Heizwert & Brennwert: Erdgas, Wasserstoff, Flüssiggas & Co.

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Geht es um die Effizienz von Heizungen, den Energieinhalt von Brennstoffen oder den jährlichen Brennstoffbedarf, sprechen Experten immer wieder von Heizwert und Brennwert. Die Begriffe beziehen sich auf den Teil der Energie in einem Rohstoff, den Heizungen technisch nutzen können. Als unterer Heizwert ist Ersterer dabei immer etwas niedriger als der Brennwert, der früher auch als oberer Heizwert bezeichnet wurde. Doch warum ist das so? Was ist der Unterschied zwischen Heizwert und Brennwert? Wir geben Antworten auf diese Fragen und einen Überblick über die Kennwerte der gebräuchlichsten Brennstoffe zum Heizen.

✅ Aktualisiert am 23.11.2021

Die Themen im Überblick

 

Verbrennung macht den Energieinhalt von Brennstoffen nutzbar

Heizwert und Brennwert sind Kennwerte für den Energieinhalt von Brennstoffen. Sie beschreiben einfach erklärt, wie viel Wärme ein Kessel aus einem Liter Heizöl, einem Kilogramm Holz oder einem Kubikmeter Flüssiggas zum Heizen nutzbar machen kann. Möglich ist das durch eine Verbrennung, eine exotherme Reaktion mit Sauerstoff. Diese läuft in der Regel wie folgt ab: Brennstoffe gelangen in den Kessel. Sie werden entzündet und verbrennen mit Sauerstoff. Übrig bleiben teils feste und gasförmige Rückstände, die als Asche im Wärmeerzeuger verbleiben oder mit den Abgasen über den Schornstein in die Umwelt gelangen.

Wärmeübertrager erhitzen Heizungswasser mit der Wärme der Verbrennung

In jedem Kessel zur Verbrennung von Heizöl, Erdgas, Holz und Co. befindet sich ein Wärmeübertrager. Dieser nimmt frei werdende thermische Energie auf, um das Heizungswasser zu erwärmen. Wie viel Wärme das Wasser bei der eingesetzten Brennstoffmenge bekommt, hängt unter anderem vom Heizwert und vom Brennwert ab. Die Kennwerte beschreiben den Energieinhalt von Erdgas, Heizöl, Holz und Co. und informieren damit über die maximal mögliche Wärmeausbeute.

Nicht der gesamte Heizwert oder Brennwert geht auf das Heizungswasser über

In der Praxis nimmt das Heizungswasser immer etwas weniger Energie auf, als theoretisch möglich wäre. Grund dafür sind Wärmeverluste, die in vielen Bereichen des Kessels auftreten. So läuft beispielsweise die Wärmeübertragung nicht zu 100 Prozent optimal. Wärmeerzeuger geben Energie über ihre Hüllflächen an den Aufstellraum ab und auch mit den Abgasen geht Wärme verloren. Beschreiben lässt sich das mit dem Wirkungsgrad, der anders als Heizwert und Brennwert nicht von den eingesetzten Brennstoffen, sondern vom Wärmeerzeuger und dessen Einbindung in die Hausanlage abhängt.

Heizwert und Brennwert: Definition, verständlich erklärt

Verbrennen Rohstoffe wie Heizöl, Erdgas oder Flüssiggas geben sie erst einmal sensible oder fühlbare Wärme ab. Diese lässt sich beispielsweise spüren, wenn wir die Hand vor eine Lampe oder eine Kerze halten. Beide strahlen Wärme ab und die Oberflächentemperatur unserer Haut nimmt zu. Die Verbrennung gibt aber auch latente oder verborgene Wärme ab. Diese ist in der Feuchtigkeit gespeichert, welche sich in den Abgasen befindet. Kühlen Letztere stark ab, kondensiert die Feuchtigkeit und verborgene Wärme wird frei.

Heizwert beschreibt fühlbare Wärme der eingesetzten Brennstoffe

Die Heizwert-Definition bezieht sich auf den sensiblen oder fühlbaren Energieinhalt eines Rohstoffes. Sie beschreibt damit, wie viel Wärme ein Kessel maximal nutzbar machen kann, wenn die in den Abgasen enthaltene Feuchtigkeit nicht kondensiert. Da der Wert kleiner als der Brennwert ist, sprechen Experten hier auch vom unteren Heizwert.

Brennwert enthält fühlbare und verborgene Wärme der Rohstoffe

Anders als der Heizwert berücksichtigt der Brennwert auch den verborgenen Energieinhalt eines Brennstoffs. Dieser lässt sich nur durch die Kondensation der Abgase gewinnen und sorgt dafür, dass der Brennwert über dem Heizwert liegt. Experten sprechen daher auch vom oberen Heizwert.

Unterschied zwischen Heizwert und Brennwert verständlich erklärt

Der Heizwert bezieht sich also nur auf den fühlbaren (sensiblen) Anteil der Wärme, der bei einer Verbrennung an das Heizsystem übergehen kann. Der Brennwert berücksichtigt darüber hinaus auch die verborgene Wärme, die sich beim Abkühlen der Abgase nutzen lassen. Sein Betrag ist damit immer etwas größer. Die folgende Tabelle zeigt den Unterschied zwischen Heizwert und Brennwert verständlich auf.

Energieinhalt von Brennstoffen Fühlbare Wärme Verborgene Wärme
Beschreibung Teil des Energieeinhalts, der sich bei der Verbrennung direkt nutzen lässt, um Heizungswasser zu erwärmen. Teil des Energieinhalts, der in den Abgasen verborgen ist und nur bei der Kondensation enthaltener Feuchtigkeit nutzbar ist.
Heizwert berücksichtigt nur die fühlbare Wärme
Brennwert berücksichtigt fühlbare und verborgene Wärme

Heizwert und Brennwert verschiedener Rohstoffe

Wie hoch Heiz- und Brennwert ausfallen, hängt vom eingesetzten Stoff und dessen Eigenschaften ab. Enthält Erdgas beispielsweise viel Methan, spricht man von H-Gas (high-calorie gas) mit einem höheren Heiz- oder Brennwert als L-Gas (low-calorie gas). Bei Holz hängt der Energieinhalt unter anderem von der Art oder der Beschaffenheit (stückig oder gepresst) ab, wobei gepresste Pellets und Briketts immer einen höheren Energieinhalt haben, als stückiges Holz oder Hackschnitzel. Die folgende Tabelle informiert über Heizwerte und Brennwerte gebräuchlicher Energieträger.

Brennstoff Heizwert Brennwert
kWh/kg kWh/l kWh/m³ kWh/kg kWh/l kWh/m³
Wasserstoff 33,3 3,0 39,4 3,54
Methan 13,9 9,94 15,4 11,0
Erdgas 8,9 bis 12,5 8,6 bis 11,4 10,0 bis 13,9 9,7 bis 12,8
Flüssiggas 12,87 6,57 25,89 13,98 7,17 28,12
Propan 12,87 6,57 25,89 13,98 7,17 28,12
Butan 12,70 7,58 34,39 13,75 8,21 37,24
Heizöl EL 11,83 9,82 9.818,9 12,61 10,47 10.466
Heizöl S 11,11 10,83 10.832 11,75 11,46 11.456
Pellets 4,9 3.062 5,5 3.437
Holzbriketts 4,9 3.185 5,5 3.185
Hackschnitzel 4,0 800 4,5 900
Scheitholz 4,2 2.100 4,7 2.350
Holzkohle 9,3 7.905 9,36 7.956

Hinweise: Energieinhalte von Gasen beziehen sich auf das Normvolumen bei 0 °C und 101325 Pa; Energieinhalte von Holz verstehen sich als Mittelwert gebräuchlicher Arten; Energieinhalt von Pellets und Hackschnitzel auf Schüttraummeter bezogen; Energieinhalt von Scheitholz auf Raummeter bezogen

Methan und Wasserstoff: Energieinhalt massebezogenen am größten

Ein Vergleich der Werte in der Tabelle zeigt, dass bei Methan und Wasserstoff der Energieinhalt besonders hoch ist. Zumindest dann, wenn es um den Energieinhalt pro Kilogramm geht. Bei beiden Energieträgern handelt es sich um Gase. Während Methan Hauptbestandteil von Erdgas ist, lässt sich Wasserstoff aus Methan oder mithilfe von Strom aus Wasser herstellen. Der hohe Energieinhalt, die Herstellung mit regenerativ erzeugtem Strom aus Wasser (Elektrolyse) und die saubere Verbrennung, bei der hauptsächlich Wasser entsteht, sind Gründe, aus denen viele Experten Wasserstoff als Energieträger unserer Zukunft handeln.

Flüssiggas beinhaltet viel Energie und lässt sich flexibel nutzen

Flüssiggas ist ein Brennstoff, der überwiegend aus Propangas besteht. Der Rohstoff wird zusammen mit Erdgas sowie Erdöl gefördert und speichert viel Energie. Das besondere ist aber seine Fähigkeit, bereits bei geringem Druck in die flüssige Phase überzugehen. In dieser lässt sich Flüssiggas per Schiff, Bahn oder Lkw transportieren und nahezu überall bevorraten. Möglich ist das in Form von Gasflaschen für die mobile Nutzung oder mit Flüssiggastanks, die eine leitungsungebundene Energieversorgung von Wohn- und Nichtwohngebäuden sicherstellen.

Heizöl ist der flüssige Energieträger mit der größten Verbreitung

Zumindest im Heizungsbereich ist Heizöl der flüssige Energieträger mit der weitesten Verbreitung. Zum Einsatz kommt dabei heute Heizöl Extra Leicht. Dieses weist bessere Eigenschaften auf, hat im Vergleich zu schwerem Heizöl aber einen etwas geringeren Heiz- und Brennwert.

Heizwert und Brennwert von Holz fällt sehr unterschiedlich aus

Bei Holz, Hackschnitzeln und Pellets hängen Heizwert und Brennwert von zahlreichen Faktoren ab. Ein bedeutender ist die Art des Holzes. Aber auch die Feuchtigkeit beeinflusst den Energieinhalt. Denn je feuchter der Brennstoff ist, umso weniger Wärme gibt er ab. Im Umkehrschluss heißt das: Wer möglichst wenig Holz verbrauchen will, sollte zu trockenen Scheiten greifen. Das Optimum stellen hier Pellets und Briketts dar. Diese bestehen aus gepressten Holzresten und haben dadurch einen höheren Heizwert und Brennwert. Bei Hackschnitzeln fällt der Energieinhalt hingegen immer etwas geringer aus, da diese häufig aus Rinden- und Restholz bestehen.

Kohle ist Festbrennstoff mit höchstem Heizwert und Brennwert

Bezogen auf die Masse ist Kohle der Festbrennstoff, mit dem höchsten Heizwert und Brennwert. Grund dafür ist die Herstellung, die unter hohem Druck erfolgt. Da der Einsatz von Kohle schädlich für das Klima ist, kommt der energiereiche Rohstoff heute immer weniger zum Einsatz.

Alte Heizungsanlagen nutzen fast ausschließlich den Heizwert

Ganz gleich, ob es um Öl-, Gas- oder Holzkessel geht. Sind die Anlagen schon älter, können sie die verborgene oder latente Wärme nicht nutzen. Der Grund dafür findet sich in der Konstruktion, die meist aus einfachem Stahl bestand. Arbeiten die Anlagen mit niedrigen Temperaturen im Rücklauf, sodass es zur Kondensation der Abgase kommt, kann sich auch im Kessel Feuchtigkeit bilden. Diese würde jedoch zur Korrosion führen und den Wärmeerzeuger zerstören. Die Kesseltemperaturen mussten folglich hoch sein, um die Technik zu schonen. Die Feuchtigkeit verblieb dadurch jedoch im Abgas und verschwand mit der verborgenen Wärme ungenutzt aus dem Haus.

Moderne Kessel sind für die Nutzung des Brennwerts optimiert

Bei heute verfügbaren Heizungsanlagen verhält sich das anders. Diese bestehen aus feuchtebeständigen Materialien, sodass problemlos Feuchtigkeit entstehen kann. Die Anlagen arbeiten daher mit niedrigeren Heizwassertemperaturen. Sie führen den Rücklauf aus dem Haus am Abgasstrom vorbei, kühlen diesen bis zur Kondensation der Feuchtigkeit und nehmen die latente Wärme auf. Letztere heizt den Rücklauf auf, bevor dieser zum Wärmeübertrager im Kessel strömt. Der Brenner muss dadurch weniger leisten, um die gewünschten Vorlauftemperaturen zu erreichen und der Verbrauch sinkt.

Durch die Brennwert-Nutzung gewinnen Heizungsanlagen bei gleichem Brennstoffeinsatz mehr Energie. Sie verbrauchen weniger, stoßen geringere CO2-Mengen aus und sparen darüber hinaus Heizkosten.

Voraussetzung zur Brennwertnutzung ist ein passendes Heizsystem

Wer nun seinen Kessel tauscht, um vom höheren Brennwert zu profitieren, wird unter Umständen enttäuscht. Denn der obere Heizwert lässt sich nur dann vollständig nutzen, wenn der kühle Rücklauf aus dem Heizungsnetz die Abgase weit genug herunterkühlt. Abhängig vom verwendeten Brennstoff setzt das Rücklauftemperaturen der Heizung von unter 45 bis 50 Grad Celsius voraus. Diese lassen sich beispielsweise durch große Heizkörper, Flächenheizsysteme und Maßnahmen wie den hydraulischen Abgleich erreichen.

Achtung: Macht die Heizung den Brennwert nutzbar, kann es auch im Schornstein zur Kondensation kommen. Das Abgassystem muss daher feuchtebeständig sein. Ein Grund, aus dem ein Heizungstausch im Altbau oft auch die Sanierung des Schornsteins erfordert.

Über 100 Prozent Wirkungsgrad: Wie kann das funktionieren?

Vergleichen Hersteller Heizwert- und Brennwert-Heizungen, erreichen Letztere häufig Wirkungsgrade von über 100 Prozent. Das würde bedeuten, sie gäben mehr Wärme ab, als ihnen mit den eingesetzten Brennstoffen zur Verfügung stände. In der Praxis funktioniert das natürlich nicht. Der außergewöhnlich hohe Wirkungsgrad entsteht dabei durch die nicht ganz korrekte Anwendung der Kennwerte zum Energieinhalt.

Berechnung der Effizienz von Brennwertheizungen auf Basis des Heizwertes

Ein Beispiel verdeutlicht das. Einfach beschrieben lässt sich der Wirkungsgrad eines Kessels mit der Division der aufgenommenen durch die abgegebene Energiemenge berechnen.

  • Wirkungsgrad = abgegebene Energiemenge / aufgenommene Energiemenge

Berechnen Hersteller nun den Wirkungsgrad einer Brennwertheizung mit dem Heizwert des eingesetzten Brennstoffs, ergibt sich ein Wert von über 100 Prozent. Denn der Heizwert beschreibt nicht die insgesamt nutzbare Wärmemenge. Kommt der Brennwert bei der Berechnung des Wirkungsgrades einer Heizwertanlage zum Einsatz, verschlechtert sich das Ergebnis im Vergleich zum Heizwert, da mit der verborgenen Wärme ein wesentlicher Teil des Energieinhalts ungenutzt bleibt.

Wichtig zu wissen: Ein Vergleich verschiedener Heizungsanlagen ist demnach nur dann aussagekräftig, wenn Anbieter Heizwert und Brennwert nicht vermischen. Halten sie sich an diese Vorgabe, sind zwischen Heiz- und Brennwertgeräten Einsparungen von über 10 Prozent erkennbar.

Typische Wirkungsgrade von alten und modernen Heizungsanlagen

Mit fortschreitender Entwicklung der Heizungstechnik erreichten Wärmeerzeuger immer bessere Wirkungsgrade. Bezogen auf den Brennwert liegt dieser bei alten Konstanttemperaturkesseln beispielsweise bei 65 bis 70 Prozent. Moderne Brennwertthermen erreichen hingegen bis zu 96 Prozent und nutzen damit fast die gesamte Energie der eingesetzten Brennstoffe zum Heizen. Die folgende Tabelle zeigt die Wirkungsgrade verschiedener Heizungssysteme im Vergleich.

Heizungsart Wirkungsgrad (Bezogen auf den Brennwert)
Konstanttemperaturkessel für Öl und Gas 65 bis 70 Prozent
Niedertemperaturkessel für Öl und Gas 84 bis 88 Prozent
Brennwerttherme und -kessel für Öl und Gas 95 bis 96 Prozent
Holzkessel für Pellets oder Scheitholz 80 bis 90 Prozent
Kaminofen für Pellets oder Scheitholz 70 bis 80 Prozent

Wichtig zu wissen ist, dass sich die Werte in der Tabelle als Richtwerte verstehen. Sie hängen stark vom eingesetzten Wärmeerzeuger und von dessen Einbindung in das Heizungsnetz ab. So kann ein Brennwertgerät deutlich weniger Energie nutzbar machen, wenn die Rücklauftemperatur sehr hoch ist. Bei Holzkesseln und Kaminen entscheidet darüber hinaus die Qualität und Restfeuchte der Brennstoffe über den Wirkungsgrad.

Praktische Anwendung: Brennstoffbedarf für ein Jahr berechnen

Heizwert und Brennwert für Erdgas, Propangas oder Heizöl sind theoretische Werte, die sich in der Praxis nutzen lassen. Ein typischer Einsatz ist dabei die Berechnung der jährlich benötigten Brennstoffmenge, die sowohl vom Energieinhalt als auch vom Wirkungsgrad des Kessels abhängt. Letzterer verbraucht dabei weniger, je besser sein Wirkungsgrad und je höher der Brennwert ist. Denn durch einen hohen Wirkungsgrad lässt sich der Energieinhalt der eingesetzten Rohstoffe bestmöglich ausnutzen. Ein hoher Brennwert besagt darüber hinaus, dass schon geringe Brennstoffmengen viel Energie gespeichert haben.

Geht es um die Berechnung, ist der Wärmebedarf des Gebäudes zunächst durch den Wirkungsgrad zu dividieren. Das Ergebnis ist anschließend durch den Brennwert zu dividieren, um die Brennstoffmenge zu erhalten.

  • Schritt 1: Energiebedarf = Heizwärmebedarf pro Jahr / Wirkungsgrad des Kessels
  • Schritt 2: Brennstoffbedarf = Energiebedarf / Heizwert oder Brennwert

Ob an dieser Stelle der Heiz- oder der Brennwert zum Einsatz kommt, hängt davon ab, auf welchem Wert der Wirkungsgrad basiert. Hier gilt es immer, die gleiche Bezugsgröße zu verwenden.

Ein Beispiel: Ein Haus hat einen errechneten Wärmebedarf von 20.000 kWh im Jahr. Da die Heizung mit einem Wirkungsgrad (bezogen auf den Brennwert) von 90 Prozent arbeitet, sind insgesamt 22.222 Kilowattstunden (20.000 / 0,9 = 22.222) aufzubringen, um den Verlust der Heizung auszugleichen. Kommt Flüssiggas mit einem Brennwert von 13,98 kWh/kg zum Einsatz, wären also rund 1,6 Tonnen pro Jahr nötig, um den Wärmebedarf zu decken.

Wichtiger Hinweis: Entscheidend ist hier nicht allein der Wirkungsgrad des Wärmeerzeugers. Da auch über Rohrleitungen, Speicher und Armaturen Wärme verloren geht, rechnen Experten hier mit dem Wirkungsgrad der gesamten Heizungsanlage. Außerdem ist neben dem Wärmebedarf zur Raumheizung auch der Energiebedarf der Warmwasserbereitung zu berücksichtigen.

FAQ: Häufig gestellte Fragen

Was ist der Heizwert oder der untere Heizwert?

Der Heizwert beschreibt, wie viel fühlbare (sensible) Wärme Rohstoffe bei der Verbrennung abgeben. Er berücksichtigt nicht, dass der im Abgas enthaltene Wasserdampf ebenfalls Energie enthält und wird daher auch unterer Heizwert genannt.

Was ist der Brennwert oder der obere Heizwert?

Der Brennwert beschreibt, wie viel Energie bei der Verbrennung von Rohstoffen insgesamt abgegeben wird. Er berücksichtigt dabei nicht nur die fühlbare (sensible) Wärme, sondern auch die latente Wärme, welche bei der Kondensation des Wasserdampfs im Abgas frei wird. Der Brennwert liegt immer etwas über dem Heizwert, weshalb er auch oberer Heizwert bezeichnet wird.

Welchen praktischen Nutzen haben Heizwert und Brennwert?

Mit den Kennwerten lassen sich die Eigenschaften von Brennstoffen angeben und vergleichen. Außerdem ist es möglich, den Brennstoffbedarf auszurechnen, wenn der Energiebedarf bekannt ist. Dabei gilt grundsätzlich: Je höher Heizwert und Brennwert sind, umso weniger Brennstoffe sind bei gleichem Wirkungsgrad der Heizung einzusetzen.

Wieso hat meine neue Heizung einen Wirkungsgrad von mehr als 100 Prozent?

Um den Wirkungsgrad einer Heizung zu berechnen, dividieren Hersteller die abgegebene durch die aufgenommene Wärme. Rechnen sie bei einer Brennwertheizung mit dem Heizwert, ergibt das mehr als 100 Prozent. Denn dann macht die Heizung latente Wärme nutzbar, die der Heizwert nicht berücksichtigt.

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