Geschlosssenen Raum mit Dampf erwärmen?

Wissenschaft Physik
1

Hallo,

bin gerade dabei eine Dämpfkammer für Schnittholz zu planen.
Ausgangspunkt ist folgender:
Als Kammer wird in Isolier- bzw. Kühlcontainer mit 67m³ Rauminhalt genommen. Laut Hersteller ist der Container dicht.
In diesen Container werden 25m³ Buchenschnittholz gestellt. Zusätzlich zur Beheizung und zur Erzeugung von fast gesättigter Luft soll ein Edelstahlbehälter mit 1000 Litern Wasser (befindet sich im Container, Wasser wird bei darf wieder aufgefüllt) mit Einschraubheizkörpern beheizt werden.
Das Wasser soll verdampfen und dabei ein gesättigtest Klima und hohe Raumtemperatur (mindestens 85 Grad Raumtemperatur) erzeugen.

Jetzt meine Fragen (Bin kein Physiker sondern ein Holzwurm):

  1. Ist sowas überhaupt möglich?
  2. Der Dampfbedarf pro Stunde ist ca. 50-60 kg, wieviel Heizleistung müssen die Einschraubheizkörper haben?
  3. Wieviel Wasser benötige ich bei einer Dämpfzeit von 25 Stunden.
  4. Bekomme ich durch den Dampf die Luft überhaupt erwärmt?!?

Danke für eure Antworten.

Andreas

2

Hallo Holzwurm,

Als Kammer wird in Isolier- bzw. Kühlcontainer mit 67m³
Rauminhalt genommen. Laut Hersteller ist der Container dicht.

Solange du nicht mit Überdruck arbeitest, ist die Wärmedämmung wichtiger als Dichtigkeit.

In diesen Container werden 25m³ Buchenschnittholz gestellt.

Kleine Zusatzfrage: wie lange ist denn die Einwirkzeit? Wenn sie einige Tage it, reicht es eigentlich, am Anfang ordentlich Dampf zu geben, anschießend ist eigentlich nur eine Heizung nötig, die Feuchtigkeit kann ja nicht raus.

Zusätzlich zur Beheizung und zur Erzeugung von fast
gesättigter Luft soll ein Edelstahlbehälter mit 1000 Litern
Wasser (befindet sich im Container, Wasser wird bei darf
wieder aufgefüllt) mit Einschraubheizkörpern beheizt werden.

Das würde ich mir noch mal überlegen, ein außenliegender Kessel ist einfacher zu warten.

Das Wasser soll verdampfen und dabei ein gesättigtest Klima
und hohe Raumtemperatur (mindestens 85 Grad Raumtemperatur)
erzeugen.

Da sehe ich kein Problem, Dampf erhitzt ja nicht nur durch die hohe Temperatur, sondern v.a. durch die Kondensationswärme. Wie in der Sauna beim Aufguss. Überdies hat dies noch den Vorteil, dass natürlich an den kältesten Stellen am meisten kondensiert, also der Dampf in alle kalten Ecken zieht.

Die Schwierigkeit, die ich sehe, dass du eine Erwärmung auf 100°C kaum verhindern kannst - auf der andere Seite ist mehr als 100°C so gut wie ausgeschlossen.

Jetzt meine Fragen (Bin kein Physiker sondern ein Holzwurm):

  1. Ist sowas überhaupt möglich?

Warum nicht, im Prinzip ist das die ideale Lösung. Das Holz wird allerdings tropfnass, alles verdampfte Wasser sammelt sich am Boden - von da kannst du es eigentlich auch gleich wieder in den Kessel zurückpumpen.

  1. Der Dampfbedarf pro Stunde ist ca. 50-60 kg, wieviel
    Heizleistung müssen die Einschraubheizkörper haben?

Die Verdampfungswärme von Wasser ist 2257 kJ/kg (1 J = 1 Ws).
Zusätzlich muss das Wasser vorher auf 100°C erhitzt werden, macht gut 300 kJ/kg

Zum Vergleich 1kWh = 3600*1000 Ws = 3.600.000 J = 3600 kJ.
Für 1 kg Wasser brauchst du also ~ 0,7 kWh
Für 50 kg/h also 50*0,7 kWh/h 35 kW.

Das sind schon 2 ausgewachsene Durchlauferhitzer. Und bei einem Strompreis von 20 Cent ~7 € pro Stunde.

  1. Wieviel Wasser benötige ich bei einer Dämpfzeit von 25
    Stunden.

Das müsstest du jetzt eigentlich besser wissen, aus Erfahrung.

Man kann zumindest davon ausgehen, dass der Dampf die gesammte Verdampfungswärme an das Holz abgibt.

Ich kenne die Wärmekapazität von Holz nicht genau. Lt. http://de.wikibooks.org/wiki/Tabellensammlung_Chemie… beträgt sie 1,7 kJ/kg*K.

Macht bei geschätzten 20.000 kg und 80° Erwärmung 20.000 * 80 * 1,7 J ~ 2.700.000 kJ.
Wie oben dargelegt, 1kWh = 3600 kJ

Du brauchts also 2.700.000/3600 ~ 750 kWh.

Wenn du die obigen 35 kW * 24 h rechnest kommst du auf 840 kWh. Heißt, mit 50 l pro Stunde kommst du aus, 60 l sind für Verluste.

Und nun erzähl mich nicht, du hast das geraten, „50-60l“ :wink:

  1. Bekomme ich durch den Dampf die Luft überhaupt erwärmt?!?

Die Luft muss ohnehin entweichen, um dem Dampf Platz zu machen. Eine Entlüftung unten (der Dampf steigt ja nach oben) muss sein.

Danke für eure Antworten.

Noch ne Frage: schon mal über nen Gaskocher nachgedacht? Immerhin kostet ein Tag 170 €, und Energie würde auch gespart, der Umwelt zuliebe?

Gruß und viel Erfolg, Zoelomat

3

Hallo Holzwurm,

woher weißt du das denn schon:

  1. Der Dampfbedarf pro Stunde ist ca. 50-60 kg, wieviel

wenn du nach deinen Worten gerade dabei bist: „eine Dämpfkammer für Schnittholz zu planen“.

bin gerade dabei eine Dämpfkammer für Schnittholz zu planen.

Steht das als Leistungsangabe auf dem (oben offenen?) „Edelstahlbehälter mit 1000 Litern Wasser“?

Grüße

watergolf

4

Hallo Holzwurm,

Als Kammer wird in Isolier- bzw. Kühlcontainer mit 67m³
Rauminhalt genommen. Laut Hersteller ist der Container dicht.

Solange du nicht mit Überdruck arbeitest, ist die Wärmedämmung
wichtiger als Dichtigkeit.

Entsteht durch Verdampfung Überdruck? Der Container ist mit 120mm Sandwich-Elementen gedämmt. Innenverkleidung aus Edelstahl.

In diesen Container werden 25m³ Buchenschnittholz gestellt.

Kleine Zusatzfrage: wie lange ist denn die Einwirkzeit? Wenn
sie einige Tage it, reicht es eigentlich, am Anfang ordentlich
Dampf zu geben, anschießend ist eigentlich nur eine Heizung
nötig, die Feuchtigkeit kann ja nicht raus.

Dämpfen läuft in etwa so ab:
Es wird Dampf in einen geschlossenen Raum geleitet bis eine bestimmte Temperatur (je nach Holzart zwischen 85 und 95 Grad)erreicht ist. Diese Temperatur muss dann, geregelt durch zusätzliche Dampfzufuhr, für 20-30 Stunden gehalten werden.

Zusätzlich zur Beheizung und zur Erzeugung von fast
gesättigter Luft soll ein Edelstahlbehälter mit 1000 Litern
Wasser (befindet sich im Container, Wasser wird bei darf
wieder aufgefüllt) mit Einschraubheizkörpern beheizt werden.

Das würde ich mir noch mal überlegen, ein außenliegender
Kessel ist einfacher zu warten.

Und den Dampf dann über ein Rohr in die Kammer leiten?

Das Wasser soll verdampfen und dabei ein gesättigtest Klima
und hohe Raumtemperatur (mindestens 85 Grad Raumtemperatur)
erzeugen.

Da sehe ich kein Problem, Dampf erhitzt ja nicht nur durch die
hohe Temperatur, sondern v.a. durch die Kondensationswärme.
Wie in der Sauna beim Aufguss. Überdies hat dies noch den
Vorteil, dass natürlich an den kältesten Stellen am meisten
kondensiert, also der Dampf in alle kalten Ecken zieht.

Die Schwierigkeit, die ich sehe, dass du eine Erwärmung auf
100°C kaum verhindern kannst - auf der andere Seite ist mehr
als 100°C so gut wie ausgeschlossen.

Temperaturen bis 100 Grad sind kein Problem, solange nur das Raumklima gesättigt ist. Es soll möglichst ein abtrocknen der Holzoberfläche vermieden werden. Sonst entstehen Spannungsrisse im Holz.

Jetzt meine Fragen (Bin kein Physiker sondern ein Holzwurm):

  1. Ist sowas überhaupt möglich?

Warum nicht, im Prinzip ist das die ideale Lösung. Das Holz
wird allerdings tropfnass, alles verdampfte Wasser sammelt
sich am Boden - von da kannst du es eigentlich auch gleich
wieder in den Kessel zurückpumpen.

  1. Der Dampfbedarf pro Stunde ist ca. 50-60 kg, wieviel
    Heizleistung müssen die Einschraubheizkörper haben?

Die Verdampfungswärme von Wasser ist 2257 kJ/kg (1 J = 1 Ws).
Zusätzlich muss das Wasser vorher auf 100°C erhitzt werden,
macht gut 300 kJ/kg

Zum Vergleich 1kWh = 3600*1000 Ws = 3.600.000 J = 3600 kJ.
Für 1 kg Wasser brauchst du also ~ 0,7 kWh
Für 50 kg/h also 50*0,7 kWh/h 35 kW.

Das sind schon 2 ausgewachsene Durchlauferhitzer. Und bei
einem Strompreis von 20 Cent ~7 € pro Stunde.

Wir sind Großabnehmer und zahlen knapp 10 Cent pro kWh

  1. Wieviel Wasser benötige ich bei einer Dämpfzeit von 25
    Stunden.

Das müsstest du jetzt eigentlich besser wissen, aus Erfahrung.

Ich weiß ja nicht, ob ich zum halten der Temperatur von 85 Grad ständig auf voller Leistung heizen und Wasser verdampfen muss. Was meinst du?

Man kann zumindest davon ausgehen, dass der Dampf die gesammte
Verdampfungswärme an das Holz abgibt.

Ich kenne die Wärmekapazität von Holz nicht genau. Lt.
http://de.wikibooks.org/wiki/Tabellensammlung_Chemie…
beträgt sie 1,7 kJ/kg*K.

Macht bei geschätzten 20.000 kg und 80° Erwärmung 20.000 * 80
* 1,7 J ~ 2.700.000 kJ.
Wie oben dargelegt, 1kWh = 3600 kJ

Du brauchts also 2.700.000/3600 ~ 750 kWh.

Wenn du die obigen 35 kW * 24 h rechnest kommst du auf 840
kWh. Heißt, mit 50 l pro Stunde kommst du aus, 60 l sind für
Verluste.

Und nun erzähl mich nicht, du hast das geraten, „50-60l“ :wink:

Ich hatte ein Angebot eines Herstellers von solchen Kammern. Die Kammer war größer und da war eine Dampfmenge angegeben. Habe das grob runtergerechnet.

  1. Bekomme ich durch den Dampf die Luft überhaupt erwärmt?!?

Die Luft muss ohnehin entweichen, um dem Dampf Platz zu
machen. Eine Entlüftung unten (der Dampf steigt ja nach oben)
muss sein.

Muss ich die Luft absaugen? Oder reicht eine (Überdruck-)Klappe?

Danke für eure Antworten.

Noch ne Frage: schon mal über nen Gaskocher nachgedacht?
Immerhin kostet ein Tag 170 €, und Energie würde auch gespart,
der Umwelt zuliebe?

35 kW * 25 h * 10 Cent = 87,50 Euro.
87,50 Euro + sagen wir 12,50 Euro fürs Wasser = 100 Euro.
100 Euro / 25 m³ Holz = 4 Euro pro m³. Im Moment zahle ich fürs Dämpfen 30 € pro m³. Und muss zusätzlich mein holz mit dem LKW 130 km spazieren fahren.
Wann ich die 130 km nicht mehr fahren muss, habe ich genug für den Umweltschutz getan. Da 45 Liter Diesel gespart werden.

Ob Gas soviel billiger wie Strom ist?!

Gruß und viel Erfolg, Zoelomat

5

Entsteht durch Verdampfung Überdruck? Der Container ist mit
120mm Sandwich-Elementen gedämmt. Innenverkleidung aus
Edelstahl.

Das hängt ganz vor dir ab. Wenn der Container wirklich dicht ist, kannst du ihn sicher bersten lassen. Aber wie schon gesagt, ich würde Entlüftungen vorsehen.

  1. ist der Luftdruck immens, entspricht 1 kg/cm² - oder 10 Tonnen pro m² bei 1 atü. Da würd ich gar nicht erst anfangen, das Limit auszuloten.

  2. kannst du beim normalen Luftdruck sicher sein, dass die Temperatur nicht über 100 °C steigt.

  3. Durch die Entlüftung entweicht zuerst Luft, dann bildet sich ein Gleichgewicht:
    Die Luft ist raus, und der Dampf erwärmt das Holz und kondensiert dabei. Wenn das Holz erhitzt ist, entweicht der Dampf aus der Entlüftung. Dann kannst die die Heizung reduzieren.

Das würde ich mir noch mal überlegen, ein außenliegender
Kessel ist einfacher zu warten.

Und den Dampf dann über ein Rohr in die Kammer leiten?

Würde ich empfehlen, einen Raum mit 90 °C und 100 % Feuchtigkeit betritt niemand freiwillig (gab’s da nicht mal einen Film, das Totenschiff?).

Ein Rohr von vielleicht Ofenrohrstärke sollte reichen. 60 l pro Stunde, also 1 l pro Minute, macht 1500-2000 Liter Gas pro Minute, sollte ein Rohr leisten können.

Generell ist es mir egal, aber mit einer externen Heizung bist du einfach flexibler, kannst gegen Ende der Behandlung heiße oder kalte Luft einleiten oder was dir sonst an Optimierungen noch einfällt.

Wir sind Großabnehmer und zahlen knapp 10 Cent pro kWh

War ja auch nur ein Denkanstoß, und es weiß ja auch keiner, wie sich die Preise entwickeln. Theoretisch kannst du auch einen Dieselmotor nehmen, mit dem Kühlwasser den Dampf erzeugen und noch jede Menge umsonstenen Strom erzeugen. Aber mir ist schon klar, dass sich für ein Unternehmen solche Tüfteleien nicht rechnen.

Ich weiß ja nicht, ob ich zum halten der Temperatur von 85
Grad ständig auf voller Leistung heizen und Wasser verdampfen
muss. Was meinst du?

Wenn der Container gut isoliert, und davon kann man wohl ausgehen, kannst du wahrscheinlich nach einem Tag den Dampfkessel komplett abstellen. 25 m³ Holz und v.a. das Wasser haben schon ein recht großes Wärmespeichervermögen. Ein Thermometer zur Kontrolle sollte nicht die Rieseninvestition sein.

Und nun erzähl mich nicht, du hast das geraten, „50-60l“ :wink:

Ich hatte ein Angebot eines Herstellers von solchen Kammern.
Die Kammer war größer und da war eine Dampfmenge angegeben.
Habe das grob runtergerechnet.

Zumindest hat er richtig gerechnet - hüstel - zumindest nicht falscher als ich. Aber wenn ich einen groben Fehler gemacht hätte, wäre ich wohl darauf hingewiesen worden.

Muss ich die Luft absaugen? Oder reicht eine
(Überdruck-)Klappe?

Weder noch. Ich würde dafür plädieren, dass weder Über- noch Unterdruck herrschen. Ein Unterdruck würde den Container wohl ebenfalls zerlegen. Im Grunde brauchst du nur ein Loch bohren.

Ob Gas soviel billiger wie Strom ist?!

Das weiß ich auch nicht, aber ich weiß, dass Kraftwerke einen Wirkungsgrad von max. 50 % haben.

Aber da ja manchmal ein Hin- und Rückflug billiger ist als ein Einzelflug, enthalte ich mich aller Kommentare.

6

Hallo Holzwurm,

Als Kammer wird in Isolier- bzw. Kühlcontainer mit 67m³
Rauminhalt genommen. Laut Hersteller ist der Container dicht.

Solange du nicht mit Überdruck arbeitest, ist die Wärmedämmung
wichtiger als Dichtigkeit.

Entsteht durch Verdampfung Überdruck?

ja, weil sich wasser ausdehnen möchte, wenn es verdampft.

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Entsteht durch Verdampfung Überdruck? Der Container ist mit
120mm Sandwich-Elementen gedämmt. Innenverkleidung aus
Edelstahl.

Das hängt ganz vor dir ab. Wenn der Container wirklich dicht
ist, kannst du ihn sicher bersten lassen. Aber wie schon
gesagt, ich würde Entlüftungen vorsehen.

Das der Container luftdicht ist, kann ich mir nicht vorstellen. Herstellerangabe ist „Wind- und Wasserdicht“…
Weiter unten schreibst du, eine Bohrung würde ausreichen. Ich wollte eine mechanische Klappe installieren, da vom evtl. entstehenden Überdruck „aufgedrückt“ wird… Aber wenn es ein Loch auch tut ists noch besser.

  1. ist der Luftdruck immens, entspricht 1 kg/cm² - oder 10
    Tonnen pro m² bei 1 atü. Da würd ich gar nicht erst anfangen,
    das Limit auszuloten.

  2. kannst du beim normalen Luftdruck sicher sein, dass die
    Temperatur nicht über 100 °C steigt.

  3. Durch die Entlüftung entweicht zuerst Luft, dann bildet
    sich ein Gleichgewicht:
    Die Luft ist raus, und der Dampf erwärmt das Holz und
    kondensiert dabei. Wenn das Holz erhitzt ist, entweicht der
    Dampf aus der Entlüftung. Dann kannst die die Heizung
    reduzieren.

Das würde ich mir noch mal überlegen, ein außenliegender
Kessel ist einfacher zu warten.

Und den Dampf dann über ein Rohr in die Kammer leiten?

Würde ich empfehlen, einen Raum mit 90 °C und 100 %
Feuchtigkeit betritt niemand freiwillig (gab’s da nicht mal
einen Film, das Totenschiff?).

Den soll ja auch keine betreten. fehlendes Wasser soll über Rohrleitung automatisch nachgefüllt werden. Über 2 Schwimmerschalter. Einen für „Wasser fehlt“ , dann läuft Wasser nach. Und dann einen für „Stop Wasserzulauf“.

Ein Rohr von vielleicht Ofenrohrstärke sollte reichen. 60 l
pro Stunde, also 1 l pro Minute, macht 1500-2000 Liter Gas pro
Minute, sollte ein Rohr leisten können.

Generell ist es mir egal, aber mit einer externen Heizung bist
du einfach flexibler, kannst gegen Ende der Behandlung heiße
oder kalte Luft einleiten oder was dir sonst an Optimierungen
noch einfällt.

Wir sind Großabnehmer und zahlen knapp 10 Cent pro kWh

War ja auch nur ein Denkanstoß, und es weiß ja auch keiner,
wie sich die Preise entwickeln. Theoretisch kannst du auch
einen Dieselmotor nehmen, mit dem Kühlwasser den Dampf
erzeugen und noch jede Menge umsonstenen Strom erzeugen. Aber
mir ist schon klar, dass sich für ein Unternehmen solche
Tüfteleien nicht rechnen.

Ich weiß ja nicht, ob ich zum halten der Temperatur von 85
Grad ständig auf voller Leistung heizen und Wasser verdampfen
muss. Was meinst du?

Wenn der Container gut isoliert, und davon kann man wohl
ausgehen, kannst du wahrscheinlich nach einem Tag den
Dampfkessel komplett abstellen. 25 m³ Holz und v.a. das Wasser
haben schon ein recht großes Wärmespeichervermögen. Ein
Thermometer zur Kontrolle sollte nicht die Rieseninvestition
sein.

Wie lange brauche ich um die Raumtemperatur auf 85° C zu bringen? Wenn wir von 15 ° Aussen- und Ausgangstemperatur ausgehen. Lässt sich das irgendwie berechnen. Kommt jetzt nicht auf die Minute an. :smile:

Und nun erzähl mich nicht, du hast das geraten, „50-60l“ :wink:

Ich hatte ein Angebot eines Herstellers von solchen Kammern.
Die Kammer war größer und da war eine Dampfmenge angegeben.
Habe das grob runtergerechnet.

Zumindest hat er richtig gerechnet - hüstel - zumindest nicht
falscher als ich. Aber wenn ich einen groben Fehler gemacht
hätte, wäre ich wohl darauf hingewiesen worden.

Muss ich die Luft absaugen? Oder reicht eine
(Überdruck-)Klappe?

Weder noch. Ich würde dafür plädieren, dass weder Über- noch
Unterdruck herrschen. Ein Unterdruck würde den Container wohl
ebenfalls zerlegen. Im Grunde brauchst du nur ein Loch bohren.

Ob Gas soviel billiger wie Strom ist?!

Das weiß ich auch nicht, aber ich weiß, dass Kraftwerke einen
Wirkungsgrad von max. 50 % haben.

Aber da ja manchmal ein Hin- und Rückflug billiger ist als ein
Einzelflug, enthalte ich mich aller Kommentare.

Danke auf jeden Fall für deine ausführliche Antwort.

Mit freundlichen Gruß

Andreas