Heizwert

Der Heizwert 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.

Das Formelzeichen für den Heizwert hieß früher H_u, heute H_i.

Angegeben wird der Heizwert z. B. in Kilojoule pro Kilogramm (kJ/kg). Mit Hilfe der Dichte des Brennstoffs kann der massenbezogene Heizwert auch in einen volumenbezogenen Heizwert umgewandelt werden, also z. B. in (kJ/l) oder auch (kJ/m³). Üblich sind in der Haustechnik auch Angaben für Heizöl in (kWh/l) und für Gas in (kWh/m³). Letztere läßt sich beim zuständigen Energieversorgungsunternehmen erfragen (siehe auch Gasenergie)).

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 (kJ/m³ i.N.) oder (kJ/m_N³), wobei das "N" die Normbedingungen symbolisiert.

Der Heizwert sagt nichts aus über die Brenngeschwindigkeit. So beträgt der Heizwert des Sprengstoffs TNT nur 1/4 des Werts von Holz.

Brennwert

Beim Brennwert wird die Kondensationswärme des bei der Verbrennung gebildeten Wassers, 2.44 MJ/kg bezogen auf 25 °C, zum Heizwert hinzugezählt. So ist der Heizwert von trockenem Holz (Rest-Feuchtigkeit 20 %) um etwa 7 % niedriger als sein Brennwert.
Das Formelzeichen für den Brennwert ist H_s (auch als oberer Heizwert bezeichnet)

Berechnung von Heizwert und Brennwert

Gebräuchliche Brennstoffe wie Erdöl oder Kohle sind Stoffgemische, deren elementare Zusammensetzung meist durch Analyse bekannt ist. Mit folgenden Näherungsformeln können Heizwert und Brennwert solcher Stoffgemische aus der Zusammensetzung berechnet werden.

Heizwert von festen und flüssigen Brennstoffen

$Hu=(34,0\cdot m(C)+101,6\cdot m(H)+6,3\cdot m(N)+19,1\cdot m(S)-9,8\cdot m(O)-2,5\cdot m(H_{2}O))MJ/kg$

$m(C),m(H),m(N),m(S),m(H_{2}O)$ sind die durch 100 dividierten prozentualen Massenanteile von Kohlenstoff, Wasserstoff, Stickstoff, Schwefel, Sauerstoff und Wasser.

Brennwert von festen und flüssigen Brennstoffen

$Ho=(34,0\cdot m(C)+124,3\cdot m(H)+6,3\cdot m(N)+19,1\cdot m(S)-9,8\cdot m(O))MJ/kg$

Heizwert von Gasgemischen

$Hu=(282,98\cdot n(CO)+241,81\cdot n(H_{2})+802,60\cdot n(CH_{4})+1323,15\cdot n(C_{2}H_{4})$

$+1428,64\cdot n(C_{2}H_{6})+1925,97\cdot n(C_{3}H_{6})+2043,11\cdot n(C_{3}H_{8})+2657,32\cdot n(C_{4}H_{1}0))kJ/mol$

$n(CO)$ usw sind die Molenbrüche der Komponenten mit den in Klammern angegebenen Summenformeln.

Brennwert von Gasgemischen

$Ho=(282,98\cdot n(CO)+285,83\cdot n(H_{2})+890,63\cdot n(CH_{4})+1411,18\cdot n(C_{2}H_{4})$

$+1560,69\cdot n(C_{2}H_{6})+2058,02\cdot n(C_{3}H_{6})+2219,17\cdot n(C_{3}H_{8})+2877,40\cdot n(C_{4}H_{1}0))kJ/mol$

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 2000 °C erreicht werden oder in reinem Sauerstoff. Bei einer Verbrennung in reinem Sauerstoff müssen keine unbeteiligten Stoffe, wie zum Beispiel Stickstoff, miterhitzt werden.

Aus dem selben Grund verwendet man zum Autogenschweißen Acetylen und reinen Sauerstoff, weil sonst nicht Temperaturen von etwa 3000 °C erreicht werden könnten.

Meist ist eine adiabatische Betrachtung ungeeignet, die die Reaktionsgeschwindigkeit unberücksichtig 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).

Beispiele von Heiz- und Brennwerten

1 MJ/kg = 1000 kJ/kg; 1 MJ = 0.2778 kWh

Feste Brennstoff

Brennstoff	Heizwert [MJ/kg]	Brennwert [MJ/kg]
Holz	15.1	18.8
Holzpellets	18.0	*
Papier	15.0	*
Torf	14.7	22.6
Rohbraunkohle	8.0	9.9
Braunkohlebriketts	19.7	20.9
Gasflammkohle	27.2	29.3
Gaskohle	29.3	31.0
Fettkohle	31.0	32.2
Esskohle	31.8	32.7
Magerkohle	31.4	32.7
Anthrazit	31.0	31.8
Koks	30.1	30.5
Kohlenstoff	32.8	32.8
Phosphor	25.2	25.2
Schwefel	9.3	9.3
Magnesium	25.2	25.2
Altgummi	35.0	*

Flüssige Brennstoffe

Brennstoff	Heizwert [MJ/kg]	Brennwert [MJ/kg]
Altfett	36.0	*
Paraffin	45.0	49.0
Methanol	19.6	22.3
Ethanol	26.9	29.7
Isopropanol	30.9	*
Benzol	40.2	41.9
Biodiesel	37.0	*
Diesel	43.0	45.9
Heizöl EL	42.7	45.5
Heizöl L	42.0	44.8
Heizöl M	40.7	43.3
Heizöl S	40.2	42.7
Benzin	42.5	46.7

Gasförmige Brennstoffe

Brennstoff	Heizwert [MJ/m³]	Brennwert [MJ/m³]
Wasserstoff	9.9	11.6
Kohlenoxid	11.5	11.5
Erdgas	31.7-41.8	35.4-44.5
Stadtgas	17.6	19.3
Gichtgas	4.0	4.1
Methan	32.8	36.4
Ethin	51.6	53.4
Ethen	54.2	57.8
Ethan	58.9	64.3
Propan	83.4	90.6
Butan	108.4	117.4

Anmerkung: * bedeutet z. Zt nicht bekannt

Zum Vergleich: Nährwerte in MJ/kg

• Apfel 2 MJ/kg
• Kartoffeln 4 MJ/kg
• Fritten 10 MJ/kg
• Butter 30 MJ/kg

Zum Vergleich: Weitere Energiedichten in MJ/kg

• Geladener Elektrolyt-Kondensator: 0,00005 MJ/kg (= 50 J/kg)
• Batterie: 0,5 MJ/kg
• Kernspaltung U-235: 90.000.000 MJ/kg = 22 kt TNT per kg
• Kernfusion: 300.000.000 MJ/kg = 70 kt TNT per kg
• Umwandlung von Masse in Energie: 90.000.000.000 MJ/kg = 21 Mt TNT per kg

Siehe auch

Wobbewert, Zustandszahl, Gasenergie, Heizwert (Dulong)