高位発熱量（HHV）、低位発熱量（LHV）とは？

質問

高位発熱量（HHV）、低位発熱量（LHV）とは？

発熱量で、高位発熱量（HHV）と低位発熱量（LHV)があるようですが、これらの意味が解説などを読んでもいまいちよく分かりません。素人にもわかりやすく説明いただけると助かります。
よろしくお願いします。

回答No.4

do_ra_ne_ko · ベストアンサー

発熱量の用い方として多いのは、例えば１ｋｇの燃料からいくらの熱量を取り出すことができるかという評価に使います。発熱量が大きいものにはお金をたくさん支払います。

もうひとつの使い方は、同じ発熱量でどれだけの効果がある機械かという評価です。同じ品物で値段が同じなら効率が高い方を選びます。

いま仮に水素を燃料とするお菓子製造機があったとします。

加熱温度が６０℃でよければ煙突から出ていくのは例えば８０度のガスですが、ガスとはいっても８０℃のの温水が霧状になったものです。水素を燃やすと一時的には高温のガスとなりますがやがては霧状の温水になってしまいます。ガスが温水になるときには大量の熱量を放出します。この場合のお菓子製造機の効率には高位発熱量を使った方が合理的です。

一方で１２０℃で加熱する必要のあるお菓子製造機なら煙突から出てゆくのは例えば１４０℃のガスですが、このなかに温水は含まれていません。このお菓子製造機メーカーがどんなに頑張っても煙突から出てゆくのはガスであって温水ではないので、ガスが温水になるときに放出する熱量を利用できません。
したがって効率を計算するときには低位発熱量を使わなければ合理的ではありません。どんなにメーカーが頑張ってもこの機械で低位発熱量以上の熱量を利用することは不可能ですから。

あまり適当ではありませんが、説明のためもうひとつの例をあげると石油ストーブです。

燃料熱量の１００％が例えば２０℃の部屋暖房に使用されるのですから効率は１００％です。燃焼ガスに温水が含まれておれば微小水滴となって部屋を加湿しますが、これは高位発熱量を使用した場合のことです。低位発熱量を使用したとすれば効率は１００％を超えてしまいます。したがって石油ストーブの性能評価に低位発熱量を使用したとすれば奇妙な効率となります。

お礼

いろいろと具体例を示していただき、ありがとうございます。
ただ、私の理解力が低いため、イマイチ理解しきれません。
ガスの燃焼時に発生する水分の蒸発潜熱を含んだHHVと含まないLHVの使い分けがまだわかりません。
さらに分かりやすい例を示していただけると大変助かります。
よろしくお願いします。

回答No.5

okormazd

#1です。
すでに回答した以上のことはないので，面倒なので，これで終わりにします。

>つまり、ガスを燃焼させることによる化学反応の結果、水分が発生し、それが水蒸気となるため、熱量(蒸発潜熱)が使われるということですね。

そうです。

>本来、燃焼による熱量は、外部に供給されるべきなのに、それが内部で使われてしまうんですね。

そうです。

>燃焼によって水分が発生しない物質はLHV＝HHVとなり、

そうです。
Ｃ（炭素）やＣＯ（一酸化炭素）の燃焼では水は発生しないので，LHV＝HHVです。

>本当はこういう物質の方が、燃焼による効率は高いということになりますか？また、燃焼時、蒸発潜熱以外に、無駄になる熱量ってないのでしょうか？

これらは，発熱量の利用方法や，効率の考え方によって，回答が変わります。なによりも，はじめの質問とは離れています。こういうのに付き合っていたら，きりがありません。さらに疑問があるなら，改めて質問を立てられるようにすすめます。

お礼

ありがとうございました。

回答No.3

okormazd

#1です。
>燃焼させるガスに水分が含まれているものは、燃焼することによって、その水分を水蒸気にするために熱量が必要となり、それを含んだものがHHV、除いたものがLHVってことなんでしょうか？

「燃焼させるガスに水分が含まれている」のではありません。
燃焼した結果，水分ができるのです。それが，発熱量を使って水蒸気になってしまっているので，その分の発熱量が利用できなくなるのです。その分を除いた発熱量がLHV，それを含んだものがHHVですから，後半の部分はそのとおりです。
水を蒸発して水蒸気にするために必要な熱量を蒸発潜熱といいます。

前の回答に不備があるのでここで訂正します。

高位発熱量　=　低位発熱量　+　水の蒸発潜熱
↓
高位発熱量　=　低位発熱量　+　水の蒸発潜熱×発生水分量

お礼

ご回答ありがとうございます。

>「燃焼させるガスに水分が含まれている」のではありません。
燃焼した結果，水分ができるのです。それが，発熱量を使って水蒸気になってしまっているので，その分の発熱量が利用できなくなるのです。

つまり、ガスを燃焼させることによる化学反応の結果、水分が発生し、それが水蒸気となるため、熱量(蒸発潜熱)が使われるということですね。本来、燃焼による熱量は、外部に供給されるべきなのに、それが内部で使われてしまうんですね。
ということは、燃焼によって水分が発生しない物質はLHV＝HHVとなり、本当はこういう物質の方が、燃焼による効率は高いということになりますか？

また、燃焼時、蒸発潜熱以外に、無駄になる熱量ってないのでしょうか？

いろいろお聞きしてすいません。
よろしくお願いします。

回答No.2

candle2007

水の凝縮潜熱（539kcl/kg)を加えたものがHHV、加えないものがLHVです。
（これは逆説的な表現をしていますので正確には下記をご熟読ください）

物質の発熱量を測定する方法にはいろいろありますが、原理的にはすべて、物質を燃やしてその排出ガスを水の中を潜らせ、その水の温度上昇から算定する、という原理に基づいています。
水中を潜ることで、排ガス中の水分は必ず凝縮しますから、熱量計は、「HHVしか測れない」ということになります。

しかし実用上は、例えばボイラーなどで利用できる熱は、「水分が凝縮しない状態まで」しか利用できません。
（凝縮域の熱量が利用できないのは、機器に与える腐食が急激に増大するから、というような理由があります）
従って、ボイラーの熱効率を計算する場合など、「最大に努力すれば100%が得られる」という目標設定をしなければなりませんので、この「凝縮熱を除外して計算する」・・・すなわち、LHVという考え方が必要になってくるわけです。

一般に、エネルギー統計や環境問題等ではHHVが、ボイラーやコジェネレーションの熱効率などではLHVが使われるようです。
http://www.jsrae.or.jp/annai/yougo/153.html

蛇足ですが、[C]や[CO]の発熱量は（水分が含まれませんので）HHVもLHVも同じ値となります。

お礼

ご回答ありがとうございます。

すいません。なんとなくわかるような気がするのですが、もうちょっと具体例を示して、ご説明いただけると助かります。
理解力が低くてすいません。

回答No.1

okormazd

「素人にもわかりやすく」
というので，いい加減なところがあるかもしれないが，メタンCH_4(都市ガスの主成分です)を例に説明します。
メタンの燃焼反応は，下記です。
CH_4+2O_2→CO_2+2H_2O
CO_2は二酸化炭素で，H_2Oは水です。
燃焼によって，CH_4の化学エネルギーが開放されて，熱エネルギーに変わります。これが発熱量ということなのですが。

この熱エネルギーで燃焼ガスが加熱されて，温度が上がります。この，温度が上がった燃焼ガスが，ほかのものの加熱に利用され，ほかのものを加熱した分だけ燃焼ガスの温度が下がれば，燃焼によって発生した熱量を他のものの加熱に有効に利用できたということになります。
ところが，そうなるとはかぎりません。

メタンの燃焼では，H_2Oができますが，これは，液体の水ではありません。水蒸気です。燃焼で発生した熱量の一部が水を水蒸気にするために使われ，これは他のものを加熱するときに，ふつうは水には戻らないので，この分の熱量は利用できません。水を水蒸気にするためには，蒸発潜熱が必要で，この蒸発潜熱分が利用できないということになります。(常温では二酸化炭素は気体で，水は液体です。ふつう発熱量を利用する温度では水蒸気は水には戻らないので，蒸発潜熱分は利用できない。二酸化炭素については，はじめから気体だから潜熱分は考えなくてよい。また，熱利用設備で，燃焼ガスの温度を水蒸気の飽和温度以下にすれば，潜熱分も利用できる。)
この，水の潜熱分を入れた発熱量が「高位発熱量」，水の潜熱分を除いた発熱量を「低位発熱量」というのです。

高位発熱量　=　低位発熱量　+　水の蒸発潜熱

です。

メタンの場合，

CH_4(g)+3O_2(g)=CO_2(g)+2H_2O(l)+890.7kJ　　　　　　高位発熱量(普通これは燃焼熱という)
CH_4(g)+3O_2(g)=CO_2(g)+2H_2O(g)+802.7kJ　　　　　　低位発熱量(普通これは燃焼熱という)

ということになります。
ここで，(g)は気体，(l)は液体です。

実際の都市ガスでは，東京ガス(東京)では，高位発熱量45.0[MJ/Nm^3]，低位発熱量40.6[MJ/Nm^3]で，
低位発熱量は高位発熱量の90％程度です。
また，LPGなどで熱量調整しているので，CH_4だけとしたより発熱量は高くなっています。
Nm^3というのは，気体は温度，圧力で体積が変わるので，0℃，101.3kPa(1気圧)での体積です。

お礼

ご回答ありがとうございます。

つまり、燃焼させるガスに水分が含まれているものは、燃焼することによって、その水分を水蒸気にするために熱量が必要となり、それを含んだものがHHV、除いたものがLHVってことなんでしょうか？
当方、こういうことに関してはどうも苦手なもんで・・・・。