Kunstmatig drogen

Kunstmatig drogen van hout gebeurt in droogkamers (droogovens). In de droogkamers kan het droogproces worden gestuurd op temperatuur, relatieve vochtigheid en luchtcirculatie. Het hout wordt gedroogd volgens een (meestal empirisch) bepaald droogschema, dat afhankelijk is van o.a. de houtsoort. In het begin van het droogproces droogt het hout snel door de verdamping van het vrije of niet-gebonden water. De snelheid loopt geleidelijk terug eens het vochtgehalte van het hout daalt tot de toestand van vezelverzadiging. Vooral in het begin van het droogproces en/of bij een te snelle droging kan t.g.v. het optreden van grote droogspanningen schade aan en dus verlies aan kwaliteit van het hout optreden. Onderstaande figuur geeft een beeld van een droogkamer waarbij de luchtcirculatie langs natuurlijke weg (d.i. zonder geforceerde luchtbeweging) tot stand komt. Naast de mogelijkheid om lage vochtgehaltes te bereiken, heeft kunstmatig drogen het voordeel dat het drogen sneller en onder gecontroleerde omstandigheden gebeurt, waardoor het rendement meestal hoger ligt dan bij natuurlijk drogen. De droogkamers zijn meestal vrij groot en worden direct respectievelijk indirect verwarmd met elektriciteit respectievelijk verwarmingsinstallaties op aardgas (of hout).

Figuur 1: Luchtcirculatie in een geklimatiseerde droogkamer (Jacobs et al., 2003)

Er zijn verschillende varianten op kunstmatig drogen:

Luchtdroging

De volgende varianten op luchtdroging kunnen worden onderscheiden:

  • Conventionele droging
Het principe van conventioneel drogen is dat het hout vocht/water afgeeft als er lucht, geschikt om te drogen, over het hout wordt geblazen. Door de lucht te verwarmen alvorens deze over het hout te blazen, kan er meer vocht/water worden opgenomen. De lucht in de droogkamer wordt dus verwarmd en circuleert door het gestapelde hout. Hierbij zal de lucht langzaam stijgen in temperatuur en relatieve vochtigheid. Doordat de temperatuur een constante stijging vertoont, blijft het temperatuurverschil met het oppervlak van het hout constant. Wanneer de gewenste temperatuur en relatieve vochtigheid zijn bereikt, afhankelijk van de houtsoort die gedroogd wordt, zal de computer het ventilatiesysteem sturen. Een gedeelte van de warme vochtige lucht wordt afgevoerd naar buiten, eenzelfde hoeveelheid verse lucht wordt door de ontstane onderdruk weer toegevoerd. Deze lucht wordt verwarmd waardoor de relatieve vochtigheid van de lucht daalt. Op deze manier kan het hout weer vocht/water afstaan aan de lucht in de droogkamer.
 
Bij deze techniek heeft men te maken met een aanzienlijk verlies aan warmte, dat vnl. veroorzaakt wordt door de externe ventilatie. Dit kan eventueel gecompenseerd worden door het plaatsen van een warmtewisselaar die de warmte terugwint uit de naar buiten afgevoerde lucht en dit ten behoeve van de toegevoerde lucht. Het rendement van een dergelijk systeem bedraagt ca. 15 tot 20%.
De techniek gebruikt enkel warmte als energiebron en is bijgevolg zeer interessant voor bedrijven die aan houtverbranding doen en zodoende een goedkope energiebron hebben.
 
De techniek is vooral geschikt voor het drogen van naaldhout.
 
De belangrijkste voordelen van de techniek t.o.v. andere technieken zijn de lagere investeringsuitgave en het toepassingsgebied. Conventioneel drogen is geschikt voor het drogen van alle houtsoorten en diktes, wat bij de andere technieken niet steeds het geval is.
  • Condensatiedroging
Ook voor deze techniek geldt het principe dat het hout vocht/water afgeeft als er lucht, geschikt om te drogen, over het hout wordt geblazen. De in de droogkamer aanwezige lucht wordt opgewarmd d.m.v. een externe verwarmingsbron en circuleert door het hout d.m.v. ventilatoren. Op deze manier neemt de lucht steeds meer vocht/water uit het steeds warmer wordende hout op. Wanneer de gewenste temperatuur (minimaal 30°C) en luchtvochtigheid zijn bereikt, start het ontvochtigingsproces. De vochtige lucht wordt door een ontvochtiger gezogen, waar de vochtige lucht wordt afgekoeld en zodoende niet meer de hoeveelheid vocht/water kan bevatten als in warme toestand. Het condenswater wordt naar buiten afgevoerd. De ontvochtiger is dus in wezen een warmtepomp. Aan de koude zijde wordt vocht/water gecondenseerd, de vrijgekomen condensatiewarmte wordt op hogere temperatuur terug aan de drooglucht afgegeven. In tegenstelling tot conventioneel drogen, gebeurt er dus geen uitwisseling van lucht tussen de droogkamer en de omgeving (droogproces verloopt in een gesloten kring). Condensatiedrogen wordt soms toegepast als voorfase bij andere droogsystemen.
Bij condenserende warmteterugwinning wordt de condensatiewarmte van het verwijderde vocht/water teruggewonnen. De ontvochtigde lucht wordt weer opgewarmd met de energie dewelke de warmtepomp onttrokken heeft tijdens het afkoelen van de lucht en het condenseren van het vocht/water. Eventueel wordt de lucht nog bijverwarmd.
Er is steeds initiële verwarming nodig om bij de opstart het hout op temperatuur te brengen.
(Zwaar) loofhout droogt in het algemeen minder makkelijk en is bovendien gevoeliger voor droogfouten dan naaldhout. Daarom wordt condensatiedroging vooral voor eik en andere dure, harde houtsoorten toegepast. De luchtcirculatie is minimaal, terwijl de temperatuur (27 tot 45 °C) en de relatieve vochtigheid zijn afgestemd op het voorkomen van droogfouten.
Condensatiedrogen heeft enkele nadelen:
  • het rendement van de techniek neemt sterkt af met het afnemen van het relatief vochtgehalte van de proceslucht;
  • de techniek is niet interessant bij een temperatuur lager dan 7° C omdat het condenserende vocht dan bevriest (en dan zijn er dus extra voorzieningen nodig);
  • de hoeveelheid condenswater die dagelijks kan worden afgevoerd is beperkend voor de droogsnelheid van de techniek.
T.o.v. een conventionele droging, is condensatiedrogen een meer energiezuinige techniek.

Figuur 2: Luchtcirculatie in een ontvochtiger (Jacobs et al., 2003)

Figuur 3: Principe van een ontvochtiger (Jacobs et al., 2003)

  • Stoomdroging of hoge temperatuursdroging
Stoomdrogen is een recente techniek, die in de sector van de houtverwerking in Vlaanderen nog maar weinig/niet wordt toegepast.
Bij het opwarmen wordt de in de droogkamer aanwezige lucht vervangen door stoom. De relatieve luchtvochtigheid wordt op een constante waarde van nagenoeg 100% gehouden. Er ontstaat een ‘kookeffect’ die een overdruk in het hout veroorzaakt, wat vervolgens het transport van vocht/water vanuit de kern naar het oppervlak vergroot. Het vocht/water kookt als het ware uit het hout. Door het koken gaat het interne vocht-/watertransport in het hout nog sneller, waardoor de droogtijden sterk gereduceerd worden. Bij deze methode heeft het hout gedurende de droging dus een temperatuur gelijk aan of hoger dan 100 °C. Er bestaan twee typen van stoomkamers: met directe stoom en met indirecte stoom.
De meest opvallende verschillen met een klassieke droger zijn:
  • Er wordt geen lucht meer toegevoerd of afgevoerd (met uitzondering van kleine lekken);
  • De afvoer van vocht uit de droger gebeurt door het aftappen van kleine afgasstromen, die een kleiner debiet maar een veel hoger vochtgehalte hebben dan in het geval van een klassieke droger. Omdat deze afgassen grotendeels uit water bestaan, worden ze partieel gecondenseerd, waarbij eventueel de condensatiewarmte herwonnen kan worden. Hierbij wordt het grootste deel van de terpenen eveneens gecondenseerd.
  • De organische stoffen die bij een klassieke droger als vluchtige organische stoffen naar de lucht worden geëmitteerd, komen bij een stoomdroger vrij onder de vorm van organisch belast afvalwater.
Door de korte duur van het proces is er een sterke reductie van energieverbruik en de hiermee geassocieerde emissies en van emissies van vluchtige organische stoffen. De energiebesparing kan oplopen tot ca. 15 à 20%. Er zijn echter hoge investeringsuitgaven verbonden aan deze techniek, die tot het dubbele kunnen bedragen van conventioneel drogen.
Stoomdrogen is vooral geschikt voor snel groeiende houtsoorten. Er moet echter rekening gehouden worden met volgende opmerkingen:
  • Vanwege de hoge temperatuur stelt stoomdrogen hogere eisen aan de constructie van de droogkamer. Zo moeten bv. de afdichtingsmaterialen aan de hoge temperaturen kunnen weerstaan en moet de droogkamer 100% dampdicht zijn. Ook moet de droogkamer vervaardigd zijn uit roestvrij staal.
  • Stoomdrogen heeft, afhankelijk van de houtsoort, een effect op de kleur van het hout. Naaldhout bv. krijgt een donkere kleur en daarmee een rustiek karakter.
  • Afwijkingen van het gewenste droogschema kunnen leiden tot relatief hoge uitvalpercentages. Er is daarom behoefte aan een aangepast besturingssysteem afgestemd op stoomdrogen.
  • De breedte van de houtstapel blijft best beperkt tot 4 à 5 meter.
Het hout wordt een beetje plastisch, waardoor vervormingen beperkt blijven. Ook de sterkte van het hout blijft onveranderd zolang de temperatuur tijdens het drogen beneden 120°C blijft.
  • Vacuümdroging

Vacuümdrogen is een techniek die al langer bestaat, maar in de sector van de houtverwerking in Vlaanderen nog maar weinig wordt toegepast. Vacuümdrogen berust op het principe dat door een daling van de druk het kookpunt van het in het hout aanwezige vocht/water wordt verlaagd, waardoor een snellere verdamping van het in het hout aanwezige vocht/water wordt verkregen. Bovendien worden de poriën van het hout meer geopend, zodat het in de cellen aanwezige vocht/water gemakkelijker wordt verwijderd. Hierdoor liggen de droogtijden bij vacuümdrogen beduidend lager dan bij andere technieken, mits de nodige voorzichtigheid in acht wordt genomen. Vacuümdrogen wordt vooral toegepast voor het drogen van lichte, poreuze houtsoorten, voor het drogen van kleinere volumes hout die snel ter beschikking moeten worden gesteld. Deze techniek wordt ook toegepast voor het bijdrogen van hout, dit is na een eerste fase van droging in een andere installatie.

Fineer droging

Het drogen van fineer gaat veel sneller dan het drogen van massief hout als gevolg van de dikte van fineer. Door de geringere dikte komen in fineer sterk verminderde droogspanningen voor. Fineerdrogers zijn gebaseerd op een warmteoverdracht van lucht naar fineer waarbij fineer ook in contact wordt gebracht met een luchtstroom. Een andere manier voor het drogen van fineer is persdrogen waarbij gebruik wordt gemaakt van hete persplaten (120 - 200 °C). De droogtijd wordt daarbij beperkt tot enkele minuten, terwijl vervormingen worden voorkomen.

Microgolf droging

Deze techniek maakt gebruik van microgolven. De fineervellen worden tussen twee elektrodes in een zeer snel ompolend elektrisch veld gebracht (typisch 2,45 GHz). De hierdoor opgewekte energie brengt de polaire moleculen in het hout – dit is in eerste plaats het vocht – in hoogfrequente beweging. Hierdoor warmt het hou op, vooral op plaatsen waar vocht aanwezig is, waardoor het vocht verdampt. Aan de oven wordt een continue stroom licht opgewarmde lucht toegevoerd, om het vrijkomende vocht af te voeren. De techniek wordt ook toegepast voor het drogen van massief hout. Dit vergt doorgaans wel dat het hout niet per palet of per stapel, maar in dunnen lagen doorheen de droger gevoed wordt. Drogen gebeurt dan binnen een tijdspanne van enkele minuten. Bij het drogen van hout m.b.v. microgolven moeten een aantal factoren in rekening worden gebracht. Zo kan een intensieve behandeling van in de kern zeer vochtig hout scheuren veroorzaken. Verder mogen er geen metalen (bv. spijkers) in het hout achterblijven, aangezien de microgolven hierop reflecteren, wat kan resulteren in een te hoge plaatselijke temperatuur en bijgevolg brand.

  • Er is zo goed als geen verdamping van terpenen en andere vluchtige organische stoffen, omdat het hout minder wordt opgewarmd.
  • Er zijn geen lokale emissies van rookgassen.
  • Er zou een lager energieverbruik zijn.
  • Het brandrisico is lager wegens afwezigheid van hoge temperaturen.
  • Microgolven worden ook wel gebruikt voor het behandelen van hout tegen insecten en schimmels.

© VITO, 2012. Voor de informatie op deze site gelden een vrijwaringsclausule en een verklaring betreffende het auteursrecht.

VITO, Boeretang 200, B-2400 Mol, België