теплотворная способность

Теплотворная Н _я ( ниже ; ранее низшая теплотворная Н _U ) находится на сгорания максимальной полезной тепловой энергии , то в не в конденсации части газа содержится пара есть, на основе количества используемого топлива . В случае теплотворной способности H _s ( высшая ; ранее - высшая теплотворная способность H _o ) также учитывается энергия, полученная за счет конденсации дымовых газов.

Теплотворная является мерой конкретно используемого тепла без от конденсации энтальпии водяного пара. Теплотворная способность ничего не говорит о скорости сгорания . Теплотворная способность взрывчатого вещества TNT составляет всего 1/4 от ценности древесины.

Физическая величина

Теплотворная способность дается как относительная к массе теплотворная способность, например, в килоджоулях на килограмм , килоджоулях на грамм или килоджоулях на тонну . В случае водного топлива, такого как биомасса или отходы, различают, относятся ли значения к общей массе, включая содержание воды ( сырая теплотворная способность ), или же безводная масса служит эталонным значением ( теплотворная способность, безводный ). В литературе (особенно по обращению с отходами) теплотворная способность часто связана с водосодержащим топливом, тогда как теплотворная способность часто связана с безводным топливом, причем это не очевидно из единицы кДж / кг.

С помощью плотности топлива массовая теплотворная способность также может быть преобразована в объемную теплотворную способность , например, в килоджоулей на литр или в килоджоулях на кубический метр . Данные об энергопотреблении в кВтч также распространены в сфере обслуживания зданий , т. Е. В кВтч / л для мазута или в кВтч / м³ для газа.

Символ для теплотворной является Н _я . «I» означает латинское inferior («нижний»). Символ H _u, а также единица измерения кДж / м _Н ³ с указанной единицей измерения для нормального объема газов больше не соответствуют стандарту.

Условия и связи

Чистая теплота сгорания (Н _{I, B} ) относится , в отличие от (норма) теплотворной H _{I, N} в рабочее состояние газа. Соответственно, рабочая теплотворная способность (H _{s, B} ) отличается от (стандартной) теплотворной способности H _{i, n} .

Теплотворная способность количества топлива, подаваемого в теплогенератор в кВт (кДж / с), является его тепловой нагрузкой .

• На заводской табличке указана максимальная тепловая нагрузка, на которую настроен теплогенератор и которую нельзя превышать .
• То же самое относится к наименьшей тепловой нагрузке , то есть количеству топлива, которое необходимо добавить в соответствии с его теплотворной способностью и которое не должно быть занижено. Если рассеиваемая тепловая мощность продолжает уменьшаться, теплогенератор автоматически отключается.
• Номинальная тепловая нагрузка находится между и является количеством топлива , подаваемым во время измерения в постоянном непрерывном режиме с номинальной тепловой мощностью .
• Отношение номинальной тепловой мощности к номинальной тепловой нагрузке - это КПД котла .${\ displaystyle \ eta _ {K}}$

Техническое / коммерческое упрощение

В Германии технически и коммерчески теплотворная способность часто указывается в единицах каменного угля, а на международном уровне - в безразмерных единицах измерения масла (OE). Другие единицы измерения массы и объема также используются в таблицах: килограммы нефтяных единиц (kgÖU), тонны нефтяных единиц (toe), кубические метры нефтяных единиц (m³ÖE) и жидкие галлоны нефтяных единиц США (US.liq). .gal.ÖU).

Теплотворная способность и теплотворная способность

Для определения теплоты сгорания высушенное вещество сжигают под давлением в калориметре с избытком кислорода . При этом образуется газообразный диоксид углерода в виде продуктов сгорания и вода в виде конденсата (который является жидким в условиях давления). Эти значения в таблицах приведены для стандартных значений 25 ° C.

• Теплотворная идентичен абсолютному количеству в стандартной энтальпии сгорания Д _V H ° общей термодинамики, заданной с отрицательным знаком . С точки зрения технологии отопления это означает, что содержание воды (от остатков влаги в продукте, влажности подаваемого воздуха и окисленных атомов водорода в топливе) в данном расчете не находится в форме пара, а в жидкой форме до и после сгорания. Термин конденсационная технология для систем отопления также относится к этому: здесь также эффективно используется энтальпия испарения, связанная с водяным паром. Для целей отопления теплотворная способность (точнее: верхняя теплотворная способность) является лучшим параметром, потому что при использовании (нижней) теплотворной способности могут возникнуть физически бессмысленные степени использования более 100% из-за того, что энтальпия испарения воды в нем не используется.
• Теплотворная способность вещества не могут быть определены непосредственно с помощью эксперимента. Теплотворная способность относится к сгоранию, при котором образуются только газообразные продукты сгорания. Для расчета энтальпия испарения воды вычитается из теплотворной способности при условии, что в топливе содержатся атомы водорода, поэтому теплотворная способность таких видов топлива примерно на 10% ниже их теплотворной способности.

Пример: энтальпия испарения воды составляет 45,1 кДж / моль (0 ° C), 44,0 кДж / моль (25 ° C) или 40,7 кДж / моль при 100 ° C (см. Также теплоту испарения ).

В случае газообразных веществ теплотворная способность связана с объемом при 101,325 кПа и 0 ° C ( стандартные условия ). Затем спецификация производится в килоджоулях на стандартный кубический метр как кДж / м³ iN, где «iN» означает «в стандартном состоянии». Разница между теплотой сгорания и теплотой сгорания у газообразного топлива выше, чем у других материалов, потому что здесь, в отличие от топочного мазута или даже древесины (всего 4%), содержание водорода очень велико.

Теплотворная способность также учитывается при выставлении счетов за тепловую энергию. Однако поставщики энергии ссылаются на нее при 0 ° C. Тогда теплотворная способность газов примерно на 10% выше на единицу объема из-за более высокой плотности газа (то есть более высокой плотности энергии ).

Пример: теплотворная способность метана CH ₄

• 55,5 МДж / кг при 25 ° C - 55,6 МДж / кг при 0 ° C (в зависимости от массы)
• 39,8 МДж / м³ при 25 ° C - 39,9 МДж / м³ при 0 ° C (в зависимости от объема) ( см. Таблицу: Газообразное топливо (при 25 ° C) )

Расчет теплотворной способности и теплотворной способности

Обычные виды топлива, такие как сырая нефть или уголь, представляют собой смеси веществ, элементный состав которых в основном известен из анализов. С помощью аппроксимационных формул теплотворная способность таких смесей веществ может быть рассчитана с достаточной точностью для технических применений по составу.

Также есть определение теплотворной способности по Дулонгу .

Твердое и жидкое топливо

Для твердого и жидкого топлива теплотворная способность и теплотворная способность рассчитываются на основе пропорций горючих веществ . Здесь, разделенные на 100 массовые проценты углерода, водорода, азота, серы, кислорода и воды в общей массе, включая содержание воды (для массовых долей водорода и кислорода это только те части, которые не присутствуют в форме воды ). ${\ displaystyle m (\ mathrm {C}), m (\ mathrm {H}), m (\ mathrm {N}), m (\ mathrm {S}), m (\ mathrm {O}), m ( \ mathrm {H_ {2} O})}$

Теплотворная способность (от общей массы):

${\ displaystyle {\ begin {align} H_ {s} & = (35 \ cdot m (\ mathrm {C}) +116 {,} 3 \ cdot m (\ mathrm {H}) +6 {,} 3 \ cdot m (\ mathrm {N}) + \\ & 10 {,} 4 \ cdot m (\ mathrm {S}) -10 {,} 8 \ cdot m (\ mathrm {O})) \, \ mathrm { МДж / кг} \ end {выравнивается}}}$

Теплотворная способность (от общей массы):

${\ displaystyle {\ begin {align} H_ {i} & = (35 \ cdot m (\ mathrm {C}) +94 {,} 3 \ cdot m (\ mathrm {H}) +6 {,} 3 \ cdot m (\ mathrm {N}) +10 {,} 4 \ cdot m (\ mathrm {S}) \\ & - 10 {,} 8 \ cdot m (\ mathrm {O}) -2 {,} 44 \ cdot m (\ mathrm {H_ {2} O})) \, \ mathrm {МДж / кг} \ end {align}}}$

Теплотворная способность (в пересчете на безводное топливо):

${\ displaystyle {\ begin {align} H_ {s, wf} & = {\ frac {H_ {s}} {1-m (\ mathrm {H_ {2} O)}}} \ end {align}}}$

Теплотворная способность (в пересчете на безводное топливо):

${\ displaystyle {\ begin {align} H_ {i, wf} & = {\ frac {H_ {i} +2 {,} 441 \ \ mathrm {MJ / kg} \ cdot m (\ mathrm {H_ {2}) O)}} {1-m (\ mathrm {H_ {2} O)}}} \ конец {выровнено}}}$

При преобразовании между теплотворной способностью и теплотворной способностью необходимо учитывать, что вода, образующаяся в результате содержания водорода, и вода, уже содержащаяся в топливе, находятся в газообразной форме для теплотворной способности (при 25 ° C), но в жидкой форме для теплотворная способность (при 25 ° C). Следовательно, энтальпия испарения воды при 25 ° C 2,441 МДж / кг включена в преобразование:

${\ displaystyle {\ begin {align} H_ {i} & = H_ {s} -2 {,} 441 (m (\ mathrm {H_ {2} O}) +9 \ cdot m (\ mathrm {H}) ) \, \ mathrm {МДж / кг} \ end {align}}}$

Газовые смеси

В случае газовых смесей расчет основан на газообразном водороде и наиболее важных углеводородах . И т. Д. Представляют собой мольные доли компонентов с эмпирическими формулами, указанными в скобках. ${\ Displaystyle п (\ mathrm {CO})}$

Теплотворная способность:

${\ displaystyle {\ begin {align} H_ {s} & = (282 {,} 98 \ times n (\ mathrm {CO}) +285 {,} 83 \ times n (\ mathrm {H_ {2}})) +890 {,} 63 \ times n (\ mathrm {CH_ {4}}) \\ & + 1411 {,} 18 \ times n (\ mathrm {C_ {2} H_ {4}}) +1560 {,} 69 \ cdot n (\ mathrm {C_ {2} H_ {6}}) +2058 {,} 02 \ cdot n (\ mathrm {C_ {3} H_ {6}}) \\ & + 2219 {,} 17 \ cdot n (\ mathrm {C_ {3} H_ {8}}) ​​+2877 {,} 40 \ cdot n (\ mathrm {C_ {4} H_ {10}})) \, \ mathrm {кДж / моль} \ конец {выровнено}}}$

Теплотворная способность:

${\ displaystyle {\ begin {align} H_ {i} & = (282 {,} 98 \ times n (\ mathrm {CO}) +241 {,} 81 \ times n (\ mathrm {H_ {2}})) +802 {,} 60 \ times n (\ mathrm {CH_ {4}}) \\ & + 1323 {,} 15 \ times n (\ mathrm {C_ {2} H_ {4}}) +1428 {,} 64 \ cdot n (\ mathrm {C_ {2} H_ {6}}) +1925 {,} 97 \ cdot n (\ mathrm {C_ {3} H_ {6}}) + \\ & 2043 {,} 11 \ cdot n (\ mathrm {C_ {3} H_ {8}}) ​​+2657 {,} 32 \ cdot n (\ mathrm {C_ {4} H_ {10}})) \, \ mathrm {кДж / моль} \ конец {выровнено}}}$

Теплотворная способность и температура горения

Температура горения зависит от теплотворной способности, с одной стороны, и от теплоемкости как исходных материалов, так и конечных продуктов реакции горения, с другой. Он рассчитывается по формуле баланса энергии:

Начальная температура × теплоемкость исходных материалов + теплотворная способность = конечная температура или температура сгорания × теплоемкость конечных продуктов.

Отвод тепла в окружающую среду не учитывается ( адиабатическое рассмотрение). Необходимо учитывать не вовлеченные, но присутствующие вещества: например, имеет значение, горит ли магний на воздухе при температуре горения около 2000 ° C или в чистом кислороде . В случае горения в чистом кислороде не требуется одновременного нагревания посторонних веществ, таких как азот .

По той же причине ацетилен и чистый кислород используются для кислородно- топливной сварки, так что достигается температура около 3000 ° C.

В большинстве случаев адиабатическая точка зрения, не учитывающая скорость реакции, не подходит . Деревянный брусок горит только на поверхности, и со временем тепло выделяется в окружающую среду. В отличие от этого древесная мука вступает в реакцию с воздухом взрывоопасно ( взрыв пыли ).

Столы

1 МДж / кг = 1000 кДж / кг; 1 МДж = 0,27778  кВтч или 1 кВтч = 3,6 МДж

Твердое топливо (при 25 ° C)

(*) в настоящее время неизвестно

Жидкое топливо (при 25 ° C)

(*) в настоящее время неизвестно

(1) Используемый жир представляет собой сложные эфиры длинноцепочечных жирных кислот (в основном C18) с глицерином (например, рапсовое масло).

(2) Биодизель представляет собой сложный эфир длинноцепочечных жирных кислот (в основном C18) с метанолом (например, метиловый эфир рапсового масла).

(3) Бензин-бензольная смесь (бензин) в наиболее часто используемой смеси «6 частей бензина и 4 части бензола».

Газообразное топливо (при 25 ° C)

Источник: Основы газовой техники.

(1) Доменный газ состоит из (2… 4)% водорода , (20… 25)% окиси углерода и (70… 80)% инертных газов (двуокись углерода, азот).

(2) Городской газ состоит из (19… 21)% метана , 51% водорода, (9… 18)% окиси углерода и (10… 15)% инертных газов.

(3) Типы природного газа:

• Природный газ «L» состоит из примерно 85% метана, 4% ( этан , пропан , бутан , пентан ) и 11% инертных газов.
• Природный газ «H» (Северное море) состоит из примерно 89% метана, 8% (этан, пропан, бутан, пентан) и 3% инертных газов.
• Природный газ «H» (страны СНГ) состоит примерно на 98% из метана, 1% (этан, пропан, бутан, пентан) и 1% инертных газов.

(4) Информация об объеме относится к нормальному объему при нормальных условиях (0 ° C и 101325 Па).

Коэффициенты преобразования теплотворной способности в теплотворную способность
и наоборот согласно немецкому стандарту EnEV

Нормы

• EN 437: 2003 Испытательные газы - Испытательные давления - Категории приборов ; Немецкий: DIN EN 437: 2003-09 испытательные газы - испытательные давления - категории устройств и ÖNORM EN 437: 1994-05-01 устройства для работы с топливными газами - испытательные газы - испытательные давления и категории устройств

  Этот европейский стандарт также вводит символы H _i для теплотворной способности и H _s для теплотворной способности в интересах международной гармонизации.

• DIN 5499 теплотворная способность и теплотворная способность, термины (январь 1972 г.)
• DIN 51900 Определение теплотворной способности с помощью калориметра бомбы и расчет теплотворной способности
  • Часть 1 Общие сведения, основные устройства, основные процедуры (апрель 2000 г.)
  • Метод части 2 с изопериболическим калориметром или калориметром со статической рубашкой (май 2003 г.)
  • Часть 3, процедура с адиабатической рубашкой (июль 2004 г.)

• DIN 1340 Газообразное топливо и другие газы, типы, компоненты, использование (декабрь 1990 г.)
• DIN 1871 Газообразное топливо и другие газы - Плотность и другие объемные величины (май 1999 г.)
• DIN 51857 Газообразное топливо и другие газы - Расчет теплотворной способности, теплотворной способности, плотности, относительной плотности и индекса Воббе газов и газовых смесей (март 1997 г.)
• DIN 51612 испытание сжиженного газа; Расчет теплотворной способности (июнь 1980 г.)
• DIN 51854 Испытание газообразного топлива и других газов; Определение содержания аммиака (сентябрь 1993 г.)

• DIN V 18599 Энергетическая оценка зданий - Расчет полезной, конечной и первичной энергии, необходимой для отопления, охлаждения, вентиляции, горячего водоснабжения и освещения.

Смотри тоже

• Воббеверт , число обусловленности , энергия газа , параметры действия топлива
• Потери дымовых газов , мера эффективности системы отопления

литература

• Ф. Брандт: Топливо и счета сжигания. Vulkan Verlag, 3-е издание, Эссен 2004 г., ISBN 3-8027-5801-3 .

веб ссылки

Викисловарь: Теплотворная способность  - объяснение значений, происхождение слов, синонимы, переводы

Индивидуальные доказательства

1. ↑ Термины, данные, технические правила - газовая установка: Практические советы , стр. 10, опубликовано Рабочей группой по экономичному и экологически безопасному потреблению энергии (ASUE) eV и DVGW . Обновленная редакция 2010 г.
2. ↑ Дуббель: Карманный справочник по машиностроению. 17-е издание, Springer Verlag, Берлин, Гейдельберг, Нью-Йорк, 1981, ISBN 3-540-52381-2 .
3. ↑ В. Бой: От топлива к дымовым газам. Расчет технологии сжигания с указанием количества топлива и его упрощение средствами статистики. Teubner Verlag, Штутгарт, 1957 г.
4. ↑ ^{a b c d e f g h i j k l} Михаэль Херрманн, Юрген Вебер: Духовки и дымоходы: правильно спланировать и построить системы отопления помещений . Beuth Verlag, 2011, ISBN 3-410-21307-4 , стр. 58 ( ограниченный предварительный просмотр в поиске Google Книг). 
5. ^ Фриц Брандт: Топливо и расчет сгорания . Vulkan-Verlag GmbH, 1999, ISBN 3-8027-5801-3 , стр. 4 ( ограниченный предварительный просмотр в Поиске книг Google). 
6. ↑ Мюфит Бахадир, Харун Парлар, Майкл Спителлер: Springer Umweltlexikon . Springer, 2000, ISBN 3-642-56998-6 , стр. 788 ( ограниченный просмотр в поиске Google Книг). 
7. ↑ guntamatic.com: GUNTAMATIC Biomasse Energie I, нагревающее зерно, расходы на отопление ( памятная записка от 18 сентября 2014 г. в Интернет-архиве ), доступ осуществлен 19 мая 2014 г.
8. ↑ IBS Ingenieurbüro für Haustechnik Schreiner: данные и информация о топливе для зерна и стеблей.
9. ↑ Кристиан Синволдт: Больше, чем солнце, ветер и вода: энергия для новой эры . John Wiley & Sons, 2012, ISBN 3-527-64131-9 , стр. 181 ( ограниченный просмотр в поиске Google Книг). 
10. ↑ ^{a b c d} Маттиас Крамер: Комплексное управление окружающей средой: системно- ориентированные отношения между ... Springer, 2010, ISBN 3-8349-8602-X , p. 534 ( ограниченный просмотр в поиске Google Книг). 
11. ↑ ^{a b c d e f g h} Эрих Хане: Техническая термодинамика: Введение и применение . Oldenbourg Verlag, 2010, ISBN 3-486-59231-9 , стр. 406, 408 ( ограниченный просмотр в поиске Google Книг). 
12. ↑ Панос Константин: Практическое руководство по энергетике: преобразование энергии, транспортировка и снабжение ... Springer, 2009, ISBN 3-540-78591-4 , с. 131 ( ограниченный предварительный просмотр в поиске Google Книг). 
13. ↑ saacke.com: Системы сжигания пылевидного топлива SAACKE , по состоянию на 19 мая 2014 г.
14. ↑ Древесный уголь в «Лексиконе химии» на Spektrum.de , по состоянию на 23 ноября 2015 г.
15. ↑ Тарсилла Гертсен: Химия для машиностроения: Органическая химия для горюче-смазочных материалов… KIT Scientific Publishing, 2008, ISBN 3-86644-080-4 , с. 225 ( ограниченный предварительный просмотр в Поиске книг Google). 
16. ↑ Ярина Бах: Новые способы управления отходами в Германии - критическое рассмотрение… Игель Верлаг, 2009, ISBN 3-86815-192-3 , с. 69 ( ограниченный предварительный просмотр в поиске Google Книг). 
17. ↑ Ханс Кемпер: Горение и тушение . Hüthig Jehle Rehm, 2008, ISBN 3-609-62023-4 , стр. 17 ( ограниченный предварительный просмотр в поиске Google Книг). 
18. ↑ Тобиас Люте: Создание сравнительных энергетических балансов древесных материалов для ... Агентство дипломных работ, 2007, ISBN 3-8366-0463-9 , с. 40 ( ограниченный предварительный просмотр в поиске Google Книг). 
19. ↑ Эрнст Блумер: Нефтяные месторождения . Совет директоров - Книги по запросу, 2012, ISBN 3-86444-777-1 , стр. 18 ( ограниченный предварительный просмотр в поиске Google Книг). 
20. ↑ Фред Шефер: Справочник «Двигатель внутреннего сгорания: основы, компоненты, системы, перспективы» . Springer DE, 2005, ISBN 3-528-23933-6 , стр. 774 ( ограниченный просмотр в поиске Google Книг). 
21. ↑ Дитмар Менде, Гюнтер Симон: Физика: уравнения и таблицы . Carl Hanser Verlag GmbH Co KG, 2013, ISBN 3-446-43861-0 , стр. 128 ( ограниченный предварительный просмотр в поиске Google Книг). 
22. ↑ ^{a b c d} Карл-Генрих Гроте: Дуббель в мягкой обложке для машиностроения . Springer DE, 2011, ISBN 3-642-17306-3 , стр. 48 ( ограниченный предварительный просмотр в поиске Google Книг). 
23. ↑ ^{a b c} Гюнтер Цербе: Основы газовой технологии: закупка газа - распределение газа - использование газа . Hanser, 2008, ISBN 3-446-41352-9 . 
24. ↑ ^{a b} газы, теплотворная способность
25. ↑ DIN V 18599, приложение 1: 2010-01
26. ↑ http://heizkostenrechner.eu/heizwert-brennwert-tabelle.html