Fűtőérték

Egy tüzelőanyag fűtőértéke az a hőmennyiség, amely az egységnyi tömegű tüzelőanyag tökéletes elégetésekor keletkezik, és nem fordítódik a tüzelőanyag víztartalmának lecsapódására.^[1] SI-mértékegysége J/kg (Joule per kilogramm), egyéb gyakran használt mértékegységei kJ/kg, MJ/kg. Értékét úgy kapjuk meg, ha az anyag égéshőjéből^[2] kivonjuk a gőzként távozó vízmennyiség párolgáshőjét.

Ismert nyomású (és így ismert sűrűségű) gáz esetén a fűtőértéket általában köbméterre vonatkoztatva adják meg. Magyarországon a gázszámlán szereplő mértékegység MJ/m³.^[3] Magyarországon a földgáz tipikus fűtőértéke 34 MJ/m^3[4], ez alól kivételt képeznek Zala és Békés vármegye egyes területei, ahol csak 29 MJ/m^3[5].

A fűtőérték használata indokolt a gyakorlati számításokban (tüzelőanyag-igény vagy kazánhatásfok számítása) minden olyan esetben, amikor a távozó víz halmazállapota gőz, vagyis, amikor a füstgáz >100 °C hőmérsékletű. A fűtőérték nem használható az ún. kondenzációs kazánok esetében, ahol a füstgázt 100 °C hőmérséklet alá hűtik. Ekkor a gőz még a kazánban kicsapódik a füstgázból, s így hasznosítható a párolgáshője.

A fűtőértéket időnként az angolszász szakirodalomból tükörfordítással létrehozott „alsó fűtőértékként” (Lower Heating Value, LHV) szokás nevezni. A felső fűtőérték (Higher Heating Value) nagyobb, mert beleszámítják az égésnél keletkező vízgőz kondenzációs hőjét (az égésvégi hőmérsékletről a szobahőmérsékletre lehűlő és cseppfolyósodó víz által visszanyert hőmennyiséget). A fűtőérték elnevezése eredetileg ${\displaystyle \Delta _{i}{H}}$ inferior calorific value (alsó fűtőérték), illetve ${\displaystyle \Delta _{s}{H}}$ superior calorific value (felső fűtőérték), izobár entalpia-növekményként kifejezve.

Értelmezése

Iniciáló gyújtásnál az éghető anyag és az égést tápláló oxigén elegyének csak egy kis részét hevítjük a gyulladási hőmérsékletre; annyit, amennyi elegendő az égési folyamathoz.

A jelenség hasonló a bomba kaloriméter^[6] működéséhez. Ott egy pamutszálat helyezünk oxigén atmoszférába, és elektromos szikrával begyújtjuk a keveréket.

Az anyagok égése a következő folyamatokat tartalmazza.

• Az éghető anyag felmelegítése a gyulladási hőmérsékletre. A természetes anyagok vizet is tartalmaznak, ez azonban nem vesz részt az égési folyamatban, de fel kell melegíteni.
• A levegő felmelegítése a gyulladási hőmérsékletre
• A gyulladáshoz szükséges hőmennyiség bevezetése (nem öngyulladó elegyeknél)
• Égés. A folyamatnál létrejövő reakcióhő általában pozitív.
  • A hétköznapi jelenségeknél nem ég el az éghető anyag egésze, illetve nem is érintkezik az oxigénnel. Ezért az égéstermék tartalmazhat valamennyit az éghető anyagból
  • Tekintettel arra, hogy nem képes az oxigén hiánytalanul érintkezni az éghető anyaggal, ezért az égéshez elméletileg szükségesnél több levegőre van szükségünk. A valóságos és az elméleti levegőszükséglet hányadosa a légfeleslegtényező
• Az égéstermékek expanziója – nem feltétlenül adiabatikus
• Ha az égéstermékekből az égési reakcióból származó víz lecsapódik (kondenzálódik), ez hőbevezetésként jelenik meg.
• A füstgázok nem hűlnek le a kiinduló hőmérsékletre, ezt veszteségként számítják. Szükséges azonban ahhoz, hogy létrejöjjön a kéményhatás, vagyis a füstgáz az alacsonyabb sűrűsége miatt természetes úton távozzék

Mérése és számítása

• Tiszta vegyi anyagoknál a szokásos módon számítható a kémiai reakció és a reakcióhő. Például a gázállapotú metán égése: ${\displaystyle \Delta _{c}H_{({\mathrm {CH} }_{4},\mathrm {g} ,298,15\mathrm {K} )}^{\ominus }=-890,3\ \mathrm {kJ\ mol^{-1}} }$az IUPAC szerint^[7] a következő reakcióra értelmezve:

${\displaystyle \mathrm {CH_{4}(g)+2O_{2}(g)\to CO_{2}(g)+2H_{2}O(l)} }$    (ahol l liquid, tehát a víznek cseppfolyós állapotára vonatkozik)

• Általános anyagoknál vegyelemzés útján meghatározzák az összetevő elemeket, és mindegyikhez hozzárendelik az égéshőt. Barnaszén esetén például C 49,6%; H 3,7%; S 0,4%; O 18,7%; N 0,6%; hamu 7%; víz 20%, ebből a fűtőérték 19,678 MJ/kg^[8]
• Kísérletileg megmérik kaloriméterben.^[6]

Anyagok égéshője és fűtőértéke

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

Szilárd fűtőanyagok

Fűtőanyag	Égéshő ${\displaystyle \Delta _{c}{H}}$[7] (MJ/kg)	Fűtőérték (MJ/kg)	Fűtőérték (kWh/kg)
Frissen vágott fa[9]	*	6,8	1,9
Szárított fa	19	14,4-15,8	4-4,4
Papír	*	15	4,2
Szalma	*	17	4,8 [10]
Fapellet	*	18	5
Tőzeg	23	15	4,2
Olajos magvak	*	20	5,6
Barnakőszén	10	8	2,2
Barnakőszén brikett	21	20	5,6
Kőszén	29–32,7	27–32,7	7,5-9
Grafit	32,8	egyenlő az égéshővel	9,1
Gumi	*	35	9,7
Paraffin	49	45	12,5
Foszfor	25,2	egyenlő az égéshővel	7
Kén	9,3	egyenlő az égéshővel	2,6
Magnézium	25,2	egyenlő az égéshővel	7

Folyékony tüzelőanyagok (25 °C hőmérsékleten)

Fűtőanyag	Égéshő (MJ/kg)	Fűtőérték (MJ/kg)	Fűtőérték (kWh/kg)
Biodízel	40 (Repceolaj-metilészter)	37	10,2
Metanol	22,7	19,9	5,5
Etanol	29,7	26,8	7,4
Izopropanol	33,6	30,7	8,5
Benzol[11]	41,8	40,1	11,1
Fűtőolaj	43–46	40–43	11,1-11,9
Gázolaj	46	43	11,9
Benzin	47	43	11,9
Paraffinolaj	49	45	12,5

Légnemű fűtőanyagok (25 °C-on)

Fűtőanyag	Égéshő (MJ/kg)	Fűtőérték (MJ/kg)	Égéshő (MJ/m³)	Fűtőérték (MJ/m³)	Fűtőérték (kWh/m³)
Hidrogén[12]	141,800	119,972	12,745	10,783	2,995
Szén-monoxid[12]	10,103	10,103	12,633	12,633	3,509
Torokgáz (nagyolvasztóktól)[13]	1,5–2,1	1,5–2,1	2,5–3,4	2,5–3,3	0,695–0,917
Városi gáz[13]	18,21	16,34	19–20	17–18	4,72–5,00
Földgáz[13]	36–50	32–45	35–46	31–41	8,6–11,4
Metán[11]	55,498	50,013	39,819	35,883	9,968
Etán[12]	51,877	47,486	70,293	64,345	17,874
Etén[12]	50,283	47,146	63,414	59,457	16,516
Acetilén[11]	49,912	48,222	58,473	56,493	15,693
Propán[11]	50,345	46,354	101,242	93,215	25,893
n-Bután[14]	49,500	45,715	134,061	123,810	34,392
i-Bután[14]	49,356	45,571	133,119	122,910	34,142

Jegyzetek

1. Nébih - Tűzifát csak okosan. (Hozzáférés: 2022. augusztus 25.)
2. Budó, Ágoston, Pócza Jenő. (Hőtan), Kísérleti fizika I.. Budapest: Tankönyvkiadó (1986). ISBN 963 17 8772 9 
3. MVM - Gázminőség. (Hozzáférés: 2022. augusztus 25.)
4. A FŐGÁZ Zrt. Ügyfélszolgálati irodáinak elérhetőségei és nyitva tartása. (Hozzáférés: 2022. augusztus 25.)
5. „Változik a csökkentett rezsiár elszámolása, elmagyarázzuk, mit is jelent ez a gyakorlatban” 
6. Éghető minta mérése bombakaloriméterrel. ttk.pte.hu, 2007. (Hozzáférés: 2012. június 23.)
7. IUPAC Green Book, 2.11.1 fejezet. media.iupac.org, 2011. (Hozzáférés: 2012. június 21.) Standard enthalpy of combustion
8. Szilárd tüzelőanyagok fűtőértéke és égéshője. glink.hu, 2012. (Hozzáférés: 2012. június 23.)
9. Michael Herrmann, Jürgen Weber: Öfen und Kamine: Raumheizungen fachgerecht planen und bauen. (hely nélkül): Beuth Verlag. 2011. 58. o. ISBN 3-410-21307-4 korlátozott előnézet a Google Könyvekben  
10. Brennstoffdaten und Infos für Getreidekorn und Halmgut. Energiegetreide, Stroh, Strohpellets Miscanthus etc. Heizwert, Schüttgewicht, Aschegehalt, Schmelzpunkt, chemische Zusammensetzung, Brennstoff- und Energiekosten
11. Erich Hahne: Technische Thermodynamik: Einführung und Anwendung. (hely nélkül): Oldenbourg Verlag. 2010. 406., 408. o. ISBN 3-486-59231-9 korlátozott előnézet a Google Könyvekben  
12. Karl-Heinrich Grote: Dubbel Taschenbuch für den Maschinenbau. (hely nélkül): Springer DE. 2011. 48. o. ISBN 3-642-17306-3 korlátozott előnézet a Google Könyvekben  
13. Günter Cerbe: Grundlagen der Gastechnik: Gasbeschaffung – Gasverteilung – Gasverwendung. (hely nélkül): Hanser. 2008. ISBN 3-446-41352-9  
14. Gase, Heizwerte

Nézd meg a fűtőérték címszót a Wikiszótárban!