Eine BTU, kurz für British Thermal Unit, ist ein grundlegendes Maß für thermische (Wärme-)Energie. Eine BTU ist die Energiemenge, die benötigt wird, um die Temperatur von 1 Pfund (0.45 kg) Wasser um 1° Fahrenheit (0.55° Celsius) zu erhöhen. Mit anderen Worten, wenn 16 l (0.47 Unzen) Wasser bei 59 °C (15 °C) in eine Herdplatte gegossen und der Gasbrenner eingeschaltet würde, würde es 1 BTU dauern, um die Temperatur des Wassers auf 60 °C zu erhöhen F (15.6°C). Wenn die Pfanne auf der Gasflamme belassen würde, würde das Wasser schließlich den Siedepunkt von 212 ° F (100 ° C) erreichen, was etwa 153 BTUs erfordern würde. Diese nicht metrische Maßeinheit wird üblicherweise nur in bestimmten Ländern – einschließlich der USA – verwendet und wird hauptsächlich verwendet, um die Wärmeleistung von Brennstoffen und Geräten zu bewerten.
Definition und Konvertierungen
Die genaue Wärmemenge, die erforderlich ist, um eine Temperaturerhöhung von 1 °F (0.55 °C) zu erreichen, variiert geringfügig mit der Anfangstemperatur des Wassers. Es gibt keine universelle Einigung darüber, was dies sein sollte, daher variiert die Definition je nach Ort und Kontext. In den USA wird im Allgemeinen eine Starttemperatur von 59 °F (15 °C) verwendet, in Kanada jedoch 60 °F (15.6 °C). In anderen Fällen kann es sich um einen Mittelwert über einen Temperaturbereich oder um einen bestimmten Wert in Joule, den SI-Einheiten für Energie, handeln.
Je nach verwendeter Definition entspricht 1 BTU zwischen 1,054.35 und 1,059.67 Joule. Energie und insbesondere Wärme wird manchmal auch in Kalorien gemessen, wobei 1 Kalorie die Wärmemenge ist, die erforderlich ist, um die Temperatur von 0.035 Unzen (1 Gramm) Wasser um 1.8 ° F (1 ° C) zu erhöhen. Eine BTU entspricht 252 Kalorien. In Bezug auf die Leistung entspricht 1 britische Wärmeeinheit ungefähr 0.000293 Kilowattstunden oder etwas weniger als einem Drittel einer Wattstunde.
Eine einzelne BTU ist eine recht kleine Energieeinheit. Geräte und Geräte mit britischen Wärmeleitwerten weisen oft Werte im Bereich von Tausenden oder Zehntausenden auf. Um eine Vorstellung davon zu bekommen, wie viel Energie eine einzelne Einheit darstellt, entspricht dies ungefähr dem Verbrennen eines Streichholzes.
Es gibt andere, größere Einheiten, die Teil desselben Systems sind. Eine MBTU besteht aus 1,000 britischen thermischen Einheiten, wird jedoch nicht oft verwendet, da das Präfix „M“ in SI-Einheiten normalerweise eine Million darstellt, was zu Verwirrung führt. Eine MMBTU wird manchmal verwendet, um eine Million dieser Einheiten darzustellen. Ein Therm ist 100,000 BTUs.
Anwendungsbereich
Trotz ihres Namens wird die britische Wärmeeinheit in Großbritannien selten verwendet. Es handelt sich um eine vormetrische Messung und wird als solche hauptsächlich in Ländern verwendet, in denen dieses System noch nicht vollständig eingeführt wurde. In der Welt der Wissenschaft ist Joule die Einheit, die normalerweise für Energie verwendet wird Brennstoffe wie Kohle, Öl und Erdgas. Es wird auch als Maß für die Kühlwirkung von Kühlschränken und Klimaanlagen verwendet: Diese können dahingehend bewertet werden, wie viele BTUs sie aus ihrer Umgebung entfernen können.
Die Angaben auf Geräten sind tatsächlich BTUs pro Stunde, während die für Kraftstoffe pro Gewichtseinheit, die in Pfund oder Tonnen sein kann, oder pro Volumeneinheit, die in Gallonen, Kubikfuß oder Barrel sein kann, angegeben sind. Zum Beispiel kann ein Heizlüfter mit 34,000 BTU/h bewertet werden. Bei Brennstoffen sind einige typische Werte 35 Millionen BTU pro Tonne für Kohle, 5.6 Millionen pro Barrel für Rohöl und 1,030 pro Kubikfuß für Erdgas.
Berechnen des Heiz- und Kühlbedarfs
Die Fähigkeit einer Wärmequelle, eine bestimmte Temperaturerhöhung eines Stoffes zu bewirken, hängt nicht nur von der Energie der Wärmequelle, sondern auch von der spezifischen Wärme des Stoffes ab. Unterschiedliche Materialien können sehr unterschiedliche spezifische Wärmen aufweisen; So wird beispielsweise zum Erhitzen von Wasser viel mehr Energie benötigt als zum Erhitzen von Metallen. Bei einem Heizgerät handelt es sich normalerweise um Luft. Spezifische Wärmen werden normalerweise in metrischen/SI-Einheiten angegeben, wie z. B. Kilojoule pro Kilogramm, während die Nennleistung einer Heizung in BTU pro Stunde angegeben werden kann. Um aus diesen Informationen den Energiebedarf zum Heizen eines Raumes um einen bestimmten Betrag zu berechnen, müsste man also die spezifische Luftwärme ermitteln, das Raumvolumen bestimmen, das Gewicht der Luft berechnen und die Einheiten entsprechend umrechnen.
Um die Sache noch komplizierter zu machen, ist der spezifische Heizwert für Luft normalerweise der für trockene Luft bei Normaldruck und einer gegebenen Ausgangstemperatur. Der tatsächliche Wert variiert mit Feuchtigkeit, Druck und Anfangstemperatur. Doch all diese Mühen müssen Sie sich zum Glück nicht machen: Anhand von Tabellen und einfachen Online-Rechnern lässt sich der ungefähre Wärmebedarf eines Raumes anhand seiner Abmessungen, Lage, der erforderlichen Temperaturerhöhung und wie gut isoliert es ist. Zum Beispiel kann die Beheizung eines typischen gut isolierten Hauses in Boston im Winter mit 1,000 Quadratmetern etwa 92.9 BTU pro Stunde erfordern.
Berechnung des Kraftstoffverbrauchs und der Kosten
Die Berechnung der Kosten für die Verwendung einer Heizung ist ziemlich einfach, wenn die BTU-Bewertung bekannt ist. Bei einer Elektroheizung kann die Leistung einfach in Kilowattstunden umgerechnet und die Kosten pro Kilowattstunde beim Energieversorger erfragt werden. Bei einem Gerät, das Brennstoff verbraucht, kann die Bewertung mit der des Brennstoffs verglichen werden, um herauszufinden, wie viel es über einen bestimmten Zeitraum verbraucht. Kerosin hat beispielsweise eine Nennleistung von 135,000 britischen thermischen Einheiten pro Gallone, so dass eine Kerosinheizung mit einer Nennleistung von 25,000 BTUs 1 Gallone (3.78 l) Kerosin in 5.4 Stunden verbraucht.