Lämpöarvo

Kohteesta Wikipedia
Loikkaa: valikkoon, hakuun

Lämpöarvo (polttoarvo) ilmaisee aineen täydellisessä palamisessa kehittyvän lämpöenergiamäärän aineen massayksikköä kohden. Kiinteiden ja nestemäisten polttoaineiden kohdalla lämpöarvo ilmoitetaan tavallisesti megajouleina eli miljoonina jouleina polttoainekiloa kohti, MJ/kg. Kaasumaisilla polttoaineilla lämpöarvo ilmoitetaan yleensä megajouleina tilavuusyksikköä eli kuutiometriä kohti, jolloin yksikkö on MJ/m³.

Lämpöarvo määritetään laboratorio-olosuhteissa pommikalorimetrillä standardisoitujen menetelmien mukaisesti.[1]

Lämpöarvon yhteydessä käytetään usein termejä kalorimetrinen lämpöarvo, tehollinen lämpöarvo kuiva-aineessa ja tehollinen lämpöarvo saapumistilassa eli toimitus-/käyttökosteana.[2][3][4] Lämpöarvolle on useita määritelmiä, koska osassa niistä voidaan ottaa huomioon polttoaineen kosteus ja se, että polttoaineen palaessa polttoaineen vety hapettuu vedeksi.[5][6] Tämä vesi voi sitoa energiaa ja höyrystyä. Höyrystymiseen kulunut energia yleensä poistuu systeemistä (esim. moottorista) vesihöyryn mukana, jolloin kaikkea polttoaineen energiaa ei voida muuttaa moottorin tekemäksi työksi.[7]

Kalorimetrinen lämpöarvo (ylempi lämpöarvo, vakiotilavuudessa[1]) on se lämpöenergian määrä poltettavan aineen massayksikköä kohti, joka vapautuu, kun aine palaa täydellisesti (eli happea on ylimäärä) ja palamistuotteet jäähtyvät 25 °C lämpötilaan (yleensä käytetty arvo) tai muuhun sovittuun lämpötilaan. Kalorimetrisessä lämpöarvossa sekä aineen sisältämän vedyn palamistuotteena syntyvä vesi että aineen sisältämä vesi (eli kosteus) oletetaan palamisen jälkeen nesteeksi.[8] Englanniksi ylempi lämpöarvo tunnetaan nimillä higher heating value (HHV), higher combustion value (HCV), gross energy, upper heating value ja gross calorific value (GCV).

Tehollinen lämpöarvo kuiva-aineessa (vakiopaineessa (usein 1 atm)[1] on se lämpöenergian määrä, joka vapautuu, kun sekä aineen sisältämän vedyn palamistuotteena syntyvä vesi oletetaan palamisen jälkeen vesihöyryksi. Tehollinen lämpöarvo kuiva-aineessa on veden höyrystymislämmön verran alempi kalorimetristä lämpöarvoa.[8] Englanniksi tehollinen lämpöarvo tunnetaan nimillä lower heating value (LHV), lower combustion value (LCV) ja net calorific value (NCV).

Tehollinen lämpöarvo saapumistilassa (alempi lämpöarvo, vakiopaineessa (usein 1 atm)) eli toimitus-/käyttökosteana ilmoittaa polttoaineen lämpöarvon tietyssä kosteudessa. Tehollinen lämpöarvo saapumistilassa lasketaan käyttäen määritettyä kuiva-aineen tehollista lämpöarvoa ja määritettyä kosteutta (tai halutussa kosteudessa).[6]

Kullakin polttoaineella on sille ominainen/tyypillinen kuiva-aineen ja saapumistilan lämpöarvo. Kuiva-aineen tehollinen lämpöarvo riippuu polttoaineen kemiallisesta koostumuksesta, kun taas saapumistilan tehollinen lämpöarvo riippuu myös polttoaineen kosteudesta. Kosteuden lisäksi myös useimmiten palamattoman (ja siten lämpöarvottoman) tuhkan määrä kannattaa ottaa huomioon erityisesti laskettaessa biopolttoaineiden kuten puun lämpöarvoa.[6]

Eri aineiden lämpöarvoja[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Ajantasainen Suomessa käytettävien polttoaineiden keskimääräiset teholliset lämpöarvot saapumistilassa eli käyttökosteudessa ovat julkaistuna Tilastokeskuksen sivuilla,[9] tyypillisiä kuiva-aineiden tehollisia lämpöarvoja mm. julkaisuissa Puupolttoaineiden laatuohje,[10] Suomessa käytettävien polttoaineiden ominaisuuksia[11] sekä mm. Motivan sivuilla Biopolttoaineiden lämpöarvoja.[5]

Polttoaineiden myynnissä ilmoitetut arvot perustuvat yleensä teholliseen lämpöarvoon saapumistilassa.

Eräiden polttoaineseosten
ylemmät (HHV) ja alemmat (LHV) lämpöarvot
Polttoaine HHV MJ/kg HHV BTU/lb LHV MJ/kg Viite LVH/HHV
Raakaöljy 45.30 43.05 [12]
Kerosiini 45.99 43.69 [12]
Kevyt diesel 46.10 43.20 [1]
Raskas diesel 45.5 42.80 [1]
Bensiini 47.30 44 [1]
E10-bensiini (10 til.-% etanolia) 43.5 /[1]
E85-bensiini (85 til.-% etanolia) 33.1 /[1]
Maakaasu 50 45 [1]
Kivihiili (Antrasiitti) 27.0 /[8]
Kivihiili (Ruskohiili) 15.00 /[8]
Kuiva puu 14.4-17.4 6200-7500 /[1]
Turve (märkä) 6.00 2500
Turve (kuiva) 15.00 6500
Eräiden puhtaiden yhdisteiden
ylemmät (HHV) ja alemmat (LHV) lämpöarvot
Polttoaine HHV MJ/kg# HHV BTU/lb# HHV kJ/mooli* LHV MJ/kg Viite LVH/HHV*
Epäorgaaniset yhdisteet
Hiili (puhdas alkuaine) 32.762 14085 393.5 32.762
Häkä 10.103 4344 283.0
Vety 141.774 60952 285.8 120.000 [1]/
Ammoniakki 22.477 9663 382.8
Hydratsiini 20.817 8950 667.1
Dityppioksidi (ilokaasu) 1.865 802 82.1
Hiilivedyt
Metaani 55.528 23873 890.8 50.050 [1]/
Etaani 51.904 22315 1560.7 47.520 [1]/
Eteeni 50.304 21627 1411.2
Etyyni (asetyleeni) 49.971 21483 1301.1
Propaani 50.327 21637 2219.2 46.340 [1]/
Propeeni 48.907 21026 2058.0
Syklopropaani 49.696 21365 2091.2
Butaani 49.509 21285 2877.6 45.370 [1]/
1,3-Butadieeni 46.986 20200 2541.5
Pentaani 48.635 20910 3509.0
Heksaani 48.311 20770 4163.2 44.740 [1]/
Sykloheksaani 46.573 20023 3919.6
Bentseeni 41.832 17985 3267.6 40.100 [1]/
Tolueeni 42.439 18246 3910.3 40.500 [1]/
Heptaani 48.073 20668 4817.0 44.600 [1]/
Naftaleeni 40.230 17296 5156.3
Alkoholit ja eetterit
Metanoli 22.662 9743 726.1 19.920 [1]/
Etanoli 29.669 12755 1366.8 26.810 [1]/
Dimetyylieetteri 45.578 19595 1460.4 28 [13]/
Dietyylieetteri 59.127 25420 2723.9 37 [13]/
Etyleeniglykoli 19.160 8237 1189.2
1-Propanoli 33.635 14460 2021.3
Glyseroli 17.975 7728 1655.4
1-Pentanoli 37.787 16246 3330.9
Fenoli 32.446 13949 3053.5
Karbonyylit
Formaldehydi 19.007 8171 570.7
Keteeni (etenoni) 24.393 10487 1025.4
Asetaldehydi (etanaali) 26.489 11388 1166.9
Asetoni 30.818 13249 1789.9
Propanaali 31.383 13492 1822.7
2-Butanoni 33.896 14573 2444.1
Hapot ja esterit
Metaanihappo (muurahaishappo) 5.532 2378 254.6
Etaanihappo (etikkahappo) 14.557 6259 874.2
Metyyliformiaatti 16.196 6963 972.6
Metyyliasetaatti 21.493 9240 1592.2
Etyyliasetaatti 25.403 10921 2238.1
Nikotiinihappo (B3-vitamiini) 22.184 9538 2731.1
Bentsoehappo 26.434 11365 3228.2
Typpiyhdisteet
Vetysyanidi (sinihappo) 24.847 10682 671.5
Nitrometaani 11.619 4995 709.2
Urea 10.535 4529 632.7
Metyyliamiini 34.955 15028 1085.6
Asetonitriili 30.381 13061 1247.2
Asetamidi 20.055 8622 1184.6
Trimetyyliamiini 41.331 17769 2443.1
Pyridiini 35.174 15122 2782.3
Aniliini 36.432 15663 3392.8
* Viite kJ/mooli HHV arvoille on CRC:n 95. painos[14] ellei toisin mainita. # muut CRC:hen viitatut HHV arvot on laskettu CRC:n kJ/mol pohjalta käyttäen IUPAC:in 2013 suosittelemia suhteellisia atomipainoja.[15]


Katso myös[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Lähteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

  1. a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u McAllister, Sara.: ”2”, Fundamentals of combustion processes, s. 23-43. New York: Springer, 2011. 733543680. ISBN 9781441979438. Teoksen verkkoversio.
  2. Raiko, Risto., International Flame Research Foundation. Suomen kansallinen osasto., Gummerus): Poltto ja palaminen. Helsinki: Teknillistieteelliset akatemiat, 2002. 58379892. ISBN 9516666043. Teoksen verkkoversio.
  3. SFS-EN 14918:en (2010), Kiinteät biopolttoaineet. Lämpöarvon määritys
  4. SFS-EN 15296 (2011), Kiinteät biopolttoaineet. Analyysitulosten muuntaminen eri ilmoittamisperustoille
  5. a b Biopolttoaineiden lämpöarvoja - Motiva www.motiva.fi. Viitattu 11.3.2018.
  6. a b c http://www.fao.org/docrep/008/j0926e/J0926e06.htm www.fao.org. Arkistoitu 27.9.2014. Viitattu 11.3.2018.
  7. Heating Value Clarke Energy. 25.1.2013. Arkistoitu 7.11.2016. Viitattu 11.3.2018. (englanniksi)
  8. a b c d Heat of Combustion – Neutrium neutrium.net. Arkistoitu 14.9.2018. Viitattu 11.3.2018.
  9. Tilastokeskus: Polttoaineluokitus 2018 tilastokeskus.fi. Viitattu 11.3.2018.
  10. Alakangas Eija: Puupolttoaineiden laatuohje (VTT-M-07608-13) - päivitys 2014. Bioenergia ry, Energiateollisuus ry, Metsäteollisuus ry, 2014. Teoksen verkkoversio (pdf).
  11. Alakangas Eija, Hurskainen Markus, Laatikainen-Luntama Jaana, Korhonen Jaana: Suomessa käytettävien polttoaineiden ominaisuuksia. Teknologian tutkimuskeskus VTT Oy, 2016. ISBN 978-951-38-8419-2. Teoksen verkkoversio.
  12. a b Staffell Iain: The Energy and Fuel Data Sheet. University of Birmingham, 2011. Artikkelin verkkoversio.
  13. a b Bailey B, Eberhardt J, Goguen S, Erwin J: Diethyl Ether (DEE) as a Renewable Diesel Fuel. US Department of energy, . Artikkelin verkkoversio.
  14. Haynes, William M.,: ”5”, CRC handbook of chemistry and physics : a ready-reference book of chemical and physical data. 95. painos, s. 68. Boca Raton, Florida: CRC-press. 882266963. ISBN 1482208679. Teoksen verkkoversio.
  15. Juris Meija, Tyler B. Coplen, Michael Berglund, Willi A. Brand, Paul De Bièvre, Manfred Gröning: Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report). Pure and Applied Chemistry, 1.3.2016, nro 3. doi:10.1515/pac-2015-0305. ISSN 1365-3075. Artikkelin verkkoversio. en