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■ Der Feuchte auf der Spur

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P H Y S I K I M A L LTA G

48 Physik Journal 13 (2014) Nr. 11 © 2014 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim

H

olz gilt als nachhaltiger Brenn- stoff. Daher bullert in immer mehr Privathäusern in den Winter- monaten ein Holzofen, zumindest als Zusatzheizung. Laut Zahlen des Umweltbundesamts werden derzeit allein in Deutschland über 14 Milli- onen kleine Öfen und 700 000 Kes- selöfen für Wohnanlagen betrieben.

Damit ein solcher Ofen trotz guter CO2-Bilanz nicht doch zur Dreck- schleuder wird und unnötig viel Staub und Kohlenmonoxid erzeugt, darf das Brennholz nicht zu feucht sein. Inzwischen gibt es Messgeräte für relativ wenig Geld, mit denen sich die Angaben des Holzhändlers bzw. die Feuchte des selbst geschla- genen Holzes schnell zuhause prü- fen lassen (Abb. 1).

Brennholz soll eine Feuchte von höchstens 15 bis 20 Prozent – be- zogen auf die Trockenmasse des Holzes – haben. Liegt sie darüber, sinkt der Heizwert, also die maxi- mal nutzbare Wärmemenge. So hat Holz mit einer Feuchte von elf Pro- zent einen doppelt so hohen Heiz- wert wie Holz mit hundert Prozent Feuchte!

Aus physikalischer Sicht lässt sich Holz als kapillarporöses Sys- tem beschreiben: Damit der Stamm eines Baums nährstoffhaltiges Was- ser von den Wurzeln zu den Zwei- gen transportieren kann, enthält er viele Hohlräume. Sie entstehen

durch tote Zellen, die mehr oder weniger hohl sind. Holz enthält also in den Zellwänden und zwischen den Zellen viele Poren unterschied- licher Größe. Daher kann Holz sehr große Wassermengen aufnehmen und wieder abgeben. Bis zu einem Feuchtegehalt zwischen 25 und 35 Prozent – dem Fasersättigungs- bereich – nehmen die Zellwände Wasser aus der Luft durch Sorption auf. Darüber hinaus können die Poren der Zellwände kein weiteres Wasser mehr aufnehmen. Der Feuchteanteil, bei dem dies gerade eintritt, hängt von der Holzart ab.

Zudem kann Holz noch mehr Was- ser durch Kapillarwirkung anziehen und in die Hohlräume zwischen den Zellen einlagern.

Durch die Wasseraufnahme sinkt der elektrische Widerstand von Holz deutlich, weil Wasser – genauer: Regenwasser – der bessere elektrische Leiter ist. Diese Eigen- schaft erlaubt eine zerstörungsfreie, rasche Messung der Holzfeuchte.

Die Widerstandsmessung erfolgt über zwei spitze Elektroden, die bei den handelsüblichen Geräten weni- ge Zentimeter Abstand voneinan- der haben und ins Holz eingedrückt werden (Abb. 2a). Das Gerät gleicht

den Messwert mit einer hinter- legten Kennlinie ab, um schließlich direkt die Holzfeuchte anzuzei- gen. In höherwertigen Geräten sind Kennlinien für verschiedene Holzarten hinterlegt; solche Geräte berücksichtigen zum Teil auch die aktuelle Temperatur, denn diese beeinflusst ebenfalls die Wasser- aufnahmefähigkeit des Holzes und den spezifischen Widerstand.

Das Verfahren funktioniert natürlich nur in dem Bereich zuver- lässig, in dem zwischen Holzfeuchte und elektrischem Widerstand ein nutzbarer Zusammenhang be- steht, der Messfehler also nicht zu groß wird. Dieser Bereich liegt bei Holz etwa zwischen sechs Prozent Feuchte und dem Fasersättigungs- bereich. Oberhalb ändert sich der elektrische Widerstand nur noch wenig, weil der relative Massen- anteil des Holzes gegenüber dem des Wassers für den spezifischen Widerstand immer weniger ins Gewicht fällt. Unterhalb von sechs Prozent Feuchte steigt der Wider- stand drastisch an. In beiden Ex- trembereichen ist daher die Holz- feuchte anhand der Leitfähigkeit nur noch ungenau oder gar nicht mehr zu messen. So liegt beispiels-

Der Feuchte auf der Spur

Offene Kamine und Kachelöfen sind beliebt. Damit der Heizwert stimmt,

darf das Brennholz nicht zu viel Wasser enthalten. Handliche Geräte ermöglichen eine Kontrolle.

Abb. 1 Handliche Holz feuchte mess geräte ermitteln den Widerstand des Holzes, der stark vom Wassergehalt abhängt.

Testo

Damit die Schadstoffbelastung von Holzöfen nicht zu hoch wird und sich der Heizwert des Holzes maximal ausschöp-

fen lässt, muss der Feuchtigkeitsanteil im Brennholz idealerweise bei 15 bis 20 Prozent liegen.

Marco2811 / Fotolia

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© 2014 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim Physik Journal 13 (2014) Nr. 11 49 weise der spezifische Widerstand

von Kieferholz bei einer Feuchte von sieben Prozent um vier Grö- ßenordnungen unter dem Wert für absolut trockenes Holz. Bei 20 Pro- zent Feuchte ist der spezifische Widerstand nochmals drei Größen- ordnungen geringer.

Die Widerstandsmessung hat eine weitere Tücke, denn sie erfasst mit den Elektroden nur die Feuchte der äußeren Holzschichten, die oft geringer ausfällt als in der Mitte des Scheits. Daher beschreiben Normen, wo und wie eine Holz- feuchtemessung streng genommen vorzunehmen ist: mehrfach, an verschiedenen Punkten, nicht an den Stirnseiten und nur an weni- gen Zentimeter dicken Scheiten.

Schornsteinfeger, die auch mit der Kontrolle der Holzfeuchte beauftragt sind, haben teilwei- se Widerstandsmessgeräte mit Einschlag elektroden, um die Feuch- te in der Tiefe des Scheits kontrol- lieren zu können. Die Elektroden sind dann natürlich mit Ausnahme der Spitzen isoliert.

Messung mit Sachverstand Für die Holzfeuchtemessung gibt es weitere Verfahren, von denen be- sonders zwei bei Sachverständigen und in der Holzverarbeitung eine Rolle spielen: das Streufeldverfah- ren und die Mikrowellenmessung.

Beim Streufeldverfahren, auch kapazitive oder dielektrische Mes- sung genannt, wird eine mehrteilige Metallfeder auf das Holz aufgesetzt.

Die Metallfeder bildet einen Kon- densator, dessen Elektroden sich allerdings nicht parallel gegenüber stehen, sondern auf einer Linie nebeneinander liegen (Abb. 2b). Der

Kondensator ist sozusagen „aufge- klappt“. Während der Messung liegt eine Wechselspannung am Kon- densator an, sodass sich zwischen den Elektroden ein elektrisches Feld – das Streufeld – ausbildet.

Seine Feldlinien verlaufen einige Zentimeter durch das Holz, das als Dielektrikum fungiert. Die Dielek- trizitätszahl von Wasser liegt bei etwa 80, die von absolut trocke- nem Holz ist sortenabhängig um den Faktor 20 bis 40 geringer. Die gemessene Spannung ändert sich daher mit dem unterschiedlichen Feuchtegehalt des Holzes. So ist die Dielektrizitätszahl – zum Beispiel von Fichte – bei 30 Prozent Feuchte doppelt so hoch wie bei trockenem Holz. Anhand der im Gerät hinter- legten Kennlinien für verschiedene Holzarten ergibt sich aus dem Spannungswert der Feuchtegehalt.

Das Mikrowellenmessverfahren basiert darauf, dass Wasser in die- sem Spektralbereich stark absor- biert. Das Messgerät sendet Mikro- wellenstrahlung aus und erfasst den am und im Holz reflektierten An- teil. Enthält das Holz viel Wasser, fällt das reflektierte Signal geringer aus als bei trockenem Holz.

Streufeld- und Mikrowellen- Feuchtemessgeräte sind meist deut- lich teurer als einfachere Wider- standsmessgeräte. Doch auch die handlichen Feuchtemessgeräte hel- fen dabei, das richtige Holz für das lauschige Kaminfeuer im eigenen Heim zu finden.

*

Ich danke den Mitarbeitern der Testo AG, Titisee-Neustadt, für hilfreiche Hinweise.

Michael Vogel

Abb. 2 Für die Widerstandsmessung (a) werden Elektroden aufs Holz aufgesetzt oder eingeschlagen. Weniger ver breitet

ist das Streu feld-Ver fahren (b), bei dem das Holz als Dielektrikum in einem auf- geklappten Plattenkondensator fungiert.

Holz

Elektroden

Messgerät Messgerät

a

+

Holz b

+

woodipedia

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