Wann sind brennwert und heizwert gleich

Q: Was ist der Unterschied zwischen Heizwerttherme und brennwerttherme?

Wird die alte Gastherme („Heizwerttherme) kaputt, soll sie gegen eine neue Brennwerttherme getauscht werden. In Ausnahmefällen dürfen allerdings weiterhin Heizwertthermen installiert werden. Brennwertthermen sind zwar effizienter, aber der Einbau ist deutlich teurer und aufwändiger als bei einem Heizwertgerät.

Der Heizwert Hi (inferior; früher unterer Heizwert Hu) ist die bei einer Verbrennung maximal nutzbare thermische Energie, bei der es nicht zu einer Kondensation des im Abgas enthaltenen Wasserdampfes kommt, bezogen auf die Menge des eingesetzten Brennstoffs. Beim Brennwert Hs (superior; früher oberer Heizwert Ho) wird auch die durch Kondensation der Abgase gewonnene Energie berücksichtigt.

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Wann ist Brennwert gleich Heizwert?
Wann ist der Brennwert größer als der Heizwert?
Was ist der Unterschied zwischen Heizwerttherme und brennwerttherme?
Wann spricht man von Brennwert?

Der Heizwert ist also das Maß für die spezifisch nutzbare Wärme ohne die Kondensationsenthalpie des Wasserdampfs. Der Heizwert sagt nichts aus über die Verbrennungsgeschwindigkeit. So beträgt der Heizwert des Sprengstoffs TNT nur 1/4 des Wertes von Holz.

Angegeben wird der Heizwert als massenbezogener Heizwert beispielsweise in Kilojoule pro Kilogramm, Kilojoule pro Gramm oder Kilojoule pro Tonne. Bei wasserhaltigen Brennstoffen wie Biomasse oder Abfall wird unterschieden, ob sich die Werte auf die Gesamtmasse inklusiv Wassergehalt beziehen (Rohheizwert), oder ob die wasserfreie Masse als Bezugsgröße dient (Heizwert, wasserfrei). In der Literatur (insbesondere in der Abfallwirtschaft) werden Heizwerte oft auf den wasserhaltigen Brennstoff bezogen, Brennwerte dagegen oft auf den wasserfreien Brennstoff, ohne dass dies aus der Einheit kJ/kg ersichtlich wäre.

Mit Hilfe der Dichte des Brennstoffs kann der massenbezogene Heizwert auch in einen volumenbezogenen Heizwert umgewandelt werden, also zum Beispiel in Kilojoule pro Liter oder auch in Kilojoule pro Kubikmeter. Üblich sind in der Haustechnik auch Energie-Angaben in kWh, für Heizöl also in kWh/l oder für Gas in kWh/m³.

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

Der Betriebsheizwert (Hi, B) bezieht sich im Gegensatz zum (Norm-)Heizwert Hi,n auf den Betriebszustand des Gases. Entsprechend wird der Betriebsbrennwert (Hs, B) vom (Norm-)Brennwert Hi,n unterschieden.[1]

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

Die größte Wärmebelastung, auf die ein Wärmeerzeuger eingestellt und die nicht überschritten werden darf, wird auf dem Typenschild angegeben.
Ebenso die kleinste Wärmebelastung, also die Brennstoffmenge, die entsprechend ihrem Heizwert mindestens zugeführt werden muss und nicht unterschritten werden darf. Sinkt die abgeführte Wärmeleistung weiter, so stellt der Wärmeerzeuger sich automatisch ab.
Die Nennwärmebelastung liegt dazwischen und ist die bei einer Messung im konstanten Dauerbetrieb mit Nennwärmeleistung zugeführte Brennstoffmenge.
Das Verhältnis von Nennwärmeleistung zur Nennwärmebelastung ist der Kesselwirkungsgrad ηK{\displaystyle \eta _{K}}
.

In Deutschland wird technisch und kaufmännisch der Heizwert häufig in Steinkohleeinheiten und international über die Öleinheit (ÖE) angegeben. In Tabellenwerken werden auch andere masse- und volumenbezogene Vergleichseinheiten benutzt: Kilogramm Öleinheiten (kgÖE), Tonnen Öleinheiten (tÖE), Kubikmeter Öleinheiten (m³ÖE) und flüssige US-Gallone Öleinheiten (US.liq.gal.ÖE).

Zur Bestimmung der Verbrennungswärme wird ein getrockneter Stoff unter Sauerstoffüberschuss in einem Kalorimeter unter Druck verbrannt. Dabei entstehen als Verbrennungsprodukte gasförmiges Kohlendioxid und Wasser als Kondensat (das bei den Druckverhältnissen flüssig ist). Diese Werte werden standardmäßig in Tabellenwerken auf 25 °C bezogen. Um den Brennwert Ho bei festen und flüssigen Stoffen zu messen, gibt es Verfahren nach DIN 51900 und nach DIN EN 15400. Bei beiden wird der Heizwert Hu nicht ermittelt, sondern berechnet.

Der Brennwert ist identisch mit dem absoluten Betrag der mit negativen Vorzeichen angegebenen Standardverbrennungsenthalpie ΔVH° der allgemeinen Thermodynamik. Heiztechnisch gesprochen heißt das, dass der Wassergehalt (aus Produktfeuchteresten, Zuluftfeuchte und aus den oxidierten Wasserstoffatomen im Brennstoff stammend) bei dieser Berechnung nicht dampfförmig, sondern vor und nach der Verbrennung in flüssiger Form vorliegt. Darauf bezieht sich auch der Ausdruck Brennwerttechnik für Heizanlagen: Hierbei wird auch die im Wasserdampf gebundene Verdampfungsenthalpie wirksam genutzt. Für Heizzwecke ist der Brennwert (genauer: der obere Heizwert) der bessere Kennwert, weil bei Anwendung des (unteren) Heizwertes aufgrund der in ihm nicht berücksichtigten Nutzung der Verdampfungsenthalpie des Wassers scheinbar physikalisch unsinnige Nutzungsgrade von über 100 % auftreten können.
Der Heizwert eines Stoffes kann nicht direkt experimentell ermittelt werden. Der Heizwert bezieht sich auf eine Verbrennung, bei der nur gasförmige Verbrennungsprodukte entstehen. Zur Berechnung wird daher vom Brennwert, sofern Wasserstoffatome im Brennstoff enthalten sind, die Verdampfungsenthalpie des Wassers abgezogen, daher liegen die Heizwerte solcher Brennstoffe ca. 10 % unter ihren Brennwerten.

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

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 mit dem Zusatz „i.N.“, der für „in Normbedingung“ steht. Die Differenz zwischen Heizwert und 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 höheren Gasdichte (also höheren Energiedichte) pro Volumen noch einmal ca. 1/1000 höher.

Beispiel: Brennwert Methan CH4

Gebräuchliche Brennstoffe wie Erdöl oder Kohle sind Gemische aus Stoffen, deren elementare Zusammensetzung meist aus Analysen bekannt ist. Mit Näherungsformeln kann der Heizwert solcher Stoffgemische für technische Anwendungen hinreichend genau aus der Zusammensetzung berechnet werden.[2][3]

Weiterhin existiert noch eine Heizwertbestimmung nach Dulong. Bei Primärenergieträgern kommt auch der vereinfachte Umrechnungsfaktor 0,9024 zur Anwendung, wenn keine exakte Rechnung vorliegt.[4] Für Biokunststoff kann der Faktor 0,92 verwendet werden.[5]

Bei festen und flüssigen Brennstoffen errechnen sich Heiz- und Brennwert aus den Anteilen brennbarer Stoffe. Dabei sind m(C),m(H),m(N),m(S),m(O),m(H2O){\displaystyle m(\mathrm {C} ),m(\mathrm {H} ),m(\mathrm {N} ),m(\mathrm {S} ),m(\mathrm {O} ),m(\mathrm {H_{2}O} )}

die durch 100 dividierten prozentualen Massenanteile von Kohlenstoff, Wasserstoff, Stickstoff, Schwefel, Sauerstoff und Wasser an der Gesamtmasse inkl. Wassergehalt (für die Massenanteile von Wasserstoff und Sauerstoff zählen nur die Anteile, die nicht in Form von Wasser vorliegen).

Brennwert (bezogen auf die Gesamtmasse):

Hs=(35⋅m(C)+116,3⋅m(H)+6,3⋅m(N)+10,4⋅m(S)−10,8⋅m(O))MJ/kg{\displaystyle {\begin{aligned}H_{s}&=(35\cdot m(\mathrm {C} )+116{,}3\cdot m(\mathrm {H} )+6{,}3\cdot m(\mathrm {N} )+\\&10{,}4\cdot m(\mathrm {S} )-10{,}8\cdot m(\mathrm {O} ))\,\mathrm {MJ/kg} \end{aligned}}}

Heizwert (bezogen auf die Gesamtmasse):

Hi=(35⋅m(C)+94,3⋅m(H)+6,3⋅m(N)+10,4⋅m(S)−10,8⋅m(O)−2,44⋅m(H2O))MJ/kg{\displaystyle {\begin{aligned}H_{i}&=(35\cdot m(\mathrm {C} )+94{,}3\cdot m(\mathrm {H} )+6{,}3\cdot m(\mathrm {N} )+10{,}4\cdot m(\mathrm {S} )\\&-10{,}8\cdot m(\mathrm {O} )-2{,}44\cdot m(\mathrm {H_{2}O} ))\,\mathrm {MJ/kg} \end{aligned}}}

Brennwert (bezogen auf den wasserfreien Brennstoff):

Hs,wf=Hs1−m(H2O){\displaystyle {\begin{aligned}H_{s,wf}&={\frac {H_{s}}{1-m(\mathrm {H_{2}O)} }}\end{aligned}}}

Heizwert (bezogen auf den wasserfreien Brennstoff):

Hi,wf=Hi+2,441 MJ/kg⋅m(H2O)1−m(H2O){\displaystyle {\begin{aligned}H_{i,wf}&={\frac {H_{i}+2{,}441\ \mathrm {MJ/kg} \cdot m(\mathrm {H_{2}O)} }{1-m(\mathrm {H_{2}O)} }}\end{aligned}}}

Bei der Umrechnung zwischen Heiz- und Brennwert muss berücksichtigt werden, dass das aus dem Wasserstoff-Anteil entstehende Wasser sowie das bereits im Brennstoff enthaltene Wasser beim Heizwert gasförmig vorliegt (bei 25 °C), beim Brennwert jedoch in flüssiger Form (bei 25 °C). Daher fließt die Verdampfungsenthalpie von Wasser bei 25 °C von 2,441 MJ/kg in die Umrechnung ein:

Hi=Hs−2,441(m(H2O)+9⋅m(H))MJ/kg{\displaystyle {\begin{aligned}H_{i}&=H_{s}-2{,}441(m(\mathrm {H_{2}O} )+9\cdot m(\mathrm {H} ))\,\mathrm {MJ/kg} \end{aligned}}}

Bei Gasgemischen geht die Berechnung auf Wasserstoffgas und die wichtigsten Kohlenwasserstoffe ein. Die n(CO){\displaystyle n(\mathrm {CO} )}

usw. sind die Molenbrüche der Komponenten mit den in Klammern angegebenen Summenformeln.

Brennwert:

Hs=(282,98⋅n(CO)+285,83⋅n(H2)+890,63⋅n(CH4)+1411,18⋅n(C2H4)+1560,69⋅n(C2H6)+2058,02⋅n(C3H6)+2219,17⋅n(C3H8)+2877,40⋅n(C4H10))kJ/mol{\displaystyle {\begin{aligned}H_{s}&=(282{,}98\cdot n(\mathrm {CO} )+285{,}83\cdot n(\mathrm {H_{2}} )+890{,}63\cdot n(\mathrm {CH_{4}} )\\&+1411{,}18\cdot n(\mathrm {C_{2}H_{4}} )+1560{,}69\cdot n(\mathrm {C_{2}H_{6}} )+2058{,}02\cdot n(\mathrm {C_{3}H_{6}} )\\&+2219{,}17\cdot n(\mathrm {C_{3}H_{8}} )+2877{,}40\cdot n(\mathrm {C_{4}H_{10}} ))\,\mathrm {kJ/mol} \end{aligned}}}

Heizwert:

Hi=(282,98⋅n(CO)+241,81⋅n(H2)+802,60⋅n(CH4)+1323,15⋅n(C2H4)+1428,64⋅n(C2H6)+1925,97⋅n(C3H6)+2043,11⋅n(C3H8)+2657,32⋅n(C4H10))kJ/mol{\displaystyle {\begin{aligned}H_{i}&=(282{,}98\cdot n(\mathrm {CO} )+241{,}81\cdot n(\mathrm {H_{2}} )+802{,}60\cdot n(\mathrm {CH_{4}} )\\&+1323{,}15\cdot n(\mathrm {C_{2}H_{4}} )+1428{,}64\cdot n(\mathrm {C_{2}H_{6}} )+1925{,}97\cdot n(\mathrm {C_{3}H_{6}} )+\\&2043{,}11\cdot n(\mathrm {C_{3}H_{8}} )+2657{,}32\cdot n(\mathrm {C_{4}H_{10}} ))\,\mathrm {kJ/mol} \end{aligned}}}

Die Verbrennungstemperatur ist abhängig vom Brennwert einerseits und von der Wärmekapazität sowohl der Ausgangsstoffe als auch der Endprodukte der Verbrennungsreaktion andererseits. Sie wird berechnet nach der Energie-Bilanz-Formel:

Ausgangs-Temperatur × Wärmekapazität der Ausgangsstoffe + Brennwert = End- oder Verbrennungstemperatur × 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 miterhitzt werden.

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

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

Wann ist Brennwert gleich Heizwert?

Der Brennwert von Öl oder Gas liegt stets über dem Heizwert der Brennstoffe. Es geht auch gar nicht anders, denn der Brennwert umfasst den Heizwert zuzüglich der Energiemenge, die bei der Abkühlung der Abgase frei wird.

Wann ist der Brennwert größer als der Heizwert?

Die Verbrennungsgase werden auf unter 55 Grad Celsius abgekühlt, dabei kondensiert das enthaltene Wasser und Wärmeenergie wird freigesetzt. Ein Brennwertgerät nutzt diese Kondensationswärme zusätzlich zur Verbrennungsenergie aus. Aufgrund dieser sogenannten latenten Wärme ist der Brennwert immer höher als der Heizwert.

Was ist der Unterschied zwischen Heizwerttherme und brennwerttherme?

Wird die alte Gastherme („Heizwerttherme“) kaputt, soll sie gegen eine neue Brennwerttherme getauscht werden. In Ausnahmefällen dürfen allerdings weiterhin Heizwertthermen installiert werden. Brennwertthermen sind zwar effizienter, aber der Einbau ist deutlich teurer und aufwändiger als bei einem Heizwertgerät.

Wann spricht man von Brennwert?

Brennwert Definition Der Brennwert wird als die Wärmeenergie bezeichnet, die durch Verbrennung und Kondensation des Wasserdampfs von einem Kilogramm Brennstoff entsteht. Es handelt sich dabei um die chemisch im flüssigen, gasförmigen oder festen Brennstoff enthaltene Energie.