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Heizwert

Physikalische Größe
Name Heizwert
Größenart spezifische Energie (2)
Energiedichte (3)
Formelzeichen der Größe Hi (1)
Größen- und
Einheitensystem
Einheit Dimension
SI
J·kg−1 (2)
J·m−3 (3)
L2T−2 (2)
M L−1T−2 (3)
Anmerkungen
(1) EN 437 ersetzt Hu
(2) Feststoffe; (3) Schüttgut, Flüssigkeiten (je Liter), Gase (i.N.)
Siehe auch: Brennwert, Verbrennungsenthalpie

Der Heizwert Hi, die Verbrennungswärme (veraltet unterer Heizwert Hu) eines Gases ist die Wärme, die bei vollständiger Verbrennung eines Kubikmeters Gas - gerechnet im Normzustand - frei wird, wenn die Anfangs- und Endprodukte eine Temperatur von 25 °C haben und das bei der Verbrennung entstandene Wasser dampfförmig vorliegt.

Der Heizwert (umgangssprachlich unpräzise „Energiegehalt“ oder „Energiewert“ genannt) ist die bei einer Verbrennung maximal nutzbare Wärmemenge, bei der es nicht zu einer Kondensation des im Abgas enthaltenen Wasserdampfes kommt, bezogen auf die Menge des eingesetzten Brennstoffs (in Unterscheidung zum Brennwert).

Der Heizwert ist also das Maß für die spezifisch je Bemessungseinheit nutzbare Energie. Der Heizwert sagt nichts aus über die Verbrennungsgeschwindigkeit. So beträgt der Heizwert des Sprengstoffs TNT nur ¼ des Wertes von Holz.

Inhaltsverzeichnis

Die physikalische Größe

Angegeben wird der Heizwert als massenbezogener Heizwert z. B. in Kilojoule pro Kilogramm in kJ/kg, Gramm oder Tonne. Mit Hilfe der Dichte des Brennstoffs kann der massenbezogene Heizwert auch in einen volumenbezogenen Heizwert umgewandelt werden, also z. B.je Liter in kJ/l oder auch je Kubikmeter in kJ/m³. Üblich sind in der Haustechnik auch Angaben in kWh, für Heizöl also in kWh/l oder für Gas in kWh/m³.
Verglichen wird der Heizwert über das Öl-Äquivalent, abgekürzt: OE, (abgeleitet von Oil Equivalent) in kg/l OE für Festbrennstoffe und l/l OE für alle Brennstoffe.

Das Formelzeichen für den Heizwert ist Hi. Das «i» steht dabei für lat. inferior „unterer“. Hu wie auch kJ/mN³ mit indizierter Maßeinheit für das Normalvolumen bei Gasen sind nicht mehr normgerecht.

Heizwert und Brennwert

Bei der Messung der Verbrennungswärme wird ein Stoff unter Sauerstoffüberdruck verbrannt. Dabei entstehen als Verbrennungsprodukte gasförmiges Kohlendioxid und Wasser als Kondensat. Diese Werte werden üblicherweise in Tabellenwerken auf 25 °C bezogen.

Beispiel: Die Verdampfungsenthalpie von Wasser beträgt z. B. 45,1 kJ/mol (0 °C), 44,0 kJ/mol (25 °C) oder 40,7 kJ/mol bei 100 °C (s.a. Verdampfungswärme).

Bei gasförmigen Stoffen bezieht man den Heizwert auf das Volumen bei 101,325 kPa und 0 °C (Normbedingungen). Die Angabe erfolgt dann in Kilojoule pro Normkubikmeter als kJ/m³ i.N., wobei das «i.N.» „in Normbedingung“ heißt. Der Brennwert ist bei gasförmigen Brennstoffen höher als bei anderen Stoffen, da hier im Gegensatz zu Heizöl oder sogar Holz (nur 4 %), der Wasserstoffgehalt sehr hoch ist.

Der Brennwert wird auch bei der Abrechnung von Heizenergie berücksichtigt. Er wird von Energieversorgern jedoch auf 0 °C bezogen. Dann ist der Brennwert der Gase wegen der höherer Gasdichten (also höherer Energiedichte) noch einmal ca. 10 % höher.

Beispiel: Brennwert Methan CH4

Berechnung von Heizwert und Brennwert

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Gebräuchliche Brennstoffe wie Erdöl oder Kohle sind Gemische aus Stoffen, deren elementare Zusammensetzung meist aus Analysen bekannt ist. Mit folgenden Näherungsformeln kann der Heizwert solcher Stoffgemische aus der Zusammensetzung berechnet werden.

Weiterhin existiert noch eine Heizwertbestimmung nach Dulong.

Feste und flüssige Brennstoffe

Bei festen und flüssigen Brennstoffen gehen die Formeln auf die üblichen Anteile brennbarer Stoffe ein, die Formel für den Brennwert berücksichtigt nur den Wasserstoff, die des Heizwerts auch den Wasseranteil. Dabei sind m(C),m(H),m(N),m(S),m(O),m(H2O) die durch 100 dividierten prozentualen Massenanteile von Kohlenstoff, Wasserstoff, Stickstoff, Schwefel, Sauerstoff und Wasser.

Brennwert:

Heizwert:

Gasgemische

Bei Gasgemischen geht die Berechnung auf Wasserstoffgas und die wichtigsten Kohlenwasserstoffe ein. Die n(CO) usw. sind die Molenbrüche der Komponenten mit den in Klammern angegebenen Summenformeln.

Brennwert:

Heizwert:

Heizwert und Verbrennungstemperatur

Die Verbrennungstemperatur ist abhängig vom Brennwert einerseits und von der Wärmekapazität sowohl der Ausgangsstoffe als auch der Endprodukte der Verbrennungsreaktion, nach der Energie-Bilanz-Formel:

Ausgangs-Temperatur × Wärmekapazität der Ausgangsstoffe + Brennwert = End-(oder Verbrennungs-)Temperatur × Wärmekapazität der Endprodukte.

Dabei wird die Wärmeabgabe an die Umgebung vernachlässigt (adiabate Betrachtung). Unbeteiligte, aber anwesende Stoffe sind unbedingt mit zu berücksichtigen: Es ist beispielsweise ein Unterschied, ob Magnesium in Luft verbrennt, wobei Brenntemperaturen von rund 2.000 °C erreicht werden, oder in reinem Sauerstoff. Bei einer Verbrennung in reinem Sauerstoff müssen keine unbeteiligten Stoffe, wie zum Beispiel Stickstoff, mit erhitzt werden.

Aus demselben Grund verwendet man zum Autogenschweißen Acetylen und reinen Sauerstoff, weil sonst nicht Temperaturen von etwa 3.000 °C erreicht werden könnten.

Meist ist eine adiabatische Betrachtung ungeeignet, die die Reaktionsgeschwindigkeit unberücksichtigt lässt. So verbrennt ein Holzblock nur an der Oberfläche und die Wärme wird über die Zeit an die Umgebung abgeben. Hingegen reagiert Holzmehl mit Luft explosionsartig (Staubexplosion).

Heizwert und Nennwärmebelastung / Kesselwirkungsgrad

Der Heizwert der einem Wärmeerzeuger zugeführten Menge Brennstoffes in kW (kJ/s) ist dessen Wärmebelastung.

Tabellen

1 MJ/kg = 1000 kJ/kg; 1 MJ = 0,27778 kWh bzw. 1kWh = 3,6MJ

Feste Brennstoffe

Brennstoff Brennwert (in MJ/kg) Heizwert I (in MJ/kg) Heizwert II (in kWh/kg)
waldfrisches Holz * 6,8 1,9
lufttrockenes Holz 19 14,4-15,8 4-4,4
Papier * 15 4,2
Stroh * 17 4,8 [1]
Holzbrikett 18,7 17,6 4,8-5,0
Holzpellets * 18 4,9
Hanfbriketts * 16,7 4,7
Torf 23 15 4,2
Olivenkerne * 20 5,6
Rohbraunkohle 10 8 2,2
Braunkohlebriketts 21 19,6 5,6
Braunkohlekoks * 29,9 8,3
Braunkohlestaub * 22,0 6,1
Steinkohle, div. Typen 29–32,7 27–32,7 7,5-9
Steinkohlekoks * 28,7 7,97
Petrolkoks * 31,5 8,8
Altreifen * 32 9
Kohlenstoff (Graphit) 32,8 ident. Brennwert 9,1
Altgummi * 35 9,7
Paraffin 49 45 12,5
Phosphor 25,2 ident. Brennwert 7
Schwefel 9,3 ident. Brennwert 2,6
Magnesium 25,2 ident. Brennwert 7
Trockenschlempe (DDGS) ca. 20,5 ca. 19 ca. 5,3
(*) zur Zeit nicht bekannt

Flüssige Brennstoffe (bei 25 °C)

Brennstoff Brennwert (in MJ/kg) Heizwert I (in MJ/kg) Heizwert II (in kWh/kg) Dichte (in kg/dm³)
Benzin 47 43,6 12,1 0,72 - 0,80
Ethanol 29,7 26,8 7,4 0,7894
Methanol 22,7 19,9 5,5 0,7869
Diesel, Heizöl EL 45,4 42,6 11,8 0,845
Biodiesel 40 (Rapsöl-Methylester)(2) 37 10,2 0,86 - 0,9
Heizöl S (schwer) 42,5 39,5 11,0 0,96 - 0,99
Erdöl * 42,8 11,9 0,78 - 1,00
Isopropanol 33,6 30,7 8,5 0,785
Benzol 41,8 40,1 11,1 0,879
Bibo(3) * 41,8 11,6 0,796
Paraffinöl 49 45 12,5 *
Altfett(1) * 36 10 *
(*) zur Zeit nicht bekannt
(1) Altfett sind Ester von langkettigen Fettsäuren (meist C18) mit Glycerin (z. B. Rapsöl).
(2) Biodiesel ist ein Ester von langkettigen Fettsäuren (meist C18) mit Methanol (z. B. Rapsöl-Methylester).
(3) Benzin-Benzol-Gemisch (Ottokraftstoff) in der meistens verwendeten Mischung "aus 6 Teilen Benzin und 4 Teilen Benzol"

Gasförmige Brennstoffe (bei 25 °C)

Brennstoff Brennwert I (in MJ/kg) Heizwert I (in MJ/kg) Brennwert II (in MJ/m³)(4) Heizwert II (in MJ/m³)(4) Heizwert III (in kWh/m³)(4)
Wasserstoff 143 120 11,7 9,9 3,0
Kohlenmonoxid 10,1 ident. Brennwert 11,5 ident. Brennwert 3,24
Gichtgas(1) 1,5 – 2,1 1,5 – 2,1 2,5 – 3,4 2,5 – 3,3
Stadtgas(2) 19 – 20 17 – 18 5,2 - 5,36
Erdgas(3) 36 – 50 35 – 45 32 – 42 9,7 - 12,5
Methan 55,5 50,0 36,3 32,7
Ethan 51,9 47,5 63,6 58,2
Ethylen (Ethen) .... * .... * 57,8 54,2
Acetylen (Ethin) .... * .... * 53,4 51,6
Propan 50,3 46,3 90,4 83,2 25
Butan 49,5 45,7 117 108 32,5
(1) Gichtgas besteht aus ca. 2-4 % Wasserstoff, 20-25 % Kohlenmonoxid und 70-80 % Inertgasen (Kohlendioxid, Stickstoff).
(2) Stadtgas besteht aus ca. 19-21 % Methan, 51 % Wasserstoff, 9-18 % Kohlenmonoxid und 10-15 % Inertgasen.
(3) Sorten von Erdgas:
(4) Die Brenn- und Heizwerte können nicht absolut miteinander verglichen werden, wenn sie auf das Volumen bei 25°C bezogen sind. Ein m³ Butan oder Propan enthält bei 25°C mehr Masse an Brennstoff als beispielsweise ein m³ Stadt- oder Erdgas.

Umrechnungsfaktoren Heizwert nach Brennwert und umgekehrt nach deutscher EnEV

Brennstoff Heizwert -> Brennwert Brennwert -> Heizwert
Heizöl 1,06 0,943
Erdgas 1,11 0,901
Flüssiggas 1,09 0,917
Steinkohle 1,04 0,962
Braunkohle 1,07 0,935
Holz 1,08 0,926
KWK 1,00 1,00
Fernwärme 1,00 1,00
Strom 1,00 1,00
Quelle: DIN 18599, EnEV

Normen und Standards

Siehe auch

 Wiktionary: Heizwert – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen und Grammatik

Quellen

  1. Brennstoffdaten und Infos für Getreidekorn und Halmgut. Energiegetreide, Stroh, Strohpellets Miscanthus etc. Heizwert, Schüttgewicht, Aschegehalt, Schmelzpunkt, chemische Zusammensetzung, Brennstoff- und Energiekosten

Brandt, F.: Brennstoffe und Verbrennungsrechnung, Vulkan Verlag Essen, 3. Auflage 2004