A fa és tüzelése környezetbarát módon A fa elégetése egyidős az emberiség történetével, ez a legrégebben használt tüzelőanyag. Részben az emelkedő energiaárak miatt a fatüzelés ma reneszánszát éli. A fa célszerű, hatékony és a környezetet a lehető legkevésbé szennyező elégetéséhez azonban tekintettel kell lennünk a fa fizikai tulajdonságaira és az égés folyamatát befolyásoló tényezőkre.
A közhiedelemmel ellentétben a különféle fafajták égéshője közel megegyező: a kemény lombosfáké 15,2 MJ/kg, a fenyőké 15,8 MJ/kg, a fakéregé 15 MJ/kg. Meglepő, de a búzaszalma fűtőértéke is hasonló: 14,8 MJ/kg. A légszáraz fának alacsony a fajhője, 0,5 - 0,7 Wh/kg, így kevés hő segítségével elérhető a 230 °C gyulladási hőmérséklet. (A fajhő értéke megmutatja, hogy egységnyi tömegű anyag hőmérsékletének 1 Kelvin fokkal történő A tűzifa legfontosabb jellemzője az égéshője, ami átlagosan emeléséhez mennyi energia szükséges) 18 MJ/kg. Ez a hőmennyiség túlnyomórészt a fában található szén elégetéséből keletkezik: a fotoszintézis során létrejövő A fa elégetése során az égéshez közvetlenül szükséges szerves anyag 40-45%-a szén. A fában a szén mellett kisebb levegő többszörösére van szükség, ezt fejezi ki a tüzeléstechmennyiségben találhatók más, magas égéshőjű – vagy, nikában használatos légfelesleg tényező. A fa tüzelőanyagahogy gyakran mondjuk – fűtőértékű anyagok, így például formájától és a tüzelőberendezéstől függően a fa cellulóz, lignin, különféle poliszacharidok, gyanták és vi- elégetéséhez a begyújtási fázisban 2,5–7-szeres, az égési aszok. főfázisban 1,5–2,5-szeres, a leégés fázisában pedig 2,5–5A fa eltüzelése során hasznosítható fűtőértékét elsősorban a szeres légfelesleg szükséges. A nagy légfelesleg-tényezők nedvességtartalma befolyásolja. Tüzelésre az úgynevezett egyúttal azt is jelentik, hogy a hatásfok értéke kb. 65–85% légszáraz fa alkalmas: ez kb. 15–20% nedvességtartalmat je- körüli. lent. A nagyobb víztartalom jelentősen csökkenti a fa fűtőértékét: minden plusz 10%-nyi nedvességtartalom A tűzifa kiváltására a mezőgazdasági és erdészeti mellékternövekedés a fűtőérték 9%-os csökkenését okozza. mékeket is alkalmassá lehet tenni a hagyományos tüzelőberendezésben történő eltüzeléshez. Az eljárás lényege
a tömörítés, ezt brikettálásnak vagy pelletálásnak nevezik. Brikettnek az 50 mm átmérőjű, vagy nagyobb különféle formájú tömörítvényeket nevezik, melyeket mező- és erdőgazdasági melléktermékekből állítanak elő. Pelletnek nevezik a kisebb, 3–25 mm átmérőjű, hengeres tömörítvényt. A tüzelésre alkalmas biobrikett vagy tűzipellet legfőbb jellemzője a nagy sűrűség, tömörség (1– 1,3 g/cm3), melyet nagynyomású présekkel, kötőanyag felhasználása nélkül érnek el. A biobrikett vagy tűzipellet nedvességtartalma legfeljebb 10–12%: az alacsony nedvességtartalom az, mely igen kedvező tüzeléstechnikai tulajdonságokat ad a brikettált és pelletált mellékterméknek. A fatüzelés legfontosabb előfeltétele, hogy a tűzifa a már említett légszáradt állapotú legyen, azaz víztartalma ne haladja meg a 20%-ot. Ilyen víztartalmú fa a legritkább esetben vásárolható. Megoldást az jelent, ha kialakítunk magunknak egy tároló területet, ahol az éves tűzifa szükségletünk másfél-kétszerese elfér. A frissen kitermelt, élőnedves fa tömegének a felét a víz adhatja. Az egy éven át jó szellős helyen tárolt és teljesen száraznak látszó tűzifa már csak 15– 20% vizet tartalmaz, ekkor nevezzük légszáraznak. A fa nedvességtartalma a tárolás során ingadozik. Száraz, meleg nyári napok után a víztartalom 15% körüli, ködös, nedves őszi napokon a nedvességtartalom ismét megnő, és meghaladhatja a 20%-ot. A fa ugyanis a környező levegővel kic-
seréli a nedvességet: mivel gyengén higroszkópos, a levegő természetes páratartalmának megfelelően a 15–20% víztartalom közötti egyensúly áll be. A légszáradtnál nedvesebb fával rossz hatásfokkal, drágán tüzelhetünk. A nedves fa csak akkor ég el, ha a vizet előbb gyakorlatilag „kifőzzük” belőle. Ez jelentős hőveszteséggel jár. A fában lévő vizet előbb forráspontig kell hevíteni, majd el kell párologtatni, végül a gőzt is tovább kell hevíteni. A fában található víz egy literjének eltávolítása mintegy 700 Wh energiát emészt fel, és ez az energia a vízgőzzel együtt a kéményen át távozik. A víztartalom azonban nemcsak a fűtőértéket csökkenti, hanem a tüzelőberendezés égésterének hőmérsékletét is. A kívánatosnál alacsonyabb hőmérsékleten az égési folyamat már többnyire nem tökéletes, a fa néhány összetevője nem ég el. Így el nem égett fagázok távoznak a kéményből, vagy csapódnak le kátrány és korom formájában a kéményben. Energiában gazdag farészek nem égnek el, ezáltal további energia megy veszendőbe. Az el nem égett kátrány és korom beszennyezi a füstcsatornákat és a kéményt, gyakorlatilag szigeteli a hőleadó fűtőfelületeket, megakadályozva a teljes hőleadást. Káros következmény az is, hogy az el nem égett korom és a fagáz el nem égett részei szennyezik a levegőt.
A könnyű tűzgyújtáshoz a vékonyra hasított gyújtós vagy a rőzse a legalkalmasabb: minél nagyobb a fadarab térfogathoz viszonyított felülete, annál könnyebben gyullad meg. A sűrűbb szerkezetű és több ásványi anyagot tartalmazó fa (pl. a tölgy gesztfája) lassabban gyullad meg. Ennek oka valószínűleg az, hogy az ilyen fa hővezető képessége nagyobb, így a hő kevésbé halmozódik fel a gyújtólánggal érintkező felületen, ezért a fa felülete lassabban éri el a gyulladáshoz szükséges hőmérsékletet. Bár a fa szilárd tüzelőanyag, meggyújtva mégis túlnyomórészt gáz, fagáz formájában ég el. Az éghető összetevők tömegének kereken 83%-a ég el gáz alakban. Ezért ég olyan szép és meleget sugárzó színű nagy lángokkal a nyitott fa tűz. A fűtőanyagok közül a fa – a szalma mellett – a gázokban leggazdagabb tüzelőanyagnak számít. Ez a gázalakban elégő hányad adja a fa fűtőértékének 70%-át. (Összehasonlításképpen: a koksz éghető anyagainak mindössze 10%-a ég el gázalakban.) A fának ez a tulajdonsága határozza meg, hogy a hatékony fatüzelő berendezésnek más műszaki tulajdonságokkal kell rendelkeznie, mint a széntüzelő berendezésnek. Mivel a fa túlnyomórészt a fagáz nagy lángjaival ég el, jó elégéshez nagy égéstérre van szüksége. A gázláng köré felhevített, oxigénben gazdag friss többletlevegőt is kell juttatni. Erre az előmelegített másodlagos (szekunder)
levegőre azért van szükség, mert az égési folyamat során képződött, energiában gazdag fagáz csak így ég el maradéktalanul. A fa elégése során előbb a maradék nedvesség kiszárítása történik, hiszen a légszáraz fában visszamaradt nedvesség még mindig a tömeg 15-20%-a. Ez a nedvesség csak 100 °C körüli hőmérsékleten távozik a fából.Ezután megindul a bomlás, a fa összetevői nagyjából egy időben kezdenek folyékonnyá válni, molekuláik hasadni és párologni kezdenek. 100-200 °C-on a képződő gázok a fát még nagyon lassan hagyják el. A legkorábban képződő fagázok a gyújtópapír lángjától gyulladnak meg, de ha a gyújtólángot elvennénk, maguktól nem égnének tovább. Mintegy 225 °C-ig kell a fával hőenergiát közölni, hogy az égési folyamat folytatódjék. 260 °C-tól a fatűzben végbemenő átalakulás (pirolízis) során hőtöbblet keletkezik, ekkor válik a reakció exoterm, azaz hőtermelő folyamattá. Mivel a gyorsan bomló fadarab közelében oxigénhiány van, a képződő fagázok gyakran jóval odébb lobbannak lángra, ott, ahol már elegendő oxigéntartalmú levegővel keverednek. Nagyjából 1000 °C lánghőmérséklet kell ahhoz, hogy a fagáz a reakcióképes összetevőire – szénre és hidrogénre – tökéletesen felbomoljon és oxidálódjék.
A fában lévő fűtőenergiát csak akkor hasznosíthatjuk maradéktalanul, ha a fagáz oxigénnel keveredve magas hőmérsékleten éghet el. Csak ebben az esetben nem távoznak tökéletlenül hasadt szénhidrogén-(oxigén)-vegyületek a kéményen át a kinti levegőbe. A fagázok tökéletes elégésekor szén-dioxid (CO2) és víz (H2O). Az égés során faszén keletkezik, majd elég, miután a hő hatására a fa szénhidrogén-vegyületeinek hidrogéntartalmú összetevői lehasadnak, és gáz formájában elégnek. A gyorsan távozó fagáz miatt nem jut elegendő oxigén a fadarab felületére, ezért ez egyre inkább faszénné alakul át. A gázok eltávozása után a faszén 500-800 °C hőmérsékleten elizzik, szinte láng nélkül ég el. A tűzifa vagy hasábfa eltüzelésére hagyományos berendezések is alkalmasak, de ma már általában egyedi vagy kis teljesítményű központi fűtésekhez kifejezetten a tűzifa eltüzelésére kialakított kazánokat alkalmaznak. A kazánok tűzterének kialakítása az utóbbi években megváltozott elsősorban a használat kényelme, szabályozhatósága és a környezetvédelem követelményei miatt. Ma már egy fatüzelésű kazán tűzterét, az adagolás módját úgy oldják meg, hogy lehetőleg napjában csak egy alkalommal kelljen a kazánba tüzelőanyagot berakni, a tüzelést pedig a levegő bevezetés szabályozásával a mindenkori hőelvételhez lehet igazítani. Gyakran a füstgázelvezetésnél ún. lambda-
szondát építenek be az emissziós értékek és a hatásfok javítása érdekében. A kályhák közül állandó fűtésre a cserépkályhák a legalkalmasabbak, a vaskályhák és a kandallók inkább kiegészítő fűtésre jók. A cserépkályhában csak a típusának, ill. szerkezetének megfelelő tüzelőfajtát használjunk. Ettől eltérni nem tanácsos, mert a kályhában kárt teszünk. A tüzelés minimális léghuzattal történjék, az égést a kályhaajtókkal és a légtolókkal szabályozzuk. A kályhaajtókat csak akkor zárjuk le, ha a fa parázzsá égett, az átizzott szén hamuvá kezd válni, és a lángképződés megszűnt. Ha a kályhát időben nem zárjuk le, a huzat kihűti a felforrósodott kályhatestet, romlik a tüzelés hatásfoka. A cserépkályha ajtajának peremét befűtés előtt feltétlenül tisztítsuk meg, nehogy hamu maradjon rajta, mert akkor az ajtó rosszul záródik. A kályhában ne tüzeljünk állandóan és túlzott mértékben. Nagy hidegben inkább fűtsünk be naponta kétszer. Egy adott területen megtermelhető famennyiség a termőhely minőségétől függ. A jó termőképességű erdők átlagosan 370 m3/ha, a gyenge termőképességűek 120 m3/ha élőfakészlettel vehetők számításba. A hazai erdők átlagos éves hozama hektáronként 5 m3.
A hazai fafajok jól mutatják a mérséklet égövi facsoportosulások jellemzőit. Jellegzetes fafajok például a tölgy, bükk, éger, gyertyán, éger, akác. Növekedésük kora tavasztól nyár végéig tart, ősszel lombjukat lehullatják. A mérsékelt égöv északi határán és az 1000 m-nél magasabb hegyoldalakon fenyőerdők találhatók. A Föld erdősültsége kb. 27%, Európáé 30%, Magyarországé 15–18,7%. Egy adott terület erdősültségét és az erdőben lévő famennyiség értékét növelni vagy legalább szinten tartani az erdőgazdálkodás feladata. Egy évben csak annyi tömegű fát szabad kitermelni, amennyivel az erdőben lévő famennyiség a fák természetes növekedése által gyarapszik, ez az úgynevezett évi növedék. Az évi növedék az erdőben lévő fák száma és egy fa átlagos növekedésének ismeretében kiszámítható. Ha a m³-ben kiszámolt évi növedéket elosztjuk egy átlagos fa m³-ben kifejezett méretével, megkapjuk a kitermelhető fák számát.
A fa összetétele A fa a fotoszintézis végterméke, szerves anyagainak elemi összetétele a fotoszintézis kiindulási anyagainak (víz és széndioxid) megfelelően alakul ki: szén (C) 50%, oxigén (O) 43% és hidrogén (H) 6%. Ez az elemi összetétel fafajonként csak kismértékben különbözik, és átlagértékeket fejez ki. A maradék 1%-ot más, nemfémes és fémes kémiai
elemek alkotják. Az egyik legfontosabb ezek közül a fehérjékben megtalálható nitrogén (N), mely alig 0,2%-ban fordul elő, de kiemelkedő fontosságú a növények fejlődése szempontjából. A nitrogén a gyökérzeten át felvett vízzel kerül a fa szerkezetébe. A többi kémiai elem a hamualkotók (szervetlen anyagok) összetételében található meg. Ilyen nemfémes elemek a foszfor, kén, klór, szilícium, stb., melyek kis mennyiségük ellenére fontosak a fa anyagcsere folyamataiban. A fémes elemek (nyomelemek) a kálium, nátrium, kalcium, magnézium, vas, réz, mangán, bór, stb., melyek szintén alacsony részarányban fordulnak elő, de fontos szerepet töltenek be a fa életfolyamataiban. A fatestet felépítő kémiai elemek szerves és szervetlen anyagokat alkotnak. A szerves anyagok a fotoszintézis során képződő szőlőcukorból alakulnak ki bonyolult vegyi folyamatok során. A szervetlen anyagok a felvett vízzel együtt, ásványi sók formájában kerülnek a fatestbe. A fatestet felépítő vegyi anyagok döntő többsége (általában több mint 99%-a) szerves anyag. Ezek makromolekulájú vegyületek, melyek a fotoszintézis során kialakuló szőlőcukorból képződnek, bonyolult kémiai reakciók során. A fatestet felépítő szerves anyagokat két fő csoportba soroljuk: a sejtfalalkotó szerves anyagok (vázanyagok) és a járulékos szerves anyagok csoportjába. Ezek közül legnagyobb részarányban (általában több mint 87%-ban) a
sejtfalalkotó vázanyagok fordulnak elő: a cellulóz, a hemicellulózok és a lignin. A cellulóz és a hemicellulózok óriásmolekulájú szénhidrátok ( poliszacharidok), a lignin pedig bonyolult szerkezetű aromás vegyület.
A faanyag vázvegyülete a cellulóz. A cellulóz óriásmolekulájú szénhidrát (poliszacharid) a fatest legjelentősebb szerves vegyülete, a sejtfalak vázát hozza létre. 45-55%-ban alkotja a fatestet, a tűlevelűek szerkezetében nagyobb mennyiségben, mint a lombos fákéban. A cellulóz óriásmolekula úgy jön létre, hogy a fotoszintézis során képződött szőlőcukor (glükóz) molekulák fonalszerűen egymáshoz kapcsolódnak és hosszú, elágazás nélküli láncokat hoznak létre. Ezért a cellulóz molekulákat fonalmolekuláknak is nevezzük.
A cellulózmolekulák kristályos szerkezetűek, mivel felépítésükben a szőlőcukor-molekulák szabályos rendben helyezkednek el. A cellulózfonalban egymáshoz kapcsolódó szőlőcukor molekulák száma megadja az óriásmolekula polimerizációs fokát. A cellulóz esetén ez 1000-8000 közötti. A cellulóz vízben és a legtöbb oldószerben nem oldódó szerves anyag. A kristályos cellulóz sűrűsége átlagosan 1610 kg/m³, tehát meghaladja a tiszta sejtfal, valamint a legkeményebb fafajok sűrűségét. A cel-
lulóz-fonalmolekuláknak igen magas a szakítószilárdságuk, de kevésbé rugalmasak. A hemicellulózok szintén a sejtfalak vázvegyületei. 2035%-ban alkotják a fatestet, a lombosfák szerkezetében nagyobb mennyiségben, mint a tűlevelűekben. A cellulózhoz hasonlóan óriásmolekulájú szénhidrátok (poliszacharidok), de nem kristályos, hanem amorf szerkezetűek. Makromolekula láncaik nem egyenesek, hanem elágazóak és rövidebbek, mint a cellulózé (polimerizációs fokuk 50-360 közötti). A sejtfalban a cellulózvázhoz kötődnek: egyrészt a hosszirányban sorolt cellulóz-micellák közé épülnek be, így létrehozva az elemi fibrillákat, másrészt a micellák felületén tapadnak meg, az intermicelláris üregekben. Az elemi fibrillák szerkezetébe beépülve lényegesen megnövelik a cellulóz kötegek rugalmasságát (önmagában a cellulóz kevésbé rugalmas anyag). A sejtfal üregeiben a micellák felületére tapadt hemicellulózok viszont megnövelik a sejtfal és így a faanyag dagadási képességét, mivel nagy mennyiségű víz megkötésére képesek. A hemicellulózok csoportjába tartozik a pektin is, mely a sejtek közötti ragasztóréteget (középlemezt) alkotja a ligninnel együtt.
A lignin a harmadik sejtfalalkotó szerves anyag. A cellulózhemicellulóz váz teljes kialakulása után épül be a sejtfal in-
terfibrilláris üregeibe. Ezt a folyamatot lignifikációnak (elfásodásnak) nevezzük, és fontos szerepet tölt be a faanyag tulajdonságainak alakulásában. 15-35%-ban alkotja a fatestet, nagyobb mennyiségben a tűlevelűek szerkezetében. A lignin bonyolult szerkezetű aromás vegyület. Felépítése nem kristályos, hanem amorf, térben hálózatos.
A sejtfal (cellulózváz) üregeibe történő beépülése után jelentősen megnő a sejtfalak és így a faanyag sűrűsége, keménysége és szilárdsága (főleg a nyomószilárdság). A másodlagos sejtfal rétegei tartalmazzák a legnagyobb lignin mennyiséget. A fa járulékos anyagai: gesztanyagok A fatestet felépítő szerves anyagok másik csoportja a járulékos anyagok. Ezek megtalálhatóak úgy a sejtfalakban, mint a sejtüregekben. Kisebb molekulájúak, mint a sejtfalalkotó vázanyagok és könnyen kioldhatóak, mivel nem épülnek be a sejtfalak cellulózvázába. Oldhatóságuk miatt extrakt anyagoknak is nevezik őket. Mennyiségük a fatestben általában 1-10% közötti, de egyes fafajok gesztjében magasabb is lehet. Bár mennyiségük jóval kisebb, mint a vázanyagoké, mégis nagyon fontos szerepet töltenek be a faanyag tulajdonságai szempontjából (szín, higroszkóposság, sűrűség, tartósság, szilárdság, telíthetőség, illat, megmunkálhatóság, felületkezelhetőség, ragaszhatóság, stb.) és
meghatározzák egy-egy fafaj jellegzetes sajátosságait. A fatest kémhatását (pH értékét) is a járulékos anyagok határozzák meg. A fánál ez enyhén savas és fafajtól függően változik 3-6,5 között. A járulékos anyagokat három csoportba soroljuk: gesztanyagok, gyanták és egyéb járulékos anyagok. Járulékos anyagok a gesztanyagok, melyek a színes geszt képződésekor épülnek be az évgyűrű sejtfalaiba és sejtüregeibe. Különböző szerves anyagokról van szó, melyek jelentősen megváltoztatják a faanyag fizikai, mechanikai és technológiai tulajdonságait a szíjácshoz képest. Ilyenek például a tartósító anyagok, melyek lényegesen megnövelik a fa (színes geszt) gomba- és rovarállóságát, ugyanakkor a fa színét is megváltoztatják. Az egyik leggyakoribb tartósító anyag a csersav, mely nagy mennyiségben a tölgyek, a szelídgesztenye, a vörösfenyő, az akác gesztjében fordul elő. A kéreg is tartalmaz csersavat. Ebből nyerik a bőrök cserzéséhez használt cserzőanyagokat. A festőanyagok (színezőanyagok) is gesztanyagok, a csersavval együtt határozzák meg a geszt színét. Egyes trópusi fafajokban igen intenzív árnyalatú színezőanyagok fordulnak elő nagy mennyiségben.
Az egyéb járulékos anyagok közé tartoznak különböző cukrok, zsírok, olajok, viaszok, alkaloidák, stb. Cukor
például a keményítő, a fagumi, melyek a fatest szabad szénhidrátjai (azaz nincsenek lekötve a sejtfalban). A keményítő legnagyobb mennyiségben a bélsugarakban raktározódik el és nagyban csökkenti a fa tartósságát, mivel a farontó szervezetek tápanyagául szolgál. A zsírok, olajok, viaszok leginkább a szíjácsban találhatóak meg és szintén csökkentik a tartósságot. Az alkaloidák bonyolult aromás vegyületek, a fatestben szerény mennyiségben fordulnak elő (inkább a trópusi fafajokban találhatóak meg), fiziológiai hatásúak. Ilyen például a kinin, a szaponin, a taxin.
A fa struktúrája A fafajok többségének évgyűrűi a körívnek megfelelő egyenes vonalúak. Vannak viszont olyan fafajok, melyeknek évgyűrűi (genetikailag) nem egyenes ívűek, hanem hullámosak. Legjellemzőbb ilyen fafaj a gyertyán, melynek nagyhullámú évgyűrűi egy jellegzetes fahibát, az ormósságot eredményezik. Apróbb hullámú évgyűrűi lehetnek a tiszafának, az égernek is.
A helyesen növekvő fa évgyűrűi koncentrikus körök formájában helyezkednek el a törzs hossztengelye, a bél körül. Ilyen szerkezetűek például a zártállásban (erdő belsejében) növekvő fák évgyűrűi. Amennyiben viszont az élő fát egyirányú napsütés éri, esetleg koronája nem szimmetrikus
vagy külső erőhatások miatt törzse meggörbül, évgyűrűi már nem tudnak helyesen növekedni, a törzs egyik oldalán szélesebbek lesznek, mint a másik oldalon. Ezt excentrikus évgyűrűszerkezetnek vagy külpontosságnak nevezzük, mely komoly fahiba lehet.
A fa fizikai-mechanikai tulajdonságai szempontjából az évgyűrűk szélessége meghatározó tényező. Az évgyűrűszélesség a fafajtól és a növekedési körülményektől függ. Vannak jellemzően keskeny évgyűrűs fafajok. Ezek lassan növekszenek, alacsony az éves fahozamuk, hosszú idő alatt érik el a vágásérettségi kort. Ilyen pl. a tiszafa, melynek faanyaga rendkívül értékes. Léteznek jellemzően széles évgyűrűket növesztő fafajok is. Ezek gyorsan növekednek, ilyen pl. a nyár, a fűz. Fafajon belül is eltérhet az egyedek évgyűrűszélessége. Ez minden esetben az ökológiai tényezőktől függ: a hőmérséklettől és a csapadék mennyiségétől, a fényviszonyoktól (például, hogy zártállásban - erdőben -, vagy szabad állásban - különállóan növekszik a fa), a talaj összetételétől, stb. Minden fafaj rendelkezik egy termőhelyi optimummal. Ekkor a legmegfelelőbb szélességű évgyűrűket növeszti, melyek a legjobb műszaki tulajdonságokat eredményezik. Például a hűvösebb éghajlaton (magasan vagy északon) tenyésző lucfenyő vagy erdeifenyő évgyűrűi optimálisan keskenyek, és ez kiváló műszaki tulajdonságokat eredményez.
A fa víztartalma Az egyensúlyi fanedvesség A fából készült termékek felhasználásuk során általában a környező levegővel állnak kapcsolatban. A levegő paraméterei (relatív páratartalom, hőmérséklet, nyomás) közvetlen hatással vannak a faanyag nedvességtartalmára. Például, ha a levegő relatív páratartalma növekszik, úgy a faanyag nedvessége is gyarapodik, vagy fordítva, ha a levegő relatív páratartalma csökken, akkor a faanyag nedvessége is alacsonyabbá válik. Ha állandó páratartalom mellett a levegő hőmérséklete nő, akkor a faanyag nedvessége csökkenni fog illetve, ha a hőmérséklet csökken, úgy a fanedvesség növekszik. Tehát a fa nedvességtartalma minden esetben igyekszik egyensúlyba kerülni a környező levegő paramétereivel. Azt a fanedvességet, mely a környező levegő relatív páratartalmával és hőmérsékletével éppen egyensúlyban van, egyensúlyi fanedvességnek, ezt az állapotot pedig higroszkópos egyensúlyi állapotnak nevezzük. Az egyensúlyi állapot beállta után a fanedvesség mindaddig nem változik, amíg a levegő paraméterei változatlanok. A gyakorlatban viszont a levegő paraméterei gyakran módosulnak, ennek megfelelően a faanyag nedvességtartalma is ingadozni fog.
Az a levegőközeg, amelyben a fatermékek felhasználásuk során találhatók, különböző paraméterekkel (φ, t, p) ren-
delkezhet. Az egyensúlyi fanedvesség meghatározását segíti az a diagram, melyről leolvashatjuk, hogy adott hőmérsékleten és relatív páratartalmon mennyi lesz a fában található nedvesség mennyisége, százalékban kifejezve.
Gyakori a fa azon felhasználási módja, melynél a faanyag vagy fából készült szerkezet külső légtérben vagy belső és külső légtér találkozásánál található. Amennyiben cseppfolyós halmazállapotú vízzel, csapadékkal nem érintkezik (például fedett külső térben található), úgy a fa egyensúlyi nedvessége általában 12-18% között alakul. Ennyi az ablakok, külső ajtók, faépítmények, kerti bútorok, a hosszabb ideje száradó máglyázott fűrészáru egyensúlyi nedvessége. A szabad levegőn felhasznált vagy tárolt fatermékeknek az egyensúlyi nedvessége nagyobb, 18-30% közötti lesz, ha a külső légtér relatív páratartalma hosszabb ideig magas (nagyobb, mint 85%). Amennyiben a páratartalom tartósan maximális, azaz 100%, úgy a faanyag egyensúlyi nedvessége egy idő után 30% körüli értékre áll be. Mindez előfordulhat például csapadékos időjárást követő páradús levegőben, erdőben található faszerkezetek esetén. A 1830% közötti fanedvesség ugyanakkor átmeneti állapot is lehet: a kidöntött és száradófélben levő rönkök, fűrészáruk nedvessége.
Abszolút száraz, 100ºC-nál magasabb hőmérsékletű levegő, melyben a faanyag egyensúlyi nedvessége egy idő után eléri a 0%-ot, csak mesterségesen (laboratóriumi körülmények között), szárítószekrényben állítható elő. Ez tehát egy olyan mesterséges állapot, amikor a faanyag mikro- és makroüregeiből teljes mértékben eltávozott a víz, csak levegő található bennük.
A nedvesség kétféle formában fordul elő a fatestben: kötött víz és szabad víz formájában, melyek együtt határozzák meg a fa mindenkori nedvességtartalmát. Mindez a faanyag mikro- és makroüreges szerkezetére vezethető vissza: a sejtfalak mikroüregeiben található a kötött víz, a sejtüregekben és a sejtek közötti üregekben (a makroüregekben ) pedig a szabad víz. A kötött víz megnevezés a sejtfalakban "rögzített" nedvességre utal. A sejtfalak rétegeit a cellulóz fonalmolekulák párhuzamos kötegei, a micellák és fibrillák alkotják, melyek között üregek találhatók ( intermicelláris és interfibrilláris üregek ). Ezekbe épül be a levegőből felvett vízpára oly módon, hogy a poláros molekulájú micellák megkötik felületükön az ugyancsak poláros vízmolekulákat. A micellák felületén rendeződő hemicellulózok szintén vízburok megkötésére képesek. Ezzel szemben a sejtüregekben található nedvesség nem kötődik a sejtfalakhoz, szabadon áramlik, ezért szabad víznek nevezzük.
A faanyagban, felhasználási körülményeitől függetlenül, mindig található valamennyi kötött víz. A hétköznapi gyakorlatban alkalmazott különféle fatermékekben a nedvesség döntő része kötött formában fordul elő. A kötött víz tulajdonságai az alábbiak: mivel a levegőből felvett nedvességről van szó, vízpára halmazállapotú. A sejtfalakban szorosan kötődik a cellulóz molekulák alkotta micellák felületéhez, eltávozása így nehezebben történik, mint a szabad vízé. Teljes felszámolása csak mesterséges úton, 100ºC feletti hőmérsékleten lehetséges. 0% és 30%-os fanedvesség között csak a kötött víztartalommal kell számolni, ilyenkor a nedvesség döntő része a sejtfalakba épül be. Szabad víz csak annyi van a fában, amennyi a sejtüregekben található levegő páratartalmából oda kerül. Mivel a faanyag fizikai, mechanikai ( szilárdsági-rugalmassági), technológiai (megmunkálhatóság, ragaszthatóság, felületkezelhetőség, stb.) tulajdonságait a sejtfalas szerkezet határozza meg, a falakba beépülő kötött víz közvetlen hatással van a műszaki tulajdonságokra.
http://www.nyme.hu/fileadmin/dokumentumok/fmk/faanyag/segedanyag/fahasznositas/fahasznositas_011.pdf
www.fagosz.hu Fagosz konferencia, 2008
források: www.fagosz.hu http://www.mgszh.gov.hu http://sdt.sulinet.hu http://www.fatelep.ich.hu http://www.emergia.hu http://www.nyme.hu/fileadmin/dokumentumok/fmk/faanyag/segedanyag/fahasznositas/fahasznositas_011.pdf http://klima.kvvm.hu
