Holzfeuchte

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Als Holzfeuchte oder Holzfeuchtigkeit bezeichnet man den Wasseranteil von Holz in Prozent. Sie ist eine der wichtigsten Kenngrößen der Holzbearbeitung wie auch für Energieholz.

Genau andersherum als allgemein üblich (vgl. Massenanteil und Wassergehalt) wird in der Holzbranche der Wasseranteil (die Holzfeuchte) auf die Trockenmasse eines feuchten Körpers bezogen und der Wassergehalt auf die Gesamtmasse (d. h. Feststoff + Wasser).

Grundlagen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die Holzfeuchte ist eine ausschlaggebende Zustandsgröße des Werkstoffes Holz für seine technologischen und mechanischen Eigenschaften, die das in den Holzzellen und Zellzwischenräumen enthaltene Wasser beschreibt. So kann man Holz z. B. bei einer bestimmtem Holzfeuchte leichter biegen. Außerdem hat die Holzfeuchte einen großen Einfluss auf die Gefährdung durch Holzschädlinge wie Pilze und Insekten.

Im Holz, das nicht direkter Befeuchtung ausgesetzt ist (z. B. durch Regen oder Erdfeuchte), stellt sich mit der Zeit eine bestimmte, von der relativen Luftfeuchtigkeit und der Temperatur abhängige Ausgleichsfeuchte ein. Diesen Zustand nennt man lufttrocken (etwa bei trockenem Brennholz), eine weitere Trocknung lässt sich nur durch Weiterbearbeitung erreichen, etwa in Trockenkammern.[1]

In der Natur weist das Splintholz deutlich höhere Holzfeuchte auf als das Kernholz, da im Splintholz unter der Rinde der Wassertransport des Baumes erfolgt.

Holz schwindet ab einer Holzfeuchte unterhalb des Fasersättigungsbereiches, der je nach Holzart variiert; er bezeichnet den Feuchteanteil, bei dem das gesamte Wasser aus den Zellhohlräumen entwichen ist und das in den Zellwänden gebundene Wasser auszutrocknen beginnt, wodurch sich die Zelle zusammenzieht. Der Schwindungs-Vorgang wird durch die Aufnahme von Wasser (z. B. bei Anstieg der Luftfeuchte) umgekehrt, das Holz quillt.

Die Dimensionsänderung unterhalb des Fasersättigungsbereiches, die umgangssprachlich auch als das Holz arbeitet bezeichnet wird, kann bei einer Verwendung für Möbel oder bauliche Zwecke ungünstig sein. Deshalb ist es wichtig, die Zielfeuchte des einzusetzenden Holzes dem Umgebungsklima anzupassen, in dem es verwendet werden soll: im Außenbereich feuchter, im Innenausbau trockener.

Absolut trocken (atro), lufttrocken (lutro), wald- und saft-/fällfrisch[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Bezeichnungen in der Reihenfolge des Ablaufs (abnehmende Feuchte):

  • Fällfrisch oder saftfrisch ist die Bezeichnung für das Holz direkt nach dem Schnitt, also lebendes Holz – beides nennt man Grünholz.
  • Waldfrisch ist der forstfachsprachliche Ausdruck für das Holz, das nach Zwischenlagerung abtransportiert wird.
  • Lufttrocken bezeichnet ein mehrjährig trocken gelagertes (akklimatisiertes) Holz.
  • Als darrtrocken bezeichnet man absolut trockenes Holz (Trockenmasse).

Dabei haben sich spezielle Maßeinheiten in Schleif- und Faserholzindustrie (Industrieholz) sowie im Bioenergiebereich etabliert:[2]

  • die Tonne absolut trocken (t-atro, „Atro-Tonne“) ist die Maßeinheit für die Masse einer Tonne absolut trockenen Holzes
  • bei der Tonne lufttrocken (t-lutro, „Lutro-Tonne“) ist der jeweilige Wassergehalt berücksichtigt. Lufttrocken kann bei Industrieholz deutlich oberhalb der üblichen Verwendung für Bau- und Brennholz liegen und sich bis zu waldfrisch erstrecken, denn so wird der Rohstoff der industriellen Fertigung und Verarbeitung meist geliefert.
Atro-Masse zu Festmeter
nach Holzart
Holzart pro FMO pro FOO
Eiche 0,75 t/FMO
≈ 1,35 FMO/AMM
Buche (Rotbuche) 0,707 t/FMO
≈ 1,41 FMO/AMM
0,650 t/FOO
Fichte / Tanne 0,475 t/FMO
≈ 2,1 FMO/AMM
0,427 t/FOO
Pappel 0,4 t/FMO
≈ bis zu 2,49 FMO/AMM

mit

  • FMO: Festmeter, mit Rinde geliefert, ohne Rinde weiterverwendet
  • FOO: Festmeter, ohne Rinde geliefert, ohne Rinde weiterverwendet
  • AMM: Atro-Tonne, mit Rinde geliefert, mit Rinde weiterverwendet.

Aus einer Tonne theoretischer Trockenmasse des Fichtenbaums komplett (tabellierte Mittelwerte laut Laboranalyse) sind also 2,1 Festmeter trockenen Holzwerkstoffs in der Praxis zu gewinnen.[3]

Definition[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die Holzfeuchte ist definiert als prozentualer Einheitswert aus der Masse des in der Holzprobe enthaltenen Wassers (Wassermasse mw) und der Masse der wasserfreien (darrtrockenen) Holzprobe (Trockenmasse m0):

Logo des Deutschen Instituts für Normung DIN 52183
Bereich Holzwirtschaft
Titel Prüfung von Holz; Bestimmung des Feuchtigkeitsgehaltes
Letzte Ausgabe 1977-11 (2006-07 zurückgezogen)
ISO -

Diese Definition der Holzfeuchte findet sich beispielsweise in

  • der Europäischen Norm EN 844-4 Rund- und Schnittholz - Terminologie - Teil 4: Begriffe zum Feuchtegehalt
  • der EN 13183 - Feuchtegehalt eines Stückes Schnittholz (insb. Teil 1)
  • der EN 14298 Schnittholz - Ermittlung der Trocknungsqualität
  • der – im Juli 2006 ersatzlos zurückgezogenen – deutschen DIN 52183 Prüfung von Holz; Bestimmung des Feuchtigkeitsgehaltes.[4]

Außerdem gilt:

mit

  • mu: Gesamtmasse der feuchten Probe (Nassgewicht)
  • m0: Trockenmasse einer Normprobe gleicher Größe (Darrgewicht).

Kennt man das Normgewicht (spezifische Gewicht, anhand der Rohdichte) des darrtrocknene Holzes einer bestimmten Holzsorte und Qualität, so kann man - mit der Menge des entzogenen Wassers bzw. mit dem Nassgewicht - den ursprünglichen Wasseranteil bestimmen.

Darrfeuchtes Holz hat 0 % Holzfeuchte, lufttrockenes grob um 10–20 % (bestenfalls um die 8–10 %); Holz mit 100 % Holzfeuchte hat genauso viel Wasser- wie Holzmasse, was für frisches Holz typisch ist. Am lebenden Holz kann die Holzfeuchte über 100 % betragen, der Baum kann also mehr Wasser in sich speichern als seine Holzmasse ausmacht.[5]

Typische Feuchtegrade von Nutzholz (Richtwerte):[6]
Zustand Feuchte
fällfrisch bis 150 %
wassergesättigt 100 %
waldfrisch ca. 60 %
Fasersättigungsbereich 28–32 %
außengelagert 15–18 %
Fenster und Haustüren 12–15 %
Innenräume ohne Heizung 10–12 %
Innenräume mit Ofenheizung 8–10 %
Innenräume mit Zentralheizung 6–8 %
Darrzustand 0 %
  
Beispiele für Holzsorten:[7][8][9]
Eigenschaft Fichte Tanne Eiche (europ.) Robinie
Holzfeuchte
(in %)
umax (saftfrisch)[7] 140(1) 165(1) 73 50
netto, waldfrisch[8] 55–70 75 39
Normalfeuchte u65[7] 11,9 12,4 13,0 13,0
Dichte ("Gewicht")
(in kg/m3)
entrindet, waldfrisch[9] 750–850 800–980 1180–1170
frisch[8] 1100 930
Schnittholz, lufttrocken[9] 480 460 870
Rohdichte ρH[7] 430 470 650 730
(1) für Splint; Kern- und Reifholz etwa die Hälfte bis ein Drittel

Holzfeuchte und Wassergehalt[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die Holzfeuchte wird auf die Trockenmasse bezogen, der Wassergehalt (Feuchtegehalt) hingegen branchenüblich auf die Gesamtmasse[10]:

Darrtrockenes Holz hat einen Wassergehalt von 0 %, lufttrockenes Holz liegt noch etwa bei denselben Werten wie die Holzfeuchte, wassergesättigtes Holz hat 50 % Wassergehalt, und der Wassergehalt kann 100 % nicht erreichen (das wäre reines Wasser ohne Holzanteil).

Umrechnung zwischen Holzfeuchte und Wassergehalt (Achtung, beide Werte als Dezimalbrüche, z. B. ):

Typische Werte[10]
w in % 05 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
u in % 05 11 18 25 33 43 54 67 82 100 122 150

Beispiel[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Wird bei einer Lieferung Fichten-Industrieholz ein Lutro-Gewicht (lufttrocken) von 25.000 kg gewogen

und ein Trockengehalt von 50 % ermittelt (Wassergehalt 50 % entspricht Holzfeuchte 100 %)

so errechnet sich das Atrogewicht zu

Dieses Gewicht dividiert durch den Bemessungsrichtwert für Fichte forstlich geliefert (vgl. Tabelle oben „Atro-Masse …“) ergibt eine Holzmenge von

(Festmeter für die Weiterverarbeitung).[2]

Holzfeuchte-Gleichgewicht und Normalfeuchte[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Holz ist hygroskopisch und reagiert somit auf Schwankungen der Luftfeuchtigkeit: wenn die Luftfeuchtigkeit sinkt, fällt auch die Holzfeuchtigkeit, und umgekehrt. Es gibt also einen konstanten Zusammenhang zwischen der Luftfeuchtigkeit und der Holzfeuchte, den man Holzfeuchte- oder Sorptionsgleichgewicht (Auf-/Abgabegleichgewicht) nennt. Dieses Gleichgewicht stellt sich nicht spontan ein, sondern benötigt je nach Dicke des Holzes einige Zeit.

Die Normalfeuchte uN (auch: u65)[7] ist diejenige Holzfeuchte, die sich bei einem Normalklima (Index N) mit 20 °C und 65 % relative Luftfeuchte einstellt. Sie ist ein Materialkennwert der Holzsorte.[11]

Die Ausgleichsfeuchte von Bauholz liegt nach DIN 1052

  • bei 12 bis 24 % für Bauwerke, welche der Witterung ausgesetzt sind (Nutzungsklasse 3)
  • bei 10 bis 20 % bei überdachten offenen Bauwerken (NKL 2)
  • bei 5 bis 15 % für geschlossene, beheizte Räume (NKL 1).

Bestimmungsmethoden[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  • Das Darrverfahren ist die einzige Methode, die genormt war (DIN 52183)[4] und somit auch als Eichmethode für die anderen Methoden verwendet wird. Hierbei wird die zu untersuchende Probe gewogen und danach bis zur Gewichtskonstanz getrocknet (darrtrocken), erneut gewogen und nach der obigen Gleichung die Holzfeuchte bestimmt. Nachteil ist hier, dass die Messungen langwierig sind und die Probe zerstört wird.
  • Die Bestimmung mittels Infrarotreflexion findet hauptsächlich in der Industrie Verwendung und nützt aus, dass jedes Material elektromagnetische Strahlung einer bestimmten Wellenlänge absorbiert. Holz tut dies besonders gut bei einer Wellenlänge im Infrarotbereich von λ = 1,93 μm und λ = 2,9 μm, Wasser u. a. bei λ = 1,4 μm. Da diese Strahlung vom Holz reflektiert wird und nur wenig eindringt, kann mit diesem Verfahren nur die Oberflächenfeuchte gemessen werden, oder die Feuchtigkeit von sehr dünnen Materialien wie z. B. Furnieren.

Weitere Methoden sind z. B.

  • Hygroskopische Methode, bei der die hygroskopische Eigenart von Holz ausgenützt wird und die relative Luftfeuchte des Umgebungsklimas gemessen wird und mit Hilfe eines KEYLWERTH-Diagramms auf die Holzfeuchte geschlossen wird.
  • Destillationsverfahren, bei der die Holzprobe mit einem hydrophoben Lösemittel auf etwas über 100 °C erhitzt wird und das Destillat (das Wasser der Holzfeuchte) aufgefangen wird.
  • Titrationsverfahren nach Karl Fischer

Nachteil aller thermischen Trocknungsverfahren ist, dass dabei auch sonstige leichtflüchtige organische Verbindungen (beispielsweise Terpene und Ätherische Öle) ausgasen können, was beim Endprodukt einer Holztrocknung mitunter erwünscht ist[12], bei der Messung der Holzfeuchte das Ergebnis einer Messprobe aber verfälschen kann.

Neu auf dem Markt sind elektrische Holzfeuchtemessverfahren, bei denen entweder der ohmsche Widerstand oder die dielektrischen Eigenschaften von Holz ausgenutzt werden. Der Nachteil bei den Widerstandsmessverfahren liegt jedoch noch darin, dass bei einer Holzfeuchte von u < 5 % der Widerstand sehr hoch ist und nur schwer gemessen werden kann und sich der Widerstand bei u > 25 % nur noch geringfügig verändert, was zu einer Messungenauigkeit führt. Beim dielektrischen Verfahren werden die unterschiedlichen relativen Dielektrizitätskonstanten von Wasser (εr = 80) und Holz (εr = 2 … 3,5) ausgenutzt. Hierbei muss die Rohdichte des zu messenden Holzes berücksichtigt werden, zudem beeinflussen der Faserverlauf zwischen den Elektroden oder auch die Eindringtiefe der Elektroden bei beiden Verfahren die Messergebnisse.

Einfluss auf die Verbrennung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Erhöhung des Heizwertes durch Trocknung
Wassergehalt Heizwert
50 % 100 %
40 % 126 %
30 % 152 %
20 % 178 %
10 % 204 %
Quelle: Holzforschung Austria[13]

Die Holzfeuchte (bzw. der Wassergehalt) hat einen grundlegenden Einfluss auf den Brennwert:

  • waldfrisches Brennholz hat einen Brennwert von 6,8 MJ/kg
  • lufttrockenes Brennholz 14,4–15,8 MJ/kg
  • thermisch getrocknete Holzpellets oder Holzbriketts 17,5–18 MJ/kg.

Bei der Verbrennung von Holz wird neben der Holzfeuchte auch Wasserdampf freigesetzt, der aus der Oxidation der Wasserstoffatome stammt, die in den Inhaltsstoffen (vor allem Cellulose, Hemicellulosen und Lignin) chemisch gebunden sind. Dieses "Verbrennungswasser" sorgt für eine Differenz zwischen Brenn- und Heizwert:[14] zu seiner Verdampfung (bzw. auch zur Verdampfung der flüchtigen organischen Verbindungen) wird eine bestimmte spezifische Energie benötigt. Dies ist gerade jener Energieanteil, der bei Brennwertkesseln durch Rekondensation genutzt werden kann.

Siehe auch[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Literatur[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  • Thomas Trübswetter: Holztrocknung: Verfahren zur Trocknung von Schnittholz – Planung von Trocknungsanlagen, Hanser Verlag, 2006, ISBN 978-344640477-9 (Definitionen insb. Kap. 3.3 Holzfeuchte, S. 23–38)

Weblinks[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. darauf bezieht sich der in der Bioholzverarbeitung verwendete Ausdruck „totes Holz“ für übermäßig getrocknetes Holz: Hierbei wird schon dem Zellinneren so viel Wasser entzogen, dass es zu einer Veränderung der Ligninstruktur kommt. Technisch ist das ein Vorteil, weil das natürliche Arbeiten beschränkt wird, ein Nachteil, da dieser Holz weniger widerstandsfähig gegen Pilzinfektionen ist: Extrem trockenes Holz wird primär für Holzwerkstoffe eingesetzt.
  2. a b Festmeter oder Atro-Tonne?, in Landwirtschaftskammer Steiermark: Agrarnet.
  3. Holzmessen. Präsentation, Bundesforschungs- und Ausbildungszentrum für Wald, Naturgefahren und Landschaft, Tabelle Gewichtsvermessung – Umrechnungsfaktoren nach FPP, S. 11 (pdf; 1,01 MB); FFP … Kooperationsabkommen Forst-Platte-Papier.
  4. a b Norm DIN 52183:1977-11, beuth.de.
  5. von Baobabs, Art Adansonia digitata sind bei bis 20 m Wuchshöhe Speichermengen bis 130.000 Liter Wasser (über 100 Tonnen) berichtet. Bei einem Gewicht von einigen Tonnen Holz ist das eine Wasserspeicherkapazität der Größenordnung von 1000 % der Holzmasse. Angabe der Wassermenge nach Pflanzen - Affenbrotbaum, in Madagaskar Lexikon (pdf, dilag-tours.ch)
  6. Siehe Holztrocknung, Thema auf holzwurm-page.de; Brennholzlagerung, dezentrale-energieversorgung.com; Tabelle zitiert nach Wassergehalt bei frisch geschlagener Buche, Forumsbeitrag NetSeeker, Fr Mär 31, 2006.
  7. a b c d e DIN 68101:2012-02 Grundabmaße und Toleranzfelder für Holzbe- und -verarbeitung; Holzartenmerkblätter nach Grosser und Teetz; zitiert nach Lit. Trübswetter: Holztrocknung, 2006, Tab. 3-1 Holzeigenschaften, S. 31.
  8. a b c Robinie: Wissenswertes, holz-pur.ch, abgerufen 8. November 2012
  9. a b c Rohdichte, Storch Industrie-Anlagen GmbH (storch-ind.com), abgerufen 13. November 2012.
  10. a b M. Schardt: Das Problem mit der "Holzfeuchte" und dem "Wassergehalt". In: LWF aktuell 54, 2006, S. 50–51. (Online-Version: Holzfeuchte und Wassergehalt von Scheitholz, waldwissen.net, 2. Februar 2012, abgerufen 10. November 2012).
  11. Lit. Trübswetter: Holztrocknung, 2006, Kap. 3.3 Holzfeuchte und Klima, S. 26, Sp. 2.
  12. Vera Steckel: Einfluss von Trocknungs- und Prüfbedingungen auf die Emissionen flüchtiger organischer Verbindungen aus Kiefer (Pinus ylvestris L.) und Fichte (Picea abies (L.) H. Karst.)., Universität Hamburg 2011, (pdf-Datei)
  13. Michael Golser, Wilfried Pichler, Florian Hader: Energieholztrocknung. Zusammenfassung des Endberichts. Im Auftrag von FFP. HFA-Nr. F1887/04, Holzforschung Austria, Wien, März 2005 (pdf, netzwerk-land.at)
  14. Leopold Lasselsberger: Grundlagen der Verbrennungstechnik und technische Umsetzung, Bundesanstalt für Landtechnik (pdf-Datei, bosy-online.de).