Theorie: Physikalische Grundlagen

Wärme

Wenn wir fragen: „Woher kommt die Wärme?“ so ist die Antwort: „Von einer Wärmequelle!" Die Wärmequelle der Dampfkesselfeuerungen ist das Feuer auf dem Rost.

Für das Entstehen von Feuer müssen drei Voraussetzungen erfüllt sein:

Die wichtigste Grundvoraussetzung sind brennbare Ausgangsstoffe, z.B. Kohle. Diese Stoffe reagieren mit Sauerstoff, der zu einem großen Teil in der Luft enthalten ist (21%) und es läuft eine chemische Reaktion ab. Ein brennbarer Stoff und Sauerstoff allein genügen jedoch noch nicht für die Entstehung eines Feuers. Für jeden Stoff ist eine unterschiedliche Temperatur, die sogenannte Entzündungstemperatur, notwendig, um das Verbrennen beginnen zu lassen.

Temperatur

Die Temperatur ist ein objektives Maß dafür, wie warm oder kalt ein Gegenstand ist. Sie wird mit einem Thermometer gemessen. Ein Thermometer ist ein Messgerät zur Bestimmung der Temperatur. Zur Zeit unserer ersten Kesselgeneration (Doppelflammrohrkessel Ende 19. Jahrhundert) waren die folgenden drei Temperatureinheiten üblich: Grad Celsius, Grad Fahrenheit, Grad Réaumur. Für den Heizer ist die Kenntnis der verschiedenen Einheiten wichtig, da die Temperaturangaben in unterschiedlichen Einheiten vorliegen können.

Fixpunkte gebräuchlicher Temperaturskalen

FixpunkteCelsius [°C]Fahrenheit [°F]Réaumur [°Ré]Kelvin [K]
Siedepunkt des Wassers bei Normaldruck100,00212,0080,00373,15
Körpertemperatur des Menschen35,56kJ96,0028,44308,71
Gefrierpunkt des Wassers bei Normaldruck032,000273,15
Kältemischung aus Wasser, Eis und Ammoniumchlorid -17,780-14,22255,37
absoluter Nullpunkt-273,15-459,67-218,520

Für den Heizer ist die Kenntnis der verschiedenen Einheiten wichtig, da die Temperaturangaben in unterschiedlichen Einheiten vorliegen können.

Luftdruck und Dampfentwicklung

Wie alle Flüssigkeiten, hat auch das Wasser immer das Bestreben, in einen gasförmigen Zustand überzugehen; um nun dieses gasförmige Produkt des Wassers von den anderen Gasen zu unterscheiden, belegte man das Wasser in gasförmigem Zustand mit dem Namen Dampf.

Der Luftdruck an einem beliebigen Ort der Erdatmosphäre ist der hydrostatische Druck der Luft, der an diesem Ort herrscht. Dieser Druck entsteht (veranschaulicht) durch die Gewichtskraft der Luftsäule, die auf der Erdoberfläche oder einem Körper steht. Der mittlere Luftdruck der Atmosphäre (der „atmosphärische Druck“) auf Meereshöhe beträgt normgemäß 1.013,25 hPa ≈ 1 bar.

Der Siedepunkt reinen Wassers ist abhängig vom Luftdruck. Bei einem solchen auf Meereshöhe (760 mm = 1013 hPa) siedet das Wasser bei 100° C. Ist der Luftdruck geringer, so kann das Wasser nicht so viel Wärme aufnehmen, weshalb es schon unter 100° C siedet. Im Hospiz zu St. Gotthardt auf den Alpen siedet das Wasser bei 92° C, auf dem 4810 m hohen Mont-Blanc bei 86° C und in den Anden schon bei 84° C.

Wärmeeinheit

Die Kalorie (cal) ist eine veraltete Maßeinheit der Energie, insbesondere der Wärmemenge. Eine Kalorie ist nach einer gängigen Definition die Wärmemenge, die erforderlich ist, um 1 g Wasser um 1 °C zu erwärmen. Zur Zeit unserer ersten Kesselgeneration (Doppelflammrohrkessel Ende 19. Jahrhundert) war die Kalorie eine übliche Maßeinheit. Im internationalen System der Einheiten wurde die besondere Wärmeeinheit Kalorie jedoch 1948 abgeschafft und durch die allgemeine Einheit Joule (J) für Energie ersetzt. Mit der Einführung des SI-Systems wurden die Messeinheiten standardisiert. Bei der Umrechnung von kcal (1000 Kalorienäquivalente) in kJ (1000 Joule) gilt folgender Zusammenhang: 1 kcal = 4.1868 kJ

Energieeinheiten und Umrechnungen: Tabelle 1

EinheitkJkcalkWhkg SKEkg RÖEm³ Erdgas
1 kJ10,240,00030,0000340,0000240,000032
1 kcal4,1910,00120,00010,00010,0001
1 kWh3.60086010,120,0860,11
1 kg SKE29.3087.0008,1410,70,92
1 kg RÖE41.86810.00011,631,4311,13
1 m³ Erdgas31.7367.5808,8161,080,761

Energieeinheiten und Umrechnungen: Tabelle 2

EinheitBezeichnungUmrechnung in kJ
JJoule1.000 J = 1.000 Ws = 1 kJ
calKalorie1.000 cal = 1 kcal = 4,19 kJ
WhWattstunde1 Wh = 3,6 kJ
(kg) SKEKilogramm Steinkohleeinheit1 kg SKE = 29.308 kJ
(kg) RÖEKilogramm Rohöleinheit 1 kg RÖE = 41.868 kJ
m³ ErdgasKubikmeter Erdgas1 m³ Erdgas = 31.736 kJ