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Untersuchung der thermischen Eigenschaften von Holz und Spanplatten in Abhängigkeit von Feuchtigkeit und Temperatur im hygroskopischen Bereich

Investigation of the thermal properties of wood and particleboard in dependency from moisture content and temperature in the hygroscopic range

Holz als Roh- und Werkstoff Aims and scope Submit manuscript

Zusammenfassung

Bei der Messung der Wärmeeigenschaften fenchter Hölzer und Holzwerkstoffe senkrecht zur Faser, im hygroskopischen Bereich, in Abhängigkeit von der Temperatur müssen Apparaturen verwendet werden, deren Meßergebnisse nicht durch Zonenbildung der Feuchtigkeit im Holz infolge eines großen Temperaturgefälles verfälscht werden. Als besonders geeignet zeigt sich unter dieser Bedingung ein Kurzzeitverfahren von O. Krischer und H. Esdorn. Aus den Messungen im quasistationären Bereich läßt sich das Wärmeleitvermögen einwandfrei berechnen. Die Meßgrößen für die Festlegung der spez. Wärnec dagegen unterliegen zum Teil äußeren Fehlereinflüssen, wershalb diec-Werte mit dem Eiskalorimeter nach Bunsen überprüft wurden. Die Messungen mit der Krischerapparatur erstreckten sich auf Fichte, Eiche, Buche und Spanplatten im gedarrten Zustand (u≈0%), im klimatisierten Zustand (Normklima nach DIN 50014,u≈12 bis 14%, bei Spanplattenu≈8,7%), sowie bei Fasersättigung (u≈27 bis 30%, Spanplattenu≈20,3%),jeweils zwischen−60 und+80°C, bei Vollholz getrennt in radialer und tangentialer Richtung senkrecht zur Faser. Im Abstand von 20°C wurden für jeden Meßpunkt mindestens 4 Versuche durchgeführt. Messungen der spez. Wärmec mit dem Eiskalorimeter erfolgten, infolge der Unabhängigkeit desc-Wertes von der Rohdichte, nur mit Fichte.

Die Ergebnisse lasser erkennen, daß die Wärmeleitfähigkeit von Vollholz im gedarrten Zustand mit der Temperatur geradlinig zunimmt. Mit steigendem Feuchtigkeitsgehalt erhöht sich entsprechend das Wärmeleitvermögen, wobei sich infolge zunehmender Abweichung des Kurvenverlaufes von der Linearität der λ-Wert mit steigentler Tempratur betrachtlicherhöht. FÜr Spanplatten ergibt sich das gleiche Bild, wobei allerdings die Werte unn einen konstanten Betrag δλ tiefer liegen.

Auch die spez. Wärme nimmt im gedarrten Zustand linear mit der Temperatur zu. Ansteigender Feuchtigkeits-gehalt erhöht die spez. Wärme, wobei unter o°C die temperaturabhängige Abnahme desc-Wertes linear bleibt. Über o°C dagegen weicht die spez. Wärme mit zunehmender Temperatur infolge der Temperaturabhängigkeit der bei hygroskopischen Gütern anftretenden Benetzungswärme immer weiter von der Linearität in Richtung höherer Werte ab.

Die Temperaturleitzahlen wurden aus der Wärmeleitzahl, der spez. Wärme und der Rohdicht berechnet. Im gedarrten Zustand stellen sich bei Vollholz bei—60°C sehr hohe Werte ein, die mit steigender Temperatur immer schwächer abnehmen. Je höher die Feuchtigkeit, desto tiefer liegt unter o°C die Temperaturleitzahl, der Abstand der zunächst noch absinkenden Kurven voneinander wird aber mit zunehmender Temperatur immer geringer, bis sich die Kurven zwischen+30 und+60°C teilweise sogar überschneiden, wobei überu=15% sich mit zunchmender. Temperatur wieder ein leichter Anstieg der Temperatur-leitzahlergibt. Spanplatten ergeben gleiche. Abhängigkeiten; sie liegen allerding wiederung um einen konstaten Betrag αa tiefer.

Von F. Kolfmann und L. Malmquist wurde eine Gleichung aufgestellt, welche die Wärmeleitzahl von Holz und Holzwerkstoffen senkrecht zur Faser in Abhängigkeit von ihren Bestandteilen für 20°C liefert. Durch Einführen des Wärmetransportes durch Dampfdiffusion in Form einer äquivalenten Wärmeleitfähigkeit wird der Gültigkeitsbereich dieser Gleichung auf Temperaturen über 20°C erweitert.

Summary

For the measurement of the thermal properties of wet wood and wooden materials perpendicular to the grain or surface within the hygroscopic range and in dependency from the temperature, apparatus have to be applied the results of which are not adulterate by the formation of moisture gradients in the wood due to great differences in temperature. Considering these factors, a short-term procedures of O. Krischer and H Esdorn proves to be particularly suitable. Based on measurements in the quasi-stationary range, the thermal conductivity can be easity computed. The factors measured for the determination of specific heat c, however, are partly influenced by external errors. Therefore, the c values were checked with the Bunsen ice calorimeter.

The measurements with the Krischer apparatus were taken from spruce, vak, beech, and particleboard in an oven-dry state (u≈0%), in an air-conditioned state (standard) climate according to the German standard DIN 50014, u≈12% to 14%, with particleboard u≈8,7%). as well as at fibre saturation (u≈27% to 30%, particleboard u≈20,3%), between −60° and+80°C each, in the case of solid wood divided in radial and tangential direction perpendicular to the grain. In intervals of 20°C, at least 4 tests were carried out for every measuring-point. Measurements of the specific heat c were taken with the ice calorimeter on spruce, only, the c value of which being independent from density.

F. Kollmann and L. Malmquist established an equation which furnishes the coefficient of thermal conductivity of wood and wooden materials perpendicular to the grain for 20°C in dependency from their constituents. By introducing heat transportation through steam diffusion in the form of an equivalent thermal conductivity, the validity of this equation is extended to temperatures of more than 20°C.

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Mitteilung aus dem Institut für Holzforschung und Holztechnik der Universität München

Genehmigte Kurzfassung der Dissertation d. Verf. an der TH München 1961. 1. Berichterstatter: Prof. Dr.-Ing. F. Kollmann, 2. Berichterstatter: Prof. Dr.-Ing. F. Kneule.

Für die Aufgabenstellung und die mir während der Ausführung am Institut für Holzforschung und Holztechnik der Universität München unter Leitung von Herrn Prof. Dr.-Ing. F. Kollmann gewährte Unterstützung mit Rat und Tat danke ich Herrn Prof. Dr.-Ing. F. Kollmann herzlich. Ferner gilt mein Dank Herrn Prof. Dr.-Ing. F. Kneule, welcher mir den Aufbau der Krischer-Apparatur in seinem Institut für Verfahrenstechnik an der Technischen Hochschule München ermöglichte.

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Kühlmann, G. Untersuchung der thermischen Eigenschaften von Holz und Spanplatten in Abhängigkeit von Feuchtigkeit und Temperatur im hygroskopischen Bereich. Holz als Roh-und Werkstoff 20, 259–270 (1962). https://doi.org/10.1007/BF02604682

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