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Wärmemenge

Wärmemenge berechnen

Hier können Sie ohnen viel Aufwand die Wärmemenge berechnen lassen. Geben Sie dazu einfach unten den spezifischen Kraftstoffverbrauch, die effektive Leistung sowie den spezifischen Heizwert ein.

spez. Kraftstoffverbrauch [g/kW*h]  
eff. Leistung [kW]  
spez. Heizwert [kJ/kg]  

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Mit diesem Rechentool können Sie sehr einfach die Wärmemenge berechnen. Es sind nur drei Angaben notwendig, um die Berechnung durchzuführen. Bei Eingabe des spezifischen Kraftstoffverbrauchs, der effektiven Leistung und des spezifischen Heizwerts wird die Wärmemenge berechnet.

Was ist die Wärmemenge?


Die Wärmemenge ist die aufgewendete Energie pro Stunde, um zwischen zwei Systemen aufgrund von Temperaturunterschieden zu übertragen. Aus der Thermodynamik (Wärmelehre) ist bekannt, dass die Wärme aus dem Ort höherer Temperatur zum Ort mit der tieferen Temperatur fließt. Um die Temperatur eines Stoffs unabhängig vom Aggregatzustand zu verändern, muss dem Stoff somit Wärme entzogen oder zugeführt werden. Wärme ist Energie und Wärmemenge äquivalent zur Energiemenge. Die speicherbare Wärmemenge ist von Stoff zu Stoff unterschiedlich. Deswegen ergeben sie bei gleichem Verbrauch und bei gleicher Leistung eine andere Wärmemenge.

Praktische Beispielrechnung aus dem Alltag


Ein Notstromaggregat, das mit Diesel betrieben wird, hat eine effektive Leistung von 12 kW (P_eff). Diesel als Brennstoff hat einen Heizwert von 42,5 MJ/kg (H_i) und der spezifische Kraftstoffverbrauch des Motors bei 300 g/kWh (b_spz). Aus diesen drei Angaben lässt sich durch Multiplikation der Werte nun die Wärmemenge (Q) in dieser trivialen Gleichung berechnen:

Q= b_spz x P_eff x H_i >>> Ausgangsformel
Q= 0,5 kg/kWh x 12 kW x 42,5 MJ/kg >>> Umwandlung des Heizwerts in kJ/kg
Q= 0,5 kg/kWh x 12 kW x 42500 kJ/kg >>> Multiplizieren und kürzen der Einheiten
Q= 255.000 kJ/h. >>> Ergebnis

Somit wären 255.000 Kilojoule Energie pro Stunde notwendig, um diesen Notstrommotor zu betreiben. Joule ist die Einheit für Energie und Watt die Einheit für Leistung.

Was sagen die einzelnen Faktoren Gleichung aus?


Der spezifische Kraftstoffverbrauch (b_spz) sagt etwas über den Wirkungsgrad des Verbrennungssystems aus, der typischerweise in g/kWh oder selten auch in l/kWh angegeben wird.

Die effektive Leistung (P_eff) des Verbrennungssystems spiegelt die tatsächlich vorhandene Leistung wider, die zum Beispiel an der Antriebswelle des Motors angelegt ist. Die Einheit der Leistung wird in Watt gemessen.

Der letzte Faktor ist der spezifische Heizwert (H_i), der den Energiespeicher des zu verbrennenden Stoffes beschreibt. Dieser Wert wird in kJ/g angegeben und ist für jedes Medium spezifisch.


Häufig gestellte Fragen

Beispielrechnung aus der Praxis

Ein Verbrennungsmotor wird mit einer Leistung von 10 kW betrieben. Der verwendete Brennstoff hat einen Heizwert von 42 MJ / kg, der spezifische Kraftstoffverbrauch liegt bei 500 g / kWh. Es gilt, die erzeugte Wärmemenge zu berechnen:
Q    = be * Peff * Hi        (in kJ / h)
    = 0,5 kg / kWh * 10 kW * 42000 kJ / kg
    = 210.000 kJ / h

Heizwerte ausgewählter Brennstoffe
Die folgenden Angaben sind alle Zirka-Werte und in der Einheit Megajoule / Kilogramm (MJ / kg). Für die Verwendung in der oben gezeigten Formel sind diese Werte entsprechend umzurechnen.

Feste Stoffe
Frisches Holz        7
Trockenes Holz    15
Holzpellets        18
Braunkohlbriketts    20

Flüssige Stoffe
Benzin            41
Diesel            42,5
Biodiesel        37
Paraffinöl        45

Gasförmige Stoffe
Wasserstoff        141,8
Stadtgas        18,2
Erdgas            36-50
Methan        55
Propan            50
 

 

Was versteht man unter Wärmemenge?

Wenn ein Stoff, gleich in welchem Aggregatzustand in seiner Temperatur verändert werden soll, dann muss ihm entweder Wärme zugeführt (Temperaturerhöhung) oder Wärme entzogen (Abkühlung) werden. „Wärme“ lässt sich dabei mit „Energie“ gleichsetzen, „Wärmemenge“ entsprechend mit „Energiemenge“.

Wärme an sich ist nicht stoffgebunden, allerdings kann Wärme von Stoffen gespeichert werden. Je nach dem, um welchen Stoff es sich handelt, ist die speicherbare Wärmemenge höher oder niedriger.

 

Welche Faktoren haben ein Einfluss auf die Wärmemenge?

Bei einem Verbrennungsmotor wird die erzeugte Wärmemenge durch drei Kenngrößen definiert:

Der spezifische Kraftstoffverbrauch (be) beschreibt die Effizienz des Verbrennungssystems. Er wird üblicherweise in g / kWh angegeben.

Die effektive Leistung des Verbrennungsmotors (Peff) wird in W angegeben und stellt die nutzbare Leistung (an der Abtriebswelle) dar.

Schließlich gibt als dritte Größe der spezifische Heizwert (Hi) den „Energiegehalt“ des zu verbrennenden Mediums an. Er wird in KJ / kg angegeben.

Die Auswahl des Brennstoffes bestimmt wesentlich die zu erwartende Wärmemenge. Diese kann sowohl gewollte als auch ungewollte Nebenwirkung der Verbrennung sein. Gewollt ist die Wärme dann, wenn damit beispielsweise ein Heizsystem betrieben werden soll. Ungewollt ist sie dagegen, wenn man eigentlich nur mechanische Energie erhalten möchte. Dies ist der Fall bei allen klassischen Motoranwendungen – der Motor im Auto sollte sich rein unter dem Gesichtspunkt der Energieeffizienz auch völlig ohne Erwärmung betrieben lassen. Die bei der Verbrennung entstehende Wärme ist jedoch unvermeidlich, da sie das Funktionsprinzip des Kraftstoffmotors überhaupt erst ermöglicht.

 

Wie berechnet man die Wärmemenge?

Die Wärmemenge, die beim Betrieb des Verbrennungsmotors entsteht, berechnet sich dann wie folgt:

Q = be * Peff * Hi (in kJ / h)

Zu beachten ist, dass die üblichen Einheiten der drei Faktoren nicht automatisch zur Einheit kJ / h führen, sondern entsprechend umzurechnen sind.

 



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