Lämpöarvo
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]
Eri lämpöarvojen määritelmät muokkaa
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
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.
| 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 |
| Polttoaine | HHV MJ/kg# | HHV BTU/lb# | HHV kJ/mooli* | LHV MJ/kg | Viite LVH/HHV* |
|---|---|---|---|---|---|
| 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 | ||
| 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 | ||
| 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 | ||
| 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 | ||
| 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 | ||
| 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
Lähteet muokkaa
- ↑ a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u Sara McAllister, Jyh-Yuan Chen, A. Carlos Fernandez-Pello: Fundamentals of combustion processes, s. 23-43. New York: Springer, 2011. ISBN 9781441979438. Teoksen verkkoversio.
- ↑ Risto Raikonen: Poltto ja palaminen. Helsinki: Teknillistieteelliset akatemiat, 2002. ISBN 9516666043. Teoksen verkkoversio.
- ↑ SFS-EN 14918:en (2010), Kiinteät biopolttoaineet. Lämpöarvon määritys
- ↑ SFS-EN 15296 (2011), Kiinteät biopolttoaineet. Analyysitulosten muuntaminen eri ilmoittamisperustoille
- ↑ a b Biopolttoaineiden lämpöarvoja - Motiva motiva.fi. Viitattu 11.3.2018.
- ↑ a b c Food and Agriculture Organization of the United Nations: UWET Unified Wood energy Terminology fao.org. Arkistoitu 27.9.2014. Viitattu 11.3.2018. (englanniksi)
- ↑ Heating Value clarke-energy.com. 25.1.2013. Arkistoitu 7.11.2016. Viitattu 11.3.2018. (englanniksi)
- ↑ a b c d Heat of Combustion – Neutrium neutrium.net. Arkistoitu 14.9.2018. Viitattu 11.3.2018. (englanniksi)
- ↑ Tilastokeskus: Polttoaineluokitus 2018 tilastokeskus.fi. Viitattu 11.3.2018.
- ↑ Alakangas Eija: Puupolttoaineiden laatuohje (VTT-M-07608-13) - päivitys 2014. Bioenergia ry, Energiateollisuus ry, Metsäteollisuus ry, 2014. Teoksen verkkoversio (pdf).
- ↑ 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. [vanhentunut linkki]
- ↑ a b Staffell Iain: The Energy and Fuel Data Sheet. University of Birmingham, 2011. Artikkelin verkkoversio.
- ↑ a b Brent Bailey, James Eberhardt, Steve Goguen, Jimell Erwin: Diethyl Ether (DEE) as a Renewable Diesel Fuel. SAE Technical Paper Series, 1.10.1997. SAE International. doi:10.4271/972978. Artikkelin verkkoversio.
- ↑ 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. ISBN 1482208679. Teoksen verkkoversio.
- ↑ 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.