Heizungs-ABC: Was ist der Brennwert?

Wir haben im Heizungs-ABC-Beitrag zum Heizwert angekündigt, dass wir uns hier auf dem Blog auch noch einmal ausführlich mit dem sogenannten Brennwert auseinandersetzen.  Was der Brennwert ist und warum ihr über die Kenngröße Bescheid wissen solltet, steht hier.

So wird der Brennwert definiert

Der Brennwert gibt an, wie viel chemisch gebundene Energie (sogenannte Reaktionsenthalpie) in Form von Wärme in einem Kilogramm eines Stoffes steckt und bei dessen Verbrennen freigesetzt wird. Wobei – anders als beim Heizwert – auch die Energie berücksichtigt wird, die sich infolge des Abkühlens auf eine Temperatur von 25 Grad Celsius (°C) und der dabei stattfindenden Kondensation der Verbrennungsgase  daraus gewinnen lässt.

Anders geschrieben: Im Gegensatz zum Heizwert umfasst der Brennwert

• sowohl die Energie, die zum Aufheizen der Verbrennungsluft und der Abgase nötig ist,
• als auch die Kondensationswärme der beim Abkühlen kondensierenden Flüssigkeiten. Hier vor allem die Kondensationsenthalpie des beim Verbrennen wasserstoffhaltiger Brennstoffe entstehenden Wassers.

Formelzeichen und Maßeinheiten

Das Formelzeichen des Brennwerts ist H_S, wobei das tiefgestellte S für „superior“, auf Deutsch: „höher“ steht. Er wird

• entweder auf die Masse bezogen in Kilojoule pro Gramm oder Kilogramm (KJ/g oder KJ/kg)
• oder auf das Volumen bezogen in Kilojoule pro Liter oder Kubikmeter (KJ/l oder KJ/m³)

angegeben. Oft findet ihr auch Brennwert-Angaben in Kilowattstunden pro Kilogramm (kWh/kg). Das Umrechnen gelingt euch damit: 1 kWh = 3,6 MJ.

Wobei angemerkt werden muss, dass der Brennwert bei gasförmigen Stoffen auf das Volumen unter Standardbedingungen bezogen wird: Druck: 101,325 kPa, Temperatur: 25 °C.  Zu lesen ist dann ein Brennwert in Kilojoule pro Normkubikmeter kJ/m³ i.N., wobei „i.N.“ für „in Normbedingung“ steht.

Brennwert vs. Heizwert – ein Vergleich

Wissenswert: Früher sagte man statt Brennwert und Heizwert auch oberer Heizwert (H_S) und unterer Heizwert (H_U). Die Unterscheidung nach unten und oben, sprich: höherer Wert, niedrigerer Wert, ergibt sich aus der Tatsache, dass der Heizwert von Brennstoffen mit reichlich Wasser- beziehungsweise Wasserstoff-Anteil der obigen Definition nach stets deutlich kleiner ausfällt als der zugehörige Brennwert. Die Differenz zwischen beiden Kennwerten entspricht betragsmäßig genau der Verbrennungsenthalpie während des Verbrennens entstandenen Wassers.

Zur besseren Veranschaulichung des Unterschiedes zwischen Brennwert und Heizwert hilft die folgende Tabelle.

Brennstoff               Brennwert in Megajoule/Kilogramm (MJ/kg)        Heizwert in MJ/kg

• luftgetrocknetes Holz          19                                                                                    15
• Holzpellets                             20                                                                                    18
• Heizöl schwer                        42,5                                                                                 39,5
• Heizöl extraleicht                  45,4                                                                                 42,6
• Erdgas                                     42                                                                                    38

Laut der Energieeinsparverordnung (EnEV) gelten die folgenden brennstoffspezifischen Umrechnungsfaktoren für:

Brennstoff                          Heizwert in Brennwert                  Brennwert in Heizwert

• Heizöl                                                1,06                                                   0,943
• Erdgas                                               1,11                                                   0,901
• Flüssiggas                                         1,09                                                   0,917
• Holz                                                   1,08

Warum du den Brennwert eines Brennstoffs kennen solltest

Wer sich fragt, was der Brennwert mit seiner Heizung zu tun hat, der sollte den folgenden Zusammenhang kennen: den sogenannten Brennwerteffekt einer Brennwertheizung.

Werden Kohlenwasserstoffe wie die Brennstoffe Erdgas, Erdöl, Kohle oder Holz in einer Heizung verbrannt, dann verbinden sich der Sauerstoff, der in der Verbrennungsluft steckt, und der Wasserstoff, der im Brennstoff enthalten ist, zu Wasserdampf. Dieser Wasserdampf enthält wie oben beschrieben Energie. Bei veralteter Heiztechnik wie der sogenannten Heizwerttechnik geht diese Energie mit den durch den Schornstein abziehenden heißen Abgasen (Verbrennungsgasen) ungenutzt zur Raumheizung oder Warmwasserbereitung an die Umwelt verloren.

Anders ist das bei moderner Brennwerttechnik, die derzeit der Stand der Heiztechnik ist. Ein Brennwertheizgerät ist so ausgelegt, dass die Abgase und insbesondere der darin enthaltene Wasserdampf noch in der Anlage unter den Taupunkt abgekühlt werden, häufig mit Hilfe des Rücklaufs, und infolge dessen kondensieren. Die so freigesetzte Wärme wird der Heizung beziehungsweise dem Heizwasser wieder zugeführt. Demnach bringt die Brennwertheizung folgende Vorteile:

• hoher Wirkungsgrad
• geringe Wärmeverluste
• Energieeinsparung

Die Energieeinsparung der Brennwertheizungen ist sogar eine doppelte: Zum einen wird Wärme aus dem Wasserdampf in den Abgasen zurückgewonnen (Wärmerückgewinnung, WRG). Zum anderen werden die Abgase abgekühlt abgeführt.

Wissenswert: Moderne Brennwertheizungen kommen heute oft mit Wirkungsgraden (Normnutzungsgraden) über 100 Prozent daher. Wie lassen sich die 100plus-Prozentwerte erklären?

Den Wirkungsgrad eines Heizgerätes könnt ihr aus dem Verhältnis der nutzbaren Heizwärme und der insgesamt bei der Verbrennung entstehenden Wärme ermitteln. Die nutzbare Heizwärme ist stets kleiner, als die insgesamt beim Verbrennen des Brennstoffs freigesetzte Wärme, denn ein Teil davon geht mit den Abgasen aus dem Haus und bleibt somit ungenutzt. Demnach ist der Wirkungsgrad immer kleiner als 100 Prozent.

Das heißt, dass bei dieser Berechnung des Wirkungsgrades die im Wasserdampf der Abgase steckende Wärme nicht berücksichtigt wird. Für alte Heizungen setzt man also die nutzbare Wärme gleich 100 Prozent. Das ist quasi eine „Heizwert“-Rechnung. Eine “Brennwert” wird es, wenn ihr die gesamte bei der Verbrennung des Brennstoffes entstehende Wärme in die Rechnung einbezieht, also auch die im Wasserdampf gebundene Wärme. Zählt man diese zur Heizwert-Rechnung dazu, kommt man auf Wirkungsgrade von über 100 Prozent.

Auf den Heizwert bezogen kommen moderne Gasbrennwertheizungen auf Wirkungsgradzahlen von bis zu 109 Prozent, Ölbrennwertgeräte auf bis zu 104 Prozent. Bezogen auf den Brennwert liegen die Wirkungsgrade bei bis zu 98 Prozent. Das heißt: Eure Heizung verwendet bis zu 98 Prozent der eingesetzten Energie tatsächlich zum Heizen. Die bis zur 100 fehlenden 2 Prozent Wärmeverluste über die Oberfläche der Heizung, Auskühlungs- und Abgasverluste. Zum Vergleich: Niedertemperatur-Heizkessel haben ebenfalls Wirkungsgrade von bis zu 98 Prozent, alte Heizkessel kommen dagegen nur auf Prozentwerte zwischen 70 und 85 Prozent.

Was das Ganze uns zeigt:  Brennwerttechnik lohnt sich gegenüber veralteter Heiztechnik. Als Richtwert könnt ihr euch merken, dass neue Brennwertgeräte wegen besserer Systemkomponenten, optimierter Abläufe im Heizprozess und effektiverer Dämmung des Kessels etwa 30 Prozent effizienter als alte Konstanttemperatur- oder Niedertemperaturkessel arbeiten.

Grafik: Doreen Brumme