menschen oder 8 der gesamten Bev lkerung akut und weitere 201 Mio Menschen dies entspricht 59 der Bev lkerung mehr oder weniger von Brenn holzknappheit betroffen Die Sicherstellung einer nachhaltigen Energieversorgung und Ver besserung der Qualit t landwirtschaftlicher Erzeugnisse ist deshalb sowohl aus sozialer wie kologischer Sicht gerade in strukturschwachen Gebieten von herausragender Bedeutung Aus globaler Sicht stellt vor allen Dingen die in den Regenwaldgebieten Brasiliens meist nicht nachhaltig betriebene Holzwirtschaft ein wichtiges im Brennpunkt internationaler Kri tik stehendes Problem dar Die Bundesrepublik Deutschland hat deshalb anl lich des Welt gipfels f r Umwelt und Entwicklung in Rio de Janeiro die Bereitschaft erkl rt deutsch brasilianische Projekte zum Schutz des Regenwaldes sowie der Erdatmosph re zu f rdern 2 Eng mit dieser Problematik verwoben ist die energetisch ineffiziente und stark um weltbelastende Herstellung von etwa 13 5 Mio m Holzkohle pro Jahr 2 4 Eine Substitu tion dieser vorwiegend zur Stahlerzeugung verwendeten Holzkohle durch Koks oder Holz kohle aus nachhaltig bewirtschafteten Plantagen ist dabei ohne gr ere Probleme realisierbar 5 Grundvoraussetzung f r die erforderliche Umstellung ist allerdings die M glichkeit Plantagen t
86. 87 durch die folgender Beziehung berechnet werden p 186C 0 78 5055H 0 701 0 21 8 Der Index f bezieht sich auf den festen Brennstoff F r die Elemente Kohlenstoff Wasser stoff Sauerstoff Stickstoff und Schwefel werden die jeweils in der Elementaranalyse ermit telten Werte herangezogen W rde im praktischen Betrieb jedoch nur diese Verbrennungs luftmenge zugef hrt werden k me es in Folge rtlich auftretenden Luftmangels zu erh hten Emissionen und unvollst ndiger Verbrennung Daher mu ein bestimmter Luft berschu vor herrschen der durch die Luftverh ltniszahl A ausgedr ckt wird Sie ist definiert durch A der Verbrennung zugef hrte Luftmenge L 9 4 3 7 1 Absch tzung der zugef hrten Verbrennungsluftmenge anhand von Me werten Zur Absch tzung der zugef hrten Prim r und Sekund rluftmenge in Abh ngigkeit der am Gebl se anliegenden Spannung wurden die Luftgeschwindigkeiten in den Prim r und Se kund rluftkan len bei unterschiedlicher Ventilatorspannung gemessen Die Messung wurde per Hand mit einem Hitzdrahtanemometer durchgef hrt F r jeden Luftkanal gab es zwei un terschiedliche Me stellen Die Messungen wurden am leeren und vollen Ofen durchgef hrt Aus vorangegangenen Brennversuchen des Ofens hat es sich gezeigt da der Ofen mit der Prim rluftklappenstellung 1 8 und ganz ge ffneter Sekund rluftklappe am besten brennt Die Prim rluftklappenstellung 1 8 bedeutet da die Pri
87. A k A k A 4 7 3 5 Land und Trockner Kammer Absorber und Luftklappen Ergebnis geograph typ volumen Kollektormat Luftzirkulation Trocknungsqualit t und ischer m und erial und elektrische anderes Tschernitz USA ext Koll 1986 43 N mit zus tzl W rme Haltbarkeit und Energieverluste wurden untersucht Sattar Bangla Gew chs schw gewelltes 2 Lk 1003 A 1989 desh haus Metall 1 Ventilator 23 N Glas 1x0 7 kW Exell Thailand Gewiichs schw Metall 6 Lk gute Qualit t 1990 17 haus Kunststoff 4 Ventilatoren Noves amp Spanien Gew chs 2 0 schw 2 Lk s Kap 4 Seco haus mit Aluminium 2 Ventilatoren 1990 Halbautom Glas 2x0 4 kW 20 0 Sattar Bangla Gew chs schw gewelltes 2 Lk 1003 s Kap 4 1990 desh haus 3 7 Metall 1 Ventilator 23 N Glas 1x0 7 kW gt Steinmann S dafrika ext Koll 0 43 Holz 4 Lk k A s Kap 4 amp Vermaas 35 S mit Voll 9 6 k A 2 Ventilatoren 1990 automatik 1x0 7 kW Sattar Bangla Gew chs 3 5 schw gewelltes 2 Lk 1075 s Kap 4 1992 desh haus 3 7 Metall 1 Ventilator 23 N Glas 1x0 7 kW Nutzleistung Wirkungsgrad max Vorlauftemperatur Betriebs berdruck Brennspalt max Brennholzeinwaage Wasserinhalt Gesamtbreite Gesamttiefe Gesamth he Stapelraum Breite x Tiefe x H he Prim rluftkanal Sekund rluftkanal Reinigungs ffnung f r W rmetauscherfl chen Anzahl der w rme bertragenden Rohr
88. Der Pufferspeicher ist ein Wasserreservoir das die nicht ben tigte W rme aufnimmt Die Anlagen k nnen somit auch bei geringem W rmebedarf mit Nenn w rmeleistung betrieben werden F r die Auslegen des Pufferspeichers f r Hausheizungsan lagen wird pro Kilowatt Heizleistung ein Speichervolumen von mindestens 25 Liter empfoh len Um einen Pufferspeicher aber sinnvoll nutzen zu k nnen sind mindestens 100 Liter pro kW Nennleistung erforderlich 82 Bei 100 Liter Speichervolumen pro kW erreicht man eine Vollastentnahme von ber 5 Stunden bei Halblast ca 10 Stunden Mit einem Pufferspeicher steht auch dann W rme zur Verf gung wenn der Kessel nicht in Betrieb ist Zu ber cksichti gen sind allerdings neben den mit dem Volumen stark ansteigenden Kosten eines Pufferspei chers auch die in erster Linie vom Temperaturniveau und der W rmed mmung abh ngigen Verluste Aus Gr nden der W rme bertragung sollte der Pufferspeicher auf einem m glichst hohen Temperaturniveau betrieben werden aus Gr nden der W rmeverluste auf einem m g lichst geringem 160 Regler F llschachtentgasungsklappe Brennstoff F llraum TMN HIN Rn WERE kl CJA i PD EAA ONY EYE bo NTN Gebl se 7 a Brennd se Q l x Schauloch lass Primarheizflache a N an Se re ON ey VANVIRVTENVTRNTRSITRSITRNTINTRTTRATSVANVTN Bild 44 druckseitigem Verbrennungsluftgebl se 86 Rauchrohr Rauchgasumlenkblech Nachschaltheizfl
89. Die Testl ufe zeigten da in der ersten Trocknungsphase die Steuerung ausschlie lich von den Feuchtesensoren bernommen wurde w hrend in der zweiten Phase der externe Thermo stat ebenfalls aktiv war In keinem der Tests wurde jedoch der Trocknungsprozess von dem internen Thermostat kontrolliert Getrocknet wurden vier Holzsorten Eiche Eukalyptus Platane Kiefer in vier unterschiedlichen Dicken 25 27 30 55 mm Simultan zu der solaren Trocknung erfolgte bei allen 10 Probetrocknungen eine Freiluft trocknung mit den selben Holzarten und Holzdicken damit die Trocknungsergebnisse der beiden Verfahren miteinander verglichen werden konnten 63 Bei der Auswertung stellte sich heraus da die solare Trocknung von Hartholz Eukalyptus und Eiche wirtschaftlicher war als die Trocknung von Weichholz Kiefer Ebenso war die solare Trocknung von dicken Chargen profitabler Die solare Trocknung war zwar im Som mer vier bis f nfmal schneller als im Winter jedoch war sie im Winter gewinnbringender Weiterhin zeigte sich da der Anfangsfeuchtegehalt des Holzes von gro er Wichtigkeit ist da die solare Trocknung erst ab einer Holzfeuchte von 80 schneller verlief als die Freiluft trocknung Trocknete man Holz mit einer Anfangsfeuchte von 70 80 bis zu einer End feuchte unter 20 verlief die Trocknung der solaren Anlage bis zu 3 5 mal schneller als die Freilufttrocknung Die Freilufttrocknung konnte nur in der Zeit von Mai bis Septe
90. Eichler 26 fa te diese Problematik in folgendem Satz zusammen In Bezug auf den Wasserentzug Holztrocknung ist Holz ein inhomogener Stoff der individuell behandelt werden mu 2 2 1 4 Holzfeuchtegleichgewicht Da Holz ein hygroskopisches Material ist und im chemischen Feinbau unter anderem aus Zellulose Makromolek len besteht die eine gro e Anziehungskraft gegen ber Wasser besit zen ndert das Holz bei wechselndem Umgebungsklima seinen Feuchtegehalt Bei einem stabilen Umgebungsklima stellt sich schlie lich ein Gleichgewichtszustand ein Unter Gleich gewichtsfeuchte oder auch Feuchtegleichgewicht versteht man diejenige Holzfeuchtigkeit auf die sich das Holz in Abh ngigkeit vom umgebenden Klima einstellt 25 Ausschlaggebend f r die Gleichgewichtsfeuchte sind die Einflu gr en Temperatur und rela tive Feuchte der Luft Diese Abh ngigkeit zeigt das Keylwerth Diagramm in Bild 3 welches auf umfangreichen Messungen an Holzproben von Sitka Spruce einer europ ischen Holzart beruht Die Holzfeuchtegleichgewichte einzelner Holzarten speziell die tropischer H lzer k nnen von diesen Werten um mehrere Prozent abweichen In der Praxis wird dieser Sach verhalt jedoch meist vernachl ssigt 13 Aus Bild 3 wird ersichtlich da das Holzfeuchtegleichgewicht mit sinkender relativer Luft feuchte stark abnimmt wohingegen der Einflu der Lufttemperatur wesentlich geringer ist Wie bei vielen anderen nat rlichen Produkte
91. Holz wurde im Rahmen des Vorhabens zusammen mit Industriepartnern zudem die gr te solargest tzte Trocknungsanlage der Welt gebaut Eine Serienfertigung wurde initiiert 19 Schlagw rter Solartrockner Eukalyptus Schnittholz Medizinalpflanzen Biomasseofen Simulation Brasilien Auf das F rderkennzeichen des BMBF soll auch in der Ver ffentlichung hingewiesen werden BMBF Vordr 3831 01 96 Document Control Sheet 3a Report Title Development and industrial series production of solar assisted drying plants for agricultural and forestal products in Brazil 3b Title of Publication 1 Secagem solar de madeira em escala industrial 2 Solar assisted drying of timber in industrial scale 3 For more publications see appendix of the final report 5 End of Project June 2000 6 Publication Date June 1999 July 2000 7 Form of Publication Journals Proceedings 4a Author s of the Report Family Name First Name s Bux Markus Bauer Konrad Muhlbauer Werner 4b Author s of the Publication Family Name First Name s Bux Markus Bauer Konrad M hlbauer Werner Rodriguez Augusto K hler Bernd 8 Performing Organization s Name Address 9 Originator s Report No j 0329759 11a No of Pages Report 11b No of Pages Publication 12 No of References 24 15 No of Figures Universit t Hohenheim Institut f r Agrartechnik in den Tropen un
92. ITZ Performance of a solar wood energy kiln in tropical latidudes Forests Products Journal 39 1989 Nr 1 S 23 30 STEINMANN D E Temperature control in a solar kiln Holz als Roh und Werk stoff 48 1990 S 287 291 STEINMANN D E Drying rate and air circulation in a fully automated solar kiln Holz als Roh und Werkstoff 48 1990 S 195 200 STEINMANN D E Design and testing of a solar kiln simulator Testing the solar kiln simulator Holz als Roh und Werkstoff 48 1990 S 445 448 53 54 55 56 57 58 59 60 61 229 STEINMANN D E Design and testing of a solar kiln simulator Design and control measures Holz als Roh und Werkstoff 48 1990 Nr 11 S 409 412 STEINMANN D E The effect of collector area and solar tracking in the perfor mance of a solar drying kiln Understanding the drying process A synthesis of theo ry and practice 3rd IUFRO International union of forestry research organizations conference on wood drying 1992 S 283 291 KLUG A Stand und Zukunftsaussichten der Abluftreinigungstechniken von Holz trocknungsanlagen Thesis DRW Verlag Leinfelden Echterdingen 1993 SERRANO O G BULL u D LEE Global wood resources production and inter national trade of forest products 1st international Seminar on Solid Wood Products of High Technology 1 st Meeting on Adapted Technologies of Sawing Drying and Use of the Wood of Eucalypts 1998 S 1
93. N haus Puerto Gew chs 12 ebene Platten Rico haus 2 6 2xKunststoff 4 Ventilatoren 18 N 1x1 1 kW Taiwan Gewiichs k A k A k A 24 N haus Kunststoff 1 Ventilator Gew chs 3 3 schw 2 Lk haus 1 7 Aluminium 2 Ventilatoren Polyester 2x0 7 kW Gew chs 1 1 schw gewelltes haus 10 8 Aluminium 1 Ventilator Kunststoff 1x1 3 kW Gew chs 2 8 k A 4 Lk haus k A Fiberglas 2 Ventilatoren kein Absorber PVC schw Metall 2xKunststoff 4 Lk 2 Ventilatoren 1x0 9 kW 4 Lamellen Uganda 0 N 2 Lk 4 Lk 2 Ventilatoren k A 4 Lk Fiberglas 2 Ventilatoren Bau kosten DM Ergebnis Trocknungsqualit t und anderes Ue min 7 8 keine Qualit tseinbu en k A erreichte niedrigere U und 25 71 k rzereTrocknungs zeiten als die Freilufttrocknung verhinderte durch Wetter ver ursachte Flecken und Trock nungssch den k A bessere Qualit t des getrockneten Holzes k A k A erreichte niedrigere Ue gute Holzqualit t k A schneller als Freilufttrocknung k A schneller als Freilufttrocknung 4 5 mal schneller als Frei lufttrocknung kein Deffekt k A Ue min 6 schnellere Trocknung und weniger Verzug als Freilufttrocknung schneller als Freilufttrocknung gute Holzqualit t k A k A trocknete bis 12 U schneller als Freilufttrocknung jedoch langsamer als konv Trocknung k A erreichte 9 U in 1 3 bis 14 der Zeit im Vergleich zur Freilufttrocknung err
94. O O O O O O O O O O O O Temperatur der Trocknungsluft am Lufteintritt in den Holzstapel Temperatur der Trocknungsluft in der Mitte des Holzstapels Temperatur der Trocknungsluft am Luftaustritt aus dem Holzstapel Solltemperatur der Trocknungsluft Oberfl chentemperatur der Luftpolsterfolie Taupunkttemperatur der Luft Temperatur der Umgebungsluft Maximale Temperaturdifferenz bis zum Erreichen des Kondensationspunktes Minimumtemperatur der Trocknungsluft Vorlauftemperatur der Zusatzheizung R cklauftemperatur der Zusatzheizung Holztemperatur am Lufteintritt in den Holzstapel Holztemperatur in der Mitte des Holzstapels Holztemperatur am Luftaustritt aus dem Holzstapel Temperatur des Absorbers Temperatur der Trocknungsluft am Anfang Absorbers Temperatur der Trocknungsluft am Ende des Absorbers Bodentemperatur im Trockner Feuchtewerte O O O O O Relative Feuchte der Trocknungsluft am Lufteintritt in den Holzstapel Sollfeuchte der Trocknungsluft Relative Feuchte der Umgebungsluft Holzfeuchte im Trocknungsverlauf elektrisch und gravimetrisch Anfangsfeuchte des getrockneten Holzes gravimetrisch Endfeuchte des getrockneten Holzes gravimetrisch 85 Regelgr en O O O O O O O ffnungsweite der L ftungsklappe ffnungszeit der L ftungsklappe Schlie zeit der L ftungsklappe Laufzeit der Heizungspumpe Laufzeit Magnetventil Befeuchter 1 Laufzeit Magnetventil Befeuchter 2 Laufzeit Ventilatoren
95. Programmversion noch nicht be r cksichtigt worden Die Sonneneinstrahlung hat jedoch Aufgrund des Aufbaus des Trockners einen nicht zu vernachl ssigenden Einflu auf das Anlagenverhalten Die Einbindung der Solarstrahlung in das bestehende Programm sollte jedoch kein Problem darstellen da TRNSYS grunds tzlich zur Berechnung des Strahlungseinflusses ausgelegt ist Die bestehende dck Datei mu lediglich um zwei Objekte des TYPE 16 Solar Radiation Prozessor erweitert werden Dieser TYPE 16 berechnet den t glichen Verlauf der Solar strahlung bezogen auf die im TYPE 56 definierten Orientierungen der W nde Um die Transparenz der Trocknerau enw nde zu erfassen ist es notwendig die Definitionen der W nde in der Geb udebeschreibung um ausreichend gro e Fensterfl chen zu erweitern Auf diese Art und Weise kann die transparente Luftpolsterfolie ohne gro en Aufwand ins Programm integriert werden Im Verlauf der Trocknung nimmt der Feuchtegehalt im Holz ab Dies bewirkt eine Abnahme der spezifischen W rmekapazit t des Holzes Dieser Sachverhalt kann im vorliegenden Si mulationsprogramm nicht ber cksichtigt werden da von TRNSYS s mtliche Geb udepara meter als konstant angesehen werden Aus diesem Grund wurde f r die W rmekapazit t des Holzes ein mittlerer Wert von 1kJ kgK angenommen Aufgrund der f r ein Geb ude relativ hohen Luftgeschwindigkeiten im Innern des Trockners ergaben sich Schwierigkeiten bei der Abstimmun
96. R ckseite des Trockners von Teilen der Seitenw nde sowie von einem Teil des Trocknerbodens umschlossen Die an die Nachbarzonen angrenzenden Umschliessungsfl chen sind als theoretische Luftwande definiert die den coupling Luftstrom gew hrleisten In der Klimazone wird die Luft auf den vom Trocknungsregime vorgeschriebenen Luftzu stand gebracht Die Energie und Feuchtemengen die hier umgesetzt werden sind ma gebend f r den Endenergieverbrauch o Die drei Holzzonen Die Holzzonen unterteilen den Holzstapel in drei Bereiche Diese Unterteilung erschien sinnvoll da so die in drei verschiedenen Querschnitten im Holzstapel angebrachten Me punkte am besten abgebildet werden k nnen und die Validierung der Rechenergebnisse er leichtert wird Jede Holzzone wird nach oben hin von einem Drittel der Absorberfl che nach unten vom Trocknerboden und zu den Seiten von entsprechenden Anteilen der Seitenw nde begrenzt Zu den benachbarten Zonen werden wie im vorangegangenen Fall wieder theoretische Luftw n de angenommen die die Definition der Luftumw lzung erm glichen Jeder Holzzone wird ein Teil des Holzstapels zugeordnet Das Holz wird als interne Wand abgebildet der ver dampfte Wasseranteil durch einen entsprechenden Feuchteeintrag 111 o Die Nachholz Zone Die zirkulierende Luftstr mung tritt in die Nachholz Zone ein nachdem die drei Holzzonen durchstr mt wurden Diese Zone ist w
97. Rotationsgeschwindigkeit Ventilatoren Sonstige Werte O O O O O O O O Globalstrahlung Diffuse Solarstrahlung Durchflu menge Hei wasser der Zusatzheizung Energiemenge Zusatzheizung Elektrischer Energiebedarf Geschwindigkeit der Trocknungsluft Druckabfall im Trockner Qualit t des getrockneten Holzes Verbrauch Holzhackschnitzel durch Zusatzheizung 86 2 6 Ergebnisse der Trocknung von E grandis in Brasilien 2 6 1 Freilandtrocknung Hauptnachteil der Freilandtrocknung von Schnittholz ist die starke Abh ngigkeit vom Klima bzw dem Wettergeschehen Dies kann gerade bei dem sehr empfindlichen jungen Holz von E grandis zu Sch digungen am Holz wie Hirnrisse Oberfl chen und Innenrisse Kollaps Spannungen und Verformungen f hren W hrend der Freilandtrocknung erreicht das Holz au erdem nur die Gleichgewichtsfeuchte der Umgebungsluft Diese schwankt in Brasilien je nach Jahreszeit und Standort zwischen 16 und 22 Diese Feuchten sind f r weiterverarbeitende M belindustrie nicht ausrei chend In Brasilien werden Sollfeuchten zwischen 10 f r Brasilia und 14 f r Belo Hori zonte ben tigt Eine h here Feuchte verursacht sp ter Verformungen an den hergestellten M belst cken Der Trocknungsverlauf ist neben den nat rlich vorgegebenen Bedingungen auch abh ngig von dem Aufbau der Holzstapel Somit ist ein geringes Ma an Kontrolle bzw Einflu nahme gegeben Es kann die Trocknung beschleunigt werden
98. Seitenw nde der beiden Trocknungsboxen k nnen zum Durchfahren der Anlage einfach entfernt werden und die an den beiden Stirnseiten der Anlage befindlichen Tore erlauben eine Durchfahrt Wird nicht die gesamte Trocknungsfl che ben tigt so ist ein getrennter Betrieb der beiden jeweils von einem eigenen Ventilator versorgten Trocknungsboxen m glich 3 4 1 3 Heizungssystem Um die Trocknung auch bei Nacht und bei unzureichender Einstrahlung zu gew hrleisten wurde eine Zusatzheizung installiert Sie dient dazu Witterungsschwankungen w hrend des Trocknungsvorganges abzupuffern Das Heizungssystem besteht aus einem Biomasseofen einem W rmespeicher und einem W rmetauscher in der Trocknungsanlage Der wasserge k hlte Ofen selbst hat ein Wasserfassungsverm gen von ca 500 1 Ein weiterer Wassertank mit einer Speicherkapazit t von 2500 ist ber ein Rohrleitungssystem mit dem Ofen verbun den Dieser Wassertank ist ebenso wie der Ofen selbst w rmeged mmt und dient zur Versor gung des Hei wasser Luftw rmetauschers im Inneren des Trockners Das Heizungssystem besitzt zur einfachen Regelung zwei nicht strikt getrennte Heizkreisl ufe Der erste von einer Umw lzpumpe bediente Kreislauf f rdert das Wasser durch den Ofen in den W rmespeicher Der zweite Kreislauf f rdert das Wasser vom W rmespeicher durch den W rmetauscher im Trockner Die Verrohrung der beiden Kreisl ufe ist dabei so angeordnet da das hei e vom Ofen kommende Was
99. UNIVERSITAT HOHENHEIM INSTITUT FUR AGRARTECHNIK IN DEN TROPEN UND SUBTROPEN Forschungsvorhaben 0329759 Bundesministerium fur Wirtschaft und Technologie BMWi ENTWICKLUNG UND INDUSTRIELLE FERTIGUNG SOLARGESTUTZTER TROCKNUNGSANLAGEN FUR LAND UND FORSTWIRTSCHAFTLICHE ERZEUGNISSE IN BRASILIEN ABSCHLUSSBERICHT Zeitraum 1 3 97 30 6 00 Projektleiter Sachbearbeiter Prof Dr Ing W M hlbauer Dr sc agr M Bux Dipl agr biol K Bauer Hohenheim Dezember 2000 Berichtsblatt T ISBN oder ISSN geplant 2 Berichtsat SchiuBbericht 3a Titel des Berichts Entwicklung und industrielle Fertigung solargest tzter Trocknungsanlagen f r land und forstwirtschaftliche Erzeugnisse in Brasilien 3b Titel der Publikation 1 Secagem solar de madeira em escala industrial 2 Solar assisted drying of timber in industrial scale 3 Weitere Ver ffentlichungen siehe Anhang AbschluBbericht Juni 2000 6 Verdffentlichungsdatum l i 4a Autoren des Berichts Name Vomame n Bux Markus Bauer Konrad M hlbauer Werner 4b Autoren der Publikation Name Vorname n Bux Markus Bauer Konrad M hlbauer Werner T Fomider Publikation Rodriguez Augusto K hler Bernd Zeitschrift Tagungsband lt Durchf hrende institution en Name Adresse 19 Ber Nr Durchf hrende Insitution Sot E BMBF IF Universit t Hohenheim l Institut f r Agrartechnik in den Tropen und Subtropen 495 Gar
100. W rme wird ber die beiden Warmwasserkreisl ufe abgef hrt Hat der Speicher seinen Maximalwert erreicht oder steigt die Ofentemperatur ber 95 C dies passiert normalerweise dann wenn der Trockner keine W rme mehr anfordert und der Speicher anschlie end ber einen gewissen Zeitraum weiter beheizt wurde wird der Ventilator abgeschaltet und durch den Kaminzug nur noch eine Restglut erhalten Bei erneuter W rmeanforderung des Trockners wird jetzt zun chst der Speicher auf einen bestimmten Mindestwert abgek hlt bevor der Ofen wieder angefahren wird Somit ist gew hrleistet da zu jeder Zeit ausreichend W rme zur Verf gung steht und der Ofen trotzdem ber relativ weite Bereiche im feuerungstechnisch g nstigen Vollastbe reich betrieben werden kann 144 3 4 1 4 Elektrische Antriebssysteme 3 4 1 4 1 Ventilatoren Wie erw hnt wird die Luft mittels zweier drehzahlgesteuerter Axialventilatoren mit einer Anschlu leistung von je 2 2 kW durch das Trocknungsgut gef rdert Diese sind am unteren Ende des Luftansaugschachtes vor den Unterflu Luftkan len positioniert Jeweils ein Venti lator bernimmt die Luftversorgung von zwei Luftkan len Pro Ventilator kann ein Gegen druck der Gutsch ttung von bis zu 400 Pa aufgebracht werden und die Str mungsgeschwin digkeit in der Gutsch ttung kann zwischen 0 01 und 0 5 m s eingestellt werden 3 4 1 4 2 Pumpen Zur Umw lzung des warmen Wassers in den beiden Heizkreisl u
101. adurch ergibt sich eine niedrige Luft berschu zahl A von 1 18 vgl Bild 54 Der Kes selwirkungsgrad betr gt hierbei 84 Die Aufteilung der Gesamtverluste ist in Bild 56 prozentual dargestellt Bedingt durch die relativ hohen Rauchgastemperaturen tr gt die im Rauchgas enthaltene Restw rme mit 90 zu den Gesamtverlusten bei 9 gehen ber die Ofenoberfl che und 1 ber den W rme puffer verloren Durch den geringen Kohlenmonoxidgehalt der Rauchgase sind die Verluste durch unvollst ndige Verbrennung so gering da sie nicht mehr im Prozentbereich liegen und daher auch nicht in Bild 56 ber cksichtigt wurden Zus tzlich ist in Bild 57 noch die Verteilung der Oberfl chenverluste des Ofens dargestellt Bedingt durch relativ hohe Oberfl chentemperaturen tragen die T ren trotz ihrer geringen Oberfl che bezogen auf die Gesamtoberfl che des Ofens mit 67 zu den Oberfl chenver lusten bei 194 Oberfl che W rmepuffer 9 1 Rauchgas 90 Bild 56 Prozentuale Verteilung der Gesamtverluste restliche Oberfl che 24 Stapel u Kaminraum T ren 67 Bild 57 Prozentuale Verteilung der Oberfl chenverluste 195 4 5 1 2 Automatische Regelung Bei dem hier beschriebenen Vollastversuch wurde der Ofen automatisch von der Mikropro zessorsteuerung geregelt bzw unter Vollast betrieben Hierzu wurden der Steuerung die Werte von Trocknungslufttemperatur und Feuchte entsprechend vorgegeben U
102. aftliche Bedeutung von Eukalyptus c ce ceeceeeeeeeeeeeeeeeteeeees 68 2 4 2 Spezifische Eigenschaften von Eukalyptus 20 0 0 cece eeeeeseeseecneeceteeeeeeeeaeees 68 2 4 3 Verwendetes Rohmatenal 2 2 eisen 70 Beschreibung der neuentwickelten solaren Trocknungsanlage 71 2 3 4 Struktur und Aufbau 23 tease ae 71 2 5 1 1 Abmessungen und Baumaterialien 00 cece esse eeeceeeeeeeeeeneees 71 2 5 1 2 Transparente Eindeckung aussen ann 13 2 5 2 Komponenten der solaren Trocknungsanlage cecceceeeeeceeececeeeeeeeteeeees 74 2 3 2 1 Heizungssystema iehenikhn peas isk aden RE 74 29 2 1 1 Bolark lleklor 2 ur Se utah Sea uaaea let ged ah iiis 74 2 9 2 1 2 W rmetauscher Geach ie s 74 2 5 2 2 Elektrische Anfriebssysteme su scale 75 2 9 22 1 Ventilatoren cne pr ep n T N R e ES EE 75 29 222 PUMPEN ee 76 2 5 2 2 3 Stellmotor f r L ftungsklappe n 76 2 022 045 Schaltschrank u ea 22er 76 29 2 3 Belelichlersystem 22 de hoes tons saunas a EE 76 2 33 Regeln ceni onone n n a a a a hinaus 71 2 5 4 Trocknung in der solaren Trocknungsanlage cceecceceeeeeceeeeeceteeeeeteeeees 78 2 5 4 1 Beschreibung des Trocknungsprozesses scceesseceesteceeseeeennees 78 2 5 4 2 Beschreibung des Trocknungsregimes sscceeseceesseceeeteeeenaees 80 2 3 3 3 Dalenerlassuns naar 83 2 6 Ergebnisse der Trocknung von E grandis in Brasilien 8
103. alts des Zonenvolumens hat Die Energiebilanz der Zone wird an diesem Luftknoten durchgef hrt Grundlage der Bilanz ist der Energieer haltungssatz Der Strahlungsaustausch zwischen den Oberfl chen wird separat gerechnet Die solaren Gewinne an die Zone finden indirekt Eingang in die Bilanzierung Die Strahlung wirkt ber den Umweg der Absorption an den H llfl chen der Zone und die nachfolgende konvektive W rmeabgabe an den Raum auf den Luftknoten bertragen Dies gilt auch f r den Strahlungsanteil interner W rmequellen Das thermische Modell der W nde basiert auf der sog Respons Faktoren Methode von Mitlas und Arsenault Vor dem eigentlichen Simulationslauf wird das thermische Verhalten der Wand als Transferfunktion berechnet auf die in der Simulation zugegriffen wird Die 103 Stoffwerte werden vor der Simulation als Konstanten festgelegt die Abh ngigkeit von physi kalischen Zustandsgr en wird vernachl ssigt 2 8 2 3 Simulationsmethodik Die dynamische Geb udesimulation wird in TRNSYS mit einem Unterprogramm dem TY PE 56 durchgef hrt Die Vielzahl der ben tigten Geb ude und Wetterdaten die Einflu auf das Geb udeverhalten haben werden zun chst extern zusammengestellt und dann dem ei gentlichen TRNSYS Simulationslauf durch entsprechende Eingabedateien bergeben Aus der Nutzung des Geb udes und der Geb udegeometrie ergibt sich die Einteilung in ther mische Zonen Mit den aus den Geb udepl
104. anisierung CO 3H gt CH H O Homogene Wassergasreaktion CO H O gt CO H Knallgasreaktion H 0 5 O gt H O Oxidation von Methan CH 0 5 O gt CO 2H CH O gt CO 2H Die Verbrennung des Entgasungsriickstandes Holzkohle erfolgt mit wenigen Flammreaktio nen bzw flammenlos und wird als heterogene Festphasenoxidation bezeichnet 75 Der Kohlenstoff in fester Phase C reagiert dabei mit dem Sauerstoff in gasf rmiger Phase Folgende Reaktionen laufen hierbei unter Prim rluftzufuhr ab 76 Oxidation von Kohlenstoff C 0 50 gt co I unvollst ndige Verbrennung C 0 gt CO U vollst ndige Verbrennung Boudouard Reaktion C CO gt 2CO II R ckreaktion Heterogene Wassergasreaktion C H O gt CO H IV unvollst ndige Verbrennung hydrierende Vergasung C 2 H gt CH V Folgereaktion von IV 155 4 1 3 Voraussetzung f r eine optimale Verbrennung Um einer optimalen Verbrennung m glichst nahe zu kommen m ssen die an der Verbren nung beteiligten Reaktionspartner optimal aufeinander abgestimmt sein Die Parameter f r eine optimale Verbrennung sind O Z nd und Verbrennungstemperatur O Verbrennungsluftmenge und Zuf hrung O Verweilzeit der brennbaren Gase O Durchmischung der Gase mit der Verbrennungsluft Unter dem Z ndpunkt eines festen Brennstoffes versteht man jene Mindesttemperatur bei der eine Brennstoffprobe soviel brennbare Gase abspa
105. bare Energie als Anergie Mit der Exergie einer W rme p 1 Q 63 folgt aus Gleichung 62 Ta Ta eg ea afi 1 he ha f T 64 m m F r die Exergiedifferenz folgt ferner eg ea Ae hpg ha T Sg Sa 65 Sg und s sind hierbei die Entropien am Ein bzw Austritt Ein Vergleich mit Gleichung 64 f hrt auf den thermodynamischen Mittelwert T der Temperatur _ hep ha SE SA Tm 66 Sieht man vom kritischen Zustandsbereich ab so darf die spezifische W rmekapazit t mit guter N herung als konstant vorausgesetzt werden Dann gilt bei isobarer Zustands nderung hp ha c T Ta 67 216 und T SE SA Cp of 68 A Fiir die Temperaturen der Trocknungsluft ergibt sich der thermodynamische Mittelwert der Temperatur aus Gleichung 66 67 und 68 zu TeL T ge EL Tar In TAL und fiir die Temperaturen des Wassers gilt 69 T _ Teno Ta no 70 m HO z no TA mo Bildet man aus den thermodynamischen Mittelwerten des Trocknungsluft und Wasser massenstroms am W rme bertrager die Temperaturdifferenz ATm Tm HO 7 Tmt 71 und tr gt sie ber der Leistung des W rme bertragers auf so erh lt man den im Bild 76 dar gestellten charakteristischen Kurvenverlauf Da es sich bei der dargestellten Kurve um eine Temperaturdifferenz handelt k nnen die Einheiten auf der Temperaturachse auch in C ange geben werden 217
106. benden W nde mehr oder weniger gut ged mmt sind Die Trocknung erfolgt nach dem Frischluft Abluftprinzip indirekt d h das Holz wird nicht der direkten Sonnenstrahlung ausgesetzt In Bild 11 wird der Aufbau eines typischen Gew chshaustrockners gezeigt Bei Gew chshaustrocknern kommt als W rmetr ger fast ausschlie lich Luft zum Einsatz Die Luftf hrung erfolgt mittels Ventilatoren Ein Vorteil dieses Systems gegen ber dem Trockner mit separaten Kollektoren ist die einfache und relativ kosteng nstige Konstruktion Probleme bereitet neben der W rmed mmung und der Klimaf hrung auch die W rmespeicherung Um die Abk hlung in den Nachtstunden und bei Schlechtwetterperioden zu verz gern wurden unter anderem Betonr hren und Steinsch ttungen als Speichermedium untersucht Bei den meisten Trocknern zeigte sich jedoch da die W rmespeicherung aufgrund des hohen Bau aufwandes sowie dem hohen elektrischen Energiebedarf f r das Be und Entladen des Spei chers unwirtschaftlich war Im Hinblick auf die W rmespeicherung im Holz erwies sich auch 58 die W rmed mmung des Trockners von gro er Bedeutung Au erdem sollte die M glichkeit bestehen die Luftbewegung mit Hilfe von Regeleinrichtungen zu steuern bzw anzuhalten da die Kollektorw nde in den Nachtstunden als K hler wirken k nnen 46 So RE NS Absorber IN l Zuluft klappe N Holzstapel Doppelte Verglasung Abluft klappe gt Bild
107. benstraBe 9 0329759 l l E 2 a 23 11b Seitenzahl Publikation 5 15 12 Literaturangaben 89 14 Tabellen 24 15 Abbildungen 78 13 F rdernde institution Name Adresse Bundesministerium f r Bildung Wissenschaft Forschung und Technologie BMBF _ 53170 Bonn 46 Zus tzliche Angaben 17 Vorgelegt bei Titel Ort Datum 18 Kurzfassung Bisher sind auf dem brasilianischen Markt f r viele wichtige Agrar und Forstprodukte keine geeigneten Trocknungstechniken vorhanden was zu hohen Qualit tseinbu en und Nachernteverlusten f hrt Ziel des Vorhabens war deshalb die Entwicklung und industrielle Fertigung einer konomisch und energetisch angepa ten Trocknungsanlage f r den brasilianischen Markt Zur Demonstration wurden mehrere solargest tzte Trocknungsanlagen f r Agrar und Forstprodukte wie Schnittholz Medizinalpflanzen und Maniok gebaut und wissenschaftlich untersucht Dabei konnte im Vergleich zu konventionellen Trocknungsanlagen eine erhebliche Verringerung der Investitionskosten sowie des thermischen und elektrischen Energiebedarfes nachgewiesen werden Im Vergleich zu traditionellen Sonnen bzw Freilandtrocknungsverfahren konnte eine erhebliche Verbesserung der Produktqualit t erzielt werden Bei der Trocknung von Schnittholz beispielsweise konnten die Trocknungskosten sowie der Energiebedarf um mehr als 50 reduziert werden Mit einer j hrlichen Trocknungskapazitat von 35 000 m
108. bgeschlossene Projekt konnte durch folgende Ergebnisse einen wichtigen Beitrag f r eine nachhaltige Verbesserung dieser Situation leisten O Auf dem brasilianischen Markt wurden langlebige auch f r eine Trocknung in industriel lem Ma stab geeignete und an die landestypischen Verh ltnisse angepa te solargest tzte Trocknungsanlagen f r Holz und andere Produkte wie Medizinalpflanzen Kaffe Fr chte en Res Gewiirze und Maniok verfiigbar gemacht Bislang existierten derartige Anlagen nicht Die erforderliche Entwicklung ware von den brasilianischen Partnern ohne Unterstiitzung von au en nicht zu bewerkstelligen gewesen Industrielle Fertigungstechnik und geeignete Materialien die essentieller Bestandteil einer preisg nstigen Massenproduktion solarer Trocknungsanlagen sind konnten entwickelt werden oder wurden an die spezifischen Anforderungen adaptiert Bei der Entwicklung und Planung konnten die deutschen Partner auch im Hinblick auf eine Nutzung in Deutschland wesentliche Erkenntnisse gewinnen F r einen sinnvollen und langfristig zuverl ssigen Einsatz von solaren Trocknungsanlagen ist unter den vorliegenden humiden Bedingungen der Einsatz einer Zusatzheizung zwin gend erforderlich Die auf dem brasilianischen Markt verf gbaren auf regenerative Brennstoffe gest tzten Heizsysteme weisen allerdings oft feuerungstechnische Wir kungsgrade von unter 30 auf Die Schadstoffemissionen sind aufgrund der unvollst n dig ablauf
109. chlie lich sind Gro trockner die fast immer aus Ganzmetall gebaut werden Die Verkleidung der zweischaligen Kassetten bestehen meist aus Reinalu AlMg oder aus AlMgSi 0 5 Sie erreichen mit einer D mmst rke von 60 100 mm eine W r medurchgangszahl von k 0 4 0 5 W m K Als Material f r die D mmung wird Steinwolle Glasfasermatten oder Polyurethanschaum ben tzt Bei dieser Bauart mu ein Fundament vor bereitet werden Eine nachtr gliche Vergr erung der Kammer ist aufgrund der Elementbau weise m glich Selbst eine Demontage und ein Wiederaufbau an anderem Ort kann bewerk stelligt werden Fr her wurden Gro trockner mit Gleiswagen beschickt Da diese Gleiswagen jedoch einen gro en Platzbedarf haben wird seit einigen Jahren der Beschickung mit Front oder Seitenstaplern der Vorzug gegeben Gro anlagen sind generell querbel ftet Die Axial ventilatoren k nnen entweder seitlich vom Holzstapel oder oberhalb einer Zwischendecke installiert werden F r die seitliche Installation spricht der geringere Energiebedarf Um eine gleichm igere Durchl ftung zu erreichen wird jedoch in der Praxis der L fter meist ober halb der Zwischendecke eingebaut Ventilatorenmotoren die f r hohe Umgebungstemperatu ren und eine hohe relative Luftfeuchte geeignet sind k nnen direkt in die Kammer installiert werden Dies hat zur Folge da weniger Ger usch entsteht W rmebr cken vermieden wer den und die Ger teabw rme genutzt wird 32 U
110. chluft die bei geschlossener Klappe angesaugte Umluft oder die bei teilweise ge ffneter Klappe angesaugte Mischluft wird ber den Absorber zum auf der gegen berliegen den Seite liegenden Luftkanal gesaugt und von den darin eingebauten Ventilatoren wieder durch die Trocknungsboxen gedr ckt Die seitliche L ftungsklappe ist 8 m breit und 1 65 m hoch Zur Absorption der einfallenden Solarstrahlung sowie zur Trennung von Dachraum und Trocknungsraum wurde wie bei der Holztrocknungsanlage ein Absorber aus schwarz beschichtetem Aluminiumtrapezblech ein gesetzt Die Absorberfl che betr gt insgesamt 56 m 3 4 1 2 Trocknungsboxen Wie in Bild 38 dargestellt wurden als Abdeckung der Unterflurkan le und des durchstr mten Bodens der Trocknungsboxen befahrbare Roste aus solargetrocknetem Eukalyptusholz ange fertigt Rost Binder Luftkanal Ventilator Schaltschrank O Q Q O 0 Abschrankung Bild 38 Trocknerboden mit Bel ftungssch chten de Jeder Rost hat eine Abmessung von 1x 2 m Es wurden insgesamt 28 Roste mit einer Fl che von 56 m ben tigt Vorteilhaft ist da die mit einem Tuch abgedeckten Roste leicht zu ent fernen sind Dadurch wird ein schneller Zugang zu den Luftkan len erm glicht um eventuelle Reinigungs oder Wartungsarbeiten durchf hren zu k nnen Da die Roste befahrbar sind wird die Beladung erheblich vereinfacht und die ganze Grundfl che des Trockners kann zur Trocknung genutzt werden Die
111. chshaus benutzt Durch den modularen Aufbau kann eine Anpas sung an unterschiedliche Gegebenheiten und Voraussetzungen erfolgen Der Trockner hat bei einer Dachneigung von 22 eine Firsth he von 4 8 m und eine Stehwandh he von 3 2 m Die L nge der Anlage ist aufgrund des modularen Konstruktionsprinzips im Raster des Binderab standes von 2 m variabel Der erstellte Versuchstrockner besteht aus 6 Binderfeldern und ist somit 12 m lang Die Breite betr gt 8 m Eingedeckt wurde der Trockner mit der auch bei den Holz und Tabaktrocknungsanlagen verwendeten hoch UV stabilisierten Luftpolsterfolie Die Giebel und die L ftungsklappe sind ebenfalls mit Polycarbonat Doppelstegplatten verkleidet W rmespeicher W rmetauscher Zusatzheizun BR Pumpe 2 Luftkanal Abschrankung Ventilator Bild 37 Querschnitt der solaren Trocknungsanlage Tl Das Fundament wurde 1 m tief ins Erdreich eingelassen Um die Luft von unten durch die als Satztrockner ausgebildeten Trocknungboxen zu f hren sind 4 Unterflur Luftkan le vorgese hen Jeweils zwei Kan le sind einem Ventilator zugeordnet Die Luftkan le sind jeweils 7 m lang und 2 m breit Hat die Luft das in den Trocknungsboxen befindliche Gut durchstr mt streicht sie entweder durch die entlang der Seitenwand befindliche ffnung in den Dachraum Umluftbetrieb oder durch die ge ffnete L ftungsklappe ins Freie Die bei ge ffneter Klappe von au en ange saugte Fris
112. cht so eine entsprechende Zu bzw Abfuhr von Feuchte bzw W r me notwendig um den geforderten Luftzustand zu erreichen Die abzuf hrende Feuchtemen ge wird vom TYPES56 in Form eines latenten Energiestroms ausgegeben Dieser abgef hrte latente Energiestrom wird ber die Verdampfungsw rme r in den entsprechenden Wasser massenstrom umgerechnet In einem weiteren Schritt wird dieser Wassermassenstrom in ei nen entsprechenden Luftaustausch umgerechnet der notwendig gewesen w re um die ge w nschte Feuchte in der Klimazone zu erreichen Dieser Luftaustausch ist abh ngig von den Differenzen im Luftzustand zwischen der Au enluft und der Luft in der Dachzone wo der Luftaustausch durch die L ftungsklappe stattfindet Der sensible W rmeanteil des so berechneten Luftaustauschs wird der Dachzone als Ersatz f r den Luftstrom durch die L ftungsklappe zu bzw abgef hrt So kann die mittlere Luft temperatur im Dachbereich bestimmt werden siehe hierzu Kapitel 2 8 6 3 3 Auf diese Art und Weise wird die separate Regelung von Temperatur und Feuchte berfl s sig Der Energieeintrag der L ftungsklappe wird in einen sensiblen und einen latenten Anteil zerlegt und dem System an verschiedenen Orten zugef hrt Dies f hrt im TYPES56 zu einer zu hohen relativen Luftfeuchte in der Dachzone da die Feuchte nicht durch die L ftungsklappe sondern durch den W rmetauscher abgef hrt wird Da die abgef hrte Feuchtemenge jedoch bekannt ist wi
113. chte kann Eukalyptus auch starke Schwankungen im Feuchtegehalt innerhalb eines Stammes aufweisen Dabei k nnen in einem Stamm Feuchten zwischen 50 und 170 auftreten Verallgemeinernd kann gesagt werden da die Feuchte im Splintholz h her ist als im Kern 58 Eukalyptus kann weiterhin wie viele tropische H lzer extremen Drehwuchs besitzen Drehwuchs kann am Stamm an einer drehenden Rindenf hrung und am geschnittenen Brett an einer gewellten Holzfaserung erkannt werden Starker Drehwuchs f hrt w hrend der Trocknung zu einer Verdrehung des produzierten Schnittholzes twist 58 Deshalb werden St mme mit Drehwuchs als geringwertiges Holz angesehen 59 70 2 4 3 Verwendetes Rohmaterial Bei den durchgef hrten Trocknungsversuchen wurden Bretter von E grandis mit einer St rke zwischen 18 und 42 mm verwendet Dabei wurden immer Sortimente mit Breiten zwischen 5 und 20 cm verwendet Da die Bretter immer auf Anschlag gestapelt wurden kann die Brett breite allerdings weitgehend vernachl ssigt werden Die Bretter wurden mit Band und Kreis s gen in einer Richtung parallel Backsawn aus St mmen mit einem Mittendurchmesser zwi schen 14 und 25 cm ges gt Dabei handelte es sich um 8 10 Jahre alte B ume die h ufig einen starken Drehwuchs aufwiesen Da die Plantagen urspr nglich f r die Produktion von Holzkohle angebaut worden sind wur de bei den S mlingen keine Selektion nach f r die Schnittholzproduktion wichtigen Qua
114. ckabfall von weniger als 10 Pa und ist in horizontaler Lage am r ckseitigen Giebel einge baut Die Erw rmung der durchstr menden Trocknungsluft erfolgt mittels warmem Wasser mit einer Maximaltemperatur von bis zu 90 C und einer Minimaltemperatur von etwa 60 C Zur W rmebereitstellung dient ein mit Holzhackschnitzel St ckholz oder anderer Biomasse beheizter Kessel 2 5 2 2 Elektrische Antriebssysteme Bei den elektrischen Antriebssystemen handelt sich im Wesentlichen um in der Trocknungs kammer angeordnete Verbraucher wie 5 Axialventilatoren 1 Stellmotor 1Magnetventil f r die Heizung und 2 Magnetventile f r den Luftbefeuchter Au erdem sind im Wasserkreislauf der Zusatzheizung die Heizungs und im Wasserkreislauf des Luftbefeuchters die Befeuchter pumpe installiert Daneben entsteht ein relativ geringer Stromverbrauch f r die Netzteile der Sensoren und der Steuerungsanlage die sich in einem au erhalb der Trocknungskammer an gebrachten Schaltschrank befinden 2 5 2 2 1 Ventilatoren Die Ventilatoren dienen zur Erzeugung eines st ndigen Luftstroms der das Holz im Trockner in horizontaler Richtung durchstr mt F nf drehzahlgeregelte Axialventilatoren mit einer ma ximalen Aufnahmeleistung von jeweils 1 6 kW befinden sich dazu in der Mitte des Trockners im Dachbereich Der maximale Luftvolumenstrom betr gt insgesamt 125 000 m h Die Luft geschwindigkeit zwischen den Brettern kann mittels der programmierbaren Regelung w
115. cken wachstum findet sich bei allen Gymnospermen und bei den meisten dikotylen Pflanzen F r die Holzgewinnung wichtigste Gruppe der Gymnospermen stellen die Coniferen bzw Nadel h lzer dar Von den dikotylen Pflanzen werden in erster Linie die Laubb ume zur Schnittholzverarbeitung verwendet H ufig werden H lzer in Hart und Weichh lzer eingeteilt wobei Dikotylenholz als Hartholz und Coniferenholz als Weichholz bezeichnet wird Im Allgemeinen trifft dies zu wobei aber vereinzelt auch Dikotylenholz sehr weich Balsaholz und Coniferenholz sehr hart Helmlocktanne sein kann Generell sind Dikotylenholz und Coniferenholz von ihrem Auf bau allerdings vollkommen unterschiedlich und m ssen anatomisch gesehen getrennt behan delt werden Wie in Bild 1 zu sehen ist Nadelholz weit aus einfacher aufgebaut als Laubholz Dies kommt daher da Dikotylenpflanzen von der Evolution her j ngere Pflanzen sind bei denen eine weitaus gr ere Anzahl von verschiedenen Zelltypen zu finden sind Der wichtig ste Unterschied besteht allerdings darin da Coniferenholz keine Gef e bzw Tracheen be sitzt 20 Bild 1 Links Nadelholz rechts Laubholz Allgemein gelten als Holz Wurzeln St mme und ste von B umen und Str uchern wobei zur Herstellung von Schnittholz fast ausschlie lich entastete St mme von B umen benutzt werden Durch die periodische Aktivit t des Cambiums werden Zuwachszonen oder Zu wachsringe gebildet Diese stehen in ge
116. cknungsproze vollkommen automatisiert ablaufen Zur Steuerung des Klimas im Solartrockner werden st ndig die gemessenen Ist mit den vorgege benen Sollwerten der Feuchte und Temperatur der Trocknungsluft miteinander verglichen Entsprechend der ben tigten W rme wird das 4 stufig regelbare Verbrennungsluftgebl se des Ofens von der Regelung geschaltet Ist der Bedarf an W rme im Trockner gedeckt oder steht gen gend Solarenergie zur Verf gung steht der Ofen still Die w hrend verschiedenen Betriebsphasen des Ofens ermittelten Ergebnisse werden aus Gr nden der bersichtlichkeit in Diagrammform dargestellt Die zeitlichen Mittelwerte der wichtigsten Gr en werden f r die Beurteilung der Ergebnisse zusammengefa t 4 5 1 Vollastbetrieb Beispielhaft f r den Vollastbetrieb wurden zwei Versuche ausgew hlt Diese beiden nachfol gend vorgestellten Vollastversuche wurden mit einer Holzeinwaage von je 150 kg gefahren Die Prim r und Sekund rluftklappen wurden fixiert Die Prim rluftklappe gab ungef hr 1 8 des Prim rluftkanalquerschnitts frei Die Sekund rluftklappe war vollst ndig ge ffnet Zur Erh hung der bersichtlichkeit der Diagramme wird nur der eigentlich interessierende quasi station re Zustand unter Vollast gezeigt Auf die Darstellung der Anbrenn und Aus brandphase wird verzichtet Das Zeitintervall zwischen zwei Messungen betrug eine Minute Der in den Diagrammen abgetragene Zeitraum betr gt zwei Stunden Bei d
117. d vgl Tabelle 24 Dadurch ergeben sich auch keine groBen Unterschiede im Heizwert Der mittlere Heizwert von wasserfreiem Holz liegt bei H rn 18790 kJ kg Die fl chtigen u w Bestandteile liegen bei ca 85 70 Der Wassergehalt des Holzes wirkt sich stark auf den Heizwert aus Durch den freigesetzten Wasserdampf werden die Brenngase verdiinnt Die Bestimmung des Heizwertes erfolgt nach DIN 51900 100 U Hehua D 100 5 U ist hier die Gutfeuchte des Holzes und wird ber die Beziehung folgende Formel berechnet 6 4 1 2 Kinetik der Holzverbrennung Die Vorg nge bei der Holzverbrennung sind komplex und nicht in allen Einzelheiten gekl rt Bedingt durch den hohen Anteil an fl chtigen Bestandteilen handelt es sich bei Holz um einen langflammigen Brennstoff Zun chst wird bei der Holzverbrennung durch die Trocknung das Wasser fl ssige Kompo nente verdunstet Die gasf rmigen Bestandteile werden im Proze der Pyrolyse freigesetzt und im Anschlu daran in einem homogenen Verbrennungsvorgang Gas Gas oxidiert Der 153 feste Entgasungsriickstand die Holzkohle verbrennt hingegen heterogen Feststoff Gas Die Vorg nge bei der Holzverbrennung sind in Bild 41 schematisch dargestellt Die Temperaturen bei denen die Holzinhaltstoffe entweichen sind ebenfalls aus Bild 41 zu entnehmen In der Literatur gibt es sehr unterschiedliche Angaben ber Zersetzungsreihenfol ge Zersetzungsbeginn und
118. d Subtropen 495 Garbenstra e 9 70599 Stuttgart 13 Sponsoring Agency Name Address Bundesministerium f r Bildung Wissenschaft Forschung und Technologie BMBF 53170 Bonn 16 Supplementary Notes 17 Presented at Title Place Date 18 Abstract For many agricultural and forestry products do not exist any adequate drying technologies in the Brazilian market so far This leads to high quality and postharvest losses Therfore the aim of the project was the development and industrial production of an economicaly and energeticaly adapted drying plant for the Brazilian market For demonstration purposes various solar assisted drying plants for agricultural and forestproducts like timber medicinal plants and manioc were installed and scientifically analysed The results showed a significant reduction of the investment costs and the thermal and electrical energy consumption compared to conventional dryers At the same time the product quality was significantly improved compared to traditional sun and open air drying In the case of timber for example the drying costs and the energy consumption were reduced by more than 50 Due to the very positive results the industrial partners installed the worlds largest solar assisted drying plant for timber with a total drying capacity of 35 000 m8 of timber per year Beside that an industrial production of the drying plant was initiated 19 Keywords solar dr
119. d mit Doppelstegplatten aus Polycarbonat eingedeckt Zum Schutz der Konstruktion vor mechanischer Besch digung beim Beladen werden die Aluminiumbin derrahmen an den Seiten der Trocknungskammer etwa 2 m hoch mit Mauerwerk ausgefacht Zum Be und Entladen des Trockners sind frontseitig Faltt ren installiert die es erm glichen den Trockner auf ganzer Breite zu ffnen Zwischen Satteldach und Trocknungskammer be findet sich eine horizontaler Absorber aus schwarzem Aluminiumblech Dadurch wird die durch das Dach einfallende Solarstrahlung in W rme umgewandelt und das darunter aufge stapelte Holz vor direkter Sonneneinstrahlung gesch tzt W rmetauscher Absorber Ventilatoren Befeuchter Holzatapel Zusatzheizung Bild 13 L ngsschnitt der solaren Trocknungsanlage of FR a 2 5 1 2 Transparente Eindeckung Die in Bild 14 dargestellte Eindeckung des Trockners besteht an den Seiten und an den Nei gungsflachen des Daches aus einer transparenten hoch UV stabilisierten PE EVA Luftpol sterfolie die eine Transmission von 83 fiir direkte und 68 fiir diffuse Strahlung aufweist 60 Aufgrund der hohen mechanischen Widerstandsf higkeit sowie der guten Lastverteilung durch das Befestigungssystem h lt die Luftpolsterfolie hohen Windgeschwindigkeiten von bis zu 140 km h sowie hohen Schneelasten stand Aus langj hrigen Erfahrungen in gem igten Klimaten kann auch in den Tropen von einer Haltbarkeit von
120. delt sich deshalb meist um einen vermeidbaren Trocknungsfehler Oo Hirnrisse Diese entstehen bei einer zu raschen Trocknung der Schnittholzenden da durch eine rasche Feuchtebewegung in Faserrichtung ein schnelleres Austrocknen dieser Berei che stattfindet Hirnrisse k nnen durch sorgf ltige Stapelung verschlie en der Hirnenden mit Wachsfarbe und richtige Trocknungsf hrung weitgehend vermieden werden O Innenrisse Innenrisse entstehen durch Verformungen infolge starker Feuchtegradienten w hrend der Trocknung Sobald die durch die trocknungsbedingte Schwindung auftreten den Zugspannungen gr er werden als die entsprechende Zugfestigkeit des Holzgewebes rei t es Deshalb entstehen diese Risse besonders an bereits vorhandenen Schwachstellen wie z B in Richtung der Markstrahlen also in radialer Richtung Auch hier handelt es sich meist um durch geeignete Trocknungsf hrung vermeidbare Defekte O Haarrisse Feine mehr oder weniger unbedeutende Oberfl chenrisse Laut DIN Norm 68366 k nnen sie vernachl ssigt werden wenn sie nicht tiefer als 10 der Brettst rke sind 13 38 2 2 5 3 Zellkollaps Darunter versteht man eine gro fl chige unregelm ige Schwindung Dies tritt vor allem bei unsachgem er Trocknung von sehr feuchten Laubh lzern auf Bei zu rascher Trocknung entstehen durch kapillaren Sog Kr fte im Holz die schon vor dem Unterschreiten der Faser s ttigung zu Zelleinbr chen f hren k nnen Bild 5 D
121. dem regelm ig zu einer Wiederbe feuchtung des Gutes Dadurch verl ngert sich der Trocknungsvorgang und die Qualit t sinkt Auch sind die Kaffeekirschen nicht vor Insekten und Nagern gesch tzt Aus diesem Grunde 139 besitzt Ware die mit diesem Trocknungsverfahren getrocknet wurde h ufig nur eine geringe Qualit t Diese Methode wird haupts chlich von Kleinbauern angewandt Eine andere h ufig in gr eren Betrieben praktizierte Art der Trocknung erfolgt in soge nannten Trommeltrocknern Bei diesem Verfahren erfolgt die Trocknung wesentlich schnel ler da das Gut mit h heren Temperaturen getrocknet wird Allerdings sind die Trocknungs kosten dieses Verfahrens ebenso wie der Energiebedarf hoch Dies liegt insbesondere daran da die zugef hrte Energie nicht effizient genutzt wird und die Steuerung unzureichend ist Daher kommt es auch h ufig zu Qualit tsm ngeln durch berhitzung der Kaffeebohnen oder eine Kontamination durch die meist direkt eingeleiteten Verbrennungsgase 3 3 Medizinalpflanzen Die meisten Medizinalpflanzen werden mit einer relativ hohen Gutfeuchte zwischen 70 und 90 geerntet und m ssen zum Erhalt der wertgebenden Inhaltsstoffe sehr rasch getrocknet werden Um ein lagerf higes Produkt zu erhalten mu die Gutfeuchte in der Regel auf Werte unter 11 gesenkt werden Dementsprechend betr gt der Aufwand an fossiler Energie bei orts blichen Trocknungsanlagen 1 bis 2 Liter Heiz l pro kg getrocknetem
122. denen Verwendungszwecken g ltig f r Mitteleuropa ver ndert nach Brunner 13 Verwendungszweck Holzgleichgewichtsfeuchte Bauholz im Freien 16 25 Fa dauben 17 20 Sportger te Werkzeuge und Gegenst nde die vorwiegend im 12 16 Freien verwendet werden Au enfenster und Au ent ren 12 15 Schlafzimmer und K chenm bel mit Ofenheizung 10 12 Wohnzimmer und B rom bel mit Ofenheizung 8 10 M bel M belteile Zimmert ren Innenausbau mit dauernder 6 9 Beheizung z B Warmwasser Zentralheizung Radio und Fernsehgeh use Musiktruhen Parkett 6 8 Sperrplatten Schichtholz Musikinstrumente 5 7 Da sich diese Werte auf mitteleurop ische Klimaverh ltnisse beziehen ist bei der Verwen dung des Holzes in L ndern mit anderen klimatischen Verh ltnissen die sich ver ndernde Holzfeuchte zu ber cksichtigen 2 2 1 5 Schwinden und Quellen von Holz Im Bereich vom Fasers ttigungspunkt bis zum vollkommen trockenen Zustand ist jede Abga be oder Aufnahme von Wasser mit Schwinden oder Quellen des Holzes verbunden Dieses Arbeiten des Holzes geschieht entsprechend der ungleichm igen anisotropen Holzstruk 26 tur in den drei anatomischen Hauptachsen in ungleichem Ausma 14 Das Ausma des Schwindens und Quellens steigt proportional mit der Abgabe oder Aufnahme von gebunde nem Wasser und mit der Rohdichte des Holzes Daraus wird ersichtlich da jede Holzart
123. der Atmosph re zu da Holz als Kohlenstoffspei cher fungiert Der Wald ist daher aus konomischer und kologischer Sicht ein wesentlicher Baustein des Weltwirtschaftssystems und einer nicht nachhaltigen Nutzung mu im Interesse von Produzenten und Konsumenten entgegengewirkt werden Eine Verringerung von unn tigem Holzverbrauch kann sowohl durch eine sachgem e Ver arbeitung und Verwendung des Rohstoffes Holz stattfinden als auch durch eine Erh hung der Haltbarkeit von Holzprodukten Frisches Holz mu vor der Verarbeitung zu hochwertigen Produkten ausreichend stark getrocknet werden da es ein hygroskopisches Produkt darstellt das im Laufe der Zeit in einen Gleichgewichtszustand mit der Umgebungsluft tritt Feuchte abgabe bzw Feuchteaufnahme sind dabei mit Schwinden und Quellen also einer Formver n derung verbunden Bei der einfachsten Form der Holztrocknung im Freiland kann aufgrund der nicht steuerbaren Umwelteinfl sse die Qualit t des getrocknetem Holzes nicht garantiert werden Es entstehen demzufolge h ufig sehr lange Trocknungszeiten hohe Verluste und Qualit tsbeeintr chtigungen Weiterhin k nnen die f r eine Anwendung im Innenbereich notwendigen niedrigen Feuchten generell nicht erreicht werden 13 Unter mitteleurop i schen Klimabedingungen beispielsweise k nnen bei einer Trocknung im Freien nur End feuchtewerte von ca 15 18 erreicht werden Bei den blicherweise hohen Anspr chen an die Formbest ndigkeit soll
124. des Wassers kJ h 5 Gesamtenergiebedarf der Anlage kJ h 2 8 6 3 7 Bildschirmausgabe Unit 60 TYPE 65 ist ein hilfreiches Objekt zur direkten Bildschirmausgabe von Berech nungsdaten bei laufender Simulationsrechnung Die Berechnungsdaten werden bei laufender Simulationsrechnung in Form eines Diagrams online auf dem Bildschirm dargestellt Die Darstellung kann individuell durch die entsprechende Konfiguration der Parameter des TYPE 65 angepa t werden Tabelle 20 Liste der Parameter im TYPE 65 Parameter Beschreibung 1 2 Anzahl der darzustellenden Variablen auf der linken bzw rechten Y Achse 3 5 Unterer Wert der linken bzw rechten Y Achse 4 6 Oberer Wert der linken bzw rechten Y Achse 7 8 Gr e des Zeitschrittintervalls zum Aktualisieren der Darstellung bzw der nu merischen Werte 9 Gew nschte Zeiteinheiten 1 sek 2 min 3 std 10 Anzahl der Darstellungen pro Simulation 11 Schrittweite der Hilfslinien OAR 12 1 Nach jeder vollst ndigen Bildschirmdarstellung unterbrechen 0 automatisch fortfahren 13 1 Symbole 2 farbige Linien 14 An Ausschalter f r Bildschirmdarstellung 2 8 6 3 8 Ausgabedateien Die Units 71 und 72 sind beide vom TYPE 25 Sie dienen dazu errechnete Simulationsdaten in externe Dateien abzuspeichern Die Konfiguration macht die Angabe von 5 Parametern notwendig Tabelle 21 Liste der Parameter zur K
125. durch Sonneneinstrahlung von bis zu 150 kW eingebracht Durch diesen solaren Anteil an der W rmezufuhr wird Brennstoff zum Beheizen des W rme tauschers eingespart Die Leistung der Ventilatoren geht ebenfalls in die Gesamtw rmebilanz ein Die Feuchtebilanz wird ma gebend durch den vom Holz an die Luft abgegebenen Wasser dampf bestimmt Durch den Luftaustausch ber die L ftungsklappe mu gerade soviel Was serdampf abgef hrt werden da die Feuchtegrenzen f r die relative Feuchte eingehalten wer den k nnen Der Befeuchter kommt in Intervallen zum Einsatz um die Holzoberfl che wie der zu befeuchten oder wenn die geforderte Mindestluftfeuchte nicht eingehalten werden kann Dieser Fall tritt in der Praxis jedoch nur selten auf 2 8 2 Die Simulationssoftware TRNSYS 2 8 2 1 Allgemein TRNSYS Transient System Simulation Program ist ein Programmpaket zur Berechnung des thermischen Verhaltens von Geb uden einschlie lich der aktiven und passiven Komponenten zur Energieversorgung z B Heizkessel W rmeverteilsysteme Kollektorsysteme und zur Bilanzierung der auftretenden zeitabh ngigen Energiestr me TRNSYS wurde urspr nglich f r die detaillierte Analyse von Geb uden mit aktiver Solartechnik entwickelt Heute sind sowohl passive Solarkomponenten als auch herk mmliche Heiz und K hleinrichtungen als vorgefertigte Simulationskomponenten erh ltlich 102 Der Vorteil von TRNSYS besteht in seiner Flexibilit t und
126. e Innendurchmesser der w rme bertragenden Rohre L nge der w rme bertragenden Rohre Stapelraum Reinigungst re Vorlauf R cklaufanschlu Durchmesser Kamin H he Kamin Blechst rke der feuerbeaufschlagten Fl chen W rmed mmung Tabelle A 2 Technische Daten und Abmessungen des Unterbrandofens 90 0 5 2x 50x180 180 530 1300 750 1800 650 x 600 x 1200 600 x 5 2x 40 x 40 300 x 400 12 50 1044 450 x 450 11 4 200 5000 6 50 Tabelle A 3 Abmessungen Feuerungsrost u ere Abmessungen 630 x 290 x 100 Mischkammer 50 x 180 x 100 Sekundarluftkanal 40 x 40 x 290 Verbindungskanal 5 x 180 x 60 Drahteinlage O5 Fl chenbezogene W rmeleistung 2 3 2 4 bertragene Leistung Vorlauft 90 C Massenstrom W rmetr ger Wasser Betriebsdruck Trocknungsluftmassenstrom 20 1 Rohranordnung versetzt Anzahl der Rohreihen Rohre pro Rohrreihe Rohrdurchmesser verzinktes Stahlrohr Rohrl nge Lamellen aus Wei blech 81 Abmessung der Lamellen Lange x Breite x Dicke 600 x 300 x 0 5 Wasserverteiler und Sammler 980 x 340 x 100 Anschlu Vor R cklauf 1 1 4 St tzrippen 2x 980 x 340 x 1 Tabelle A 5 Erg nzung zum Mefistellenplan MeBstelle Me gr e Anzahl der Me ort une TIRI Temperatur H Stapelraum oben _ TIR2 Temperatur H Nachbrennkammer_ __ _ _ TIR3 Temperatur sf Kamineingang Ofenisolierung oben Ofen leer
127. e Trocknung vermindert werden Bild 24 Weitere Verformungen wie sog Cup und Bow nahmen durch die Trocknung ebenfalls zu waren aber unabh ngig von den jeweiligen Trocknungsbedingungen Diese Verformungen konnten auch unter noch sanfteren Trocknungsbedingungen nicht vermieden werden und traten in der Regel vorwiegend bei sehr jungem Holz auf Sie wurden deshalb dem nur 7 9 Jahre alten Ausgangsmaterial zugerechnet und als nicht vermeidbar angesehen hnliche Beobachtungen wurden auch bei einer Unter suchung von Chafe gemacht 65 16 5 ow 14 4 212 aa Fin 8 7 3 g 07 Ss 4 0 A 54 59 64 69 74 79 84 Trocknunsdauer d Bild 24 Zunahme der Verdrehung von 42 mm E grandis Bretter bei Verk rzung der Trocknungszeit 95 2 6 2 1 3 2 Risse Sowohl Oberfl chen als auch Innenrisse war in allen Trocknungen kein Problem und konn ten durch die vorgeschlagenen Trocknungsregime auf ein unbedeutendes Ma reduziert wer den 2 6 2 1 3 3 Zellkollaps Zellkollaps Konnte bei den vorgeschlagenen Trocknungsregimen nicht beobachtet werden Allerdings wurden bei Brettern die Kernholz enthielten Deformationen beobachtet die aller dings auf eine stark unterschiedliche Dichteverteilung zwischen Kern und Splintholz zur ck gef hrt werden konnten Dementsprechend sind diese Ver nderungen physikalisch bedingt und k nnen nur durch eine nderung des Brettzuschnittes nicht aber durch die Trocknung selbst vermi
128. e Balken oder Bretter aus d n Ds nen St mmen Die unvermeidlichen Verformungen k nnen aber durch unsachgem e Trocknung zum Beispiel einseitige Warmeeinwirkung oder zu rasche Trocknung verstarkt werden Andererseits k nnen sie durch Beschweren oder Verspannen des Holzes w hrend dem Trocknen vermindert werden 2 2 2 Einflu der trocknungsklimatischen Parameter 2 2 2 1 Temperatur Bei allen Trocknungsvorg ngen spielt die Temperatur eine gro e Rolle da die Geschwindig keit des Feuchtetransportes im Gut in erster Linie von der Temperatur abh ngt Daneben wird das maximale Wasseraufnahmeverm gen der Luft ma geblich von der Temperatur bestimmt Bei der Holztrocknung ist aber nicht nur die Beachtung der Temperatur der Trocknungsluft sowie der mittleren Holztemperatur sondern auch der Temperatur der Holzoberfl che wich tig da diese Temperaturen voneinander abweichen k nnen Solange an der Oberfl che gen gend Wasser verdampft stellt sich dort die K hlgrenztemperatur ein Erst wenn nicht mehr gen gend Wasser aus den inneren Holzschichten nachgeliefert werden kann steigt die Ober fl chentemperatur bis zur Angleichung an die Lufttemperatur an Die Oberfl chentemperatur wiederum ist entscheidend f r die durchschnittliche Holztemperatur da durch W rmeleitung von der Oberfl che zu den inneren Schichten ein st ndiger Ausgleich erfolgt Die Oberfl chentemperatur des Holzes wird neben der Verdunstungsrate durch die
129. e der Gabel Brettst rke Bild 8 Schablone zur Bestimmung des Verschalungsgrades einer Holzprobe nach 36 46 2 3 Literatur berblick ber die bekannten Trocknungsverfahren f r Schnittholz 2 3 1 Freilufttrocknung Neben dem Umluftkammerverfahren dominiert weltweit bei der Schnittholztrocknung nach wie vor das Freiluftverfahren Im Gegensatz zur konventionellen Trocknung ist das Freiluft verfahren ein witterungsabh ngiger Proze dessen Ablauf kaum beeinflu t werden kann Die Trocknung erfolgt durch Sonne und Wind und basiert auf der Tatsache da Holz sich mit der Zeit immer auf die Umgebungsfeuchte einstellt Deshalb ist der Erfolg der Freilufttrocknung sehr stark vom Klima und vom Standort abh ngig Die Trocknung erfolgt entweder in freier Luft auf dem Holzplatz oder in offenen Schuppen Unter mitteleurop ischen Klimabedingun gen mit deren jahreszeitlichen Schwankungen sind allerdings nur Endfeuchten bis etwa 15 m glich 14 Da das Holz jedoch f r die meisten Anwendungen niedrigere Endfeuchtege halte aufweisen soll eignet sich in dieser Region die Freilufttrocknung vor allem zum Vor trocknen des Holzes d h es mu ein technischer Trocknungsproze folgen Die meisten H l zer k nnen prinzipiell im Freien vorgetrocknet werden Empfindliche Holzarten m ssen je doch zur Verhinderung von Verf rbungen von Anfang an unter Dach getrocknet werden Zu diesen H lzern geh ren unter anderem Ahorn Birke Birnbaum F hre B
130. ea i 135 ANPASSUNG DER SOLARGEST TZTEN TROCKNUNGSANLAGE F R WEITERE PRODUKTE WIE MEDIZINALPFLANZEN MANIOK UND KAFFEE zimne e a aaa T a a a a dees 137 Debs Eimleiiune aena a a A S 137 3 2 Kaffeetrocknung in Minas Gerais u 138 33 Medizinalpf lanze ee AE EEE 139 3 4 Beschreibung der solaren Trocknungsanlage 2220022000ensnsenssnnensnneennnnn 140 FJAL Struktur nd A fba easy a ek ct e A Got ec Get eas 140 3 4 1 1 Abmessungen und Baumaterialien cece eeceesseceesteeeenteeeenes 140 3 5 3 6 3 41 27 Trocknung sbok n n a8 i si 141 eA Fe Heizung ssyste M reelle 142 34 13 11 Solark lleker enm n ine 143 3 4 1 3 2 W rmetauscher en ae 143 3 4 1 4 Elektrische Antriebssysteme ccccescceceseceesseceeseeeeeseeeenseeeenee 144 3 41 41 Yentlatoren 22 ee ea 144 34 14 22 Pumpen een isn asstte 144 34 143 L ft ngesklappe n tee ee 144 3 4 1 4 4 Heizungs Saugzugventilator eeen 144 Reselun EEE 145 Trocknung in der solaren Trocknungsanlage cccccescecescceceeeeeceeeeeesneeeenneeeesaes 145 3 6 1 Trockn ngsregime usa ein hass 145 3 0 2 Bisherige Er Ge DINSSC a sen DE I 147 ENTWICKLUNG UND OPTIMIERUNG EINES BIOMASSEOFENS F R SOLARGEST TZTE TROCKNUNGSANLAGEN ccssssssssssseeseeeseesneeeesneeneneenneeee 149 4 1 Grundlagen f r die Verbrennung von Holz uussssesssssesssnnesssnnsnnnennnnenennn 151 4 1 1 Heizwert von Holz
131. eden werden 2 6 2 1 3 4 Holzfeuchte Im allgemeinen war die Verteilung der mittleren Holzfeuchte der Bretter innerhalb der La dung sehr uniform Am Ende des Ausgleichs bzw Trocknungsprozesses war kein signifi kanter Unterschied zwischen dem Holz am Eingang und am Ausgang des Luftstroms zu be obachten Aufgrund der gro en Dichteunterschiede waren aber im Vergleich zu anderen Holzarten st rkere Feuchteschwankungen zwischen einzelnen Brettern sowie zwischen den Me stellen innerhalb eines Brettes zu beobachten 96 2 6 2 1 3 5 Verschalung Wie ein in Bild 25 dargestellter Vergleich der Spannungen von Holz aus dem Trockner mit freilandgetrocknetem Holz zeigt kann die Verschalung des Eukalyptusholz durch milde Trocknungsbedingungen verbunden mit Wiederbefeuchtungsintervallen deutlich verringert werden 100 95 90 1Solartrockner 80 4 M Freiland 70 60 54 50 7 40 31 30 7 10 15 0 leicht mittel hoch Verschalung Anteil Bild 25 Vergleich der Verschalung im Solartrockner mit Freiland 2 6 2 1 3 6 Verf rbungen Bei dem im Solartrockner getrockneten Holz konnten keine Verf rbungen festgestellt werden Das zu Anfang sehr klare Holz beh lt bei einer schnellen Beladung des Trockners seine Farbe weitgehend bei Verf rbungen fanden bei Eukalyptusholz verst rkt im Freiland statt wo durch Ben ssung mit Regen und direkte Sonneneinstrahlung die Oberfl che des Holzes
132. eichte 12 U in 1 3 bis der Zeit im Vergleich zur Freilufttrocknung k A Land und Trockner Kammer Absorber und Luftklappen geograph typ volumen Kollektormat Luftzirkulation ischer m und erial und elektrische Breiten Kollektor AnschluB verh ltnis Leistung m m i Philip Gew chs schw gewelltes 3 Lk i pinen haus 10 8 Aluminium 1 Ventilator 15 N Kunststoff schw k A Aluminium 1 Ventilator Glas k A 4 Lk k Polyester 2 Ventilatoren k A 4 Lk k Fiberglas 2 Ventilatoren Martinka Ghana Gew chs 1969 7N haus Gueneau Madagas Gew chs 1970 kar haus 19 S Wengert USA Gew chs 1971 40 N haus Sharma Indien Gew chs schw 4 Lk et al 30 N haus Sperrholz 1 Ventilator 1972 Kunststoff 1x0 7 kW 13 Plumptre Uganda Gew chs schw 4 Lk 1973 0 N haus Aluminium 4 Ventilatoren Polyester 2x1 5 kW 1 1 5 0 1 1 2 8 A 2 8 A 3 5 3 6 3 0 2 6 gt gt Read Australien ext Koll 3 9 schw Metall k A et al 34 S mit W rme 14 4 Glas 1973 speicher schw 4Lk Sperrholz 1 Ventilator Kunststoff 1x0 7 kW Sharma amp Indien Gew chs Kukretti 30 N haus Australien ext Koll 34 S mit W rme speicher Cuppet amp USA Gew chs Craft 40 N haus 1975 Sharma Indien Gew chs 1975 30 N haus Campbell Australien ext Koll Stevenson 35 S Steinspeich 1976 er Vital Brasilien Gew chs 197
133. ein individuelles Quellma a Wert und Schwindma B Wert besitzt Aus Bild 4 wird ersichtlich da sich die Form nderung haupts chlich quer zur Faserrichtung auswirkt in Faserl ngsrichtung ist sie hingegen sehr gering und kann deshalb meist vernach l ssigt werden Ausnahmen hiervon sind Wuchsanomalien wie Druck und Zugholz in Laub und Nadelh lzern sowie extremer Wechseldrehwuchs der in vielen tropischen H lzern zu finden ist Schwindmass 0 10 20 30 40 50 Feuchtegehalt des Holzes Bild 4 Schwindma e in den drei Hauptachsenrichtungen f r Rotbuche in Abh ngigkeit der Holzfeuchte t tangential r radial 1 longitudinal ver ndert nach Brunner 13 Das Schwinden in tangentialer Richtung ist bis zu 2 5 mal gr er als das in radialer Richtung Dieses Verh ltnis von den beiden Schwindma en zueinander wird als Schwindungs Anisotropie bezeichnet und liefert eine Aussage ber das sog Stehverm gen einer Holzart welches f r die Ma haltigkeit von Bauteilen von gro er Bedeutung ist Als Folge von den unterschiedlichen Schwindma en verzieht sich der Holzquerschnitt je nach Jahrringlage bei der Trocknung mehr oder weniger stark und es kommt zu Winkel nderungen und Kriimmun gen Diese Verformungen sind jedoch nicht mit Trocknungsfehlern zu verwechseln sondern sind naturgegeben D nne Bretter die aus den u ern Bereichen von dicken St mmen ge schnitten werden verformen sich daher naturgem weniger wi
134. eine derartige Umnutzung erheblich reduziert werden Pro blematisch f r die umstellungswilligen Betriebe war bislang aber die Trocknung des sehr stark zum Rei en neigenden schnellwachsenden Plantagenholzes W hrend die Freilufttrock nung aufgrund des Witterungseinflu es inakzeptabel hohe Qualit tseinbu en verursacht scheiden die derzeit z T f r wertvolle Sortimente eingesetzten k nstlichen Trocknungsver fahren aus energetischen und konomischen Gr nden weitgehend aus 5 Obwohl der Einsatz umweltfreundlicher Energiequellen wie Solarenergie auch in Brasilien sehr positiv bewertet wird fehlte bislang eine auf regenerative Energien gest tzte und in in dustriellem Ma stab einsetzbare Technologie f r die Holztrocknung Dabei machen fehlendes Know how und Zinss tze von derzeit ber 20 pa die dringend erforderlichen Entwick lungsinvestitionen schwierig 5 7 Auch soweit in Brasilien bei der Trocknung anderer landwirtschaftlicher Produkte heute bereits erneuerbare Energietr ger wie z B Holz zum Ein satz kommen entsteht wegen des Fehlens sowohl geeigneter Trocknungs bzw Feuerungs anlagen als auch wegen der meist nicht optimalen Proze f hrung ein weit h herer Brennholz verbrauch und wesentlich mehr Schadstoffemissionen als notwendig Bei einem j hrlichen Brennholzeinschlag Brasiliens von 190 Mio m 8 sind die damit verbundenen Aus wirkungen auf Abholzung von Regenwald und Weltklima ebenfalls nicht unerheblich Das a
135. elle A 1 Verzeichnis der aus der Literatur bekannter Forschungsarbeiten ber solare Holztrockner Die Baukosten sind die Kosten die zur Zeit des Baus Johnson 1961 Rehman Chawla 1961 Peck 1962a Peck 1962b Maldonado Puerto u Peck 1962 Terazawa 1963 Troxell 1963 Tao Hsia 1964 Chudnoff et al 1966 Sun 1966 Plumptre 1967 Casin 1967 Troxell M ller 1968 anfielen und wurden nach den Devisenkursen von 1996 in DM umgerechnet k A keine Angaben schw schwarz Lk Luftklappe ext extern Koll Kollektor U Endfeuchte Trockner Kammer typ volumen m und Kollektor verh ltnis m m USA Gew chs 43 N haus Indien Gew chs N haus USA Gew chs 43 N haus Land und geograph ischer Breiten grad Absorber und Luftklappen Kollektormat Luftzirkulation erial und elektrische Anschlu Leistung 2 Lk 2 Ventilatoren schw Platten Glas schw Eisen Glas 1 Zuluftklappe 1 Schornstein keine 4Lk 1 Ventilator 1x1 1 kW 30 schw Aluminium Polyester schw Aluminium Polyester 1 0 1 7 1 0 3 2 6 0 k A 4 8 schw Metall 2 9 Polyester 5 0 k A 2 8 k A 6 0 k A 4 Lk 4 Ventilatoren 4x1 1kW k A 1 Ventilator 1x1 5 kW USA Gew chs 43 N haus Gew chs Rico haus 18 N Japan Gew chs 36 N haus USA Gew chs 40 N haus Taiwan Gew chs 24
136. en Nachteile O O O l ngere Trocknungszeiten Gefahr von Trocknungssch den h here Energiekosten gr erer Verschlei der Vakuumpumpe DSS E Bild 10 zeigt den Aufbau der beiden Verfahren N Bild 10 Heizplatten rs TN YEN EI VG He ee ALE ag SRAM A Sn oo Wren E SAN HI AW m Kondensatabflu Yakuum Beh lter EN HACTUWIWs HHI A ke aaa 2 Ee N ee aan H he BIN YH NWO HIE ed gt OMIZZ77 TE 7 n A TES TTT ZIEH cm VUE VE EST A _Ventilator Prinzip der Vakuum Holztrocknung 1 Plattenanlage 2 Plattenlose Anlage nach Annies Ermschel 25 Bis in die 90er Jahre war der Nutzinhalt von Vakuumtrocknern aus technischen Gr nden auf etwa 25 m begrenzt Damit verbunden lagen die Investitionskosten pro m Stapelraum etwa doppelt so hoch wie bei den anderen Verfahren 14 Inzwischen werden jedoch Anlagen mit einem Nutzinhalt von 100 m und mehr angeboten so da die Vakuumtrocknung in be stimmten Bereichen konkurrenzf hig zu der Frischluft Ablufttrocknung geworden ist 43 Generell sind aber die Investitionskosten sowie der elektrische Energiebedarf deutlich h her wie bei Zuluft Ablufttrocknern 56 2 3 3 4 Weitere Trocknungsverfahren Neben den bisher beschriebenen konventionellen Trocknungsverfahren gibt es noch einige Sonderverfahren z B die Hochfrequenztrocknung die Mikrowellentrocknung u a Diese Ver fahren werden in
137. en und simulieren das Verhalten solch eines Reglers Die beiden Regelgr en sind die Feuchte und die Temperatur der Luft beim Eintritt in die Holzstapel Um die geforderten Luftzust nde einhalten zu k nnen mu die Au enluftzufuhr durch die L ftungsklappe sowie die W rmezufuhr durch den W rmetauscher geregelt werden Diese Regelung ist abh ngig von den Sollwertabweichungen der Feuchte und der Temperatur und erfordert so den Einsatz von zwei Reglerobjekten Die Abstimmung dieser beiden Reg lerobjekte in Verbindung mit den mathematischen Schranken der Simulationssoftware TRNSYS gestaltete sich jedoch als sehr schwierig und wurde zugunsten des aktuellen Re gelprinzips nicht weiter verfolgt 2 8 6 Aktuelle Programmversion 2 8 6 1 Prinzip Zone Dach Zone Klima Zone Holz Zone Holz2 Zone Holz3 Zone Nachholz Bild 31 Anlagenschema der aktuellen Programmversion 1 1 107 Dem weiterentwickelten Programmaufbau liegt eine optimierte Zonenaufteilung sowie ein modifiziertes Modell der Energiebilanzierung zugrunde Bild 31 und Bild 32 Durch diese Umgestaltungen k nnen die Schwierigkeiten der vorangegangenen Programmversion bei der Feuchte und Temperaturregelung vermieden werden Die wesentliche Neuerung liegt in der optimierten Betrachtungsweise der Auswirkungen des Luftaustauschs durch die L ftungs klappe und der W rmezufuhr am W rmetauscher I
138. en dargestellten Gr en handelt es sich um gemessene Absolutwerte und nicht um Mittelwerte Vor und nach jedem Versuch wurde der Ofen gereinigt Die Masse der nach jedem Versuch entnommenen Asche betrug beim ersten Vollastversuch 1 8 kg und beim zweiten Vollastversuch 2 1 kg 190 4 5 1 1 Manuelle Regelung Bei dem hier beschriebenen Vollastversuch wurde der Ofen manuell angefahren und betrie ben Nach Erreichen der maximalen Vorlauftemperatur von 90 C Wasserofenaustrittstempe ratur wurde das Gebl se auf Stufe I 90V geschaltet Die Stellung I des Gebl ses wurde ber die gesamte verbleibende Brenndauer beibehalten Die zugef hrte Verbrennungsluft menge kann somit w hrend dieser Zeit als konstant angesehen werden Der station re Zustand wurde bei diesem Versuch schnell erreicht da die gesamte Feuerungsanlage von einem vor angegangenen Versuch noch warm war Nach dem Erreichen des station ren Zustands stellte sich eine klare blaue ungest rte Flamme ein Die Temperaturverl ufe von Brennraum Rauchgas R ck und Vorlauf sind in Bild 51 ber der Zeit dargestellt 1200 120 1000 ee 7 100 gt 800 pm mn 80 gt 3 3 600 60 amp 2 2 E 400 40 5 200 20 0 0 0 20 40 60 80 100 120 Zeit min Brennraum Rauchgas Wasser Wasser Ofeneingang Ofenausgang Bild 51 Temperaturverl ufe am Ofen unter Vollast mit konstanter Verbrennungsluftmen
139. en der Solar strahlung in die Berechnung besteht in Zukunft weiteres Potential die Berechnungsergebnisse insbesondere die Berechnung des Energieverbrauchs weiter zu verfeinern 132 2 9 konomische Beurteilung der solaren Trocknungsanlage 2 9 1 Anschaffungskosten Die Anschaffungskosten des solargest tzten Holztrockners werden nachfolgend mit denen eines konventionellen Zuluft Ablufttrockners verglichen Tabelle 22 Berechnungsgrundlage f r die solare Anlage ist ein Bauvorhaben mit 4 Trocknungskammern inclusive Montage am Versuchsstandort wobei alle anfallenden Kosten detailliert aufge zeichnet wurden Basis f r die konventionelle Trocknungsanlage sind aus der Literatur verf gbare durch schnittliche Investitionskosten in Deutschland 16 66 sowie eine vom Projektpartner im Vorfeld der Investitionsentscheidung durchgef hrte Marktrecherche Da zwischen Brasilien und Deutschland hinsichtlich Material und Arbeitskosten z T gravierende Unterschiede be stehen wurden bestimmte l nderabh ngige Kostenpunkte auf brasilianisches Niveau angegli chen Es kann davon ausgegangen werden da bestimmte Anlagenteile wie Fundament Kontroll raum Wasser und Stromzuleitung sowie Wege Transportkosten der Trocknungsanlage vom Hersteller zum K ufer hier von Deutschland nach Brasilien und Montagest ckkosten unab h ngig von der Art des Trockners sind Deshalb wurden diese Kostengruppen gleichgesetzt Hinsichtlich Steu
140. en f r 18 27 32 und 42 mm starkes Eukalyptusholz aus gearbeitet 2 6 2 1 1 Trocknungskurven Wichtigster Einflu faktor f r die Trocknungsf hrung ist neben den Eigenschaften des Holzes wie Dichte oder Baumart die St rke der zu trocknenden Bretter Allgemein gilt da der Holzfeuchtegradient von der Mitte des Holzes zur Oberfl che hin m glichst gering gehalten werden mu da bei einer Erh hung des Feuchtegradienten im Holz die Gefahr von Verfor mungen oder Verschalung zunimmt 80 70 5 60 5 3 50 7 a 40 z 4 30 20 10 0 4 Va a an D N oN a D Wa oN m N N N an toa lt lt Brettst rke mm Bild 18 Zusammenhang zwischen Brettst rke und Trocknungsdauer 89 Durch eine zunehmende Holzst rke wird ferner der Wassertransport aus dem Holz verlang samt Um ein zu starkes Austrocknen der Oberfl che bei noch hoher Feuchte in der Mitte des Holzes zu verhindern mu die relative Luftfeuchte der Trocknungsluft mit zunehmender St rke h her gehalten werden und darf nur langsam verringert werden Dies resultiert in einer langsameren Trocknung und einer Zunahme der Trocknungsdauer Bild 18 Zur Verringe rung sch dlicher hoher Feuchtegradienten besteht jedoch wie bereits erl utert auch die M g lichkeit zeitweiliger Wiederbefeuchtungsintervalle Die Werte in Bild 18 beziehen sich auf s gefrisches Holz mit einer mittleren Ausgangsfeuchte von etwa 60 bis 80 d b Ausgehend von dieser Feuch
141. enden Verbrennung betr chtlich Deshalb wurde die Entwicklung und Optimie rung einer effizienten regelbaren und dennoch kosteng nstigen Kleinfeuerungsanlage f r Restholz vor Ort unterst tzt und durchgef hrt Ein Hersteller von Gro anlagen wurde hin sichtlich Verbesserungsm glichkeiten beraten und unterst tzt Unzureichende Regelungsm glichkeiten von Temperatur und relativer Feuchte der Trocknungsluft in Solaranlagen haben die Produktqualit t bei der Trocknung von Holz oftmals stark beeintr chtigt und eine Solarenergienutzung im industriellen Bereich bislang verhindert 5 Schwierigkeiten bestehen hier insbesondere aufgrund der in Abh ngigkeit von der Solarstrahlung oft rasch wechselnden Temperaturen Unmittelbar davon betroffen sind auch die relative Feuchte der Luft sowie die Trocknungsgeschwindigkeit Die Forde rung nach einer einfachen und kosteng nstigen Bauweise bei gleichzeitiger Gew hrlei stung der Einhaltung eines anspruchsvollen Trocknungsregimes stellt deshalb hohe An forderungen an das Regelungskonzept Deshalb wurden in der neu konzipierten Anlage durch eine mikroprozessorbasierte Verkn pfung der Komponenten Zusatzheizung Luft befeuchter Ventilatoren und L ftungsklappe eine hohe Regelungsg te sowie ein geringer spezifischer Energiebedarf erreicht Das Konzept fu t auf den Erfahrungen des abge schlossenen Vorhabens Solare Trocknung von Zigarrentabak und stellte im Bereich der 14 Klimatisierung von solare
142. enlosen Drehzahlregelung lassen sich unter g nstigen Gegebenheiten Stromeinsparungen von 50 bis 60 erreichen 35 2 2 5 Trocknungsqualit t Durch die Schnittholztrocknung kann der Wert des Holzes erheblich erh ht bei unsachgem Ber Durchf hrung jedoch auch bis zum v lligen Wertverlust gemindert werden Deshalb wird 36 der Kontrolle der Trocknungsqualit t in der Praxis ein hoher Stellenwert beigemessen Ver schiedentlich wurden daher auch Versuche unternommen Beurteilungsverfahren zu etablieren bei denen alle Eigenschaften von Schnittholz bewertet werden die direkt durch den Proze der Trocknung beeinflu t werden k nnen Dazu geh ren Parameter wie Holzfeuchte Vertei lung der Feuchte im Schnittholz bestimmte Formen der Ri bildung Zellkollaps trocknungs bedingte Verf rbungen bestimmte Arten von Form nderungen oder durch die Trocknung entstandene Spannungen 36 Nicht zur Trocknungsqualit t werden Eigenschaften des Schnittholzes gez hlt die durch die Wuchseigenschaften und Anisotropie des Holzes verur sacht werden wie z B Schwinddeformationen durch unterschiedliche Holzrohdichte Holz farbe oder Deformationen aufgrund des Holzfaserverlaufs International fehlen bisher allerdings allgemein anerkannte Richtlinien und Normen f r die Beurteilung der G te der technischen Trocknung F r die Bewertung der getrockneten Bret ter im Rahmen des vorliegenden Vorhabens wurde daher ein von Welling vorgeschlagenes
143. ennstoff entgast und die Holzkohle verbrannt Zus tzlich wird durch die Prim rluft das Verdunstungswasser abtransportiert Es soll nur soviel Prim r luft zugef hrt werden wie zur Entgasung des Brennstoffes f r die gew nschte Heizleistung notwendig ist Ist die zugef hrte Prim rluftmenge zu gro erfolgt die Oxidation der brennba ren Gase bereits ber die Prim rluft bzw es wird zuviel Spaltgas freigesetzt 83 In diesem Fall ist die Konstruktive Forderung Entgasung und Oxidation r umlich zu trennen nicht mehr erf llt Wird zu wenig Prim rluft zugef hrt kann dies zum Schwelbrand f hren und die ge w nschte Leistung wird nicht erreicht 84 Die Aufgabe der Sekund rluft ist es die Oxidation der brennbaren Gase sicherzustellen Wird zu wenig Sekund rluft zugef hrt erfolgt die Oxidation nicht vollst ndig und die Emissionen aus unvollst ndiger Verbrennung steigen an Eine zu gro e Menge an Sekund rluft hingegen bewirkt eine Senkung der Flammtemperatur und eine Vergr erung der Rauchgasmenge Dies ist mit einem schlechten Wirkungsgrad verbunden G nstig ist eine Vorw rmung der Sekund rluft da dadurch eine Senkung der Verbrennung stemperaturen vermieden wird Die Brenndauer wird im Vergleich zur freien Konvektion um 50 verk rzt wenn die Sekund rluft auf 200 C vorgew rmt und mit einer Geschwindigkeit von m s zugef hrt wird 71 Vorteilhaft ist auch die Sekund rluft ber mehrere verj ngte Bereiche zuzuf
144. ent 1 315 00 DM 1 315 00 DM Kontrollh uschen 1 143 00 DM 1 143 00 DM Infrastruktur 288 00 DM 288 00 DM Transportkosten 6 850 00 DM 6 850 00 DM Montage 3 447 00 DM 3 447 00 DM Elektrische Ger te 663 00 DM 663 00 DM Gesamt 13706 00 DM 13706 00 DM Unterschiedliche Kosten der Trocknungsanlagen Kaufpreis Trocknungsanlage 90 555 00 DM 148 000 00 DM Mauerwerk 534 00 DM 0 00 DM Steuern und Geb hren 20 431 00 DM 37 094 00 DM Heizung anteilig 23 089 00 DM 30 016 00 DM Sicherheitszuschlag 10 14 831 00 DM 22 882 00 DM Gesamt 149440 00 DM 237991 00 DM Gesamtkosten 163 145 00 DM 251 697 00 DM 134 Die deutlichen Unterschiede der Anschaffungskosten entstehen durch den um ca 40 nied rigeren Kaufpreis der solaren Anlage gegen ber dem konventionellen Trockner Die gesamten Investitionskosten f r eine solare Trocknungsanlage liegen um ca 35 unter denen einer konventionellen Anlage Ein wirklicher sinnvoller Kostenvergleich kann aufgrund der unter schiedlichen Kapazit t Trocknungsdauer und Energiebedarf nur anhand der Trocknungsko sten stattfinden 2 9 2 Trocknungskosten In Tabelle 23 werden die anfallenden Trocknungskosten f r waldfrische 27 mm starke Eu kalyptusbretter bei einer solaren und einer konventionellen Trocknung miteinander vergli chen Die Trocknungskosten im Solartrockner wurden w hrend der vierj hrigen Versuchs dauer bei der Trocknung von ber 20 000 m Holz ermittelt Die Kostenangaben de
145. er Freiluft trocknung Die Trocknungskosten wurden miteinander verglichen wobei sich herausstellte da die solare Trocknung sogar g nstiger als die Freilufttrocknung war Die konventionelle Trocknung war mehr als doppelt so teuer als die Solartrocknung Die Amortisierung war f r die Solartrocknung schon nach knapp einem Jahr erreicht gegen ber 31 45 Jahren f r die Frischluft Ablufttrocknung Eine kombinierte Freiluft und Solartrocknung erwies sich ge gen ber einer Trocknung nur mit dem Gew chshaustrockner als weniger vorteilhaft 18 1993 erschien von A Klug eine Diplomarbeit in der er den Stand der Abluftreinigungstech niken von Holztrocknungsanlagen beschrieb Zun chst untersuchte er die Art der Emissionen welche bei der Holztrocknung anfallen Dazu teilte er sie in trocknungsbedingte und feue rungsbedingte Emissionen ein W hrend die feuerungsbedingten Emissionen die vom ge w hlten Trocknungsverfahren und der Beheizungsmethode abh ngen hinl nglich bekannt sind waren die trocknungsbedingten Emissionen die neben dem Wasserdampf als fl chtige Inhaltsstoffe aus dem Trocknungsgut emittieren weder qualitativ noch quantitativ genau er forscht Bekannt waren zu diesem Zeitpunkt nur die Holzbegleitstoffe welche in Tabelle 8 wiedergegeben sind Es war bekannt da die Art und Menge der trocknungsbedingten Emissionen von der zu trocknenden Holzart von der Anfangsfeuchte vom verwendeten Trocknungsverfahren sowie der Trockn
146. er Zellschwund wird dabei nicht durch das Schwinden der Zellw nde verursacht Vielmehr k nnen die Zellw nde dem Unterdruck in den gr eren Zellhohlr umen Lumina hervorgerufen durch rasche Verdampfung des Was sers an der Holzoberfl che nicht standhalten und fallen in sich zusammen 13 Bild 5 Phasen bei der Entstehung von Kollaps Der Vorgang des Zellkollapses ist auch temperaturabh ngig da mit steigender Temperatur die Festigkeit des Holzgewebes abnimmt Die Festigkeit nimmt ab weil die chemischen Bindun gen in den Holzzellw nden ver ndert und der Zusammenhalt der Hemicellulosen und Lignin verbindungen geschw cht wird 37 38 2 2 5 4 Holzfeuchte Die Holzfeuchte ist eines der wichtigsten Kriterien f r die Trocknung Sie kann mit verschie denen Methoden ermittelt werden wobei gilt p No 3 My Mrs 39 In der Holzbranche wird jedoch meist nicht die Gutfeuchte sondern der auf die Trockensub stanz bezogene Wassergehalt verwendet woraus folgt u 100 4 Ts 3 Das bliche Verfahren zur Bestimmung der Holzfeuchte f r s mtliche Feuchtigkeitsbereiche stellt die Darrmethode dar und wurde in DIN 52 183 bzw ISO 3130 1975 genormt Bei die sem Verfahren wird eine Holzprobe etwa 50 cm vom Stirnende des zu priifenden Brettes ent nommen Bild 6 und zur Ermittlung des Na gewichtes anschlie end gewogen Danach wird die Probe bei einer Temperatur von 103 C 2 C bis zur Massen
147. eratur Om 80 31 einzusetzen 4 3 11 2 W rmeverlust durch vertikale Fl chen Der mittlere dimensionslose W rme bergangskoeffizient f r den laminaren und auch turbu lenten Str mungsbereich von Ra 10 bis Ra 10 2 wird durch 1 2 Nu os2sioe7 Ra l nen 32 beschrieben Die Funktion f Pr ber cksichtigt die Prandtl Zahl im gesamtem Bereich 0 001 lt Pr lt amp 33 Gleichung 33 gibt das Verhalten im bergangsgebiet von der laminaren in die turbulente Str mungsform 108 lt Ra lt 10 nicht exakt wieder F r technische Anwendungen ist die Genauigkeit dieser Gleichung jedoch im gesamten Bereich der Rayleigh Zahl ausreichend Bei konstantem W rmestrom durch die Oberfl che mit sich entsprechend einstellender Tem peraturverteilung ist der Fehler nicht gr er als 4 177 Rechenschritte bei der Berechnung des W rmeverlustes durch freie Konvektion an vertikalen Fl chen 1 Ermittlung der mittleren Grenzschichttemperatur der Luft mit Gleichung 31 2 Aus Tabellenabschnitt Db 16werden die Stoffwerte der Luft A Om 1 ViOn D und Prion 1 ermittelt 88 3 Luft wird als ideales Gas angesehen Deshalb gilt mit der Umgebungstemperatur der Luft f r B Gleichung 30 4 Mit der Ausstr ml nge h der kinematischen Viskosit t der Luft der Umgebungstem peratur und der jeweiligen Oberfl chentemperatur o wird die Grashof Zahl nach Glei chung 25 ermittelt g
148. erden Die Annahme einer konstanten Verdunstungsrate verhindert eine hnlich genaue Berechnung der weiteren relevanten Gr en Der Verlauf der Lufttemperatur an der R ckseite des Holzstapels zeigt geringf gig gr ere Abweichungen von den realen Werten als der Verlauf der Temperatur an der Vorderseite Die berechneten Temperaturwerte unterliegen gr eren Schwankungen als die gemessenen Die 126 Verdampfungsraten in der Anlage unterliegen Schwankungen in Abh ngigkeit von der Au entemperatur und der Luftfeuchte Dementsprechend wird in der Realit t w hrend der Nachtstunden weniger Wasser aus dem Holz verdampft als tags ber Die h here Verdamp fungsrate am Tage f hrt zu einer Temperaturabsenkung in der Trocknungsluft die gr er ist als die f r den gemittelten Wert der f r die Modellierung angenommen wurde Umgekehrt ist die Verdampfungsrate in den Nachtstunden geringer als die im Modell angenommene die Temperaturabsenkung f llt weniger stark aus Da die Berechnung von einer konstanten Ver dampfungsrate ausgeht fallen die Temperaturschwankungen extremer aus als in Wirklichkeit Wie in Bild 34 zu sehen kommt es bei der Berechnung der Feuchte zu einer leichten Ver schiebung der Ergebnisse im Vergleich mit den Messergebnissen Dies l t sich durch den mit der Holzfeuchte abnehmenden Wert der W rmekapazit t des Holzstapels erkl ren Die nderung der W rmekapazit t wird im Simulationsmodell nicht ber cksichti
149. ern Importsteuer Industriesteuer usw und Geb hren z B Versicherung wurden die gleichen Prozents tze auf den Verkaufspreis der Trocknungsanlage aufgeschla gen F r beide Trocknungsanlagen wird ferner eine Zusatzheizung ben tigt Als Berechnungs grundlage dienten Kaufpreise brasilianischer Dampfkessel wie sie bei gr eren Anlagen ein gesetzt werden Davon ausgehend wurden die notwendigen Investitionskosten in Abh ngig keit der jeweilig ben tigten Energiemenge berechnet Es ist dabei aber zu beachten da bei der solaren Anlage kein Bedarf an Hei wasser mit mehr als 85 C besteht da die Trocknung stemperaturen unter 60 C liegen Damit er brigt sich die Verwendung eines Dampfkessels wie er normalerweise f r konventionelle Trockner erforderlich ist wenn diese mit h heren 133 Trocknungstemperaturen arbeiten Damit verringern sich die Investitionskosten und die auf grund der gesetzlichen Auflagen fiir Dampfkesselanlagen erforderlichen hohen Uberwa chungs und Wartungskosten erheblich Dieser Unterschied zu Gunsten der solaren Trocknungsanlage wurde aber hier nicht ber cksichtigt Tabelle 22 Anschaffungskosten der solargest tzten Trocknungsanlage und einer konven tionellen Trocknungsanlage f r Schnittholz 66 Kostengruppe Solare Trocknungsanlage Konv Trocknungsanlage Fassungsverm gen 220 m Fassungsverm gen 129 m Gleiche Kosten f r beide Trocknungsanlagen Fundam
150. erschiedlichen Eigenschaften und Anforderungen Bauholz Schnittholz Furniere Holzsp ne und Holzhackschnitzel Die gr te wirtschaftliche Bedeutung besitzt dabei die Trocknung von Schnittholz Dieser Begriff beinhaltet alle m glichen Zuschnittformen aus Rundholzst mmen wie Latten Bretter Die len Balken usw DIE 2 2 1 3 Holzfeuchte Die Holzzellen im lebenden Baum transportieren das Wasser mit den darin enthaltenen N hr stoffen und Mineralien von der Wurzel zur Krone Deshalb enthalten die Zellen in ihren W nden aber auch in ihren Hohlr umen Wasser Das in den Zellhohlr umen enthaltene Was ser wird aufgrund seiner geringen Bindung als freies bzw tropfbares Wasser bezeichnet Das Wasser in den Zellw nden dagegen ist durch physikalische und chemische Kr fte dampf f rmig oder kolloidal gebunden Deshalb spricht man hier von gebundenem Wasser Dabei wird unterstellt da die Bindung des Wassers bei einem Feuchtegrad des Holzes von 0 bis 6 bezogen auf die Trockensubstanz chemosorptiv zwischen 6 und 15 durch verschie dene Phasen der Adsorption und zwischen 15 und etwa 30 durch Kapillarkondensation zu erkl ren ist 14 0 4 8m AQ SIE TRANS III Sense ESSN FELII eR re Er iak C GH Feuchtegehalt U in W ber 90 MM 80 89 8970 79 E7260 69 E3 50 59 Cunter 50 AES NKS a _ DEZ CTE LEI b Bild 2 Holzfeuchteverteilung in
151. erschnitt durch den Luft in die benachbarten Zonen flie t Die Gr e des Luftstroms wird durch den Eingang Flow fest gelegt 2 8 6 2 6 Definition der Zonen Zur Definition der thermischen Zonen werden die W nde welche die betrachtete Zone um schlie en festgelegt Hier flie en die Informationen ber Fl che und Orientierung ein Es er folgen Angaben ob es sich um eine externe Wand oder um eine Zwischenwand zu einer be nachbarten Zone handelt Luft und oder Feuchtestr me durch die Wand werden ebenfalls hier angegeben Anschlie end werden Angaben ber das gew nschte Regime jeder Zone gemacht Hierzu werden die notwendigen Gains Heiz oder K hlobjekte aufgelistet Des weiteren erfolgt die 115 Angabe der absoluten W rmekapazit t der Zone und das freie Luftvolumen Durch die zu s tzliche Angabe der Kapazit t kann zus tzliche thermische Masse in einer Zone die nicht als Wand definiert ist in die Bilanzierung mit einbezogen werden Abschlie end werden die f r die Simulationsrechnung notwendigen Startwerte f r Feuchte und Temperatur sowie der Code f r das verwendete Feuchterechnungsmodell eingegeben 2 8 6 2 7 Ein und Ausgaben Inputs und Outputs Der notwendige Daten bergabe von der DCK Datei an das TYPES56 geschieht ber entspre chende Datenein bzw Datenausg nge Hier mu zwischen benutzerdefinierten Eing ngen und vom System ben tigten Eing ngen unterschieden werden
152. es in Ab h ngigkeit von der Au entemperatur Dies verringert den thermischen Energiebedarf und ver bessert die Qualit t des Holzes da der Trocknungsstress w hrend der Nacht durch eine lang samere Trocknung vermindert wird 2 5 4 3 Datenerfassung W hrend der Trocknungsversuche wurden eine Vielzahl von Me werten erhoben 1 Steuerungsdaten Der Mikroprozessor des Trockners besitzt einen Speicherplatz der es erlaubt Stundenmittel werte aus allen im Abstand von 10 Sekunden gemessenen sowie den berechneten Gr en und allen Ausgabewerten ber einen Zeitraum von 42 Tagen zu speichern 2 Computergest tzte Me werterfassungsanlage Mittels einer computergest tzten Me werterfassungsanlage mit 40 Kan len wurden erg n zend weitere von der Regelung nicht oder nicht mit ausreichendem Stichprobenumfang er fa ten Me werte im Abstand von 5 Minuten gemessen und gespeichert 3 Zyklische Handmessungen Trocknungsbegleitend wurden verschiedene zyklische Messungen wie die Bestimmung der Str mungsgeschwindigkeit sowie die gravimetrische Holzfeuchtebestimmung vorgenommen Jeweils vor Beginn und nach dem Ende der Trocknung erfolgte eine umfangreiche Bewertung der Holzqualit t Durch diese Vielzahl von Informationen Konnte ein weitgehend vollst ndiges Bild der Vor g nge w hrend der Trocknungen erstellt werden Im Einzelnen wurden folgende Gr en ge messen bzw aufgezeichnet 84 Temperaturwerte O O O O
153. etni ee a ee E ges aS 109 2 8 6 2 1 ZOMENAUMEMUNG aneignen 109 2 8 6 2 2 Layer Walls Orientations uee 111 2 8 6 2 3 W rme und Feuchtelasten Gains 113 2 8 6 2 4 Gew hrleisten des Sollklimas durch Heating und POC ODL ne eis NE 113 2 8 6 2 5 Verkn pfung der Zonen durch Couplings 114 2 8 6 2 6 Definition der Zonen eu aus aeaneae 114 2 8 6 2 7 Ein und Ausgaben Inputs und Outputs 115 2 8 6 3 Aufbau des TRNSYS Steuerfiles 2u000 nn 115 2 8 6 3 1 Verkn pfte Dateien ansssnknemmeiisainenssint 116 2 8 6 3 2 S mulatonsparameler ae ns 117 2 8 6 3 3 Variablen und Berechnungsgleichungen 118 2 8 0 3 4 Eingabedateien us 2 EB 119 ZOOS Al UMI aeg 119 28 60 34 2 UMI nannten 120 280343 nella 120 2 8 6 3 3 BID Type 36 00 sen Rai 121 2 8 0 3 6 Integration ee ae 122 2 8 6 3 7 Bildschirmausgabe 2 22 an 123 2 86 38 A sgabedateieh eiserne 124 2 8 7 Ergebnisse der ersten Testsimulationen sesseeseeseeseeeeeserssrsrresersrrsrresresseee 125 2 8 8 Probleme Schwachpunkte und Verbesserungsm glichkeiten 129 2 8 9 FASAMITIVE TAS SUING ee anaa eai O E E aee 130 2 9 konomische Beurteilung der solaren Trocknungsanlage nnnneeee 132 29 1 Anschaffunssk sten gas au 132 2 9 2 Trocknungsko sten un Baar ln 134 2 10 Zusammenfassung siehe s e
154. fen sind zwei Pumpen mit einer Anschlu leistung von je 0 75 kW und einer maximalen F rderleistung von 10 m Was ser pro Stunde installiert 3 4 1 4 3 L ftungsklappe Um die ges ttigte Luft aus dem Trockner abzuf hren und frische Luft einzubringen besitzt der Trockner eine motorgesteuerte L ftungsklappe Der verwendete Getriebemotor besitzt eine Anschlu leistung von 250 W 3 4 1 4 4 Heizungs Saugzugventilator Um den Ofen an und abzuschalten wurde ein Saugzugventilator mit einer Anschlu leistung von 0 5 kW in den Kamin des Ofens integriert Schaltet der Ventilator ein wird Sauerstoff durch den Ofen gesaugt Damit wird das Feuer in der Brennkammer entfacht Wird keine W rme mehr ben tigt schaltet der Ventilator ab und ein konvektiver Luftzug sorgt f r einen Gluterhalt 145 3 5 Regelung Der gesamte TrocknungsprozeB ist soweit als m glich automatisiert Mit Hilfe von zwei Sen soren f r die Temperatur und die relative Feuchte der Trocknungs sowie der Umgebungsluft sowie zwei Temperatursensoren im Ofen und im Speichertank wird der gesamte Trocknungs proze berwacht s Bild 39 Temperatur und Feuchtesensor au en a S Temperatursensor T T mperatursenser Ofen Temperatur und Feuchtesensor im Luftkanal Bild 39 Anordnung der Sensoren in der solaren Trocknungsanlage Das Herzst ck der Regelung ist dabei ein programmierbarer Mikroprozessor mit Display und Folientastat
155. g der optimalen Zeitschrittgr en zur Be rechnung der Wand Transferfunktionen und der Zeitschrittgr e in der dck Datei Um einen stabilen Berechnungsverlauf w hrend der Simulation zu erhalten mu das Zeitintervall f r die Transferfunktionen lt 0 1h angenommen werden Die Zeitschrittgr e f r die TRNSYS 130 Simulation mu lt 0 004 h angenommen werden Zu gro e Zeitschritte f hren zu Pro grammabbriichen Die hohen Luftgeschwindigkeiten f hren auch dazu da das Feature Ventilation beim Auf bau des TYPE 56 nicht genutzt werden kann Die Funktion der L ftungsklappe k nnte auf diesem Wege einfacher eingebunden werden Bei der Wahl der im Trockner vorliegenden Luftgeschwindigkeiten st t jedoch die Berechnung der Luftfeuchten an ihre mathematischen Schranken und f hrt zu falschen Berechnungswerten Die Feuchteabgabe des Holzes wird in dieser Programmversion st ndlich vorgegeben Dies kann dem Vorgang in der Realit t nur grob entsprechen da die Feuchteverdampfung direkt von Faktoren wie der Temperatur der Luftfeuchte von den Str mungsverh ltnissen und der vorliegenden Anordnung im Trockner abh ngt In Zukunft k nnten diese Vorgaben durch eine entsprechende N herungsgleichung direkt in die dck Datei eingebunden werden 2 8 9 Zusammenfassung Das hier entwickelte Simulationsprogramm spiegelt die Ergebnisse der ersten Entwicklungs schritte zur Erstellung des Simulationsprogramms wieder Aufgrund
156. gedeckt werden Weiterhin wurde durch die geringeren Temperaturen und die Anpassung der Trocknungstemperatur an die Au entemperatur der Verlust von W rme durch die L ftung an die Umgebung verringert Dadurch konnte die Zusatzheizung um ca 60 kleiner bemes sen werden wie bei konventionellen Anlagen Der elektrische Energieverbrauch wurde im Mittel um ber 70 verringert was sich auch in einer dementsprechend geringeren installierten elektrischen Leistung zeigt Die Gr nde f r diesen groben Unterschied liegen zum Einen in der Verl ngerung des Holzstapels im Ver gleich zu konventionellen Kammern Weiterhin sorgt die relativ niedrige Luftgeschwindigkeit 93 wahrend des Trocknungsprozesses fiir einen geringen Druckabfall von weniger als 50 Pa was die Benutzung von hocheffizienten Axialventilatoren erlaubt Tabelle 9 Vergleich von elektrischem und thermischem Energiebedarf bei solargestiitzter Trocknung sowie bei konventionellen Systemen zur Hochtemperaturtrocknung bei der Trocknung von 27 mm starken Eucalyptus grandis Brettern von 60 auf 11 d b Konventionell Solar Installierte elektrische Leistung W m 180 2 41 7 Installierte thermische Leistung kW m 1 85 0 56 Elektrischer Energiebedarf kWh m 98 27 Thermischer Energiebedarf GJ m 2 95 1 06 63 64 CAF Sta B rbara Ltda Brasilien 2000 2 6 2 1 3 Holzqualit t Bei der Bewertung der Qualit t des getrockneten Holzes ist z
157. geht weiter Anschlie end erfolgt nach der erneuten Abtrocknung der Oberfl che wieder ein Feuchtetransport von den jetzt feuchteren mittleren Schichten zur Oberfl che hin Die Oberfl chenfeuchte nimmt erst dann wieder sehr 81 stark ab wenn die mittleren Holzschichten ebenfalls abgetrocknet sind und nur doch soviel Wasser nachliefern wie Ihnen aus den inneren Holzschichten zugeliefert wird Zu diesem Zeitpunkt erfolgt eine erneute Befeuchtung der Oberfl che um die entstandenen hohen Trocknungsspannungen abzubauen Auf diese Weise kann relativ schnell getrocknet werden ohne die Qualit t negativ zu beeinflussen j Bef llen Trocknung Ausgleichsphase w G u si a e 80 4 4 80 Ex 5 t ae er a va An g ae pE 5 60m noo 60 SH X BAY 24 3 8 ry AA GUY 45 40 a 40 5 amp 5 mn KL Ke 4 a a Go nz gt O 20 20 3 Fasers ttigung REN SH X oO a 0 L L i 0 0 5 10 15 20 d 25 Trocknungszeit Tage Bild 16 Modellhafte Trocknungskurve f r 27 mm dicke Bretter von Eucalyptus grandis Bild 16 zeigt die modellhafte Darstellung eines Trocknungsregimes fiir 27 mm dicke Euca lyptus grandis Bretter Das Regime basiert auf den charakteristischen Anforderungen der so largest tzten Trocknungsanlage den Qualit tsanforderungen der Holzindustrie den spezifi schen Eigenschaften von jungem brasilianischen E grandis und den experimentellen Erfah rungen verschiedener
158. gt Geb udepa rameter k nnen mit TRNSYS nur als konstante Gr en betrachtet werden 100 90 80 S gt 70 Q 60 oO iz 2 u MeBwert 40 Simulation 0 100 200 300 400 500 Zeit h Bild 34 Vergleich des gemessenen und berechneten Feuchteverlaufes 127 Bei den Abweichungen handelt es sich jedoch im Wesentlichen um zeitliche Verschiebungen des Werteverlaufes so da die Feuchtewerte im Rahmen der hier zu betrachtenden Gr en ausreichend genau berechnet werden Gr ere Differenzen ergeben sich bei der Berechnung des Gesamtenergieverbrauchs Die berechneten Werte liegen um ca den Faktor 2 h her als die Me werte Die Me werten basie ren auf der Messung des Wassermassenstroms und der Vor bzw R cklauftemperatur am W rmetauscher Sie sind deshalb als sehr zuverl ssig einzusch tzen 161 140 Messwert Energiebedarf 120 berechnete Energiegesammtmenge 100 Energiebedarf 10 kJ o gt oe S gt N 0 100 200 300 400 500 Trocknungsdauer d Bild 35 Vergleich des berechneten und gemessenen Gesamtenergieverbrauchs Genauere Aussagen ber die Genauigkeit der berechneten Werte k nnen wohl erst nach der vollst ndigen Einbindung der Solarstrahlung in die Simulationsrechnung vorgenommen wer den Eine detailliertere Untersuchung des Einflusses der verschiedenen Randgr en kann ge naueren Aufschlu dar ber geben wo die a
159. gt da die gemessenen Werte eines Trocknungsdurchganges weitgehend eingehalten wer den Nur die relative Luftfeuchte erreichte im dargestellten Versuch w hrend der Wiederbe feuchtungphasen nicht die sehr hoch gew hlten Vorgabewerte da die Wasserabsorbtion des Holzes h her ausfiel als erwartet und die eingespr hte Wassermenge nicht ausreichte 2 6 2 1 2 Energiebedarf Zur Beurteilung des Energiebedarfes wurden die im Verlauf der Versuche ermittelten Werte bei der Solartrocknung mit den Betriebsdaten eines S gewerkes verglichen bei dem konven tionelle Trocknungsanlagen zur Trocknung von Eucalyptusholz eingesetzt werden Wie in Tabelle 9 dargestellt ist sowohl der thermische als auch der elektrische Energiebedarf der solaren Trocknungsanlage im Vergleich zu konventionellen Trocknungskammern bedeutend geringer Als Ursache sind neben der Nutzung von Solarenergie die konstruktive Ausf hrung mit einer hohen Stapeltiefe sowie das neu entwickelte Niedrigtemperaturtrocknungsregime zu sehen In Kombination f hrt dies zu einer signifikanten Reduktion des elektrischen und ther mischen Energiebedarfs um ber 50 im Vergleich zu konventionellen Hochtemperatur trocknungssystemen Der thermische Energiebedarf bzw der Brennstoffverbrauch betrug im Mittel in der solarge st tzten Trocknungsanlage nur etwa 35 von dem einer konventionellen Anlage Durch die solare Einstrahlung konnten in manchen Trocknungsphasen bis zu 40 durch Solarenergie ab
160. h VOL n P 8o 34 Gr Die H hen der Ofenfl chen sind im Anhang unter Technische Daten und Abmessungen des Unterbrandofens zu finden Die H he des W rmepuffers betr gt 0 75 m 5 Berechnen der Rayleigh Zahl aus 26 mit Pr m 6 Der Einflu der Prandl Zahl auf den W rme bergang wird durch Gleichung 33 f Pri d ber cksichtigt 7 Die Nu elt Zahl wird nach Gleichung 32 unter Ber cksichtigung von Punkt 5 und 6 be rechnet 8 Den W rme bergangskoeffizienten a erh lt man nach Umformen von Gleichung 24 und mitl h zu 178 Nu OL m h 35 9 F r die Berechnung des konvektiven W rmestroms wird die bekannte Beziehung Q A a do 36 benutzt A ist die jeweils freie angestr mte Oberfl che 4 3 11 3 W rmeverlust durch horizontale Fl chen Es wird hier nur der W rmeverlust auf der Oberseite der horizontalen Fl chen von Ofen und W rmepuffer berechnet Der W rmeverlust nach unten ber die Bodenfl chen wird vernach l igt Bei W rmeabgabe auf der Oberseite gilt f r die Nu elt Zahl 1 Nu 0 766 Ra fs m 5 37 bei laminarer Str mung Ra f Pr lt 7 104 und 1 Nu 0 15 Ra fuer m 5 38 f r turbulente Str mung Ra f Pr gt 7 104 Die Funktion f Pr ber cksichtigt den Einflu der Prandtl Zahl im gesamten Bereich 0 lt Pr lt co j u fen Koi 39 Die Anstr ml nge f r die Berechnung der Grashof Zahl und des W
161. h rend der Trocknung bzw auch abh ngig von der Holzart sowie der Art der Beladung immer optimal angepa t werden 76 2 5 2 2 2 Pumpen In einer aus einer oder mehreren Trocknungskammern bestehenden Trocknungsanlage kom men normalerweise eine Heizungs und eine Befeuchterpumpe zum Einsatz Die Dimensio nierung der Pumpen ist dabei von der Anzahl der angeschlossenen Trocknungskammern ab h ngig In der hier dargestellten Anlage kamen dabei Pumpen zum Einsatz die ausreichend f r 5 unabh ngige Trocknungskammern waren Die Heizungspumpe hat dabei eine Leistung von 4 28 kW bei einer Nennf rderleistung von 25 m h Die Befeuchterpumpe hat eine Lei stung von 1 12 kW und eine Nennf rderleistung von 1 m h 2 5 2 2 3 Stellmotor f r L ftungsklappe An der Vorderseite der Trocknungskammer befindet sich eine mit Hilfe eines Stellmotors regelbare L ftungsklappe mit deren Hilfe der Luftaustausch mit der Umgebung geregelt wird Dieser Stellmotor hat eine Leistung von 10 W und ein Drehmoment von 30 Nm was ausrei chend ist um die Klappe um die Mittelachse zu drehen 2 5 2 2 4 Schaltschrank Zur Aufrechterhaltung der Betriebsspannungen verschiedener Kontroll Me und Regelge r te wurde w hrend des Betriebs eine Grundleistung von 102 W gemessen 2 5 2 3 Befeuchtersystem Unterhalb des W rmetauschers befindet sich in horizontaler Lage ein zweistufiger Luftbe feuchter mit insgesamt 16 gleichm ig verteilten Befeuchterd
162. h 38 mm starkes Holz getrocknet Nachdem der Holzstapel in der solaren Anlage eine durchschnittliche Feuchte unter 12 erreicht hatte stoppte man beide Trocknungen Die Differenz der erreichten Endfeuchten zwischen der solaren und der Freilufttrocknung wurde jeweils f r die Testl ufe im Sommer und Winter ermittelt Bei den Sommertrocknungen be trug diese im Durchschnitt 7 im Winter dagegen 11 Beim Untersuchen der verschiede nen Trocknungsraten stellte D Steinmann fest da die Trocknungsrate im solaren Trockner vom Sommer 0 93 kg h zum Winter 0 59 kg h lediglich um 37 fiel Bei der Freiluft trocknung betrug diese Differenz von Sommer 0 76 kg h zu Winter 0 37 kg h jedoch 51 Aus diesen Ergebnissen folgerte er da die solare Trocknung weniger von saisonalen Kli ma nderungen abh ngig ist als die Freilufttrocknung und da die solare Trocknung im Winter effektiver ist sofern man sie mit der Freilufttrocknung vergleicht Weiterhin wurde die Luftzirkulation untersucht Zun chst unternahm man Versuche mit der leeren Trocknungskammer w hrend der Nachtstunden Es zeigte sich da die Temperatur mit eingeschalteten Ventilatoren stark absank und nur noch zwischen 2 C und 7 C ber der Au Bentemperatur lag Schaltete man die Ventilatoren in dieser Zeit ab war die Temperatur dop pelt so hoch wie die Au entemperatur Daraufhin wurden weitere Versuche mit gef llter Kammer gemacht Man stellte fest da oberhalb der Fasers
163. he Verlags Anstalt Stuttgart 1979 ANONYMOS Energiesparsysteme und Computersteuerungen optimieren HOB Die Holzbearbeitung 35 1988 Nr 7 8 S 21 26 CHMIELEWSKI W M MATEJAK u U E POPOWSKA Untersuchungen ber die Solartrocknung von Holz Holzindustrie 1982 S 40 42 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 227 HELMER W A A general collector sizing method for solar kilns Forests Products Journal 36 1986 Nr 6 S 11 18 KOBERLE M Trocknen von Schnittholz mittels kombinierter Heizung unter Ver wendung von Sonnenenergie Holzindustrie 35 1982 Nr 2 S 42 43 ANONYMOS W rmepumpe f hrt Energie dem Trocknungsprozess zur ck HOB Die Holzbearbeitung 35 1988 Nr 2 S 42 43 HUSTEDE K Trends bei der Holzfeuchtemessung und bei der technischen Holz trocknung BM Bau und M belschreiner 1991 Nr 12 S 81 82 WELLING J Zur Ermittlung der Trocknungsqualit t von Schnittholz Holz als Roh und Werkstoff 54 1996 S 307 311 CHAFE S C The effect of boiling on shrinkage collapse and other wood water properties in core segments of Eucalyptus regnans F Muell Wood Science and Technology 27 1993 Nr 3 S 205 217 INNES T C Pre drying of collapse prone wood free of surface and internal chek king Holz als Roh und Werkstoff 54 1995 S 195 199 WELLING J Spezifikation und berpr fung der Trocknungsqualit t von Schnittholz HOB D
164. hl Durchmesser Exergie unterer Heizwert L nge Mindestluftbedarf Leistung Prandtl Zahl W rmestrom absolute Temperatur Umgebungstemperatur thermodynamischer Mittelwert der Temperatur Feuchtegehalt des Holzes Volumen Volumenstrom Gutfeuchte W rmekapazit t Durchmesser Dicke der jeweiligen Schicht eines Bauteiles spezifische Exergiedifferenz zwischen Ein und Austrittszustand spezifische Exergiedifferenz zwischen Zustand 1 und 2 absolute Feuchte der Luft Funktion ber cksichtigt Prandtl Zahl bei freier Konvektion an vertikalen Fl chen Funktion ber cksichtigt Prandtl Zahl bei freier Konvektion an horizontalen Fl chen qa qs qu kg s hPa kJ kg Erdbeschleunigung Hohe spezifische Enthalpiedifferenz zwischen Ein und Austrittszustand W rmedurchgangszahl Anstr ml nge Masse Gewicht der Holzprobe im wasserfreien Zustand Gewicht des Wassers Massenstrom Druck spezifische W rme W rmeverlust durch freie W rme der Rauchgase W rmeverlust durch freie W rme der Kesselober fl che W rmeverlust durch unvollkommene Verbren nung spezifische Entrophiedifferenz zwischen Zustand 1 und 2 Zeit Geschwindigkeit Luftgeschwindigkeit Differenz Summe W rme bergangskoeffizient W rme bergangskoeffizient zwischen Innenluft und innerer Bauteiloberfl che W rme bergangszahl zwischen Au enluft und u erer Bauteiloberfl che Beiwert der Holztrocknung 8 6 A 0 lt
165. hl von durchgef hrten Versuchen wurden f r die Vorstellung der Heizungs anlage zwei Vollastversuche ausgew hlt Um das Teillastverhalten der Anlage vorzustellen wurden die wichtigsten Kenngr en be 24 Stunden w hrend des Betriebes der Heizungsan lage bei der Trocknung von Schnittholz dargestellt Unter Vollastbedingungen weist der Ofen eine gute Verbrennungsqualit t auf Es wurden mittlere Leistungen von 77 kW ermittelt Der Kesselwirkungsgrad wurde nach der indirekten Methode DIN 4702 T2 berechnet Sein Mittelwert lag bei 84 Die Daten die w hrend des Trocknungsbetriebs gemessen wurden ergaben auch ein gutes Teillastverhalten des Ofens Der Wirkungsgrad unter Teillast betr gt bei einer durchschnittli chen Leistung von 35 kW im Mittel 71 Die Heizungsanlage selbst zeigt bez glich des Klimas im Trockner eine hohe Regelg te Hierauf wurde besonders geachtet da es sich bei Trocknungsg tern wie Holz oder Tabak um ein sehr empfindliche Produkte handelt W hrend des Betriebs der Heizungsanlage hat sich jedoch auch gezeigt da der W rmepuffer f r den Leistungsbereich des Ofens unterdimensioniert ist Als Endergebnis ist festzuhalten da die Heizungsanlage bez glich Verbrennungsqualit t und Wirkungsgrad dem deutschen Standart entspricht Als eine sehr sinnvolle und wirkungsvolle Verbesserungsma nahme ist die Vergr erung des W rmepuffervolumens zu nennen 4 7 Stand der Arbeiten und Ausblick Aus den dargestel
166. hmesser des zylindrischen W rmepuffers und dem gemessenen Zeitintervall wurde der Volumenstrom bestimmt Der Massenstrom ergibt sich hieraus durch Multiplikation mit der Dichte des Wassers zu ie MHo s 7 4 3 5 Wassergehalt des Holzes Aus dem Brennholzvorrat wurden zun chst nach dem Zufallsprinzip Proben gezogen Die Proben wurden gewogen und die feuchte Masse m y des Holzes bestimmt Anschlie end wurden die Proben im Trockenschrank zwei Tage bei 105 C getrocknet Nach dem Heraus nehmen wurden die Proben nochmals gewogen und die trockene Masse des Holzes m y be stimmt Setzt man M y und M y in Gleichung 6 ein so erh lt man den Wassergehalt U des Holzes Der Wassergehalt lag zwischen 12 und 16 Der mittlere Wassergehalt U wurde daher zu 14 angenommen 4 3 6 Heizwert H Aus dem mittleren Wassergehalt U 14 des gelagerten Holzes und dem mittleren unte ren Heizwert H n 18790 kJ kg des wasserfreien Holzes berechnet sich der untere Heizwert u w H des feuchten Holzes mit Gleichung 5 H 15818 kJ kg Da es sich bei dem verwendeten Brennholz haupts chlich um Abfallholz handelt das teilwei se bereits etwas verrottet war wurde gerechnet mit einem Heizwert von H 15000 kJ kg 170 4 3 7 Verbrennungsluftmenge Die f r eine st chiometrische Verbrennung erforderliche Verbrennungsluftmenge L nin kann in Abh ngigkeit der Elementarzusammensetzung des Brennstoffes nach DIN 4702
167. hrend des Brennstoffnachf llens decken 4 2 3 W rme bertrager Die vom Ofen erzeugte W rme wird von einem Kreuzstrom W rme bertrager an die Trocknungsluft bertragen Bild 46 Die technischen Daten des Kreuzstrom W rme bertragers befinden sich im Anhang Der Rohr und Lamellenabstand mu te gro gew hlt werden um die Druckverluste auf der Trocknungsluftseite so gering wie m glich zu halten Das hei e Wasser gelangt durch w rmeisolierte Rohre zum W rme bertrager Im Wasser verteiler wird es auf die Rohrreihen gleichm ig verteilt und gibt seine W rme beim Durch 165 str men der W rme bertragerrohre an die Trocknungsluft ab ber den Wassersammler und die R cklaufrohrleitung wird der Wasserkreislauf zum Ofen bzw W rmepuffer geschlossen Lamellen St tzrippen W rmeaustauschrohre Bild 46 Schematische Darstellung des Kreuzstromw rme bertragers sowie die Anordnung seiner Rohre und Lamellen 166 4 3 Methoden F llt re OO 2 L Aschet re mit Schauglas ges Warmwasserleitungen m Kaltwasserleitungen alle Rohrleitungen au erhalb Pumpe des Solartrockners sind isoliert Systemgrenze Solartrockner Bild 47 Schematische Darstellung des Heizungssystems und Anordnung der Me stellen 167 4 3 1 Funktionsschema und Me stellenplan des Heizungssystems Wie schon erw hnt setzt sich das Heizungsysytem Bild 47 aus Ofen W rmepuffe
168. hrten und dem feststehenden Kollektoren jedoch kaum Unterschiede Der hori zontal und der voll nachgef hrte Kollektor hatten im Sommer die gleiche Trocknungsdauer w hrend der feststehende Kollektor bis zu 21 l ngere Trocknungszeiten hatte Daraus schlo D Steinmann da die Effizienz des voll und des horizontal nachgef hrten Kollektors nahezu gleich gro ist und da ein horizontal gef hrter Kollektor vor allem in den Tropen effektiv genutzt werden kann 54 1992 untersuchte M Sattar einen einfach gebauten Gew chshaustrockner den er 1989 ent wickelt und in Bangladesch auf einer n rdlichen Breite von 23 erstellt hatte Den Schwer punkt seiner Untersuchungen legte er dabei auf die wirtschaftlichen Aspekte der solaren Trocknung 66 Der Trockner hatte ein Kammervolumen von 3 5 m3 eine Kollektorfl che von etwa 13 m und ein Kollektorverh ltnis von 3 7 m m Alle W nde sowie die geneigte Dachfl che be standen aus Glasplatten der Absorber aus mattschwarz lackiertem Wellblech F r die Luft zirkulation waren ein 0 7kW starker Ventilator sowie zwei Luftklappen zust ndig Die Steuerung erfolgte manuell Die gesamten Baukosten des Trockners betrugen etwa 1075 DM W hrend 15 Trocknungsl ufen wurden sechs Hartholzarten in zwei unterschiedlichen Dicken 25 und 40 mm bis zu einem Feuchtegehalt von 12 getrocknet Simultan dazu liefen Ver gleichstrocknungen in einem konventionellen Frischluft Ablufttrockner sowie in d
169. i der Verbrennung von Holz Nr 6 La boratorium f Energiesysteme Z rich 1988 LAICH H G Der Verbrennungsvorgang Kachelofen und Kamin 12 1989 ANONYMOS Holzheizkraftwerke Projekt Biomass wird gef rdert Kachelofen und Kamin 3 1992 ANONYMOS Des Feuers Innenleben Kachelofen und Kamin 10 1991 MALTE P The oxidation of Volatiles in residential Wood Burning Equipment The Solar Energy Research Institute DE FG02 80cs84009 1996 HAGER W St ckholzkessel mit optimalem Abbrandverhalten Heizung und Klima 12 1989 STREHLER W M glichkeiten der energetischen Nutzung von Holz Beitrag zum forst und holzwirtschaftlichem Kolloquium 1993 83 84 85 86 87 88 89 232 NUSSBAUMER T Emissionen von Holzfeuerungen Untersuchungen der Schad stoffbelastung moderner Holzfeuerungen in der Schweiz Thesis Institut der Ener gietechnik ETH 1988 RAWE R u G ELTING Staub und gasf rmige Emissionen Schornsteinfeger handwerk 7 1986 ANONYMOS Kamin fen Kachelofeneins tze Eggenfelden 1993 ANONYMOS Unterbrandkessel Schuster Heizkesselwerk 1996 ANONYMOS Heizkessel Normenausschu Heiz und Raumlufttechnik NHRS DIN Deutsches Institut f r Normung e v Berlin 1993 ANONYMOS Berechnungsbl tter f r den W rme bergang VDI Verlag GmbH D sseldorf 1991 AURACHER H Energie Anwendungen in der K ltetechnik Karlsruhe 1992 7 ANHANG Tab
170. iche Trocknungsluftgeschwindigkeit von 1 8 m s 98 ausreichend um einen bemerkenswerten Holzfeuchteunterschied zwischen Luftein und Luf taustritt zu verhindern Aufgrund dieser Erkenntnis konnte die Ventilatorendrehzahl bei der Trocknung von 42 mm starken Eukalyptusbrettern auf 80 verringert werden um eine Ver ringerung des elektrischen Energiebedarfs zu erreichen 100 a eth 2 70 A 60 E 50 9 40 30 A D0 10 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Ventilatordrehzahl Bild 27 Abh ngigkeit des statischen Drucks von Ventilatordrehzahl und der St rke der Stapelleisten Neben der Verringerung des Energiebedarfes bei der Trocknung von dicken Brettern ist auch zu beachten da durch die Verwendung dickerer Stapelleisten die Luftgeschwindigkeit zwar gleich gehalten wird es jedoch zu einer starken Verringerung des geladenen Holzvolumens f hrt Durch die Verwendung gleich starker Stapelleisten kann sogar das Trocknungsvolumen erh ht werden Dadurch erh ht sich die Luftgeschwindigkeit wie in Bild 26 zu sehen aber es f hrt auch zu einer Erh hung des statischen Druckes von 70 Pa auf 95 Pa wie in Bild 27 dar gestellt Durch eine Verringerung der Drehzahl auf 80 kann der Druck auf knapp ber 80 Pa verringert werden was hinsichtlich der Belastbarkeit der Trocknerbauh lle als unbe denklich angesehen werden kann 99 Bild 28 zeigt das Str mungsprofil bei
171. ie Insbesondere durch die seit Jahren schwierige allgemeine wirtschaftli che Lage sowie die in vielen Bereichen nicht verf gbare Technologie versch rft insbesondere den Druck auf kleine und mittlere Betriebe Um die brasilianische Seite bei der Suche nach angepa ten L sungen zu unterst tzen wurde im Rahmen des Vorhabens eine Partnerschaft zwischen der Universit t Hohenheim und der Bundesuniversit t Vicosa Universidade Fede ral de Vi osa UFV der gr ten und einer der renommiertesten landwirtschaftlichen Hoch schulen in Brasilien geschlossen Als erstes gemeinsames Projekt wurde die im Rahmen des Vorhabens geplante Anpassung der solargest tzten Trocknungsanlage f r Medizinalpflanzen Maniok und Kaffee geplant und eine Pilotanlage aufgebaut Die Anlage wird seit Fertigstellung im M rz 2000 im Hinblick auf die optimale Trocknung der erw hnten Produkte untersucht und optimiert Die bislang geleistete Arbeit gliedert sich in zwei Abschnitte Im ersten Abschnitt wurde der Trockner geplant und hinsichtlich Layout und Steuerungssoftware an die speziellen Anforde 138 rungen der Trocknungsgiiter angepa t Des weiteren wurde der Trockner mit Unterst tzung durch die Universit t Hohenheim von einer deutschen Firma als Bausatz hergestellt und ver schickt W hrend des zweiten Abschnittes wurde die Anlage mit Unterst tzung Hohenheims auf dem Campus der UFV in Vicosa aufgebaut und in Betrieb genommen Im dritten Abschn
172. ie Holzbearbeitung 1993 S 56 62 M LLER W Holzlagerung Nat rliche Holztrocknung Ohne Holztrocknung keine Qualit tsarbeit Schweizerische Schreinerzeitung 101 1990 Nr 51 S 1262 1265 HERRMANN G Trends in der technischen Schnittholztrocknung HOB Die Holz bearbeitung 35 1988 Nr 6 S 18 20 ANONYMOS Trocknungstechnologie 2000 Firma Brunner Hildebrand 1996 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 228 BRUNNER R Die Schnittholztrocknung im Vakuum eine echte Alternative bietet sich an Holz Zentralblatt 117 1991 Nr 54 S 1 9 ANONYMOS Energiesparen durch Nutzung der Sonnenenergie Holzrundschau 38 1982 Nr 855 856 S 266 267 ALVAREZ NOVES H u J I FERNANDEZ GOLFIN SECO Solar drying of sawn lumber in Spain Holz als Roh und Werkstoff 48 1990 Nr 5 S 173 178 KRAMES U Ein kombinierter Solar und Kondensationstrockner f r Schnittholz Holzrundschau 39 1983 Nr 867 868 S 79 80 SCHNEIDER A u L WAGNER Vergleichende Untersuchungen ber die Frei lufttrocknung und Solartrocknung von Schnittholz unter mitteleurop ischen Wetter verh ltnissen Teil 2 Ergebnisse im zweiten Versuchsjahr Erkenntnisse und Folge rungen f r die Solartrocknung in der Praxis Holz als Roh und Werkstoff 38 1980 S 313 320 KOUKAL J Trocknen von Schnittholz mittesls Sonnenenergie Holztechnologie 25 1984 Nr 2 S 71 73 SIMPSON W T u J L TSCHERN
173. ie Luft wird auf diesem Wege vorgew rmt bevor sie durch den W rmetauscher str mt Dort wird sie falls erforderlich bis zur erw nschten Solltemperatur aufgeheizt Die relative Feuchte der Luft ist in diesem Teil der Trocknungsanlage am geringsten und wird falls erforderlich durch das Ein spr hen von Wasser vor dem Eintritt in den Holzstapel erh ht F r den optimalen Ablauf der Trocknung sind die Temperatur und die relative Feuchte der in den Holzstapel eintretenden Luft von ma geblicher Bedeutung und m ssen deshalb genau aufeinander abgestimmt werden Sie bestimmen im Wesentlichen die Trocknungsgeschwin digkeit sowie die Holzqualit t 80 2 5 4 2 Beschreibung des Trocknungsregimes Bei der Schnittholztrocknung wird versucht eine m glichst gleichm ige Abnahme der Holz feuchte ber die angestrebte Trocknungsdauer zu erreichen Durch diese Proze f hrung wer den Eigenspannungen im Holz und der damit verbundene Verzug der Bretter minimiert Die optimale Abnahme der Holzfeuchte wird durch eine m glichst lineare Abnahme der relativen Luftfeuchte in der Trocknungsluft sowie einem vorgegebenen Verlauf der Lufttemperatur erreicht Bild 16 Die Lufttemperatur im Solartrockner wird aus energetischen Gr nden ma gebend von der Umgebungstemperatur bestimmt die gewissen Tagesschwankungen unterliegt So nimmt die ber das Trocknungsregime vorgegebene Temperaturdifferenz zur Umgebung im Verlauf der Trocknung linear zu w hrend
174. ie Trocknungsdauer verringert sich mit abnehmen der Holzfeuchte st ndig da der Wasseraustrag pro Zeiteinheit abnimmt Deshalb kann die Luftgeschwindigkeit w hrend des Trocknungsprozesses verringert werden Dies geschieht meist mit Hilfe einer Drehzahlregelung der Ventilatoren 30 Bei der Auslegung der f r die Luftumw lzung notwendigen Ventilatorleistung l t sich der Leistungsbedarf P eines Ventilators bei einer bestimmten Drehzahl mit dem Volumenstrom V der Gesamtdruckdifferenz Apg und dem Wirkungsgrad n berechnen _V Ap n P 1 2 2 3 Trocknungsf hrung 2 2 3 1 Stapeln des Holzes Die folgenden Ausf hrungen zum richtigen Stapeln das in der Fachsprache auch mit H l zeln bezeichnet wird bezieht sich nicht nur auf die Freilufttrocknung sondern ist f r alle angewandten Trocknungsverfahren von Bedeutung Bei einer Trocknungscharge sollte wenn m glich immer Schnittholz gleicher Holzart gleicher Dicke und gleicher Anfangsfeuchte verwendet werden Ansonsten mu nach den Anspr chen des empfindlichsten Sortimentes der Charge getrocknet werden wodurch die Trocknungskosten steigen Generell sollte das Holz nach M glichkeit im Block gestapelt werden wobei die Bretter entsprechend ihrer ur spr nglichen Lage im Stamm bereinander liegen Die Bretter m ssen vor dem Stapeln gerei nigt werden da liegengebliebene S gesp ne die Trocknung behindern Durch ungleichm ig gelegte Stapellatten verformt sich das
175. ie detaillierte Simulation einzelner An lagenkomponenten wie beispielsweise des W rmetauschers w re denkbar ist im Rahmen dieser Betrachtung jedoch nicht notwendig Das hier betrachtete Simulationsprogramm st tzt sich deshalb im wesentlichen auf die Verwendung des TYPE 56 das s mtliche Vorausset zungen f r die geforderten Berechnungen bietet Die Trocknungsanlage wird bei dieser Betrachtung in verschiedene Zonen aufgeteilt f r die gemittelte Zustandsgr en angenommen werden Diese Zonen werden je nach Geometrie und 105 den verschiedenen W rme und Feuchtequellen im Hilfsprogramm PREBID zum TYPE 56 zusammengestellt 2 8 5 Prinzip der ersten Programmversion Die Entwicklung der aktuellen Programmversion 1 1 basiert auf den Erfahrungen die mit ei ner fr heren Programmversion 1 0 Bild 30 gemacht wurden Der erste Ansatz der Tempe ratur und Feuchteregelung war mit erheblichen Schwierigkeiten behaftet die bei der vorge nommenen Regelungs bzw Zonengestaltung nicht befriedigend behoben werden konnten und eine Neugestaltung des im Programm enthaltenen Regelkonzeptes notwendig machten Zone Klima Zone Dach Zone Klappe Zone Holz Temperaturregler Feuchteregler Bild 30 Prinzipschema der ersten Programmversion 1 0 106 Das urspr ngliche Regelungskonzept basierte auf der Verwendung von zwei unabh ngigen PID Reglerobjekten Diese Reglerobjekte sind im Programmumfang des TRNSYS enthalt
176. ie die Klimazone von drei Au enw nden zwei Luft w nden zum Luftaustausch und vom Trocknerboden eingegrenzt Durch diese Zone wird eine Betrachtung der aus dem Holzstapel austretenden Luft erm glicht 2 8 6 2 2 Layer Walls Orientations Jede Zone wird von W nden engl walls eingegrenzt Um die W rmestr me durch die W nde einer Zone berechnen zu k nnen m ssen Parameter wie Dicke W rmeleit und W r me bergangswiderstand sowie die spezifische W rmekapazit t des Wandmaterials bekannt sein Die vollst ndige Definition einer Wand f r den TYPES56 erfolgt in drei Schritten 1 Festlegung der Layer Um mehrschichtige W nde erfassen zu k nnen sind die W nde in TRNSYS schichtenweise definiert Dies tr gt dem in der Praxis h ufig auftretenden Fall einer mehrschichtigen Wand Rechnung z B Backsteine Isolierschicht Au enputz usw Die ben tigten Stoffeigen schaften sowie die Dicke flie en in die Definition der Schichten engl Layer ein Die so vor definierten Layer werden in einem weiteren Definitionsschritt zu entsprechenden Walls zusammengefa t 2 Festlegung der Walls Jede Wand kann aus beliebig vielen Layern bestehen Die Definition der Wand umfa t die Auflistung der verschiedenen Layer die Angabe der W rme bergangskoeffizienten sowie der Absorptionskoeffizienten der Au en und Innenseite der Wand 112 3 Definition der Zonenw nde
177. iedliche Zonen von besonderer Bedeu tung Es gibt Durchbrand fen mit getrennter Luftf hrung die eine Leistungsregelung in einem sehr engen Umfang zulassen 159 Die Aufteilung des Feuerraumes in verschiedene Bereiche l t sich am besten mit dem Un terbrandprinzip verwirklichen Bild 44 Beim unteren Abbrand wird nur der Teil der Brenn stoff llung entflammt der unter Zufuhr von Prim rluft entgast Die freigesetzten Schwelgase werden in eine unter oder seitlich neben der Brennstoff llung liegende Nachbrennkammer gelenkt in der sie unter Sekund rluftzugabe nachverbrennen Beim unteren Abbrand ist eine relativ kontinuierliche Entgasung des Brennstoffes m glich Dies verbessert ein Anpassen der Verbrennungsluft an die freigesetzte Spaltgasmenge wodurch ein guter Ausbrand und somit eine hohe Verbrennungsqualit t zu erreichen ist Die Menge der Brennstoffauflage hat bei Anlagen mit unterem Abbrand einen geringeren Einflu auf die Verbrennungsqualit t Der Wassergehalt der Brennstoff llung wird ber einen l ngeren Zeitraum ausgetrieben Durch die geteilte Luftf hrung l t sich ber die Prim rluft die Leistung regulieren Die Sekund r luft wird dem Bedarf entsprechend zum vollen Abbrand der Schwelgase reguliert Da die meisten St ckholzkessel im Teillastbetrieb eine verminderte Verbrennungsqualit t mit hohen Emissionen an unverbrannten Schwelgasen aufweisen sollten sie mit einem Puffer speicher betrieben werden
178. iese wurden jedoch sp ter gegen normale 4 mm dicke Fen sterglasscheiben ausgetauscht da es zu zahlreichen Rissen kam Der Dachkollektor wurde in einem Winkel von 30 installiert um die interne Luftzirkulation und die Energieausbeute zu optimieren Die gesamte Kollektorfl che betrug 9 48 m was einem Verh ltnis der Kollektor fl che zum Kammervolumen von 4 74 m m entspricht Insgesamt wurden 10 Probetrocknungen in einem Zeitraum von zwei Jahren durchgef hrt W hrend der ersten 4 Trocknungen erfolgte die Luftumw lzung mit Hilfe eines 0 4 KW star ken Ventilators was sich jedoch bald als unzureichend herausstellte Deshalb installierte man ab der f nften Trocknung einen weiteren gleichstarken Ventilator Damit konnte w hrend des ersten Trocknungsabschnittes eine Luftgeschwindigkeit von 1 5 m s und eine maximale Luf taustauschrate von 2500 m h erreicht werden Um Energie einzusparen wurde der zweite Ventilator mit einem manuellen Schalter best ckt So konnte w hrend der zweiten Trocknungsphase nachdem das Holz eine Feuchte von 40 erreicht hatte der Ventilator abgeschaltet und die Luftgeschwindigkeit auf 0 75 m s herabgesetzt werden F r den Luf taustausch wurden zwei motorbetriebene Luftklappen in der Nordwand installiert Zu dieser halbautomatischen Regelung geh rten weiterhin eine Spr heinrichtung die von einem Feuchtesensor ber einen Servomechanismus gesteuert wurde sowie ein interner und ein ex terner Thermostat
179. in W rmepuffer Oberfl che 1 unvollst Verbrennung 6 1 Rauchgas 92 Bild 63 Prozentuale Verteilung der Gesamtverluste unter Vollast mit leistungsgeregelter Verbrennungsluftmenge 200 restliche Oberfl che 26 Stapel u Kaminraum 71 T ren 67 Bild 64 Prozentuale Verteilung der gesamten Oberfl chenverluste des Ofens unter Vollast mit leistungsgeregelter Verbrennungsluftmenge 4 5 2 Betriebsverhalten bei Teillastbetrieb Das Betriebsverhalten bei Teillastbetrieb wird hier am Beispiel der Trocknung von Eukalyp tusholz gezeigt Aus den Daten eines vollst ndigen Trocknungsdurchganges von 24 Tagen wurden der Zeitraum vom 12 09 1997 18 Uhr bis 14 09 1997 7 Uhr herausgegriffen Der Ofen wurde am 13 09 1997 um 7 Uhr abgeschaltet und um 18 Uhr wieder in Betrieb genommen Diese Zeitspanne wird in den Diagrammen nicht gezeigt Der Ofen wurde am 12 09 1997 zu Beginn der Brennphase mit 150 kg Holz gef llt In der selben Nacht um 1 Uhr 13 09 1997 mu ten nochmals 135 kg Holz nachgef llt werden Diese Holzmenge reichte dann bis zum Ende des dargestellten Zeitraumes aus In Bild 65 sind die Temperaturverl ufe von Brennraum Rauchgas Vor und R cklauf ber der Zeit abgetragen Deutlich zu erkennen ist das Regelverhalten Wird im Trockner W rme ben tigt schaltet die Regelung den Ofen an Der Ofen bleibt so lange angeschaltet bis der W rmebedarf des Trockners gedeckt ist Parallel hier
180. ird anschlie end am Kondensator wieder erw rmt und dem Trocknungsprozess zugef hrt 15 Der Proze der W rmer ckgewinnung wird durch die Erw rmung der Kammerluft mit einer Zusatzheizung auf ca 20 C eingeleitet Die Zusatzheizung kann grunds tzlich mit den glei chen Heizmedien wie die Frischluft Ablufttrocknung erfolgen meist wird jedoch elektrisch beheizt Kondensationstrockner besitzen ein Fassungsverm gen von bis zu 150 m Vorteile O Schonende Trocknung durch relativ niedrige Temperaturen O Einsparung von thermischer Energie durch W rmer ckgewinnung Nachteile o Relativ lange Trocknungszeiten und damit verbunden eine hohe Kapitalbindung o Hoher elektrischer Energiebedarf O Hohe Betriebskosten vor allem wenn das Aufheizen ausschlie lich mit elektrischer Ener gie erfolgt und wenn auf sehr niedrige Endfeuchtewerte getrocknet werden soll O Die tendenziell h here Luftfeuchte f rdert Verf rbungen bei empfindlichen H lzern Kondensationstrockner werden derzeit wie Niedertemperaturtrockner vor allem f r die Vor trocknung von schwierig zu trocknenden Laubh lzern in der Parkett und Gestellindustrie eingesetzt Das Holz wird anschlie end in herk mmlichen Nomaltemperatur Frischluft Ablufttrocknern bis zur gew nschten Endfeuchte weitergetrocknet 53 2 3 3 3 Vakuumtrockner Ende der 70er Jahre wuchs das Interesse an diesem Verfahren lie in den Folgejahren aber wieder nach Gr nde hierf r waren
181. ischen Forstbetrieb CAF Santa Barbara Ltda CAF dem neu gegr ndeten deutschen Unternehmen Thermo System Industrie amp Trocknungstechnik GmbH THS und dem Institut f r Agrar technik in den Tropen und Subtropen der Universit t Hohenheim ATS eine klimageregelte solar gest tzte Gew chshaustrocknungsanlage entwickelt 23 Ein in diesem Zusammenhang ebenfalls entwickeltes und erprobtes neuartiges Niedrigtemperaturtrocknungsregime erm g licht die Produktion von Qualit tsholz welches den Anspr chen der M bel und weiterverar beitenden Industrie gerecht wird Nach der erfolgreichen Untersuchung des Prototyps in den Jahren 1996 bis 1998 wurden inzwischen 12 weitere solargest tzte Trocknungsanlagen in 2 S gewerken in den brasilianischen Bundesstaaten Bahia und Minas Gerais errichtet Mit einer Trocknungskapazit t von j hrlich etwa 35 000 m Schnittholz handelt es sich um die weltweit gr ten solaren Holztrocknungsanlagen Ziel der durchgef hrten Untersuchungen war es eine energetisch optimierte solargest tzte Holztrocknungsanlage zur Trocknung von Harth lzern sowie ein Niedertemperatur trocknungsregime f r aus vorhandenen Plantagen stammendes brasilianisches Eukalyptus holz zu entwickeln Die Arbeiten umfa ten dabei folgende Punkte O Design und Entwicklung einer mikroprozessorgesteuerten solargest tzten Trocknungs anlage einem Befeuchtungssystem sowie einer regelbaren Biomassezusatzheizung O Entwicklung eines
182. itt wird die Anlage jetzt vom brasilianischen Partner optimal an die zu trocknenden G ter angepa t bevor eine weitere Verbreitung erfolgt Der Versuchsstandort Vigosa liegt im Bundesstaat Minas Gerais und liegt auf einer H he von 649 m ber NN auf dem L ngengrad 20 45 14S und dem Breitengrad 42 5253 W Die ma ximalen Temperaturen im Sommer liegen bei 40 bis 45 C die niedrigsten Werte im Winter betragen 5 bis 10 C Zu den wichtigsten Kulturen der Region z hlen Kaffee Bananen Mais und Maniok Auch der Anbau von Medizinalpflanzen spielt gerade in j ngster Zeit eine ge wisse Rolle und st t bei den Landwirten auf gro es Interesse 3 2 Kaffeetrocknung in Minas Gerais Wegen der hohen Luftfeuchtigkeit wahrend der Erntezeit sind die Nachernteverluste insbe sondere im Bereich der Trocknung hoch Je nach Betriebsgr e sind die am h ufigsten ange wandten Trocknungsmethoden die Bodentrocknung und die Trocknung im Trommeltrockner Die Bodentrocknung ist dadurch gekennzeichnet da sie sehr einfach und kosteng nstig ist da nur eine befestigte Fl che erforderlich ist um den Kaffee zum Trocknen in d nner Schicht auszubreiten Allerdings birgt dieses Verfahren auch viele Nachteile Zu nennen w ren die hohe Arbeitsintensit t durch das erforderliche regelm ige Wenden und Abr umen des Trocknungsgutes Zudem ist die Trocknung relativ ungleichm ig und das Witterungsrisiko hoch Bei Regen oder w hrend der Nacht kommt es zu
183. k hlt und die Verbrennungsluft zus tzlich vorgew rmt Auf eine Verbrennungsregelung ber eine Lambda Sonde oder ber die Verbrennungstempe ratur wurde aus Kostengr nden verzichtet 220 5 ZUSAMMENFASSUNG Derzeit sind tiber 25 aller Erwerbspersonen Brasiliens im Bereich der Land und Forstwirt schaft t tig erwirtschaften aber nur 10 des Bruttoinlandsproduktes Rohstoff und Energie verknappung sowie Preisverfall von Agrarprodukten auf dem Welt sowie dem Inlandsmarkt ben zus tzlichen Druck auf l ndliche Regionen aus Besonders Betroffen sind dabei Pro dukte die aufgrund von Anbau Lagerung oder Weiterverarbeitung nicht den hohen interna tionalen Qualit tsstandards gen gen In diesem Zusammenhang spielt vor allem die Trocknung eine wichtige Rolle wobei auf dem brasilianischen Markt f r viele wichtigen Agrar und Forstprodukte keine geeigneten bzw unter den konomischen Rahmenbedingun gen finanzierbaren Technologien verf gbar sind Dies f hrt vielfach zu hohen Qualit tseinbu en und Nachernteverlusten Ziel des vorliegenden Vorhabens war deshalb die Entwicklung und industrielle Fertigung ei ner konomisch und energetisch optimierten und f r den brasilianischen Markt angepa ten Trocknungsanlage Zur Demonstration und um die entwickelte Technologie unter Praxisbe dingungen zu erproben und zu optimieren wurden mit Industriepartnern mehrere solarge st tzte Trocknungsanlagen f r Agrar und Forstprodukte
184. konstanz getrocknet Die abschlie ende W gung ergibt das Trockengewicht Nach Gleichung 3 l t sich der Feuch tegehalt der Probe berechnen Dieses Verfahren ist jedoch bei Holzarten mit leicht fl chtigen Bestandteilen therische le Harze nicht anwendbar da diese Stoffe bereits bei Temperatu ren unter 100 C verdampfen und somit ein signifikanter Massenverlust entsteht Der genaue Feuchtegehalt dieser Holzarten l t sich entweder durch das Trocknen im Vakuumschrank Temperatur ca 50 C Druck lt 1 hPa oder im Exsikkator mit einem Trockenmittel z B Phosphorpentoxid bestimmen 13 Gabelprobe Bild 6 Entnahme einer Darrprobe Schichtprobe und Gabelprobe aus einem Brett ver ndert nach Hildebrand 25 40 Eine schnellere jedoch weniger exakte Messung der Holzfeuchte ist mit elektrischen Me ge r ten m glich Diese nutzen den Zusammenhang zwischen dem Feuchtegehalt und der elek trischen Leitf higkeit des Holzes Die unterschiedlichen dielektrischen Konstanten des Was sers und des trockenen Holzes bewirken eine nderung des kapazitiven Widerstandes zwi schen zwei angelegten Elektroden weshalb der flie ende Strom proportional zur Holzfeuchte ist Me werte mit vertretbar geringer Abweichung liefern diese Me ger te im Bereich zwi schen 5 und 30 Holzfeuchte Moderne elektrische Holzfeuchteme ger te besitzen eine Temperatur sowie eine Holzartenkorrektur und lassen sich je nach Einsatzzweck mit ver
185. ktar der weltweit gr te Produzent von Eukalyptusholz wo bei sich etwa 52 dieser W lder allein im Bundesstaat Minas Gerais befinden Die schnell wachsenden und mit einer Dichte von 500 to 700 kg m relativ harten Arten E grandis E cloeziana und E saligna werden in bewirtschafteten Plantagen angebaut wobei das Holz als Zelluloselieferant f r die Papierindustrie als Feuerholz und zur Holzkohleherstellung dient Sinkende Preise f r Steinkohle und die im Zusammenhang mit der Verkohlung entstehende Umweltverschmutzung zwingen die Forstbetriebe jetzt vermehrt zur Suche nach alternativen Verwendungsm glichkeiten f r das erzeugte Eukalyptusholz Die Nutzung des zur Verf gung stehenden extrem inhomogenen Rohmaterials in der M bel und Bauindustrie ist aufgrund von Problemen wie Formver nderungen Ri bildung und Kollaps w hrend dem S gen und dem Trocknen wesentlich schwieriger als bei anderen H lzern 21 22 Deshalb wurde Eu ee kalyptusholz bisher nur selten in der brasilianischen Holzindustrie benutzt obwohl es dank seiner enormen Produktivit t von bis zu 50 m Holz pro ha und Jahr eine sowohl wirtschaftli che als auch nachhaltige Alternative zu den h ufig illegal in nat rlichen W ldern geschlage nen Harth lzern darstellen k nnte Solare Trocknung von Hartholz Aufgrund der geschilderten Problematik wurde im Rahmen des vorliegenden vom BMBF BMWi gef rderten Forschungsprojektes in Zusammenarbeit mit dem brasilian
186. kungsgrad Der Gesamtwirkungsgrad n des Heizungssystems wird durch die Beziehung gt A Q Nutzen 61 n Ea MHolz definiert Temperaturmessungen zwischen der Wasserofenaustrittstemperatur und der Wasserw rme bertragereintrittstemperatur ergaben eine Temperaturdifferenz von max 0 1 K Dieser Wert liegt innerhalb der Me ungenauigkeit der verwendeten Thermoelemente Aus diesem Grund k nnen die W rmeverluste ber die w rmeisolierten Rohrleitungen vernachl igt werden Vernachl igt man noch die elektrische Leistung die von der Wasserpumpe aufgenommen 185 wird Pa lt 1 kW und die Verluste durch den W rmepuffer so ist der Gesamtwirkungsgrad n gleich dem Kesselwirkungsgrad Berechnungen des Gesamtwirkungsgrades n aus dem gesammelten Datenmaterial ergaben fiir die Differenz der beiden Wirkungsgrade Werte die kleiner als 1 5 waren Nx N lt 1 5 Ber cksichtigt man da sicherlich alle durchgef hrten Messungen und Berechnungen mit einem Fehler dieser Gr enordnung behaftet sind ist es gerechtfertigt wenn im weiteren Verlauf dieser Arbeit auf die Darstellung des Gesamtwirkungsgrades verzichtet wird 4 4 Inbetriebnahme und durchgef hrte Optimierungsma nahmen 4 4 1 Inbetriebnahme der Heizungsanlage Vor der ersten Inbetriebnahme des Heizungssystems mu te der Wassermantel des Ofens nach innen und au en abgedichtet sowie f r die Betriebssicherheit notwendige Me und Rege leinheiten a
187. l nach folgendem Muster beprobt O Mittlere Holzfeuchte Die Bestimmung der Holzfeuchte erfolgte mit Hilfe eines elektri schen Me ger tes in Brettmitte und an der Hirnseite in einer Tiefe der halben Brettst rke Zus tzlich dazu wurde die Feuchte in der Brettmitte auch an der Oberfl che in etwa 5 mm Al Tiefe bestimmt Aus diesen 3 gleichgewichteten Werten wurde dann der Mittelwert be rechnet Stichprobenartig wurde die Feuchte auch gravimetrisch durch Entnahme einer Probe in 1 m Abstand von der Stirnseite gemessen o Holzfeuchtestreuung Zus tzlich zur mittleren Holzfeuchte wurde die Streuung aller Ein zelwerte bestimmt Die Streuung gibt Auskunft dar ber ob der bestimmte Mittelwert aus einer stark schwankenden Stichprobe mit sehr trockenen und sehr feuchten Brettern stammt oder ob eine homogene Feuchteverteilung vorliegt 2 2 5 5 Verschalung Verschalung ist eine allgemeine Bezeichnung fiir den Zustand eines nicht spannungfreien Holzes das durch berdehnte u ere Zonen gekennzeichnet ist Starke Verschalungen k nnen zu Ri bildungen und bleibenden Formver nderungen f hren sofern sie nicht fr hzeitig be seitigt werden 13 Eine Pr fung des Holzes auf eventuell vorhandene Verschalungen kann mittels einer Gabelprobe erfolgen Die Entnahme einer Gabelprobe aus dem Brett ist aus Bild 6 ersichtlich Zur quantitativen Bestimmung des Verschalungsgrades wird ein aus dem Schnittholz ge nommener Querriegel oberfl che
188. lauf geschlossen Voraussetzung f r den sinnvollen Einsatz solcher Brennstoffe ist jedoch der sparsame Um gang mit den verf gbaren Ressourcen sowie eine schadstoffarme Verbrennung in entspre chenden Feuerungsanlagen Neben der Nutzung von Waldholz Waldrestholz und des vor Ort z B in Eukalyptusplanta gen produzierten Holzes bietet sich in besonderem Ma e das bei der Produktion von Schnittholz in gro en Mengen anfallende Abfallholz als Enegietr ger an Der zus tzliche Energiebedarf der solaren Trocknung kann z B im Falle der CAF vollst ndig mit billigem Abfallholz gedeckt werden Da auf dem brasilianischen Markt zu Beginn des Vorhabens keine hochwertigen geeigneten Kleinfeuerungsanlagen Nutzleistung bis 300 kW zur Verf gung standen ergab sich die Notwendigkeit zur Entwicklung einer einfachen Holzfeuerungsanlage die lokal hergestellt werden kann Wichtige Ziele dabei waren ein hoher Wirkungsgrad ein geringer Schadstof faussto einfache Bedienbarkeit und Regelbarkeit sowie kosteng nstige lokale Herstellbar keit 150 Durch die Verbesserung der Feuerungstechnik die Nutzung von Solarenergie und die Opti mierung des Trocknungsregimes kann der Holzbedarf bei der Trocknung von Schnittholz und anderen Produkten stark gesenkt werden Diese Reduktion des Holzbedarfs tr gt zur Einspa rung nat rlicher Ressourcen zur Schonung des Waldes sowie zum Schutz der Erdatmosph re durch geringere Emissionen bei 151 4 1
189. lfenahme je eines Hea ting und Cooling Objekts eingehalten Das Heating Objekt verf gt ber eine unbe schr nkte Heizleistung und die M glichkeit die Luft auf einen vorgegebenen Wert zu be feuchten Im Gegensatz dazu k hlt das Cooling Objekt optimal und kann entsprechend dem gew nschten Feuchtewert Feuchte abf hren hae F r den hier vorliegenden Anwendungsfall wird das Heating Objekt ausschlie lich zu Heizzwecken das Cooling Objekt ausschlie lich zur Entfeuchtung eingesetzt Die daf r notwendige W rmemenge und die abgef hrte Feuchtemenge werden vom Type 56 als Ausgang ausgegeben Diese Werte flie en entsprechend in die W rme bzw Feuchtebi lanz ein Durch diese Anordnung wird zu jedem Zeitpunkt das vorgegebene Trocknungsregi me in der Klimazone genau eingehalten Es wird keine zus tzliche Reglereinheit mehr ben tigt 2 8 6 2 5 Verkn pfung der Zonen durch Couplings Das TYPE 56 erm glicht die Festlegung von Luftstr mungen durch W nde hindurch Auf diese Art und Weise wird die zirkulierende Luftstr mung in der Holztrocknungsanlage abge bildet Die bereits angesprochenen Luftw nde werden mit unendlich hohem W rmeleitwi derstand definiert Dies tr gt der Tatsache Rechnung das es sich hier um eine rein fiktive Wand handelt deren Aufgabe darin besteht einen Luftstrom von einer Zone in die benach barte Zone zu erm glichen Die Luftwand steht f r den Qu
190. li t tsmerkmalen durchgef hrt Au erdem wurde keine qualit tssteigernde Waldpflege wie z B Entastung und Auslichtung vorgenommen Da die verwendeten Eukalyptusb ume in der Re gel aus Nachzuchten aus Samen und nicht aus geklontem Material stammten lag zudem eine sehr hohe genetische Variabilit t der einzelnen St mme vor Es ist daher bei der Betrachtung der ausgearbeiteten Trocknungsregime zu beachten da es sich vom Rohmaterial her um ein u erst schwer zu trocknendes Holz handelte 71 2 5 Beschreibung der neuentwickelten solaren Trocknungsanlage Aufgrund des zwangsl ufig sehr schonend zu trocknenden Holzes kommt au er einer aus Kostengr nden ausscheidenden Vakummtrocknung nur eine Niedertemperaturtrocknung in Frage Die Verwendung konventioneller Zuluft Ablufttrockner im Niedertemperaturbereich hat sich jedoch h ufig aufgrund der hohen Investitionskosten und dem hohen elektrischen Energiebedarf als nicht wirtschaftlich erwiesen s Kap 2 3 Eine geeignete Solartrocknungs anlage f r die Trocknung gro er Mengen Holz stand zu Projektbeginn ebenfalls nicht zur Verf gung Basierend auf eigenen sowie den aus der Literatur verf gbaren Erfahrungen wur de deshalb eine neuartige vollautomatisch geregelte und mit einer Zusatzheizung ausgestat tete Gew chshaustrocknungsanlage entwickelt Mit einem Fassungsverm gen von anfangs 160 und zwischenzeitlich bis zu 240 m3 Holz handelt es sich dabei um die mit Abstand Gr
191. lit t auf wobei der Kesselwirkungsgrad bei ca 85 und die Leistung bei ca 80 kW liegt Mit Hilfe der Heizungsanlage konnte hin sichtlich des Klimas im Trockner eine hohe Regelg te erreicht werden was besonders bei empfindlichen Trocknungsg tern wie Holz oder Medizinalpflanzen von gro er Bedeutung ist Bez glich Verbrennungsqualit t und Wirkungsgrad wurden insgesamt deutsche Standarts erreicht Auf basis der Ergebnisse wurden brasilianische Hersteller hinsichtlich Herstellung 223 weiterer Verbesserungsm glichkeiten und Optimierung der Holzfeuerungsanlage in einem Leistungsbereich von 70 150 kW beraten und unterstiitzt Generell lagen fiir die untersuchten Giiter nur begrenzte Kenntnisse hinsichtlich einer opti malen Trocknungsf hrung vor was neben hohem Energiebedarf zu hohen Verlusten und im Falle von Eucalyptusholz zu einer stark eingeschr nkten Nutzungsm glichkeit gef hrt hat Deshalb wurden neben der Entwicklung der Anlagentechnik praxisorientierte Trocknungsver suche durchgef hrt Sehr umfangreiche Untersuchungen wurden insbesondere bei der solar gest tzten Trocknung von Eukalyptusholz gemacht Dabei konnte hinsichtlich Energiebedarf Trocknungskosten und Produktqualit t ein erheblicher Vorteil gegen ber herk mmlichen Trocknungsmethoden nachgewiesen werden was wesentlich zur erfolgreichen Einf hrung der neuentwickelten Solaranlage beigetragen hat Durch die Computersimulation konnten wichti ge Erkenntnisse im
192. lten Ergebnissen und gesammelten Erfahrungen mit der untersuchten Hei zungsanlage ergaben sich zahlreiche Vorschl ge f r Verbesserungsma nahmen So wurden zwischenzeitlich in Zusammenarbeit mit verschiedenen brasilianischen Partnern verbesserte Modelle der Anlage mit einer Heizleistung zwischen 75 und 150 kW gebaut und erfolgreich betrieben Bild 78 Sa r Bild 78 Verbesserter Stiickholzkessel mit 100 kW Heizleistung zur Heizung von zwei St llen f r die H hnchenaufzucht Generell wurde der W rmepuffer auf ca 5000 Liter vergr ert Dadurch kann der Ofen auch bei wechselnder Leistungsabnahme durchgehend im Vollastbetrieb gehalten werden In Be zug auf Emissionen und Wirkungsgrad bringt dies deutliche Vorteile Des weiteren wurde der gesamte Ofen in einen Wassermantel gestellt und die w rme bertragenden Fl chen des Rauchgasw rme bertragers vergr ert Durch diese Ma nahme wurden die Oberfl chenver luste sowie die Verluste durch die freie W rme des Rauchgases minimiert Dar ber hinaus wurde bei den Nachfolgemodellen ein saugseitiger Betrieb des Verbren nungsluftgebl ses vorgesehen Dadurch braucht der Ofen beim Nachf llen nicht mehr abge schaltet zu werden Die mit hohen Emissionen und Wirkungsgradverlusten verbundenen An brennphasen k nnten so stark reduziert werden Weiterhin werden Prim r und Sekund rluft ber doppelwandige F ll bzw Aschetiiren angesaugt Die T ren werden durch die ange saugte Luft ge
193. ltet da diese bei ausreichender Zufuhr von Luftsauerstoff oxidieren 77 Die Z ndtemperatur ist von Brennstoffeigenschaften wie Dichte Faserverlauf Wassergehalt Anteil der jeweiligen Holzinhaltstoffe Oberfl che und Volumenverh ltnis Verbrennungs luftmenge und f hrung sowie von Stofftransportvorg ngen abh ngig Das Luftgasgemisch ist bei einer Temperatur von 500 C entz ndbar Die Z ndtemperatur sinkt nach dem Einlei ten des Verbrennungsvorganges auf ca 250 C ab 78 Nach der Z ndung erfolgt die Oxidation der brennbaren Gase Diese enthalten keinen freien Sauerstoff Deshalb ist eine Sauerstoffzufuhr erforderlich Der Sauerstoff diffundiert in die Verbrennungszone und erteilt der Flamme den diffusen Aufbau 79 Eine vollst ndige Oxidation der fl chtigen Bestandteile erfolgt nach MALTE bei einer Flammtemperatur von 1050 C 80 Da jedoch ein Teil dieser Bestandteile bei niedrigeren Temperaturen oxidiert kann es zu Emissionen durch unvollst ndige Verbrennung kommen 81 Dies kann durch eine l ngere Gasverweilzeit ausgeglichen werden und ist bis zu einer Temperatur von 800 C m glich 82 156 Die Verbrennungsluftmenge sowie deren Zufihrung ist fiir eine optimale Verbrennungsqua lit t von sehr gro er Bedeutung Um eine m glichst schadstoffarme Verbrennung sicherzu stellen sollte die Verbrennungsluft in Prim rluft und Sekund rluft aufgeteilt werden 74 Mit der Prim rluftzufuhr wird der Br
194. luftklappenstellung Das Verh ltnis von Prim r und Sekund rluft entscheidet ber die G te der Verbrennung und mu dementspre chend angepa t werden vgl Anhang Absch tzung der zugef hrten Verbrennungsluftmenge 162 ber den Prim rluftkanal str mt die Prim rluft in den Stapelraum f r den Brennstoffvorrat Beim Durchstr men des Brennstoffvorrats von oben nach unten erw rmt sie sich nimmt den in der Trocknungszone freiwerdenden Wasserdampf auf und gelangt ber die Entgasungszone zum Glutbett Die Trocknungs und Entgasungszone sowie das Glutbett liegen direkt ber dem Rost aus Schamott Die Aufteilung des Stapel bzw Feuerraumes in die Bereiche Brennstofftrocknung Entgasung und Glutbett entspricht dem Ablauf der Verbrennung Durch die r umliche Anordnung der Sekund rluftkan le wird die Sekund rluft ebenfalls vor gew rmt Sie gelangt ber die in den Rost eingearbeiteten Kan le in die Mischkammer In der Mischkammer werden die aus der Entgasungszone kommenden brennbaren Gase mit der Se kund rluft vermischt und in der Nachbrennkammer nachverbrannt Die hei en Rauchgase str men unterhalb der Nachbrennkammer zum Rauchgasw rme ber trager Auf diesem Weg wird ihnen bereits ber die gek hlten W nde ein Teil der W rme entzogen Die eigentliche W rme bertragung vom Rauchgas auf das Wasser erfolgt beim Durchstr men des Rauchgasw rme bertragers Von hier gelangt das Rauchgas in den Kamin Um unn
195. lzstapel Feuchtigkeit auf Ein Teil der Luft wird anschlie end durch Abluftklappen ins 48 Freie transportiert bzw durch Frischluft die einen geringeren Wassergehalt besitzt ersetzt Mit dem Luftstrom wird dem Holz konstant W rme zugef hrt und die austretende Feuchte abge f hrt 15 In Bild 9 wird der schematische Aufbau einer Frischluft Ablufttrocknungsanlage gezeigt Ventilator Spr hvorrichtung Abluftklappe _ e Frischluftklappe W rmetauscher Bild 9 Frischluft Ablufttrockner mit Axialventilator Das Fassungsverm gen der Kammern bei der Frischluft Ablufttrocknung reicht von 1 m bis etwa 150 m Nutzinhalt bei querbel fteten Spezialanlagen sogar bis 4000 m Das Einfahren des Holzstapels erfolgt je nach Bauweise frontal seitlich oder von oben Es werden verschie dene Bauarten unterschieden Gemauerte Anlagen werden heute kaum noch gebaut Kleinsttrockner werden meist l ngsbel ftet und elektrisch beheizt Sie werden entweder fertig als komplette Trocknereinheiten oder als Aggregatteil das alle wichtigen Einrichtungen f r 49 das Trocknen beinhaltet zum Selbstbau angeboten Oft ist bei diesen Kammern aufgrund der geringen Gr e keine Spr heinrichtung n tig Trocknungsmaschinen sind komplett zusammengesetzte Trockner die anschlu fertig geliefert werden Sie haben ein rundum geschlossenes Geh use und sind auf ein Fassungsverm gen von 12 15 m begrenzt Trockner in Kasettenbauweise s
196. m igten Klimazonen in enger Beziehung zu dem Wechsel der Jahreszeiten weshalb man sie hier als Jahrringe bezeichnet Man kann diese Zu wachsringe deshalb erkennen weil zwischen dem Anfang der Vegetationsperiode und dem sp ter gebildeten Holz Strukturunterschiede bestehen So hat das Fr hholz durch d nnwandi gere und weitlumigere Holzzellen eine geringere Dichte als Sp tholz 13 24 2 2 1 2 Holzdichte Neben der Unterscheidung von Holz in Laub oder Nadelholz wird es aufgrund seiner Roh dichte 100 1400 kg m wie bereits erw hnt in Hart und Weichholz eingeteilt Wie in Tabelle 1 zu sehen wird zwischen den beiden Extremen Balsa und Pockholz dabei in mehre re H rtegruppen unterschieden Die Rohdichte gilt dabei als das ausschlaggebende Merkmal f r die meisten technischen Eigenschaften So wird Holz mit steigender Rohdichte h rter fester und dauerhafter jedoch wird auch das Trocknen zunehmend schwieriger und energie aufwendiger 25 21 Tabelle 1 Rohdichte einiger Holzarten und ihre Einteilung in H rtegruppen angepa t nach M rath 25 Holzart H rtegruppe Rohdichte g cm Balsa Sehr weich 0 12 Pappel 0 42 Weide 0 41 Fichte Weich 0 43 Kiefer 0 48 Erle 0 49 Birnbaum Mittelhart 0 64 Nu baum 0 61 Eiche Hart 0 65 Eucalyptus spp 0 5 0 7 Esche 0 65 Rotbuche 0 66 Buchsbaum Sehr hart 0 92 Pockholz Beinhart 1 23 Bei der Trocknung von Holz unterscheidet man nach den unt
197. m rluftklappe 1 8 der freien Querschnitts fl che des Kanals frei gibt Diese Einstellung hat sich auch bei allen nachfolgenden Versu chen bew hrt Die Me werte sind im Anhang in Form von Diagrammen dargestellt ber die 171 Kontinuit tsgleichung kann aus den Me werten der jeweilige Luftmassenstrom berechnet werden Avy M P 10 Pr ist hierbei die Dichte der Luft und A die freie Querschnittsfl che des Luftkanals F r den Prim rluftkanal mit Klappenstellung 1 8 ist A Ap 0 03 m und f r die beiden Sekund r luftkan le A 2A 3 2 10 m Aus den Me werten die in Diagrammen im Anhang darge stellt sind werden die Beziehungen f r die mittlere Prim r und Sekund rluftgeschwindigkeit in Abh ngigkeit der Gebl sespannung hergeleitet vWp Vg F r den leeren Ofen ergibt sich der Prim rluftmassenstrom mit Gleichung 10 zu mp Pr Ap 0 0286 U 1 64 ai und der Sekund rluftmassenstrom ms PL As 0 0123 U 0 564 12 Parallel hierzu folgt f r den mit 150 kg Holz und 15 kg Holzkohle gef llten Ofen der Pri m rluftmassenstrom zu mp Pr Ap 0 025 U I 43 und der Sekund rluftmassenstrom ms Pr As 0 0158 U 0 66 14 172 4 3 8 Luft berschu zahl Zur Ermittlung von Lambda wird die minimale trockene Abgasmenge V ben tigt die A tr min sich wie folgt errechnet 87 Vatrmin 1 85C 0 68S 0 8N 0 79L min 15 Die Luft berschu zahl A kann s
198. m die Be triebssicherheit zu gew hrleisten wurde die maximale Vorlauftemperatur auf 92 C begrenzt W hrend des dargestellten Zeitintervalls von 2 Stunden wurde das Gebl se von der Regelung mehrmals zwischen den Stufen I und II geschaltet Die komplette Heizungsanlage war vor Versuchsbeginn kalt wodurch ein wirklich station rer Zustand unter Vollast nur ber eine Dauer von 40 Minuten erzielt wurde vgl Bild 58 1200 120 1000 100 O 3 800 s0 3 3 600 60 F 2 2 E 400 40 5 200 20 0 0 0 20 40 60 80 100 120 Zeit min Brennraum Rauchgas Wasser Wasser Ofeneingang Ofenausgang Bild 58 Temperaturverl ufe am Ofen unter Vollast mit leistungsgeregelter Verbren nungsluftmenge Brennraum und Rauchgastemperatur beziehen sich auf die linke und Vor und R cklauftemperatur auf die rechte Temperaturachse station rer Be reich 40 min lt t lt 80 min 196 100 gt 80 Z g 60 5 2 40 a 20 0 0 20 40 60 80 100 120 Zeit min Ofen Rauchgas W rme ber Puffer trager Bild 59 Darstellung der W rmestromverl ufe von Ofen W rmepuffer und W rme ber trager unter Vollast mit leistungsgeregelter Verbrennungsluftmenge station rer Bereich 40 min lt t lt 80 min 25 2500 20 2000 _ z 3 S 315 1500 9 S 10 1000 amp O 1 S
199. mber End feuchten von etwa 10 erreichen Die solare Trocknung erreichte diese Endfeuchten w h rend des ganzen Jahres Die Holzqualit t nach der solaren Trocknung war wesentlich besser als nach der Freilufttrocknung und konnte mit der Qualit t bei der konventionellen Trocknung verglichen werden bzw bertraf diese Die Energieeinsparung der solaren Anlage wurde im Vergleich zur konventionellen Trocknung auf 90 gesch tzt 45 Ebenfalls im Jahr 1990 untersuchte D Steinmann in S dafrika einen Trockner mit separaten Kollektoren dessen Regelung eine Vollautomatik bernahm Der Trockner wurde schon 1980 auf einer geographischen Breite von 35 S erstellt und hatte ein Kammervolumen von 0 43 m Die Kollektorfl che war etwa 4 13 m gro In einem Langzeitversuch von vier Jah ren wurde ausschlie lich Kiefernholz Pinus radiata getrocknet Dabei untersuchte man vor allem die Regelung der Gleichgewichtsfeuchte die Temperatursteuerung die Trocknungsge schwindigkeit sowie die Luftzirkulation Die Regelung der Gleichgewichtsfeuchte erfolgte einerseits durch eine Befeuchtungseinrich tung andererseits durch die Steuerung der Leistung der Bel fter Es stellte sich heraus da ein Befeuchten der Trocknungskammer auf einem Minimum gehalten werden sollte und da von weit gr erer Bedeutung die Steuerung der Bel ftung ist Des weiteren wurde festgestellt da in einem solaren Trockner eine Regelung der Gleichgewichtsfeuchte notwendig ist
200. messen und ebenfalls notiert Bild 47 gibt Aufschlu ber die Verteilung der Me stellen am Heizungssystem Im Anhang sind in einer Tabelle Me stelle Me gr e Me ort und Anzahl der Me punkte zusammengefa t 168 4 3 2 Temperaturmessung Alle Temperaturen wurden mit NiCr Ni Thermoelementen gemessen die entsprechend ihres Einsatzortes ummantelt waren Die Toleranz betr gt 0 2 K F r die Messung von Oberfl chentemperaturen wurden sogenannte Me spinnen aus Thermo elementen hergestellt d h es wurden mehrere Thermoelemente parallel geschaltet und somit die mittlere Oberfl chentemperatur ermittelt Alle Temperaturen wurden mittels eines Data loggers vom Typ Fluke HYDRA und einem Personalcomputer automatisch erfa t 4 3 3 Rauchgasanalyse Die CO und CO Werte des Rauchgases wurden mit dem Ger t Analysenrechner Codimeter 90 der Firma Arthur Grillo GmbH Ratingen gemessen 4 3 4 Wassermassenstrom Zur Bestimmung des Wassermassendurchsatzes durch das System wurde nach dem Kaltwas sermagnetventil der gesamte Wassermassenstrom abgeleitet Es wurde wie folgt vorgegangen 1 W rmepuffer teilweise entleeren 2 Markierung im senkrechten Abstand von 20 cm anbringen 3 F llen des W rmepuffers ber beide Markierungen 4 Pumpe einschalten 5 Nach Absinken des Wasserspiegels auf die erste Markierung Zeitmessung bis zum Erreichen der zweiten Markierung 169 Aus der H hendifferenz dem inneren Durc
201. mindestens 10 Jahren ausgegan gen werden Befestigungsprofil Selbstschneidende Schrauben we Luftpolsterfolie Aluminium Profil Bild 14 Querschnitt durch zwei Rahmenbinder mit Luftpolsterfolie und Befestigungs profil Der im Vergleich zu Glas oder Einfachfolie nur halb so gro e k Wert von Luftpolsterfolie und den an den Giebelseiten eingesetzten Polykarbonat Stegdoppelplatten von 3 2 W m K reduziert den W rmeverlust und verringert die Kondensation von Wasserdampf an der Innen seite der Bauh lle w hrend des Trocknungsprozesses Dies stellt gegen ber anderen transpa renten Bedeckungsmaterialien wie zum Beispiel einfache PE Folie oder Glas einen entschei denden Vorteil dar 74 2 5 2 Komponenten der solaren Trocknungsanlage 2 5 2 1 Heizungssystem Zur Erw rmung der Trocknungsluft stehen generell zwei verschiedene Energiequellen zur Verf gung Zum Einen wird die kostenlose Solarenergie immer dann genutzt wenn sie zur Verf gung steht Zum Anderen kann mit Hilfe einer installierten biomassebefeuerten Warm wasserheizung der fehlende Energiebedarf ausgeglichen werden 2 5 2 1 1 Solarkollektor Um die vorhandene Solarstrahlung m glichst effizient in W rme umzuwandeln wird der zwi schen Dachbereich und Holz befindliche Absorber aus mattschwarz beschichtetem Alumini umblech von der Trocknungsluft sowohl ber als auch unterstr mt Auch die transparenten Sei
202. n Die wichtigsten sind hier kurz aufgef hrt Minimumtemperatur der Trocknungsluft Maximumtemperatur der Trocknungsluft Temperaturunterschied zwischen Trocknungs und Umgebungsluft Solltemperatur der Trocknungsluft Sollfeuchte der Trocknungsluft O O O O O Trocknungsverlauf Sollwert Holzfeuchte Aus den gemessenen berechneten und vorgegebenen Werten errechnet der Prozessor auto matisch den idealen Zustand der Trocknungsluft Dazu stehen vier Regelgr en zur Verf gung die mit Hilfe von Relais und Sch tzen direkt angesprochen werden k nnen L ftungsklappe auf zu Axialventilatoren Drehzahl Heizungspumpe Magnetventile O O O Luftbefeuchter Magnetventile Mit Hilfe dieses mikroprozessorgeregelten Kontrollsystems k nnen somit die wichtigsten Trocknungsparameter wie relative Luftfeuchte Temperatur und Luftgeschwindigkeit sehr genau geregelt werden 2 5 4 Trocknung in der solaren Trocknungsanlage 2 5 4 1 Beschreibung des Trocknungsprozesses Die Ventilatoren im Dachbereich f rdern die Luft ber den Absorber in den hinteren Teil der Anlage Dort str mt die Luft durch den W rmetauscher nach unten in die Trocknungskam mer Von dort durchstr mt sie die Holzstapel in L ngsrichtung und gelangt im vordersten Segment der Anlage durch eine ffnung im Absorberblech wieder in den Dachbereich Dort 79 wird sie von den Ventilatoren angesaugt und wieder ber den Absorber in den hinteren Teil de
203. n Trocknungsanlagen und Gew chsh usern eine wesentliche Neuentwicklung dar Die Bauteile f r ein derartiges Regelungskonzept sind auf dem Markt erh ltlich und relativ kosteng nstig Kenntnisse ber eine hinsichtlich Energiebedarf und Qualit t optimale Trocknungsf h rung lagen f r die meisten der betroffenen G ter bislang nur begrenzt vor und wurden deshalb durch praxisorientierte Versuche erarbeitet Dies hat wesentlich zum erfolgrei chen Betrieb der neuentwikelten Solaranlagen sowie deren Verbreitung beigetragen TB 2 INDUSTRIELLE TROCKNUNG VON SCHNITTHOLZ MIT SOLARENERGIE 2 1 Einleitung In vielen L ndern der Erde sind die noch vorhandenen Waldfl chen aufgrund einer starken bernutzung in ihrem Bestand bedroht und der weltweite j hrliche Holzeinschlag liegt mit derzeit 3 7 Milliarden Kubikmeter ber dem Gesamtzuwachs Der Bedarf an Holz dem heute bedeutendsten nachwachsenden Rohstoff wird dabei wegen seinen vielseitigen Einsatzm g lichkeiten und aufgrund einer wachsenden Weltbev lkerung auch in Zukunft weiterhin an steigen 9 Holz findet seinen Einsatz als Energietr ger als Bau und Werkstoff oder ist Aus gangsprodukt f r die chemische Industrie 10 Auch konomisch gesehen stellt die Wel tholzwirtschaft mit einer Zuwachsrate von j hrlich etwa 2 11 einen der bedeutendsten Wirtschaftsfaktoren dar 12 Daneben kommt dem Wald aber auch eine Schl sselrolle bei der Reduzierung des Kohlendioxidanstieges in
204. n Vorteilen der Kombitrockner schnelle Trocknung Einsparung konventioneller Energie keine Abh ngigkeit von der Witterung einige Nachteile entgegen stehen Dazu geh ren die hohen Investitionskosten die kompliziertere Technik und die damit verbundene gesteigerte Anf lligkeit 2 3 5 Aktuelle Forschungsvorhaben Um einen berblick ber die j ngeren Aktivit ten auf dem Gebiet der solaren Holztrocknung zu geben werden im Folgenden Forschungsarbeiten der letzten zehn Jahre vorgestellt 1990 wurde von H Noves und J Seco im spanischen Holzforschungsinstitut in Madrid die Solartrocknung von Schnittholz im Vergleich zur Freilufttrocknung untersucht Das Hauptziel dieser Arbeit war es einen Gew chshaustrockner mit optimierten wirtschaftlichen und techni schen Merkmalen zu entwickeln wobei sowohl Design als auch Kontrolle des Trocknungs prozesses betrachtet wurden Das Kammervolumen des Trockners betrug 2 m Alle W nde au er der S dwand wurden aus vorgefertigten Sandwichbauteilen erstellt die aus zwei 0 5 mm dicken galvanisierten Metall platten und einem D mmkern aus 33 mm dickem Polyurethanschaum bestanden Die Kol 62 lektoren waren in die S dwand und in die Dachfl che integriert Sie bestanden aus einem 1 mm dicken schwarz gestrichenen Aluminiumwellblech einer bel fteten 5 cm dicken Luft kammer sowie aus der dar berliegenden lichtdurchl ssigen Abdeckung Diese Abdeckung bestand zuerst aus Acrylplatten D
205. n der Klimazone abgef hrte Feuchte _ 1 von TRNSYS angegeben in Q l 4 I l Berechnung der Verdampfungsw rme l abgef hrten Wassermenge l l l l Luftzustand ussen l Berechnung des notwendigen I Luftwechsels in der Dachzone Innen l l latenter Anteil 0 i atenter Anteil sensibler Ame wurde bereits in der Klimazone abgef hrt l l l Der sensible Anteil des Luftwechsels wird I der Dachzone als Gain ab ggf zugef hrt l l l 4 070707077 Korrekturterm l Eingangsgr ssen in die Dachzone Bild 32 Programmschema der aktuellen Programmversion 1 1 108 Das TYPES6 bietet die M glichkeit den einzuhaltenden Luftzustand in einer Zone zu jedem Zeitpunkt vorzugeben Dies geschieht durch entsprechend definierte Heizungs bzw K hle lemente in der betrachteten Zone Die Energiemengen die notwendig sind um den geforderten Soll Luftzustand herzustellen werden ber TRNSYS interne Routinen berechnet und ausge geben Das neue Konzept geht davon aus da zu jedem Simulationszeitschritt der optimale Soll Luftzustand in der Klimazone vorliegt Die Regelung der Anlage wird also als optimal vor ausgesetzt und nicht durch separate Regelobjekte nachempfunden Gem der vorliegenden umfangreichen Me ergebnisse ist diese Annahme statthaft Die von der Dachzone in die Klimazone eintretende Luft hat einen vom Sollwert abweichen den Luftzustand und ma
206. n des TYPE 56 in der Datei lst Nr Quelle Startwert Beschreibung 1 10 5 Lufttemperatur au en C 2 10 5 Relative Luftfeuchte au en 3 9 0 0 0 Diffuse Strahlungsleistung f r kJ m alle Orientierungen in der folgen den Reihenfolge NORTH SOUTH EAST WEST HORI ZONTAL NEIOST NEIWEST 10 0 0 0 Direkte Strahlungsleistung f r kJ m 16 alle Orientierungen 17 0 0 0 Einstrahlwinkel f r alle Orientie 24 rungen 25 FLOW FLOW Eingang f r die Variable FLOW kg h 26 TSOLL TSOLL Eingang f r die Variable TSOLL PC 27 FISOLL FISOLL Eingang f r die Variable FISOLL 28 HOFEUABG HOFEUABG Eingang f r die Variable HO kg h FEUABG 29 VENTILATION VENTILATION Eingang f r die Variable VENTI kg h 2 8 6 3 6 Integration Die Integration der vom TYPE 56 berechneten Energiewerte wird in Unit 50 durchgef hrt Dieses Objekt vom TYPE 24 summiert die eingegebenen Werte tiber den Verlauf der Simu lation auf und gibt die aufsummierten Werte aus Zur Konfiguration des TYPE 24 sind keine Parameterangaben notwendig Die Auflistung der gew nschten Dateneing nge reicht zur De finition aus 123 Tabelle 19 Liste der gew nschten Dateneing nge zur Konfiguration des TYPE 24 1 Sensibler W rmebedarf in Zone KLIMA kJ h 2 Latenter W rmebedarf in Zone KLIMA kJ h 3 W rmebedarf in Zone KLIMA kJ h 4 W rmebedarf zum Verdampfen
207. n kommt es bei Holz zu einer Sorptions hysterese d h da sich die Desorptions und Adsorptionsisothermen nicht decken Das Wis 24 sen ber das Holzfeuchtegleichgewicht ist wichtig f r die richtige Trocknung und Verwen dung des Holzes Um Ver nderungen der Holzfeuchte welche immer mit Form nderungen verbunden sind einzugrenzen mu das Holz vor der Verarbeitung auf die Gleichgewichts feuchte getrocknet werden die seinem sp teren Umgebungsklima ann hernd entspricht 130 C THIEL TR LULL LALA PH ICN Be AAT RTT TALIA LAZY RM 120 N AT SAN AA AB mw Bo DET IN NDS GEN gt gt N lt S N nu 110 ae of 100 L NAS NNELS NN N At 18 L ERA N N CK AINE IX RATA vi IN A aw Pane KAT r Di ACT AM oe lt pe as Me Art nek ES Beate NS Temperatur der Luft 2 es ry Zea PT At oT a A ale nd J nue e si Bes Gea t a u ro io i AT 8 Bua Ao EE ae aes RBB JERE Eu pame amme I PT BER a Re ia a relative Feuchte der Luft SAA Bild 3 Sorptionsgleichgewicht von Holz ver ndert nach Keylwerth 13 25 In Tabelle 2 sind einige f r Mitteleuropa g ltige Sollfeuchtewerte f r Holzbauteile darge stellt Tabelle 2 Verarbeitungsholzfeuchte bei verschie
208. nd unverbranntem Brennmaterial Der Feuerungsrost aus Stahl und die Sekund rluftkan le zeigten nach kurzer Zeit sehr gro e Verschlei erscheinungen Bild 49 Der Verschlei ist im wesentlichen auf den verwendeten Stahl zur ckzuf hren Der gesamte Ofen und somit auch der Rost und die Sekund rluftkan le wurden aus nicht hitzebest ndi gem Stahl gefertigt Hitzebest ndiger Stahl ist vor Ort sehr teuer und schwer zu beschaffen Durch die im Brennraum herrschenden hohen Temperaturen kohlt die Au enschicht des Stahls sehr stark auf und verspr det 187 Bild 49 Feuerungsrost und Sekund rluftkan le nach einer Betriebszeit von ungef hr 200 Stunden Die Folge hiervon ist da sich ganze Platten mit aufgekohltem und verbranntem Stahl von der Oberfl che l sen Um die Betriebssicherheit des Ofens aufrecht zu erhalten wurde als kurzfristige L sung die maximale Brennraumtemperatur auf 900 C begrenzt Dadurch sinkt jedoch auch der Wirkungsgrad des Ofens ab Die wassergek hlten Innenw nde des Ofens zeigten im Gegensatz zu Rost und Sekund rluftkan len keinen Verschlei Um das Materialproblem zu l sen wurde ein Rost aus Schamottzement mit eingearbeiteten Sekund rluftkan len entwickelt und gebaut Bild 50 Die Abmessungen des Rostes sind im Anhang zufinden 188 Sekund rluftkanal mit Verbindung zur Mischkammer Mischkammer Drahteinlage mit Brennspalt Bild 50 Schematische Darstellung des aus
209. ne Zusatzheizung 136 zum Warmeausgleich in der Nacht und ungiinstigen Wetterbedingungen Das Trocknungsre gime wird automatisch an die Art des Holzes die Brettst rke und die Au entemperatur ange pa t Der modulare Aufbau des Trockners erlaubt weiterhin eine individuelle Anpassung an die Erfordernisse des Benutzers In Zusammenarbeit mit der brasilianischen Firma CAF Santa Barbara Ltda wurden die mit einer j hrlichen Trocknungskapazit t von 35 000 m Eukalyptusholz gr ten solaren Holz trocknungsanlagen in den Bundesstaaten Minas Gerais und Bahia aufgebaut Mit dem neu entwickelten Niedrigtemperaturregime kann sogar f r Holzkohle und zur Zellulose Herstel lung verwendetes brasilianisches Eukalyptusholz zu einem hohen Qualit tsprodukt f r die M bel und Bauindustrie getrocknet werden Die Untersuchungen haben gezeigt da die In vestitionen Trocknungskosten und der Energieverbrauch um 40 to 60 im Vergleich zu konventionellen Hochtemperaturtrocknungsanlagen verringert werden kann Die Einf hrung dieser nachhaltigen und umweltfreundlichen Technologie kann somit bedeutend zu einer stei genden Verwendung aus nachhaltigem Waldbau stammenden Holzes f hren wodurch ein Beitrag zum Schutz von nat rlichen Regenw ldern geleistet wird Die neuentwickelte solare Trocknungsanlage hat gezeigt da sie geeignet ist um 27 mm Bretter von Eucalyptus grandis von 60 80 auf 10 12 Holzfeuchte innerhalb von etwa 3 Wochen
210. nergiebedarf un abh ngig von der Beheizungsart am h chsten Als blicher Richtwert f r den Entzug von ei nem Kilogramm Wasser gibt K Hustede f r Weichholz 4550 kJ und f r Hartholz 6230 kJ an 29 M Koberle spricht sogar von einem durchschnittlichen W rmebedarf von 3300 8000 kJ je kg verdampftes Wasser 33 Festzuhalten bleibt da die dem Holz zu entziehende Was sermenge f r den W rmebedarf und somit f r die Trocknungskosten von entscheidender Be deutung ist Um die Energiekosten f r die Beheizung zu senken wurden neben einer Verbesserung der W rmed mmung verschiedene W rmer ckgewinnungssysteme entwickelt Einen vielver sprechenden Weg stellt das sog Bypa verfahren dar bei dem eine thermische Energieeinspa rung von ca 50 im Vergleich zu herk mmlichen Trocknungsverfahren erreicht werden kann Bei derartigen Anlagen wird in einem Bypa luftstrom der in der Trockenkammerluft enthaltene Wasserdampf mit Hilfe einer W rmepumpe kondensiert und das Wasser abgeleitet Die getrocknete Luft wird der Trocknung wieder zugef hrt und die durch die Kondensation frei gewordene W rme f r Heizzwecke nutzbar gemacht Die W rmepumpe und die Umluft gebl se werden durch ein Blockheizkraftwerk versorgt 34 Der Energiebedarf f r den Betrieb der Ventilatoren h ngt haupts chlich vom Volumenstrom vom Wirkungsgrad der verwendeten Ventilatoren von der Stapeltiefe sowie von der Trocknungsdauer ab Mit einer computergesteuerten stuf
211. ng in die daf r notwendigen ther mischen Zonen unterteilt Durch die Einbindung von Klimaobjekten Kann die aktuelle Versi on des Simulationsprogramms das thermische Verhalten der hier betrachteten Holz trocknungsanlage ausreichend genau abbilden Die zur Berechnung ben tigten Geb ude und Wetterdaten sowie die Angaben ber das gew nschte Trocknungsregime werden durch Ein gabedateien bergeben Berechnet werden dann Energiebedarf und weitere Parameter die eine Aussage erlauben inwieweit das gew nschte Trocknungsregime unter den eingespeisten Klimadaten eingehalten werden k nnte F r einen zuverl ssigen und konomisch sinnvollen Einsatz der solaren Trocknungsanlagen ist unter den in Brasilien zumindest zeitweise vorliegenden humiden Bedingungen der Ein satz einer Zusatzheizung erforderlich Die auf dem brasilianischen Markt bisher verf gbaren auf regenerative Brennstoffe gest tzten Heizsysteme weisen allerdings oft feuerungstechni sche Wirkungsgrade von unter 30 auf und die Schadstoffemissionen sind aufgrund der un vollst ndig ablaufenden Verbrennung betr chtlich Deshalb wurde die Entwicklung und Op timierung einer effizienten regelbaren und dennoch kosteng nstigen Kleinfeuerungsanlage f r Restholz vor Ort unterst tzt und durchgef hrt Ber cksichtigt wurde insbesondere Schad stoffaussto Wirkungsgrad einfache Herstellbarkeit und Betriebssicherheit Der untersuchte Prototyp des Ofens weist eine gute Verbrennungsqua
212. ngebracht werden Am Trocknungsluftw rme bertrager mu te der Wasservertei ler und sammler angefertigt werden Ferner wurde das Rohrleitungssystem dimensioniert und damit verbunden die Verschaltung von Ofen W rmepuffer und Trocknungsluftw rme ber trager festgelegt 4 4 2 Durchgef hrte Optimierungsma nahmen 4 4 2 1 Ofen Nach der ersten Inbetriebnahme des Heizungssystems wurde die w rme bertragende Fl che des Ofens durch Erweiterung des Wassertanks vergr ert Um die Verbrennung zu verbes sern wurden die Prim r und Sekund rluftkan le erweitert Zur Verringerung der W rme verluste an die Umgebung wurde der Ofen mit einer 5 cm dicken Schicht aus Mineralfaser w rmeisoliert und die T ren wurden mit Schamottzement ausgegossen 186 Bild 48 Ofen mit Isolierung In Bild 48 ist der Ofen mit Isolierung zu sehen Neben dem Ofen befindet sich der isolierte W rmepuffer Ebenfalls erkennbar sind die isolierten Rohrleitungen Rechts neben dem Ofen ist auch der Schaltschrank f r die Regelung des Ofens und der Solartrockners zu sehen Aus Versuchen mit unterschiedlich gro en Brennspalten und verschiedenen geometrischen Abmessungen hat sich f r den gew nschten Leistungsbereich ein Brennspalt mit einer Fl che von 180 cm als optimal ergeben F r die Breite des Brennspaltes haben sich 5 cm als gut erwiesen Ist der Brennspalt zu schmal verstopft er leicht Ist er zu breit bilden sich um ihn Trichter aus Asche u
213. ngenommenen Werte entsprechend angepa t wer den m ssen 128 Die Berechnung der Kondensation an den Innenw nden f hrt zu den Ergebnissen auf der fol genden Seite Jede Wand wird f r jeden Simulationsschritt auf Taupunktsunterschreitungen untersucht Tritt Kondensation auf so wird f r die entsprechende Wand zum betrachteten Zeitpunkt eine 1 ausgegeben In Bild 36 sind s mtliche W nde einer Zone in einem Graphen zusammengefa t Die Werte zeigen da es bei der betrachteten Trocknung zu Kondensation an den Innenw nden kommt Aussenw nde Zone Holz 1 0 100 200 300 400 500 Aussenw nde Zone Holz 2 0 0 100 200 300 400 500 1 Aussenw nde Zone Holz 3 0 100 200 300 400 500 Aussenw nde Zone Dach Kondensation 1 0 0 100 200 300 400 500 Aussenw nde Zone Klima 0 100 200 300 400 500 Aussenw nde Zone Nachholz 0 100 200 300 400 500 Zeit h Bild 36 Kondensation an den Innenw nden der Trocknungsanlage 129 2 8 8 Probleme Schwachpunkte und Verbesserungsm glichkeiten Die im vorangegangenen Kapitel dargestellten Ergebnisse zeigen da eine zufriedenstellende Abbildung des Systems Holztrockner m glich ist In einigen Punkten wurden jedoch Verein fachungen getroffen die im Verlauf der Weiterentwicklung dieses Simulationsprogramms noch Potential zur Verbesserung der Simulationsergebnisse bieten So ist der Einflu der Solarstrahlung in der vorliegenden
214. nparallel mit einer Bands ge bearbeitet Bild 7 Durch die Trennung der Schichten die sich gegenseitig am Schwinden hindern kommt es zu einer durch Trocknungsspannungen verursachten Verformung Die Zinken der Gabelprobe defor mieren sich hierbei entsprechend dem lokal vorliegenden Spannungszustand Bild 7 Existie ren im Querriegel noch Feuchtegradienten dann verst rken bzw verursachen diese die De formationen Zur Untersuchung bleibender Deformationen werden die Proben deshalb erst nach 24 bis 48 Stunden ausgewertet wenn ein ausreichender Feuchteausgleich stattgefunden hat 36 39 ei AD b a d Brettst rke a b Gabelwert Bild 7 Ma e einer Gabelprobe Auswertung einer Gabelprobe 2 2 5 6 Verf rbungen Unter Verf rbungen versteht man unregelm ige Abweichungen von der nat rlichen Farbe des Holzes Neben nat rlich vorhandenen Farbunterschieden im Holz durch z B verschiedene Gewebe wie Kern und Splintholz k nnen Verf rbungen w hrend der Trocknung entstehen Die wichtigsten Ursachen f r Verf rbungen sind hierbei die Aktivit t von Mikroorganismen durch zu langsame Trocknung Bl uepilz bei Fichte physiologische Reaktionen des Holz gewebes durch zu hohe Temperaturen biochemische Reaktionen durch Enzyme des Holzes bei zu langsamer Trocknung und chemische Reaktionen durch zu hohe Trocknungstemperatu ren 13 43 2 2 5 7 Qualit tsklassifizierung In der EDG Richtlinie Trocknungsqualitat von 1994
215. nsiert W hrend der Trocknung schwankt die Temperatur des Holzes in Abh ngigkeit vom Feuchtegehalt zwischen der Heizplattentemperatur und der dem Unterdruck entsprechenden Siedetemperatur Die Vor und Nachteile gegen ber dem diskontinuierlichem Verfahren sind folgende 54 Vorteile O k rzere Trocknungszeiten O schonende Trocknung und gute Holzqualitat O geringere Energiekosten Nachteile O lange Beschickungs und Entleerungszeiten durch den erforderlichen Einbau der Heiz platten O wesentlich h here Investitionskosten O bei verdrehten H lzern unzureichende W rme bertragung 2 3 3 3 2 Diskontinuierliches Verfahren Bei der diskontinuierlich arbeitenden Anlage plattenlose Anlage erfolgt die Erw rmung des Holzes konvektiv mittels umgew lzter Luft Das Holz wird mit blichen Stapelleisten gesta pelt und mit einem Stapelwagen der Trocknungskammer zugef hrt Nach der Beheizungspha se wird das Vakuum erzeugt und das Holz beginnt zu trocknen Die Holztemperatur sinkt je doch in Abh ngigkeit der Wasserabgabe mehr oder weniger rasch und der Trocknungsvor gang kommt zum erliegen Um dem Holz die n tige W rme wieder zuzuf hren wird das Va kuum unterbrochen und die Kammer mit Warmluft als Energietr ger erneut beheizt Dieser Ablauf wiederholt sich bis zum Erreichen der gew nschten Endfeuchte Vorteile O kurze Beschickungs und Entleerungszeiten O geringere Investitionskosten durch den Wegfall der Heizplatt
216. nterschieden werden bei dem Zuluft Abluft Verfahren die Niedrigtemperaturtrocknung die Normaltemperaturtrocknung und die Hochtemperaturtrocknung Die Niedrigtempe raturtrocknung spielt sich in einem Temperaturbereich von 15 45 C die Normaltemperatur trocknung zwischen 45 und 90 C und die Hochtemperaturtrocknung zwischen 90 und 130 C ab 50 2 3 3 1 1 Niedertemperaturtrocknung Die Niedertemperaturtrocknung ist sehr qualit tsschonend f hrt aber zu relativ langen Trocknungszeiten Aufgrund der hohen Investitionskosten fiir geregelte Trocknungskammern wird sie deshalb bisher aus wirtschaftlichen Griinden nur bei der Vortrocknung von empfind lichen Laubholzarten bis zu einer Holzfeuchte von ca 20 eingesetzt 2 3 3 1 2 Hochtemperaturtrocknung Bei der Hochtemperaturtrocknung 0 90 130 C werden die Holzeigenschaften aufgrund der hohen Temperaturen h ufig negativ beeinflu t Deshalb wird dieses Verfahren in der Pra xis nur vereinzelt angewandt Getrocknet werden haupts chlich schwache Nadelh lzer Harte Laubh lzer eignen sich generell nicht f r diesen Trocknungsproze da es bei diesen H lzern zu Verf rbungen kommt Die hohen Temperaturen bewirken allerdings auch eine gewisse Plastifizierung des Holzes Dadurch kann es beim Trocknen von H lzern die zum Verwerfen und Verdrehen neigen zu Qualit tsverbesserungen kommen Ein weiterer Vorteil dieses Ver fahrens ist die Verk rzung der Trocknungsda
217. ography and comparative tests were perfomed using fresh produce Results showed that drying air velocity did not have a significant effect either on essential oil yield or on the amount of citral its main component Temperature had a positive effect on essential oil extraction An increase in oil yield of 21 percentage points was observed when comparing the amount of oil extracted from samples of fresh produce with that obtained with samples dried at 60 C If the results obtained with tests conduced at 40 C are compared with those obtained at 60 C one can observe na increase of 15 percentage points in oil yield with the corresponding increase in air temperature 20 C Concerning the amount of citral in the essential oil an increase of 5 percentage points was obseved in samples dried at 40 C when compared with the amount obtained with fresh produce Howevwer for dryin air temperatures of 50 and 60 C reductions in the amount of citral of 3 5 and 12 0 percentage points respectively were obseved when compared with the values obtained with fresh produce Drying air relative humidity influenced the process of citral volatilisation increasing the air temperature and consequently lowering its relative humidity increased the rate of volatilisation of monoterpens
218. om W rmebedarf des Trockners mit Vollast durchgefahren werden kann und dann f r mehrere Stunden ganz abge schaltet wird Die Temperaturen am W rme bertrager sowie die Speicherwassertemperatur sind in Bild 70 dargestellt Deutlich zu sehen ist da die Trocknungsluft ber den gesamten Zeitraum bei der eingestellten Temperatur von konstant 30 C gehalten werden konnte Dies ist im Hinblick auf die G te der Trocknung sehr wichtig da es sich vielfach um sehr empfindliche Trocknungsg ter handelt Schon kurzzeitige Klima nderungen im Trockner k nnen zu gro en Qualit tseinbu en und damit verbunden zu hohen finanziellen Verlusten f hren Es ist mit Hilfe des Ofens m glich im Trockner ein konstantes und optimales Klima auf dem ge w nschten Temperaturniveau zu erzielen Bild 71 und Bild 72 zeigen die prozentuale Verteilung der Verluste Die Verluste ber die Ofenoberfl che und ber den W rmepuffer sind fast identisch mit den vorangegangenen Vollastversuchen Eine klare Umverteilung hat sich beim Rauchgas und den Verlusten durch unvollst ndige Verbrennung ergeben 209 Oberfl che W rmepuffer 1 1 unvollst Verbrennung 9 Rauchgas 83 Bild 71 Prozentuale Darstellung der Gesamtverluste w hrend des Teillastbetriebs restliche Oberfl che 23 Stapel u Kaminraum 5 Bild 72 Prozentuale Verteilung der Oberfl chenverluste w hrend des Teillastbetriebs 210 4 5 3 Beurteilung der Ergebnisse
219. on einen minimalen Wert an Die Aufgabe der Regelung besteht darin die Abweichungen vom Sollwert m glichst gering zu halten Als Sensoren eignen sich Lambda Sonden sehr gut da sie wesentlich kosteng nstiger als Sauerstoffsonden oder Me ger te zur Erfassung der Koh lendioxid Konzentration sind Analog zur Lambda Regelung besteht auch die M glichkeit der Regelung nach der Verbrennungstemperatur Es besteht ein Zusammenhang zwischen der Verbrennungsg te und der Verbrennungstemperatur F r jede Feuerungsanlage kann eine Verbrennungstemperatur ermittelt werden bei welcher die Kohlenmonoxid Konzentration ein Minimum besitzt Die Regelung erfa t mit Sensoren die Temperatur in der Brennkammer oder in der Nachverbrennungszone und versucht ber die Verbrennungsluftzufuhr die vorge gebene Solltemperatur zu erreichen Welche der beiden Regelkonzepte die g nstigere ist mu jeweils abgesch tzt werden F r den hier vorgestellten Ofen w re es sicherlich g nstiger die Gebl se ber die Brennraumtemperatur zu regeln da der Temperaturf hler bereits vorhanden ist 211 2 1922 ppm E man Regelung E autom Regelung H Teillast 3 9 1 17 50 16 50 9 20 123 pp 98 pp 1 2 1 3 CO2 Gehalt CO Gehalt Lambda Bild 73 Vergleich der Mittelwerte von CO CO und A der vorgestellten Versuche Die Brennraumtemperaturen bei den Vollastversuchen vgl Bild 74 lagen auf einem hohen Niveau Im station ren Bereich
220. on der Unterseite her gen gend Frischluft an den Stapel gelangt Grasbewachsene Fl chen unter dem Holzstapel sind problematisch da durch die h here Luftfeuchte die Gefahr eines Pilzbefalles stark ansteigt Au erdem mu das Holz gegen die Einfl sse von Regen und Sonne abgedeckt werden 40 2 3 2 Vortrockner Niedrigtemperaturtrockner mit konstanten Temperatur und Klimaverh ltnissen sind ein Schritt von der Freilufttrocknung zur technischen Trocknung Sie werden ebenfalls zum Vor trocknen von Holz benutzt In der Kammer wird ein sog Sch nwetterklima von 20 40 C mit einer relativen Luftfeuchte von etwa 70 eingestellt Dadurch k nnen die meisten Nachteile der Freilufttrocknung deutlich verringert werden Das Holz trocknet schonender und schneller und es kommt zu weniger Trocknungssch den Vorteilhaft bei dieser Tocknungsart ist da verschiedene Holzarten und Holzst rken gleichzeitig getrocknet werden k nnen 14 2 3 3 Konventionelle Trockner 2 3 3 1 Frischluft Ablufttrockner Die Frischluft Ablufttrocknung oder auch Umluft Kammertrocknung ist die gebr uchlichste Art der technischen Trocknung mit einem Marktanteil von ber 90 Bei diesem Verfahren wird die Trocknungsluft hinsichtlich Temperatur und Feuchte konditioniert und durch Ven tilatoren in einer geschlossenen Trocknungskammer kontinuierlich umgew lzt Die Umluft wird dabei durch eingebaute W rmetauscher gef hrt und nimmt auf ihrem Weg durch den Ho
221. onfiguration der Units 71 und 72 Parameter 1 Angabe des Zeitintervalls in dem Daten abgespeichert werden sollen 2 Startzeitpunkt der Aufzeichnung 3 Endzeitpunkt der Aufzeichnung 4 Angabe der entsprechenden Dateinummer in die geschrieben werden soll 5 l Vorgegebene Einheiten 2 TRNSYS gibt Einheiten vor Nach der Angabe der Parameter erfolgt die Auflistung s mtlicher Eing nge die gespeichert werden sollen In entsprechender Reihenfolge m ssen im Anschlu die gew nschten Spalten berschriften sowie die einzutragenden Einheiten aufgelistet werden Im hier vorliegenden Fall speichert Unit 71 die interessierenden Temperatur bzw Feuchte werte ab Unit 72 speichert die Integrierten Werte f r die Angabe des Energieverbrauchs 125 2 8 7 Ergebnisse der ersten Testsimulationen Die folgenden Darstellungen die wesentlichen Ergebnisse einer durchgef hrten Simulations rechnung im direkten Vergleich mit den aufgenommenen Me werten 50 40 INA D 30 3 5 a E 20 Me werte 10 Simulation 0 100 200 300 400 500 Zeit h Bild 33 Vergleich des berechneten und gemessenen Temperaturverlaufs Wie in Bild 33 zu sehen entsprechen die Verl ufe der Temperaturen weitgehend den Me werten der Anlage Hier sind zwar noch geringe Abweichungen von maximal 5 K Tempera turdifferenz zu verzeichnen welche aber aber in der hier noch nicht verwendeten neuen Ver sion ausgeglichen w
222. owohl ber den Sauerstoffgehalt als auch ber den Kohlen monoxid und Kohlendioxidgehalt im Abgas ermittelt werden Die Berechnung erfolgt nach DIN 4702 T2 aus den Konzentrationen von CO und CO im Abgas sowie dem minimalen trockenen Abgasvolumen V min und dem Luftbedarf Lain 87 CO max V r min A 1 Z 1 16 CO2 CO em vol Lmin CO max ist die theoretisch h chstm gliche CO Konzentration die bei einer vollst ndigen Verbrennung auftreten kann und liegt bei der Holzverbrennung bei 20 3 Vol 74 4 3 9 Abgasvolumen Aus der Elementaranalyse des Holzes wird in Anlehnung an die Gleichungen der DIN 4702 T2 das trockene Abgasvolumen je kg Brennstoff berechnet Va re Va tr mint A 1 Lmin 17 4 3 10 Nutzw rmestr me Als Nutzw rmestr me wird der vom Ofen erzeugte W rmestrom der vom W rmepuffer auf genommene bzw abgegebene W rmestrom und der vom W rme bertrager im Solartrockner an die Trocknungsluft bertragene W rmestrom bezeichnet Sie werden nach der direkten Methode berechnet 173 Q co AO 18 My 0 Die Temperatur und Druckabh ngigkeit der W rmekapazit t wird vernachl ssigt Sie wird als konstant angenommen Die W rmekapazit t von Wasser wurde dem VDI W rmeatlas Ab schnitt Db2 entnommen 88 C 85 C 4 2 kJ kgK 19 Durch Einsetzen der entsprechenden Temperaturdifferenzen AO in Gleichung 18 erh lt man den vom Ofen erzeugten W rmestrom On Myo CHO
223. r Anlage gef rdert Ein mehr oder weniger gro er Teil der immer im Kreislauf str menden Luft wird ausgetauscht je nach dem wie weit die L ftungsklappe ge ffnet ist Durch die W rmezufuhr vom Absorber und vom W rmetauscher wird die Temperatur der Luft erh ht wobei die relative Feuchte abnimmt Ein Teil der in der Luft enthaltenen W rme wird beim Durchstr men der Holzstapel dann an das Holz bertragen und erm glicht eine Verdampfung des im Holz enthaltenen Wassers Durch die kontinuierlich aufzubringende Verdampfungsw rme sinkt die Temperatur der Luft Der Dampf wird von der vorbeistrei chenden Luft aufgenommen und mittransportiert Die relative Feuchte der Luft ist beim Aus tritt aus dem Holzstapel entsprechend der aufgenommenen Dampfmenge und der niedrigeren Lufttemperatur gr er als beim Eintritt Durch die vorderseitige ffnung des Absorberblechs str mt ein Teil der feuchten Luft nach oben in den Absorberbereich der Anlage Der Andere Teil wird ber die L ftungsklappe ausgeschleust und durch Umgebungsluft die zwar meist k lter ist aber immer einen kleineren Wassergehalt wie die Trocknungsluft besitzt ersetzt Auf dem Weg ber den Absorber erfolgt bis zum erneuten Eintritt in den Holzstapel eine vollst ndige Durchmischung von Trocknerluft und Au enluft statt Durch entsprechende Sonneneinstrahlung am Tage erhitzt sich die Oberfl che des Absorber blechs wodurch die vorbeistreichende Trocknerluft konvektiv erw rmt wird D
224. r dem ffnen der F llt re ge ffnet werden damit sichergestellt ist da sich kein brennbares Gasgemisch im Stapelraum befin 164 det Zum Anheizen und zur Bef llung wird die Anheizklappe ge ffnet Der Ofen brennt dann wie ein Durchbrandofen die Rauchgase ziehen ber die Anheizklappe und den Kamin durch die nat rliche Zugwirkung ab Hat sich ein ausreichendes Glutbett gebildet wird die Anheiz klappe geschlossen das Gebl se angeschaltet und dadurch die Flammen in den Unterbrand gedr ckt Durch verschiedene Ereignisse wie z B l ngerer Stromausfall kann es notwendig werden den Ofen vollst ndig abzuschalten Dies erfolgt ber die im Kamin eingebaute Sicherheits klappe Wird sie geschlossen k nnen die Rauchgase nicht mehr abziehen und die Verbren nung wird erstickt Um die Rauchgasw rme bertragerfl chen reinigen zu k nnen ist neben dem Kamin eine verschraubbare ffnung angebracht im Bild nicht dargestellt 4 2 2 W rmepuffer Beim W rmepuffer handelt es sich um einen w rmeged mmten Stahltank mit einem Wasse rinhalt von 1000 1 Er ist durch einen Deckel verschlossen Der W rmepuffer ist durch eine 5 cm dicke Schicht aus Mineralfaser w rmeisoliert und mit Blech verkleidet Durch ihn soll ein Intervallbetrieb des Ofens vermieden werden Der Intervallbetrieb umfa t den Voll und Teillastbetrieb sowie kurzzeitiges Abschalten des Ofens Des Weiteren soll der W rmepuffer den W rmebedarf des Trockners w
225. r konven tionellen Holztrockner stammen aus mehreren Verkaufsangeboten kommerzieller nationaler und internationaler Hersteller sowie den Erfahrungen zweier brasilianischer S gewerke die mit konventionellen Anlagen Eucalyptusholz trocknen 64 67 Ber cksichtigt wurde auch ein von Brunner durchgef hrter Vergleich konventioneller Trocknungsanlagen 16 Dabei wurde von einer Datenbasis aus 1 200 ausgewerteten Trocknungsdurchl ufen f r Buche und Eiche ausgegangen 66 Aufgrund hnlichen Aufbaus und H rte k nnen die Daten f r Buche mit Eukalyptusholz verglichen werden Die erforderliche Trocknungszeit von E grandis im Solartrockner ist aufgrund der bereits be schriebenen schwierigen Eigenschaften s Kapitel 2 4 2 nur um etwa 20 l nger als in ei nem hochwertigen Hochtemperaturtrockner Aufgrund der geringeren Investitionskosten dem geringeren Energiebedarf s Kapitel 2 6 2 1 2 und dem h heren Fassungsverm gen k nnen die Trocknungskosten gegen ber konventionellen Anlagen um 50 bis 60 verringert werden 135 Tabelle 23 Vergleich der Trocknungskosten waldfrischer x 60 80 27 mm starker Bretter von Eucalyptus grandis auf 12 Holzfeuchte im solargest tzten Trockner und in einer konventionellen Hochtemperaturtrocknungsanlage Kostengruppe Solare Trocknungsanlage Konventionelle Anlage Trocknungsdauer d 27 22 Investitionskosten DM m3 692 30 1 804 80 Energiekosten DM m 4 90 16 30 Abschreibung
226. r und W rme bertrager zusammen Im Ofen wird dem Wasser W rme zugef hrt Das warme Wasser str mt durch die Warmwas serleitung zum W rme bertrager wo es seine W rme an die Trocknungsluft abgibt Das ge k hlte Wasser wird durch die Kaltwasserleitung zum Ofen zur ckgef hrt Produziert der Ofen mehr W rme als vom Trockner ben tigt wird wird das Magnetventil in der Warmwasserleitung vor dem W rmepuffer ge ffnet Das warme Wasser str mt in den W rmepuffer Vom W rmepuffer zum Ofen wird k lteres Wasser zur ckgepumpt Wird vom Trockner mehr W rme ben tigt als vom Ofen augenblicklich erzeugt werden kann was z B zwischen zwei Brennstoffbef llungen m glich ist wird das Magnetventil in der Kaltwasserleitung ge ffnet Warmwasserventil geschlossen Das aus dem W rme bertrager kommende kalte Wasser str mt in den W rmepuffer Warmes Wasser aus dem W rmepuffer gelangt durch die entsprechenden Rohrleitungen ber den Ofen zum W rme bertrager wo es seine W rme abgibt Zur Ermittlung von Temperaturverl ufen Leistung Wirkungsgrad und Verlusten wurde die Temperatur an 16 verschiedenen Stellen mit Hilfe einer computergest tzten Me werterfas sung gemessen und registriert Die Abgaswerte CO und CO wurden entsprechend dem vor gegebenen Mefintervall abgelesen und notiert Zur Absch tzung der Prim r und Sekund r luftmenge wurden die Str mungsgeschwindigkeiten in den Prim r und Sekund rluftkan len von Hand ge
227. ratur und deren Gleichm igkeit beim Eintritt in den Stapel Befeuchtungseinrichtung und deren Gleichm igkeit O O O Funktion und Wirksamkeit konstruktiv vorgesehener Luftleiteinrichtungen Trocknungsgutbedingte Einflu faktoren Holzart Holzdicke Rohdichte Zuschnittsform Anfangsfeuchte gew nschte Endfeuchte Wuchsgebiet O O O O O O O Qualit t des Holzes vor der Trocknung Betriebsbedingte Einflu faktoren Stapelung des Holzes Vermeidung oder Abblendung freier Querschnitte im Trockner Qualit tsvorstellung der getrockneten Ware Unzul nglichkeiten des Bedienungspersonals Intervallbetrieb oder durchg ngiger Betrieb des Trockners In der Praxis liegen heute f r viele Holzarten Erfahrungswerte f r die Trocknungsdauer vor die als ungef hre Richtzahlen f r die Erstellung eines an die individuellen Verh ltnisse ange pa ten Trocknungsprogrammes genutzt werden k nnen Falls es f r eine Holzart noch keine 3M oder nur unzureichende Erfahrungen gibt empfiehlt es sich in einer Versuchsanlage Probe trocknungen durchzuf hren um ein praxisgerechtes Trocknungsprogramm erstellen zu k n nen 13 Generell steigt die Trocknungsdauer mit zunehmender Holzdicke und Rohdichte an Berech nen l t sie sich nach folgender N herungsgleichung von F Kollmann 13 1 U d 1 5 65 1 5 ee 2 oo aie 5 2 mit tr h Trocknungsdauer U Anfangsfeuchte Ue Endfeuchte d mm Brettdicke 0
228. rd dieser Fehler im entsprechenden Ausgang des TYPES56 nachtr glich im 109 TRNSYS Steuerfile korrigiert Aus dem gleichen Grund wird die Lufttemperatur in der Dachzone geringf gig niedriger berechnet da die spezifische W rmekapazit t von feuchter Luft mit steigendem Feuchtegehalt zunimmt Dieser Fehler ist jedoch im Rahmen der hier erforderlichen Genauigkeit vernachl igbar gering 2 8 6 2 Aufbau des Type56 2 8 6 2 1 Zonenaufteilung Die Berechnungen des TYPES6 basieren auf einer Unterteilung des zu betrachtenden Geb u des in Zonen f r die gemittelte Zustandsgr en angenommen werden k nnen F r jede dieser Zonen wird im TYPES56 ein Raumluftknoten mit der entsprechenden W rmekapazit t ange nommen an dem die Berechnung der Energiebilanzen durchgef hrt wird Das Modell der Holztrocknungsanlage ist in folgende Zonen unterteilt o Die Dachzone Hiermit wird der Bereich oberhalb des Absorberblechs umschrieben Die Dachzone ist nach oben hin von den Dachschr gen Luftpolsterfolie nach unten vom Absorberblech und an Vorder und R ckseite von den Au enw nden Doppelstegplatten begrenzt Bei den Dach fl chen sowie der Vor und R ckseite handelt es sich um Au enw nde an denen ein entspre chender W rmeaustausch mit der Umgebung stattfindet An der Absorberfl che findet eine W rmeleitung in die unten liegenden Holzzonen statt Die Zu und Abfuhr der umgew lzten Luft geschieht durch sog couplings
229. rocknung nicht wirtschaftlich 20 50 schneller als Freilufttrocknung bessere Holzqualit t doppelt so schnell wie Freiluft trocknung billiger als konv Trockner schneller als die Freilufttrocknung alleinige Solartrocknung nicht wirtschaftlich U nin 6 keine Trocknungsdeffekte 6800 ben tigte Vortrocknen mit Freilufttrocknung EE ed wirtschaftlich kombinierte Solar und konv Trocknung wurde als Optimum ermittelt schneller als Freilufttrocknung unter 25 U effektiver Breiten Kollektor Anschlu grad verh ltnis Leistung m m Hardie amp England Gew chs 7 1 schw gewelltes 2 Lk 3900 gute Qualit t Plumptre SI N haus trans 3 8 Aluminium 2 Ventilatoren 1979 portabel Polyethylen 2x19 kW Land und Trockner Kammer Absorber und Luftklappen Ergebnis geograph typ volumen Kollektormat Luftzirkulation Trocknungsqualit t und ischer m und erial und elektrische anderes Lumley amp USA Gew chs k A schw Metall k A k A schneller als Freilufttrocknung Choong 30 haus Polyethylen gute Qualit t 1979 Sales Frankreich Gew chs k A schw Metall 2 Lk k A f r Hartholz besser geeignet als 1979 42 N haus Polyester 1 Ventilator f r Weichholz Schneider Deutsch Gew chs 14 4 PVC und 2 Lk k A Mit Freilufttrocknung wurde et al land haus k A Polyester 2 Ventilatoren niedrigere U erreicht 1979 48 N Tschernitz Philip ext Koll
230. roducts Journal 34 1984 Nr 9 S 22 26 STEINMANN D E u H F VERMAAS Control of equilibrium moisture content in a solar kiln Holz als Roh und Werkstoff 48 1990 S 147 152 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 226 WAUGH G Sawing of young fast grown eucalypts Ist international Seminar on Solid Wood Products of High Technology 1 st Meeting on Adapted Technologies of Sawing Drying and Use of the Wood of Eucalypts 1998 S 69 81 VERMAAS H F Drying of Eucalyptus with special reference to young fast grown plantation material 1st International Seminar on Solid Wood Products of High Tech nology Ist Meeting on Adapted Technologies of Sawing Drying and Use of the Wood of Eucalypts 1998 S 107 118 BUX M M ARNOLD P SERANO u W MUHLBAUER Solar assisted green house type dryer FAO SREN First Workshop on Decentralized Rural Energy Re sources Solar Wind Geothermal Energy 1996 RAVEN P R EVERT u H CURTIS Biologie der Pflanzen Walter de Gruyter Berlin New York 1988 LOHMANN U T ANNIES u D ERMSCHEL Holzhandbuch DRW Verlag Leinfelden Echterdingen 1991 EICHLER H Praxis der Holztrocknung VEB Fachbuchverlag Leipzig 1978 ANONYMOS Einf hrung in die Holztechnik VEB Fachbuchverlag Leipzig 1965 KOLLMANN F K nstliche Holztocknung und Holzlagerung B G Teubner Verlag Leipzig 1970 HUSTEDE K Schnittholztrocknung Deutsc
231. rotz des Konkurrenzdruckes durch im Raubbau gewonnenem Holz wirtschaftlich betreiben zu k nnen Interessant ist dabei vor allen Dingen eine Produktion von Bau und Schnittholz aus Eukalyptusplantagen unter Nutzung von schw cheren sten und Zweigen f r die Holzkohleherstellung 5 Dabei kann im Wesentlichen auf bereits angelegte und zum Teil nicht mehr oder nur noch extensiv bewirtschaftete Eukalyptusplantagen zur ckgegriffen wer den Dies w re nicht nur mit einer erheblichen Umweltentlastung sowie einer Schaffung zahl reicher Arbeitspl tze verbunden sondern k nnte auch einen gro en Teil des bislang berwie gend aus nat rlichen W ldern stammenden Bauholzes substituieren Diese Hypothese wurde LO 8 im Rahmen des hier beschriebenen Vorhabens nachgewiesen Es ist ferner zu erwarten da das ge nderte Nutzungsziel einen Anreiz zur Erweiterung des kultivierten Artenspektrums schaffen und damit bereits mittelfristig den bislang berwiegend in Eukalyptus oder Pinus Monokultur betriebenen Holzanbau kologisch aufwerten w rde Aufgrund der im Vergleich zu den gro en Naturwaldgebieten relativ geringen Entfernung dieser Kunstw lder zu den Ballungszentren scheint auch eine Kultivierung zahlreicher heimischer Baumarten kono misch interessant Da allein in den Bundesstaaten Minas Gerais und Sao Paulo ca 900 000 ha Eukalyptuswald f r die Holzkohleherstellung genutzt werden 6 kann der Druck auf die na t rlichen Waldressourcen durch
232. rter Solare nergie 31 Im Vergleich zur Freilufttrocknung ben tigen die meisten Gew chshaustrockner zus tzliche Energie f r die Luftbewegung Demgegen ber hat der Gew chshaustrockner jedoch deutliche Vorteile das Holz trocknet nach Unterschreiten der Fasers ttigung wesentlich schneller die erreichbaren Endfeuchten sind niedriger und gleichm iger und es kommt zu weniger Trocknungssch den 46 Als Beispiel seien hier einige Zahlen eines Versuchstrockners der Universit t M nchen genannt der 1979 von A Schneider und L Wagner untersucht wurde Dort verlief die Solartrocknung im Vergleich zur Freilufttrocknung mehr als doppelt so schnell Die niedrigste erreichte Endfeuchte lag bei 6 8 die Freilufttrocknung erreichte jedoch nur 14 9 47 2 3 4 2 Trockner mit separaten Kollektoren Trockner mit separaten Kollektoren bestehen meist aus modifizierten konventionellen Frischluft Ablufttrocknern und externen Kollektoren die mit der Trocknungskammer ber ged mmte Leitungen verbunden sind Zu unterscheiden sind zwei Typen Beim ersten Typ bernimmt die Beheizung ausschlie lich ein Kollektor der als Wasser oder Luftkollektor 60 ausgef hrt sein kann Beim zweiten Typ handelt es sich um ein Hybridsystem mit Kollektoren und konventioneller Heizungsanlage Wasserkollektoren wurden im Bereich der Holztrocknung erstmals 1977 von Mc Cormic installiert 17 Im Vergleich zu Luftkollektoren sind sie anf lliger und nahe
233. s ttigung Konditionieren und Abk hlen finden vor allem bei der Trocknung von qualitativ hochwertigem Schnittholz Beachtung Bei der Trocknung von kleinfl chigen Holzsortimenten Furniere Sp ne Fasern oder Hackschnitzeln wird dagegen meist auf Vor oder Nachbehandlung verzichtet 26 Die oben beschriebene Trocknungsf hrung wird in der Praxis kaum noch rein manuell durch gef hrt selbst halbautomatische Regelsysteme sind nur noch vereinzelt im Einsatz Der Trend geht vielmehr zu vollautomatischen Regelanlagen die nur einmal vor Trocknungsbeginn pro grammiert werden und danach den gesamten vorher beschriebenen Trocknungsprozess selbstt tig steuern 30 2 2 3 3 Trocknungsdauer Bei jeder Trocknung kommt es zu Trocknungsspannungen da immer ein Feuchtegef lle im Holz notwendig ist um das Wasser von innen nach au en zu transportieren Diese Spannun gen m ssen in gewissen Grenzen gehalten werden da es sonst unweigerlich zu Trocknungs sch den kommt Dies wird mit einer auf die jeweilige Holzart und Holzdicke angepa ten temperaturabh ngigen Trocknungsdauer bewerkstelligt Daneben gibt es jedoch noch zahlrei che andere trockenzeitbeeinflussende Faktoren die in Tabelle 5 zusammengefa t sind 33 Tabelle 5 Einflu faktoren auf die Trocknungsdauer ver ndert nach Brunner 13 Trockenkammer bzw konstruktionsbedingte Einflu faktoren Luftgeschwindigkeit und deren Gleichm igkeit beim Eintritt in den Stapel Tempe
234. scheiden sich die ver schiedenen Arten hinsichtlich ihres anatomischen und physiologischen Aufbaus sehr stark Auch die f r die Trocknung wesentliche Eigenschaften wie Wuchsform Holzdichte Holzfar be usw sind teilweise sehr unterschiedlich 57 In produktionstechnischer Hinsicht m ssen die einzelnen Eukalyptusarten und Herk nfte daher differenziert betrachtet werden und es gibt kein allgemeing ltiges Trocknungsregime f r Eukalyptusholz das nicht an die jeweiligen Verh ltnisse wie Klon Alter Standort oder Variet t angepa t werden m te 2 4 2 Spezifische Eigenschaften von Eukalyptus Neben der oben genannten Vielf ltigkeit an Eukalyptusarten gibt es allerdings auch einige gemeinsame Eigenschaften Diese eukalyptusspezifischen Eigenschaften sind bei allen in der Holzindustrie wichtigen Arten mehr oder weniger stark ausgepr gt vorzufinden So bestehen einige generelle Probleme bei der Verwertung von Eukalyptus Eukalyptus hat seine schnelle und weltweite Verbreitung in erster Linie seiner Anpassungsf higkeit an verschiedenste Standorte und seinem sehr schnellen Wachstum zu verdanken Da bei erreicht er die h chsten Wachstumsraten in S damerika mit durchschnittlich bis zu 20 m 69 pro Hektar und Jahr wobei Brasilien mit einem Landesdurchschnitt von 15 m Jahr ha an vierter Stelle rangiert 56 Auf Versuchsfl chen wurden aber auch Zuwachsraten von bis zu 50 m pro ha und Jahr beobachtet Diese hohen Wachstumsraten
235. schiedene analytische Untersuchungen und Tests durchgef hrt Die Ergebnisse finden sich in den beiden Publikationen im Anhang 3 7 Zusammenfassung Gemeinsam mit dem Brasilianischen Partner Universit t Vi osa UVM und der deutschen Firma THERMO SYSTEM THS wurde eine f r eine Vielzahl von Produkten wie Medizi nalpflanzen Kaffee und Maniok einsetzbare solargest tzte Trocknungsanlage konzipiert und in Brasilien aufgebaut Der Prototyp ist 8 x 12 m gro und wird durch einen 56 m gro en dachintegrierten Absorber sowie einen ebenfalls im Rahmen des Vorhabens entwickelten und lokal hergestellten holzbefeuerten Heizkessel mit W rme versorgt Als Bauh lle dienen eine mit einem Spezialprofil auf den Rahmenbindern der Tragekonstruktion befestigte transparen te hoch UV stabilisierten PE Luftpolsterfolie sowie Polykarbonat Stegdoppelplatten Die Anlage besitzt zwei unabh ngige mit einem befahrbaren Rost ausgestattete Trocknungsbo xen die von unten durchstr mt werden Mit Hilfe einer ber eine gesamte L ngsseite verlau fenden motorbetriebenen L ftungsklappe kann ein beliebiger Umluft bzw Frischluftanteil eingestellt werden Das erarbeitete mikroprozessorbasierte Regelungskonzept erlaubt eine automatische Kontrolle des Trocknungsprozesses sowie eine einfache Erstellung unterschied licher Trocknungsprogramme Erfa t werden dazu kontinuierlich die Temperatur und die re 148 lative Feuchte der Trocknungs sowie der Umgebungsl
236. seine r tliche Farbe verlor und braun bis gr ulich wurde 97 2 7 Str mungstechnische Untersuchung der solaren Trocknungsanlage Neben der Klimaf hrung hat auch die Str mungsgeschwindigkeit im Spalt zwischen den ein zelnen Brettern einen entscheidenden Einflu auf die Geschwindigkeit des Wasseraustrages und damit auf die Qualit t Str mungsgeschwindigkeit Temperatur und relative Feuchte der Luft m ssen deshalb genau aufeinander abgestimmt werden Deshalb wurde die Solaranlage hinsichtlich des Einflusses von Ventilatordrehzahl Stapelleisten bzw Brettst rke und Str mungsgeschwindigkeit vermessen Bild 26 Leiste Leiste Luftgeschwindigkeit m s 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Ventilatordrehzahl Bild 26 Abh ngigkeit der Luftgeschwindigkeit von der Ventilatordrehzahl und der Brettst rke In Abh ngigkeit von Stapelleistenst rke Brettst rke und Ventilatordrehzahl kann die mittlere Str mungsgeschwindigkeit zwischen 0 und 2 1 m s variiert werden Es ist zu beachten da es sich dabei um Mittelwerte handelt So schwankt z B die Luftgeschwindigkeit bei 42 mm Brettern bei einer Ventilatordrehzahl von 100 zwischen 1 6 und 2 4 m s Bei der hier durchgef hrten langsamen Trocknung ist die Wasserabgabe des Holzes pro Zeiteinheit geringer ist als bei einer schnellen Trocknung in konventionellen Anlagen Des halb ist im Solartrockner eine durchschnittl
237. sentlich l ngere Zeitspanne als Nadelh lzer mit 1 1 5 Stunden 25 obwohl letztere bei deutlich h heren Temperaturen getrocknet werden Die Temperatur am Ende der Aufheizzeit betr gt je nach Holzart und Holzdicke 35 C bis 65 C 29 Nach der Aufheizphase erfolgt das eigentliche Trocknen Hier wird bis zum Erreichen des Fasers ttigungpunktes mit relativ hoher Luftfeuchte und relativ niedriger Trocknungstempe ratur getrocknet Nach Unterschreiten des Fasers ttigungpunktes verl uft die Trocknung lang samer da dann das gebundene Wasser entzogen werden mu Daher wird mit erh hter Tem peratur und niedrigerer Luftfeuchte bis zur gew nschten Endfeuchte weiter getrocknet QO AnschlieBend wird das Holz nachbehandelt Dies geschieht wahlweise durch sog Konditio nieren oder durch ein direktes Abk hlen Beim Konditionieren wird die Trocknungstempera tur beibehalten w hrend die relative Luftfeuchte mittels Feuchtezugabe erh ht wird Dadurch soll eine gleichm ige Verteilung der Restfeuchte im Holzquerschnitt erreicht und im Holz vorhandene Spannungen abgebaut werden Beim darauffolgenden Abk hlen wird das Holz unter kontinuierlicher Luftumw lzung kon trolliert bis auf Werte knapp ber der Umgebungstemperatur abgek hlt um eine unkontrol lierte Nachtrocknung des hei en Holzes oder eine durch zu schnelle Abk hlung verursachte Ri bildung zu verhindern 29 Die vier Hauptperioden Aufheizen Trocknen vor und nach Faser
238. ser direkt vom Trocknungskreislauf angesaugt wird wenn beide Kreis l ufe in Betrieb sind Der R cklauf vom Trockner flie t dann ebenfalls fast vollst ndig zur ck zum Biomasseofen Ist nur der Ofenkreislauf in Betrieb so wird das hei e Wasser oben im Speichertank zugef hrt w hrend das k hlere R cklaufwasser unten entnommen wird Der Trocknungskreislauf entnimmt oben und f hrt den R cklauf unten im Tank wieder zu Durch diese Konstruktionssweise werden zwar zwei Pumpen jedoch keine Magnetventile oder an ir dere mechanisch bet tigte Komponenten ben tigt und der Speicher kann optimal be und entladen werden 3 4 1 3 1 Solarkollektor Der Solarkollektor ist wie bei der Holztrocknungsanlage in das Geb ude integriert und besteht aus der transparenten Eindeckung des Trockners und dem Absorber Dadurch fallen f r die Nutzung der kostenlos verf gbaren Solarenergie keine zus tzlichen Kosten an 3 4 1 3 2 W rmetauscher Das gesamte Heizungssystem wird mittels eines Mikroprozessors gesteuert Der Ofen selbst wird durch einen Saugzugventilator an bzw ausgeschaltet Als weitere Regelgr en dienen die Wassertemperatur im Ofen sowie im Speichertank Wird W rme ben tigt und die Spei chertemperatur liegt unter einem gewissen Sollwert schaltet der zweistufige Saugzugventila tor des Ofens ein Dadurch wird Prim r und Sekund rluft in den Brennraum geleitet und das Feuer durch die Sauerstoffzufuhr angefacht Die entstehende
239. setzt Schwelga se frei Zur umweltfreundlichen Verbrennung mu daher ausreichend Verbrennungsluft zur Schwelgasentwicklung zugef hrt werden Dies ist jedoch schon dann nicht mehr der Fall wenn die Brennstoffschicht zu hoch ist da die ber den Rost zugef hrte Verbrennungsluft haupts chlich zur Schwelgasfreisetzung dient Ein ausreichender Ausbrand ist mit der restli 158 chen Verbrennungsluftmenge nicht mehr realisierbar Die Regulierung der Warmeleistung ist fast unm glich Warmluft zum Kamin _ al A Gu k rper Z yy ff mit Ausmauerung 7 pill Yj Feuerungst r Drosselklappe zur GR N Leistungsbegrenzung f INN X Sanata NND p f W 7 Reinigungst r Zi 1 Z j Cea ON Aller R ttelrost U _ Aschet r Zugschieber Ascheschublade Verbrennungsluft Bild 43 Schema eines Ofens nach dem Durchbrandverfahren Eine schadstoffarme Verbrennung setzt eine Feuerraumkonstruktion voraus die nicht nur den Entgasungsriickstand Holzkohle sondern auch den hohen Anteil der im Brennstoff enthal tenen fliichtigen Bestandteile verbrennt Fiir den Feuerraum bedeutet dies eine Aufteilung in eine Entgasungszone mit Prim rluftzuf hrung und eine Nachverbrennungszone mit Sekun d rluftzuf hrung Um bei handbeschickten Feuerungsanlagen ein st ndiges Brennholz aufle gen zu vermeiden wird ein gro er Brennstoffvorrat im Feuerraum gehalten Hierf r ist eine funktionelle Aufteilung des Feuerraumes in untersch
240. szu nahme die Brennraumtemperatur und der Kesselwirkungsgrad steigen ber den Kurvenver lauf des Kesselwirkungsgrades l t sich eine klare Aussage ber die Regelg te des Ofens machen Sie zeigt hier einen relativ flachen Verlauf Damit kann der Ofen in einem gro en Leistungsbereich ohne zu gro e Wirkungsgradeinbu en betrieben werden Wie schon erw hnt zeigen Holzfeuerungen einen typischen Zusammenhang zwischen der Verbrennungsqualit t und der Luftverh ltniszahl A bzw der Brennraumtemperatur Man kann aus dem Kurvenverlauf von Lambda und der Brennraumtemperatur klare R ckschl sse auf die Verbrennungsg te bei einer bestimmten Nutzleistung des Ofens ziehen F r den W rme bertrager im Solartrockner kann ebenfalls eine charakteristische Leistungs Temperatur Kennlinie erstellt werden Da die W rme bertragung des Wassers und an die Luft bei variablen Temperaturen stattfindet mu hierzu ein sogenannter thermodynamischer Mittelwert T der Temperaturen eingef hrt werden 89 Er ist dadurch definiert da die vom Fluid bei isobarer Abk hlung oder Erw rmung zwischen Eintrittszustand E und Austrittszu stand A abgegebene oder aufgenommene Exergie gerade so gro ist wie die Exergie der ge samten W rme wenn sie bei der Temperatur T zur Verf gung st nde q dq hg ha 62 h und h sind dabei die Enthalpien am Ein bzw Austritt O14 2 1200 1000 oO oO Temperatur C nN S S
241. tapel daher m glichst gleichf rmig sein Dies wird einerseits durch eine ausreichend dimensionierte Leistung der Ventilatoren andererseits durch die Art der Luftf hrung selbst erreicht Ab einer Luftgeschwindigkeit von ca 1 3 m s ist die Luftstr mung unter den bei der Holz trocknung blicherweise gegebenen Verh ltnissen nicht mehr laminar sondern bildet Luft wirbel Diese turbulente Str mung ist erw nscht da dadurch die trocknungshemmende Str mungsgrenzschicht an der rauhen Brettoberfl che abgel st werden kann und der W rme ber gang von der Luft zum Holz verbessert wird Prinzipiell l t sich sagen da die Trocknungs dauer mit zunehmender Luftgeschwindigkeit sinkt Die Luftgeschwindigkeit kann jedoch sinnvoller Weise nicht beliebig erh ht werden da es einerseits bei zu schneller Trocknung je nach Holzart zu Trocknungssch den kommen kann andererseits besteht aufgrund des Ener giebedarfes der Ventilatoren auch eine konomische Grenze In den 80er Jahren wurde die sinnvolle Grenze der Luftgeschwindigkeit mit 8 m s angegeben 26 Derzeit werden meist zwischen 3 und 5 m s genannt Lediglich bei nassem Holz oder bei der Hochtemperatur trocknung von Schnittholz bei ber 80 C werden h here Luftgeschwindigkeiten gefahren Allgemein wird davon ausgegangen da die durchschnittliche Mindestluftgeschwindigkeit bei der Frischluft Ablufttrocknung bei etwa 2 2 5 m s liegen sollte 13 Der Einflu der Luftgeschwindigkeit auf d
242. te dieser Wert bei 8 12 liegen Es ist daher notwendig das Holz 16 k nstlich zu trocknen In konventionellen Hochtemperaturtrocknungsanlagen die mit Tempe raturen zwischen 50 und 100 C arbeiten kann der Trocknungsprozess erheblich beschleu nigt das Holz kann beliebig tief getrocknet und die Qualit t verbessert werden 14 15 Al lerdings sind diese herk mmlichen Trocknungsverfahren mit einem hohen Energiebedarf zur Erw rmung und Umw lzung der Trocknungsluft und hohen Investitionskosten f r die bauli chen Einrichtungen verbunden 16 Die Trocknung beansprucht daher etwa 60 bis 70 Pro zent der in der Holzindustrie insgesamt ben tigten Energiemenge 14 Um diese bei der k nstlichen Trocknung bestehende Problematik zu berwinden wurde bereits seit den 60er Jahren in verschiedenen Projekten versucht solare Trocknungskammern einzuf hren 17 20 Dabei wurde angestrebt den gro en Energiebedarf und die hohen Trocknungskosten der kon ventionellen Verfahren zu vermindern und solare Energie als kosteng nstige Energiequelle zu nutzen Bis jetzt konnten die Solartrockner jedoch entweder aufgrund geringer Kapazit ten und hohen Baukosten oder wegen geringer Zuverl ssigkeit und mangelnder Kontrollm glichkeiten des Trocknungsklimas was eine elementare Voraussetzung f r die Produktion von Qualit tsholz darstellt nicht mit Hochtemperaturtrocknern konkurrieren Eukalyptusholz in Brasilien Brasilien ist mit etwa 3 Mio He
243. te konnten 18 27 32 und 42 mm dik ke Bretter in 23 27 37 und 65 Tagen mit einer zufriedenstellenden Holzqualit t auf eine End feuchte von 10 bis 12 d b getrocknet werden Um die Abh ngigkeit des Trocknungsregimes von der Holzst rke besser aufzeigen zu k n nen werden die modellhaften Trocknungskurven in Bild 19 bis Bild 22 dargestellt Es ist zu beachten da es sich dabei um durchschnittliche Trocknungskurven handelt die geeignet sind um die beim brasilianischen Projektpartner eingeschlagene Eukalyptusvariet t in zufrie denstellender Qualit t zu trocknen 100 100 g 90 Be S 80 D 70 5 T 60 S 50 5 oO oO 5 40 E 30 8 Z 20 L 3 10 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 Zeit d Bild 19 Modellhafte Trocknungskurve fiir 18 mm Bretter von E grandis 100 Relative Feuchte Holzfeuchte S 0 Bild 22 100 Relative Feuchte Holzfeuchte Bild 22 100 2 90 Bei z 80 70 T 60 a S 40 A 30 oO 2 10 pa 0 Bild 22 20 4 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 Zeit d Modellhafte Trocknungskurve f r 27 mm Bretter von E grandis 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 Zeit d Modellhafte Trocknungskurve f r 32 mm Bretter von E grandis 7 eV Fl 1 LI JINWINLLL al L _ 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 Zeit d Modellhafte Trocknungskurve f r 42 mm Bretter von E grandis 100 90
244. ten jemals gebauten solaren Holztrocknungsanlagen 2 5 1 Struktur und Aufbau 2 5 1 1 Abmessungen und Baumaterialien Bei der Planung der solaren Trocknungsanlage wurde unter anderem versucht die bei vielen Holztrocknern hohen Investitionskosten durch eine einfache Bauweise zu reduzieren Aus diesem Grunde besteht die Grundstruktur des Geb udes aus einer einfachen Gew chshaus konstruktion aus korrosionsbest ndigen rechteckigen 80 x 50 mm messenden Aluminiumpro filen Der Trockner hat eine Gesamth he von 5 40 m wobei die 3 40 m hohe Trocknungs kammer ein Satteldach mit einem Neigungswinkel von 22 Grad besitzt Die fast vollkommen mit Holz beladbare Grundfl che ist in der dargestellten Version 10 m breit und 18 m lang Bild 12 und Bild 13 Der modulare Aufbau der Kammer erlaubt es die Trocknerkapazit t an den individuellen Bedarf anzupassen Dabei kann die Trocknungskammer in Abst nden von 2 m verl ngert werden 272 Ventilatoren Absorber W rmetauscher Zusatzheizung Bild 12 Querschnitt der solaren Trocknungsanlage Die Bedachung besteht aus einer 2 m breiten hoch UV stabilisierten PE EVA Luftpolsterfo lie die mit einem speziellen Keder Profil System an den Aluminiumbinderrrahmen befestigt wird s Kap 2 5 1 2 Die Befestigungsprofile aus temperaturresistentem Kunststoff werden dazu mit selbstschneidenden Schrauben an den Bindern befestigt s Bild 14 Die Stirnseiten der Trocknungskammer sin
245. tenw nde erlauben die morgens und abends relativ steil einfallende Strahlung effizient zu nutzen Dank der gewellten Struktur des Absorbers erfolgt ein sehr guter W rme bergang an die Trocknungsluft Der Absorber wird deshalb sehr gut gek hlt was einen hohen Kollektor wirkungsgrad zur Folge hat Da f r die Umluftf hrung in der Trocknungsanlage ohnehin eine Abtrennung von Dachbereich und Trocknungskammer erforderlich w re fallen durch die Ausbildung dieser Abtrennung als Absorber praktisch keine zus tzlichen Kosten an Durch die Nutzung des gesamten Dachbereichs als Kanal zur Umluftf hrung ist der durch den Str mungswiderstand entstehende Druckabfall mit weniger als 20 Pa zudem sehr gering und der elektrische Energiebedarf zur Luftumw lzung dementsprechend klein Selbst bei vollst ndig bef llter Trocknungsanlage betr gt der Str mungswiderstand bei einer Str mungsgeschwin digkeit von ca 2 5 m s zwischen den Brettern weniger als 70 Pa 2 5 2 1 2 W rmetauscher Bei geringer Sonnenstrahlung oder bei Nacht k nnen die gew nschten Trocknungstemperaturen nicht alleine mit der verf gbaren Solarenergie erreicht werden Deshalb wurde ein zus tzliches Heizsystem in die Anlage integriert Dabei handelt es sich um einen mit Wasser durchstr mten 75 Rippenrohr W rmetauscher mit einer maximalen Heizleistung von 250 kW Der str mungs technisch g nstig ausgef hrte W rmetauscher verursacht bei voller Ventilatorleistung einen Dru
246. tsprechend In der zweiten H lfte von Bild 67 b t gt 6 fallen die Werte der Verluste durch unvollst ndige Verbrennung unter 1 kW ab Der CO Aussto nimmt hierbei ebenfalls von zu Anfang durchschnittlich 3057 ppm auf 549 ppm ab Dies ist sehr wahrscheinlich darauf zur ckzuf hren da ab diesem Zeitpunkt das Holz im Vorratsraum fast vollst ndig entgast ist und der Verbrennung fast nur noch Holzkohle zur Verf gung steht Bemerkenswert ist da obwohl nur eine Leistung von durchschnittlich 35 kW erzeugt wurde was weniger als 50 der Vollastleistung darstellt der mittlere Kesselwirkungsgrad dennoch mit 71 sehr hoch liegt Bild 69 202 a 1000 100 _ 800 80 _ 3 600 60 5 4 40 F 200 20 0 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1I 12 Zeit h Brennraum Rauchgas Wasser Wasser Ofenein gang Ofenausgang b 1000 100 800 80 p 5 600 60 TF E 3 z z 400 40 E H H 200 20 0 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Zeit h Bild 65 Temperaturverl ufe am Ofen im Teillastbetrieb Brennraum und Rauchgastempe raturen beziehen sich auf die linke die R ck und Vorlauftemperaturen des Was sers auf die rechte Temperaturachse 203 100 80 60 40 20 W rmestrom kW 20 Zeit h
247. ttigung des Holzes eine Luftzir 65 kulation in der Nacht ben tigt wird Unterhalb dieser konnten die Ventilatoren jedoch abge schaltet werden Damit wurden 42 an elektrischer Energie eingespart 51 In der gleichen Zeit entwarf D Steinmann einen Simulator f r solare Trocknung mit dessen Hilfe der Einflu des Kollektorfl chen Kammervolumenverh ltnisses sowie der solaren Nachf hrung auf die Trocknungsdauer untersucht 52 53 Man w hlte f r die feststehenden Kollektoren drei verschiedene Verh ltnisse 12 11 7 27 und 2 42 m m f r die beiden nachgef hrten Kollektoren w hlte man das mittlere Verh ltnis von 7 27 m m Einer der zu letzt genannten Kollektoren war nur horizontal der andere voll drehbar Alle Probetrocknun gen wurden unter identischen sommerlichen Wetterbedingungen durchgef hrt und dauerten alle exakt 21 Tage Die Trocknungsdauer mit den beiden gr eren Kollektorverh ltnissen war praktisch iden tisch ebenso die erreichten Endfeuchten nach 21 Tagen Beim 2 42 m m gro en Verh ltnis dauerte die Trocknung von 100 auf 12 Holzfeuchte jedoch vier Tage 21 l nger und die Endfeuchte lag um 1 1 h her Daraus schlo man da das optimale Kollektorverh ltnis zwischen 2 m m und 7 m m liegen mu Mit den nachgef hrten Kollektoren konnte bei einer Kollektororientierung von 45 im Som mer nahezu 100 mehr Energie gewonnen werden Im simulierten Winter gab es zwischen den nachgef
248. u unterscheiden ob es sich um eine Qualit tsverminderung infolge einer falsch gef hrten Trocknung oder um durch das Rohmaterial bedingte bzw holzeigene Qualit tsnachteile handelt Betrachtet man nur die trocknungsbedingte Qualit t so kann das in den Solartrocknungsanlagen getrocknete Holz fast ausschlie lich als hohe Qualit t beurteilt werden Bewertet man die Holzqualit t jedoch insgesamt also unter Ber cksichtigung der holzeigenen M ngel so f llt die Bewertung deut lich schlechter aus Dies liegt daran da bei den derzeit verarbeiteten W ldern 1 keine f r eine Schnittholzproduktion unbedingt notwendige z chterische Bearbeitung hinsichtlich der f r diesen Bereich wichtigen Qualit tseigenschaften wie z B Drehwuchs stattgefunden hat 2 keine waldbaulichen Ma nahmen zur Qualit tsverbesserung wie Ausd nnung oder Entastung durchgef hrt wurden 94 3 die Stammdurchmesser aufgrund des geringen Einschlagalters von 8 bis 12 Jahren fiir eine Qualit tsproduktion bzw ein geeignetes Einschnittverfahren zu klein sind 2 6 2 1 3 1 Form nderungen Aufgrund des u erst stark drehw chsigen Ausgangsholzes war die Drehung der Bretter twist als das Hauptproblem der Trocknung anzusehen Diese stark qualit tsmindernde Ver formung war auch mit Hilfe eines sehr schonenden Trocknungsregimes nicht vollst ndig zu beheben Dieses Problem kann jedoch durch ein falsches Regime versch rft bzw durch eine langsam
249. uche und Kirsch baum Ein gro er Vorteil der Freilufttrocknung sind die geringen Energiekosten da normalerweise keine Fremdenergie ben tigt wird Diese f llt nur dann an wenn Ventilatoren zur Erh hung der Luftbewegung eingesetzt werden Dadurch kann die lange Trocknungsdauer die je nach Holzart und Holzdicke zwischen drei Monaten und drei Jahren dauert vor allem bei sehr feuchtem Holz erheblich reduziert werden Der Einsatz von Ventilatoren ist bei der Freiluft trocknung nur oberhalb des Fasers ttigungspunktes sinnvoll da unterhalb von diesem Punkt keine beschleunigte Trocknung mehr feststellbar ist 29 Als Nachteil ist der hohe Platzbedarf zu erw hnen und die Tatsache da durch die langen Trocknungszeiten eine erhebliche Kapitalbindung erfolgt Au erdem l uft die Trocknung unter nicht beeinflu baren Wetterbedingungen ab So k nnen beispielsweise intensive Son neneinstrahlung und F hnst rme zu Verschalungen und Rissen f hren 47 Zur Vermeidung von Trocknungssch den und zur Verk rzung der Freilufttrocknung ist ein richtiges Stapeln des Schnittholzes entscheidend Das Hirnholz welches sich an den Schnittholzenden befindet mu vor direkter Sonneneinstrahlung gesch tzt werden sonst kommt es zu einer starken Ri bildung Der Holzstapel sollte immer quer zur Hauptwindrich tung angelegt sein damit der nat rliche Windstrom voll genutzt wird Bei Holzlagerpl tzen im Freien mu darauf geachtet werden da auch v
250. uer gegen ber der Normaltemperaturtrocknung um bis zu 60 29 2 3 3 1 3 Normaltemperaturtrocknung Die Normaltemperaturtrocknung 0 30 90 C stellt das Standardverfahren der technischen Trocknung dar Die Vor und Nachteile der Normaltemperaturtrocknung nach dem Frischluft Abluft Prinzip sind im Folgenden aufgef hrt nach 15 25 erweitert Vorteile O Trocknung aller Holzarten und Holzdicken von jeder Anfangsfeuchte bis zur gew nsch ten Endfeuchte mit engen Endfeuchtetoleranzen m glich O Mittlere bis kurze Trocknungsdauer durch die m glichen hohen Temperaturen 51 O Beheizung mit verschieden Heizmedien m glich Nachteile Gro er thermischer und elektrischer Energieaufwand und damit verbunden hohe Kosten relativ schlechter Wirkungsgrad durch den st ndigen Luftaustausch Umweltbelastung durch Abw sser D mpfe und L rm O O O Hohe Anspr che an die Trocknungskammer und daher hohe Baukosten Ein Weg die hohen Kosten zu reduzieren ist die Verringerung der ben tigten W rmeenergie In Kapitel 2 2 4 wurde in diesem Zusammenhang bereits ber W rmer ckgewinnungssysteme berichtet Eine weitere M glichkeit ist das von der Firma Brunner entwickelte Verbundver fahren Bei diesem Verfahren sind zwei oder mehrere Trocknungskammern durch einen Luft kanal verbunden so da ein Luftaustausch zwischen den Kammern m glich ist Ein Re gelcomputer errechnet aus den einzelnen Kammerbedingungen und den Daten
251. uft sowie die Vorlauftemperatur von Heizkessel und W rmespeichertank Erste Ergebnisse haben eine hohe Regelungsg te sowie ein gutes Zusammenspiel zwischen Heizungsanlage und Trockner erwiesen Derzeit werden vom brasilianischen Partner Trocknungsregime f r unterschiedliche Produkte erarbeitet und erprobt 149 4 ENTWICKLUNG UND OPTIMIERUNG EINES BIOMASSEOFENS F R SOLARGEST TZTE TROCKNUNGSANLAGEN Um auch nachts und bei strahlungsarmen Witterungsbedingungen die erforderlichen Trocknungstemperaturen in solaren Trocknungsanlagen zu erzielen ist eine Zusatzheizung erforderlich Als Energietr ger f r diese Feuerungsanlagen stehen in S gewerken aber auch in sonstigen l ndlichen Betrieben Brasiliens in der Regel Holzhackschnitzel kleinere Holzreste oder St ckholz zur Verf gung Im Gegensatz zu vielen anderen biogenen Brennstoffen wie Stroh Reisspelzen oder Erdnu schalen besteht neben der landesweiten Verbreitung bei Holz auch der Vorteil der geringeren Anspr che an die Feuerungstechnik F r eine W rmeerzeu gung bietet sich deshalb der biogene Festbrennstoff Holz als regenerative Energiequelle an Die Verwendung biogener Brennstoffe bringt im Gegensatz zu den fossilen Brennstoffen kei ne Erh hung des CO Eintrages in die Atmosph re mit sich da die bei der Verbrennung freiwerdenden CO Mengen zuvor durch den photosynthetischen Aufbau von Pflanzensub stanz der Atmosph re entzogen wurde Dadurch ist der Kohlenstoffkreis
252. ungstemperatur abh ngt A Klug stellte fest da bei der konventionellen Frischluft Ablufttrocknung im niedrigen Temperaturbereich bis 50 C nur mit wenig organischen Schadstoffen zu rechnen ist w hrend sich im mittleren Temperaturbereich bis 100 C und vor allem im Hochtemperaturbereich 67 ber 100 C eine nennenswerte Menge dieser Schadstoffe ergeben kann Insbesondere bei der Trocknung von Nadelh lzern mit hohen Temperaturen und hohen Anfangsfeuchten k nnen betr chtliche Mengen an Harzbestandteilen freigesetzt werden Bei der Kondensations und der Vakuumtrocknung f llt dagegen verfahrensbedingt der gr te Teil der Emissionen als Kondensat an Weiterhin beschrieb er da nach einer Untersuchung von 1991 zu Beginn der Trocknung mit dem st rksten Aufkommen an Emissionen zu rechnen ist w hrend gegen En de geringere Mengen abgegeben werden Au erdem befa te sich A Klug mit dem Stand der gesetzlichen Vorschriften zur Emissionsbegrenzung Dabei ermittelte er da es bei der Faser und Funierholztrocknung zu diesem Zeitpunkt nur in Ausnahmef llen Auflagen zur Abluf treinigung gab Bei der Schnittholztrocknung waren jedoch keine gesetzlichen Bestimmungen und Begrenzungen bekannt und wurden f r die n chsten Jahre auch nicht erwartet Abschlie Bend konstatierte A Klug da in Bezug auf die mangelnden Kenntnisse ber die qualitative und quantitative Zusammensetzung der Trocknerabluft noch Forschungsbedarf besteht 55
253. unterlagen sie relativ geringen Schwankungen was auf ein gutes und stabiles Glutbett schlie en l t Entsprechend den Brennraumtemperaturen verhalten sich die Ofenleistung und die Wir kungsgrade von der Vollast bis zur Teillast Der Wirkungsgrad von nx 81 beim automa tisch geregelten Vollastversuch ist auf die Bildung von Brennstoffbr cken zur ckzuf hren Trotz des bei allen Versuchen verwendeten Abfallholzes mit sehr unterschiedlichen Au en abmessungen war die Br ckenbildung nie ein ernsthaftes Problem Es mu te vom Betreiber nie eingegriffen werden Die Gestaltung des Brennstoffvorrats und Feuerraumes kann des wegen als gut bezeichnet werden Die Rauchgastemperaturen von ber 290 C bei den Vollastversuchen verursachen relativ hohe Rauchgasverluste Bild 75 Die dargestellten gesamten Rauchgasverluste setzen sich zusammen aus dem W rmestrom der ber das Rauchgas verloren geht und den Verlusten aus unvollst ndiger Verbrennung CO im Rauchgas Deshalb ist bei dem Teillastversuch trotz der wesentlich niedrigeren Rauchgastemperatur der Verlust ber das Rauchgas genau so gro 212 wie beim automatisch geregelten Vollastversuch Bei den Vollastversuchen sind die Verluste durch das nicht vollst ndig zu CO oxidierte CO vernachl ssigbar Im Teillastbetrieb verursa chen sie jedoch im Mittel 9 der gesamten Verluste 1014 C E man Regelung MH autom Regelung Wi Teillast 947 C 84 g1 11
254. ur In diesem kann das jeweilige Trocknungsprogramm eingestellt werden Auch ist es m glich alle Trocknungsparameter zu speichern und zu ver ndern 3 6 Trocknung in der solaren Trocknungsanlage 3 6 1 Trocknungsregime hnlich wie bei der beschriebenen solaren Holztrocknungsanlage kann auch bei der vorlie genden Anlage f r jedes Trocknungsprodukt ein Trocknungsregime definiert und abgespei chert werden Dadurch wird sichergestellt da die f r eine optimale und energiesparende Trocknung sinnvollen Werte eingehalten werden wenn diese bekannt sind Vorversuche mit 146 Elefantengras haben ergeben da eingestellte Soll und gemessene Ist Werte von der Rege lung wie bei der Holztrocknung ber einen weiten Bereich in gute bereinstimmung gebracht werden k nnen Auch k nnen die erw nschten Str mungsgeschwindigkeiten zwischen 0 01 und 0 8 m s eingestellt werden Zur Definition eines Trocknungsregimes wird zun chst die Trocknungsdauer abgesch tzt Dann wird der erwartete Gutfeuchteverlauf ber drei Eckpunkte Punkt 1 Anfangsfeuchte Punkt 2 Punkt 3 Endfeuchte festgelegt F r diese Punkte wird dann jeweils die ge w nschte Trocknungstemperatur Luftfeuchte und Ventilatordrehzahl eingegeben Zwischen den Punkten erfolgt automatisch eine lineare Ab bzw Zunahme bis zu n chsten Wert Bild 40 u 90 2 80 a g 70 60 50 5 2 407 E 30 2 20 3 10 vi 2 3
255. us j erreichte 8 U in einem Monat USA Gew chs 1980 48 N haus 2 9 mal schneller als Freilufttrocknung sowohl im Winter als auch im Sommer 2 Lk 2x Glas 1 Ventilatoren China Gew chs 20 0 k k A 1981 32 S haus k Glas 3 Ventilatoren A A 4 Lk Fiberglas 3 Ventilatoren A A Australien Gew chs 15 0 schw Eisen 2 Lk 11050 schneller als Freilufttrocknung 1981 27 S haus k 2x Glas 1 Ventilator akzeptable Qualit t 1x1 5 kW k k k Q lt S 5 ge Ue min 15 Q da gt k A k A k A k A k A 800 k A k A k A k A k A ext Koll 1 2 k A gute Ergebnisse in allen Jahres Fiberglas A zeiten 2 5 Prins England Gew chs 7 1 schw gewelltes 3 Lk 3900 94 Energieverluste 1981 SI N haus 3 8 Aluminium 2 Ventilatoren Polyethylen 2x19 kW Ramos Brasilien Gew chs 4 4 schw Metall k A k A schneller als Freilufttrocknung 1981 2 S haus k A Polyethylen U min 8 Ergebnis Trocknungsqualit t und Land und Trockner Kammer Absorber und Luftklappen geograph typ volumen Kollektormat Luftzirkulation ischer m und erial und elektrische anderes Breiten Kollektor AnschluB grad verh ltnis Leistung m m S dafrika K A k schw Metall k A gute Qualit t 1982 35 S Polyethylen Chen USA ext Koll k A k A k A et al 38 N 2 x Fiberglas 1982 1x1 5 kW Sattar Bangla Gew chs schw gewelltes 2 Lk 360 schneller
256. verlustes durch Strahlung 179 4 3 12 Leistungsverlust durch die ADgase cscecssececssecessscceesscceesseceessceeeneees 181 4 3 12 1 W rmeverlust durch freie W rme der Abgase 181 4 3 12 2 W rmeverlust durch unvollkommene Verbrennung 183 43 13 Kesselwirkungser d u a ID yaaa semanas ees Opes 183 4 3 14 Gesamtwirkungsgrad sense een aan 184 4 4 Inbetriebnahme und durchgef hrte Optimierungsma nahmen ueeene 185 4 4 1 Inbetriebnahme der Heizungsanlage cee eesceeeseceeseceeseeeeesteeeesaeeeeaees 185 4 4 2 Durchgef hrte Optimierungsma nahmen eeeceeeeeceeeseeeesteeeesneeeenaees 185 4421 Olsen E EE 185 4 5 Betniebsverhalten des Ofensa u n 22u 222 aan 189 A Dele Vollastbeineb a e2uetienestiieelihstese lan 189 4 5 1 1 Manuelle Regelune u 190 4 5 1 2 Automatische Regelung nun nn 195 4 5 2 Betriebsverhalten bei Teillastbetrieb s eeseeeseseeseeseseseseesresreseresresseseresee 200 45 3 Beurteilung derErsehn ser Dann 210 WG lt ZuUSsammenlassung eilig 217 4 7 Stand der Arbeiten und Ausblick uns en 218 S ZUSAMMENFASSUNG A ESS 220 6 LITERATURVERZEICHNIS nasse Belle 224 Dap VANHAN Ge ee ER 233 Formelzeichen Ar B OC lt lt cG ej z fi Pr f Pr m kJ kJ kg m kg m3 s kJ kg K kJ kg kJ kg kg m Fl che Breite Strahlungsaustauschza
257. wie Schnittholz Medizinalpflanzen und Maniok gebaut und wissenschaftlich untersucht Im Verlauf des Vorhabens wurde daher eine modular aufgebaute und f r die Trocknung von verschiedenen Produkten wie Schnittholz Medizinalpflanzen Maniok und Kaffee geeignete solare Trocknungsanlage entwickelt Um eine preisg nstige Massenproduktion des Solar trockners zu erreichen wurde zun chst ein modulares Baukastensystem f r die Bauh lle ent wickelt Dazu wurde die aus dem Gew chshausbau bekannte industrielle Fertigungstechnik an die spezifischen Anforderungen adaptiert Neben der Vereinfachung der Bauh lle wurde in Zusammenarbeit mit der deutschen Firma THERMO SYSTEM ferner eine kosteng nstige mikroprozessorgesteuerte und leicht an un terschiedliche Anforderungen anpa bare Klimaregelung entwickelt Dabei werden die einzel nen Stellkomponenten der solargest tzten Trocknungsanlage wie Kollektor Heizung Venti latoren L ftungsklappe und ggF Luftbefeuchter so geregelt da die unterschiedlichen pro 221 duktspezifischen Trocknungsprogramme sehr genau eingehalten werden k nnen Dies stellte bisher bei derartigen Anlagen aufgrund der im Tagesverlauf h ufig schnell wechselnden Son neneinstrahlung sowie der relativ schlechten W rmed mmung der Bauh lle eine der gr ten Schwierigkeiten dar Dadurch kann jetzt auch den hohen Anspr chen verschiedener Produkte wie Schnittholz oder Medizinalpflanzen an das Trocknungsklima Rechnung
258. yer eucalypt timber medicinal plants biomass furnance simulation Brazil 20 Publisher BMBF Vordr 3832 01 96 14 xEINERITUNG esse ieh 11 2 INDUSTRIELLE TROCKNUNG VON SCHNITTHOLZ MIT SOLARENERGIE 15 2 1 Einleitung u ee ea E A A A e iia 15 2 2 Grundlagen der Schnittholztrocknung eeseseseesrsesseressessresrersesererresseesereseesersereses 19 2 2 1 Biologische Eigenschaften von Holz else aaa 19 2 2 1 1 Anatomischer Bau von Holz ssseseseseeeseeeeesieesssresseseresresresseseresresse 19 POA OPE H lzdichte EEIE 2 EEEE AEA 20 Ze ied Holzfe chte nk n a a ER E 22 2 2 1 4 Holzfeuchtegleichgewicht suees ne u 23 2 2 1 5 Schwinden und Quellen von HolZ ee 25 2 2 2 Einflu der trocknungsklimatischen Parameter seeseeeeeeeeereereereesrreresreese 27 2 2 2 1 Temperatur isseire nsan teraapia R Eadie 27 2 2 2 2e Relative Feuchte see een 28 2 2 2 3x Lulleeschwindiskeilssnseslsanssesiiissus pe 29 2 3 rocknunestuhrung an nee wae a 30 22 3 1 SPAS des Holzes u nen 30 2 2 3 2 Trocknungsph sen uuesnsstenkieiebnaisnln 31 2 2 3 3 Mockn nssdatera u en Dive tetas Ss 32 2 2 4 Energiebedarf bei der Holztrocknung 220022242s0nesnnennnnennnesnennnnen en 34 2 2 9 LEOCKMUMESGUALILAU ei lu oea tE E S ES 35 2 2 9 1 Pormanderunsen ans E a E a ni 36 2 29 02 RISSE sale einmal 37 2293 Zllkollapse aa seen se E E n 38 22D Holzfeuchte 2 2 24 Bane a ae 38 2
259. zu doppelt so teuer 48 Durch die hohe spezifische W rmekapazit t des Wassers l t sich die W rme w hrend Schlechtwetterperioden allerdings in w rmeisolierten Tanks ber l ngere Zeitr ume speichern Diesen Vorzug besitzen Anlagen mit Luftkollektoren nicht Wegen der hohen In vestitionskosten und der komplizierteren Technik wurden bei den meisten Anlagen jedoch Luftkollektoren bevorzugt 17 Gegen ber dem Gew chshaustrockner besitzen Trockner mit separaten Kollektoren einige Vorteile So l t sich die Anlage konstruktionsbedingt besser d mmen was zu weniger W r meverlusten f hrt Dem Kollektorfl chen Kammervolumenverh ltnis sind in der Gr e keine so engen Grenzen gesetzt Dadurch k nnen h here Trocknungstemperaturen und eine schnel lere Trocknung erreicht werden Als Nachteil sind vor allem die komplizierte Technik und die damit verbunden erheblich h heren Investitions und Betriebskosten zu nennen Deshalb wurden solche Anlagen bisher ausschlie lich zu Versuchszwecken in Industriel ndern gem igter Klimazonen gebaut In den meisten Entwicklungsl ndern der Tropen und Subtropen spielen eine gute D mmung und W rmespeicherung aufgrund der gr eren Sonneneinstrahlung und der h heren Umgebung stemperaturen eine wesentlich kleinere Rolle Auch wird in diesen L ndern meist eine ko steng nstige und weniger komplizierte Trocknungstechnologie bevorzugt 17 Um die Vorteile der konventionellen Trockner und der
260. zu wird der W rmepuffer gef llt Wird keine W rme mehr ben tigt schaltet die Regelung den Ofen aus 201 Bild 66 zeigt die erzeugten bzw bertragenen W rmestr me Deutlich sichtbar wird hier die Arbeitsweise des W rmepuffers Sind die Werte des Pufferw rmestroms positiv nimmt er W rme auf bei negativen Werten wird W rme abgegeben Vergleicht man den vom Ofen erzeugten W rmestrom mit dem vom W rme bertrager ber tragbaren erkennt man da zeitweise mehr W rme an die Trocknungsluft bertragen wird als vom Ofen erzeugt wurde Dies ist genau dann der Fall wenn der W rmepuffer W rme abgibt Nimmt der W rmepuffer W rme auf liefert der Ofen mehr W rme als vom W rme bertrager an die Trocknungsluft abgegeben wird Sehr auff llig ist das Verhalten des Rauchgasverlustw rmestroms Bild 67 Er ist wie schon erw hnt sehr eng mit den Emissionen von CO und CO Bild 68 ber die Luft berschu zahl A verkn pft Die st ndigen Lastwechsel im Teillastbetrieb sind mit hohen CO Werten ver bunden Dies f hrt nicht nur zu gro en Verlusten durch den Rauchgasw rmestrom Die Ver luste durch unvollst ndige Verbrennung CO im Rauchgas steigen ebenfalls stark an Brennt der Ofen ber einen l ngeren Zeitraum in einem station ren Zustand vgl Bild 67 a 2h lt t lt 4 h fallen die Verluste durch unvollst ndige Verbrennung und die ber den Rauchgasw r mestrom stark ab Die Emissionen von CO verhalten sich en

Entwicklung solargestützter Trocknungsanlagen für Agrar

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