Drivkrafter för uttork ning i trä

Något förenklat förekommer vatten i träet som bundet vatten i cellväggarna vid fuktkvoter under ca 30 %. Fritt vatten finns i cellhålrummen från ca 30 % och mer. Dessutom finns det en liten mängd fukt i cellhål- rummen. Denna fukt står i jämvikt med det bundna vattnet eller med det fria vattnet vid fuktkvoter över 30 % och är viktmässigt så liten att den inte behö-

ver tas med vid fuktkvotsbestämning. Fukten i cell- hålrummen (ånghalten) är dock av stor betydelse vid fukttransporten under torkningsprocessen.

I ett homogent material finns det en allmän strävan att fukten rör sig från våtare partier mot torrare. Den grundläggande orsaken är molekylernas värmerörelse som gör att koncentrationsdifferenser (ånghaltsskill- nader) strävar att utjämnas. Detta gäller även för fukt i trä, men bilden kompliceras något av att fukten före- kommer i olika former och med olika rörelsemönster.

10.4.1 Diffusion

Det mest typiska fallet av koncentrationsutjämning till följd av värmerörelse, har vi för den fukt som finns i ångform i fiberhåligheter. Vi får ett flöde från områden med hög ånghalt mot områden med låg ång- halt. I princip helt samma fenomen gör att det bundna vattnet i fiberväggen rör sig från områden med högre fuktkvot mot områden med lägre. Det övergripande namnet för dessa processer är diffusion. Medan ång- fasen och det bundna vattnet lokalt står i jämvikt med varandra, så ligger koncentrationsskillnader åt samma håll, d v s ånga och bundet vatten rör sig i normalfallet åt samma håll.

Finns det fritt vatten i virket kommer fiberväggen att vara mättad i detta område och då finns det ingen koncentrationsskillnad eller drivkraft för varken ånga eller bundet vatten. Då är det bara det fria vattnet som kan röra sig, se även kapitel 10.2.3.

10.4.2 Transport av kapillärt vatten

Den sugkraft som utövas på en vattenpelare i ett tunt kapillär är större än motsvarande kraft i ett grövre ka- pillär. Om det finns fritt vatten i träet kommer detta att söka sig från grova kapillärer mot tunnare. I ett område med bara litet fritt vatten är endast tunnare kapillär vattenfyllda och då sugs vattnet från områden med mera fritt vatten, eftersom även grövre kapillärer är fyllda i det området. Det är alltså samma resultat som för ånga och bundet vatten, d v s flödet är från våtare partier mot torrare. Ibland hör man även talas om diffusion för det fria vattnet trots att det fysikaliskt är fråga om ett annat fenomen.

10.4.3 Tryckdriven fukttransport

I vissa fall, såsom t ex vid ett slutet rum med över- el- ler undertryck, så kan man få ett svagt luftflöde ge- nom trä i väggkonstruktion som drivs av tryckskillna- den över väggen. Den fukt som följer med detta flöde överlagras till diffusionen.

10.4.4 Växelverkan mellan träyta och omgi-

vande luft

Uttorkning av virke kan ses som två processer i serie.

Dels vill man få fukten i träet att röra sig från de inre delarna mot träytan, dels vill man från luften effektivt tillföra den värme som behövs för fuktens förångning och sedan transportera bort denna förångade fukt från ytan till luften. Den första processen styrs av träets diffusionsegenskaper visavi fukten och den senare styrs av växelverkan mellan träyta och luft. Båda pro- cesserna är viktiga för uttorkningen.

Allra närmast träytan har man ett luftskikt som p g a friktionen står nästan stilla. Om t ex en fläkt blåser mot träytan blir detta skikt tunt och i ett dragfritt rum blir skiktet rätt tjockt. Både värmen till virket och den för- ångade fukten skall passera detta skikt. Stillastående luft är ett utomordentligt isoleringsmaterial och därför är en god luftströmning kring virket en förutsättning för en effektiv torkning. Värme- och fukttransporten genom luftskiktet intill träytan kallas konvektion och kan även den ses som en diffusionsprocess.

Luften allra närmast en träyta kommer att stå i jäm- vikt med ytan i fråga om temperatur och ånghalt. Detta tillstånd avviker ofta från luftens tillstånd i det omgi- vande rummet. Kall luft är tyngre än varm (vid given fuktkvot) och fuktig luft är lättare än torr (vid given temperatur). På grund av dessa täthetsskillnader blir det en liten luftväxling kring en fuktig träbit även i ett rum med stillastående luft (s k fri konvektion) men torkningen blir mycket långsam i ett sådant fall. Där- för bör man för torkningsbehov försöka åstadkomma en effektiv luftströmning kring alla sidor av de virkes- bitar som skall torkas (forcerad konvektion).

10.4.5 Fuktflödet

Ovan beskrevs drivkrafterna för fukttransport i trä. Hur stort fuktflödet blir bestäms av hur stort motstånd vedstrukturen utövar. En mycket viktig egenskap hos trä är att fukten rör sig betydligt lättare i fiberriktning- en än tvärs fibrerna. Om t ex ändytan på ett virkes- stycke kommer i kontakt med vatten sker en snabb inträngning av vattnet.

Fuktflödet från det inre av biten till träytan balanse- ras av värmeöverföringen från den omgivande luften genom det stillastående gränsskiktet och den förånga- de fuktens massöverföring genom samma skikt. 10.4.5.1 Diffusionskoefficient, ånggenomsläpplighet Diffusionskoefficienten D [m2_{/s] är en materialpa-} rameter som anger hur stort fuktflöde g [kg/m2_{s] en} fukthaltsgradient Δρ/Δx [kg/m4_{] i träet ger upphov} till:

Fuktkvotsgradienten är skillnaden i fukthalt Δρ över avståndet Δx. Fukthalten [kg/m3_{] får man genom att} multiplicera fuktkvoten med densiteten. Diffusions-

koefficientens värde tvärs fibrerna för gran och furu vid rumstemperatur och i fuktkvotsområdet 10-18% är av storleksordningen 1·10-10_…4·10-10 _m2_{/s. Längs} fibrerna är motsvarande värde c. 4 gånger högre, vil- ket visar att fukten rör sig lättare i denna riktning. Som jämförelse kan nämnas att diffusionskoefficienten i betong är av storleksordningen 1/10 av dessa nivåer. Diffusionskoefficienten ökar både med stigande tem- peratur och stigande fuktkvot i virket.

I byggsammanhang används ofta begreppet ångge- nomsläpplighet för att beskriva ett materials förmåga att leda fukt. För trä (och andra hygroskopiska mate- rial) har detta dock uppenbara nackdelar. Ånggenom- släppligheten baseras på ånghalten i fiberhåligheterna såsom drivkraft för fuktflödet. Men denna ånghalt går ej att mäta utan beräknas ur uppmätt fuktkvot, var- för fuktkvot eller fukthalt är ett naturligare mått på drivkraften. Vidare är ånghalten i träet temperaturbe- roende vilket inte fuktkvoten är. Slutligen är namnet ånggenomsläpplighet missvisande eftersom det inte enbart är fråga om ett ångflöde, utan även ett flöde av bundet vatten (se kapitel 10.4.1). Fukt i ångform utgör en viktmässigt försumbar del jämfört med den mängd bundet vatten som finns i fiberväggarna. Härigenom bör begreppet ånggenomsläpplighet undvikas i vir- kessammanhang och diffusionskoefficient användas i stället. För andra material kan ånggenomsläpplighet vara bättre lämpat.

10.4.5.2 Värme- och massaöverföringskoefficienter Hur effektivt värme och fukt transporteras genom det stillastående luftgränsskiktet vid träytan beskrivs av värme- och massöverföringskoefficienter. Om tempe- raturskillnaden mellan luften intill träytan och omgi- vande luft multipliceras med värmeöverföringskoef- ficienten får man värmeflödet som denna skillnad ger upphov till. På samma sätt ger skillnaden i ånghalt

invid ytan och i omgivande luft, multiplicerad med massöverföringskoefficienten det uppkomna fuktflö- det. Överföringskoefficienternas värde beror i första hand av luftens strömningshastighet kring virket och strömningsgeometrin. Det kan konstateras att om lufthastigheten fördubblas, så ökar koefficienterna ca 60– 70%, d v s detta yttre torkmotstånd minskar ca 40%. Detta visar att det är önskvärt med en effek- tiv omströmning av virket. Värme- och massöverfö- ringskoefficienterna beskriver alltså egenskaper hos luftskiktet nära en yta och värdena blir därigenom desamma även för andra material (t ex betong) såvitt strömningsförhållandena är likartade.

10.4.6 Helhetsbild av torkprocessen

Om virke omges av relativt torr luft kommer luften närmast virkesytan (som har en hög ånghalt i jämvikt med ytans fuktkvot) att blandas in i den omgivande luften och ersättas med denna torrare luft. Då kan denna torra luft uppta ny fukt från virkesytan. Denna förångning kräver värme varigenom virkesytan och intilliggande luft kyls. Genom denna temperaturskill- nad börjar värme överföras från omgivande luft. Efter en tid blir det en jämvikt mellan tillförd värme och förångad och avlägsnad fukt. Virkesytans och så små- ningom hela virkets temperatur, beror alltså enbart av växelverkan mellan virke och luft (såvitt inte värme tillförs via strålning från eller i direkt kontakt med heta ytor). Genom att fukt avlägsnas från virkesytan, blir fuktkvoten lägre där och denna fuktkvotsskillnad i förhållande till de inre delarna ger upphov till en dif- fusion av fukt mot ytan. Alltså kommer de inre de- larna under hela torkförloppet att vara våtare än ytan, d v s en parabelliknande fuktkvotsprofil utvecklas i virket. Denna process fortsätter så att virkets fuktkvot sakta närmar sig jämvikt med omgivande luft.

Figur 10.4.1 Schematisk bild visande fuktfördelningen i trä under en torkprocess. 111

10.5 Vad är ett bra tork-