Lämpöarvo

Lämpöarvo eli 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.

 Eri lämpöarvojen määritelmät 
Lämpöarvon yhteydessä käytetään usein termejä kalorimetrinen lämpöarvo, tehollinen lämpöarvo kuiva-aineessa ja tehollinen lämpöarvo saapumistilassa eli toimitus-/käyttökosteana.SFS-EN 14918:en (2010), Kiinteät biopolttoaineet. Lämpöarvon määritysSFS-EN 15296 (2011), Kiinteät biopolttoaineet. Analyysitulosten muuntaminen eri ilmoittamisperustoille Lämpöarvolle on useita määritelmiä, koska osassa niistä voidaan ottaa huomioon polttoaineen kosteus ja se, että polttoaineen palaessa polttoaineen vety hapettuu vedeksi. 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.

Kalorimetrinen lämpöarvo (ylempi lämpöarvo, vakiotilavuudessa) 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. 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) 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. 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).

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.

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

Polttoaineiden myynnissä ilmoitetut arvot perustuvat yleensä teholliseen lämpöarvoon saapumistilassa.
+Eräiden polttoaineseostenylemmät (HHV) ja alemmat (LHV) lämpöarvot Polttoaine  HHV MJ/kg  HHV BTU/lb  LHV MJ/kgViite LVH/HHVRaakaöljy45.3043.05 Kerosiini 45.99 43.69 Kevyt diesel 46.10   43.20Raskas diesel45.542.80Bensiini47.3044E10-bensiini (10 til.-% etanolia)43.5/E85-bensiini (85 til.-% etanolia)33.1/Maakaasu5045 Kivihiili (Antrasiitti) 27.0   / Kivihiili (Ruskohiili) 15.00   /Kuiva puu14.4-17.46200-7500/Turve (märkä) 6.00  2500 Turve (kuiva) 15.00  6500 

+Eräiden puhtaiden yhdisteidenylemmät (HHV) ja alemmat (LHV) lämpöarvot Polttoaine  HHV MJ/kg#  HHV BTU/lb#  HHV kJ/mooli*  LHV MJ/kgViite LVH/HHV* Epäorgaaniset yhdisteetHiili (puhdas alkuaine)32.76214085393.532.762Häkä10.1034344283.0 Vety141.77460952 285.8 120.000/Ammoniakki22.4779663382.8Hydratsiini20.8178950667.1Dityppioksidi (ilokaasu)1.86580282.1 Hiilivedyt Metaani55.52823873 890.8 50.050/ Etaani51.90422315 1560.7 47.520/Eteeni50.304216271411.2Etyyni (asetyleeni)49.971214831301.1 Propaani50.32721637 2219.2 46.340/Propeeni48.907210262058.0Syklopropaani49.696213652091.2 Butaani49.50921285 2877.6 45.370/1,3-Butadieeni46.986202002541.5 Pentaani48.63520910 3509.0 Heksaani48.311207704163.244.740/Sykloheksaani46.573200233919.6Bentseeni41.832179853267.640.100/Tolueeni42.439182463910.340.500/Heptaani48.073206684817.044.600/Naftaleeni40.230172965156.3 Alkoholit ja eetteritMetanoli22.6629743726.119.920/Etanoli29.669127551366.826.810/Dimetyylieetteri45.578195951460.428/Dietyylieetteri59.127254202723.937/Etyleeniglykoli19.16082371189.21-Propanoli33.635144602021.3Glyseroli17.97577281655.41-Pentanoli37.787162463330.9Fenoli32.446139493053.5 KarbonyylitFormaldehydi19.0078171570.7Keteeni (etenoni)24.393104871025.4Asetaldehydi (etanaali)26.489113881166.9Asetoni30.818132491789.9Propanaali31.383134921822.72-Butanoni33.896145732444.1 Hapot ja esteritMetaanihappo (muurahaishappo)5.5322378254.6Etaanihappo (etikkahappo)14.5576259874.2Metyyliformiaatti16.1966963972.6Metyyliasetaatti21.49392401592.2Etyyliasetaatti25.403109212238.1Nikotiinihappo (B3-vitamiini)22.18495382731.1Bentsoehappo26.434113653228.2 TyppiyhdisteetVetysyanidi (sinihappo)24.84710682671.5Nitrometaani11.6194995709.2Urea10.5354529632.7Metyyliamiini34.955150281085.6Asetonitriili30.381130611247.2Asetamidi20.05586221184.6Trimetyyliamiini41.331177692443.1Pyridiini35.174151222782.3Aniliini36.432156633392.8 Lähde kJ/mooli HHV arvoille on CRC:n 95. painos ellei toisin mainita. # muut CRC:hen viitatut HHV arvot on laskettu CRC:n kJ/mol pohjalta käyttäen IUPAC:in 2013 suosittelemia suhteellisia atomipainoja.

Katso myös
Energiatiheys

Lähteet

Luokka:Polttoaineet
Luokka:Termodynamiikka
Luokka:Tulisijat
Luokka:Seulonnan keskeiset artikkelit