Forschung & Technik – Wissenschaft
Siegfried Hartmann
Wärmeeinheiten
Womit man die Wärme misst
Naturwissenschaftlich-Technische Plaudereien • 1908
»In Kalorien wird wissenschaftlich der Nutzeffekt eines Nahrungsmittels ausgedrückt … 1 kg Ochsenfleisch mager gibt 1003 Kalorien, 1 kg Ei ohne Schale gibt 1613 Kalorien, 1 kg Honig gibt 3075 Kalorien, folglich ist Honig … usw.«
Diese schönen Sätze entnehme ich einer Reklameschrift eines Bienenwirtes, die mir kürzlich übersandt wurde, mit der Bitte, meine Meinung zu diesen Behauptungen zu äußern.
Zu meinem Bedauern kann ich diesem Wunsche nicht voll Rechnung tragen: Ich habe nicht Medizin studiert und spüre keine Neigung, den Vertretern dieser Wissenschaft irgendwie vorzugreifen. Allerdings bin ich der Ansicht, dass der Heizwert eines Stoffes keinen Maßstab, wenigstens nicht allein den Maßstab für seinen Nährwert abgibt, nach meinem Dafürhalten genügt Wärmezufuhr allein nicht, um das Leben zu erhalten, die chemische Zusammensetzung dürfte wohl das Wichtigste beim Nahrungsmittel sein. Denn wollte man nur nach dem Heizwert gehen, so würde das Nahrungsmittel Alkohol mit rund 7000 Kalorien* *) Die in diesem Text verwendete ›Kalorie‹ entspricht nach heutiger Definition der Kilokalorie (kcal). oder, wie man in deutscher Sprache sich auszudrücken pflegt, mit rund 7000 Wärmeeinheiten, abgekürzt WE, mit an der Spitze stehen, auch Talg mit 8000 WE, Baumöl mit 11 000 WE wären unter diesem Gesichtswinkel erstklassige Nahrungsmittel.
Ich meine, das genügt, um zu zeigen, dass in den eingangs angeführten Reklamezeilen Missbrauch mit der Wissenschaft getrieben worden ist, wie so vielfach heute. Ich habe keinen Grund, gegen den Urheber zu polemisieren, er mag in gutem Glauben jene Behauptungen aufgestellt haben; mir liegt lediglich daran, das Publikum gegen solche Pseudogelehrsamkeit zu schützen. Die Möglichkeit der Täuschung ist nach meinem Dafürhalten dadurch gegeben, dass die Mehrzahl der Menschen mit dem Wort ›Kalorie‹ keine klare Vorstellung verbindet.
Zu Unrecht, denn es spielt im Leben eine außerordentlich große Rolle. Wenn wir Kohlen oder Holz kaufen, so kaufen wir sie handelsüblich nach Gewicht oder nach Hohlmaß. Beides ist falsch. Es liegt mir in Wahrheit gar nichts daran, für mein Geld möglichst viele Zentner Kohlen zu erhalten oder möglichst viele Hektoliter. Ich will eine Kohle haben, die mir für mein Geld möglichst viele Wärme spendet. Je weniger Kilogramm, je weniger Liter ich brauche, um meine Stube warm zu bekommen, desto lieber ist es mir. Wie kann ich nun aber erfahren, ob die mir angebotene Kohle gut oder schlecht heizt? Gibt es dafür ein Mittel?
Gewiss. Derartige Feststellungen werden tagtäglich hundertfach vorgenommen, allerdings nicht für die kleinen Privatleute, sondern für und von den Großindustriellen, die die hervorragende Wichtigkeit dieser Frage längst erkannt haben. Das Maß nennt man ›Wärmeeinheit‹, ›WE‹.
Hierunter versteht man diejenige Wärmemenge, die erforderlich ist, um 1 Liter Wasser um 1 Grad Celsius in der Temperatur zu erhöhen. Habe ich also in der Wasserleitung Wasser von 10° C, so muss ich, um 1 l davon zum Kochen zu bringen, d. h. auf 100° C, 90 Kalorien aufwenden, denn wenn ich von 10° auf 100° erwärme, dann erwärme ich um 90°. Das gilt für 1 l. Für 2 l brauche ich natürlich die doppelte Wärmemenge, für 3 l die dreifache usw. Das ist die Theorie. In der Praxis geht auf gewöhnlichen Küchenherden, Spiritus- und Gaskochern eine ganz außerordentlich große Menge Wärme nutzlos verloren, so dass ich mehr Wärme erzeugen muss, als ich nützlich verwende. Nur bei Anwendung von besonderen Apparaten ist es möglich, einen Brennstoff, zum Beispiel Kohle, so zu verbrennen, dass die gesamte entwickelte Wärme zur Erwärmung von Wasser benutzt wird, ohne Verluste. Die auf diese Weise gewonnenen Zahlen geben mir dann den so sehr erwünschten Vergleichsmaßstab für den Wert eines Brennmaterials.
Es wird nämlich durch die Untersuchung für jedes Brennmaterial festgestellt, wie viele Wärmeeinheiten ein Kilogramm davon im besten Falle entwickeln kann. Man stellt zum Beispiel fest, dass böhmische Braunkohle 4000 WE besitzt (d. h. durch Verbrennung von 1 kg dieser Kohle kann man theoretisch 4000 l Wasser um 1° C, oder was dasselbe ist, 40 l Wasser um 100° erwärmen). Eine andere Messung ergibt für englischen Anthrazit 8000 WE. Nun bin ich imstande, in einwandfreier Weise einzukaufen. Ich weiß jetzt, dass Braunkohle höchstens die Hälfte kosten darf wie Anthrazit, wenn ich durch ihre Verwendung wirklich einen Vorteil erreichen will. Kostet 1 Zentner der genannten Braunkohle 1,00 Mark, 1 Zentner Anthrazit 1,80 Mark, so kaufe ich richtiger den scheinbar teureren Anthrazit. Denn bei Braunkohle erhalte ich für 1,00 Mark nur 4000 WE, bei Anthrazit für 1,80 Mark 8000 WE, umgerechnet auf 1 Mark: 4450 WE, also 450 WE oder rund 10 % mehr.
Der Leser ersieht hieraus, dass der Begriff ›WE‹ nicht bloß für gelehrte Physiker und Techniker geschaffen ist, sondern dass er für das praktische Leben eine außerordentlich große Bedeutung hat, weil er allein die Möglichkeit verschafft, die mit unseren fünf Sinnen nicht wahrnehmbare Qualität einer Ware in einwandfreier Weise festzustellen. Die verschwommenen Urteile: »Die Kohle heizt vorzüglich«, »Die Kohle heizt schlecht«, die ebenso wenig besagen, wie: »Das Haus ist hoch«, »Das Haus ist niedrig«; diese unklaren Urteile werden ersetzt durch greifbare klare Zahlen. »Diese Kohle hat 4000 WE, jene hat 8000 WE«, dieses Haus ist 20 m hoch, jenes Haus ist 10 m hoch. Natürlich ist damit noch nicht alles gesagt. Andere Eigenschaften: ob die Kohle zum Backen neigt, ob sie viel oder wenig Asche hinterlässt, ob sie zur Rußbildung und Teerabscheidung neigt, alles das kommt auch mit in Frage, aber die Kenntnis des Heizwertes ist das Wichtigste, wie schon der Name sagt, wir wollen wissen, was der Stoff zum Heizen wert ist.
Auf diese Erkenntnis gründen sich auch eine große Anzahl Techniken, die bestimmt sind, den Heizwert eines in der Natur vorhandenen Stoffes künstlich zu erhöhen. Das ist in vielen Fällen möglich. Einer der größten Feinde eines hohen Heizwertes ist das Wasser. Enthält ein Brennstoff viel Wasser, dann muss er beim Verbrennen zunächst das in ihm enthaltene Wasser verdampfen, d. h. eine für uns Menschen völlig nutzlose Arbeit verrichten. Gegen den Feuchtigkeitsgehalt hilft das Trocknen und das Pressen. Die Torfindustrie, aber auch die Braunkohlenindustrien machen hiervon viel Gebrauch. Wirtschaftlich ist das Trocknen in der Regel allerdings nur, so weit es beim Auslegen der Stoffe an der Luft von selbst erfolgt (lufttrocken). Die Methode des Austrocknens mit Hilfe von künstlich erzeugter Wärme ist in den meisten Fällen viel zu kostspielig. Das Ausdrücken des Wassers durch starkes Pressen ist gleichfalls nur in besonderen Fällen möglich, ein vollständiges Trocknen, d. h. Austreiben sämtlichen Wassers wird auf diese Weise auch nicht erzielt. Immerhin können durch die Vereinigung der verschiedenen Verfahren sehr schöne Erfolge erzielt werden. Allgemein bekannt sind die Erfolge der Brikettindustrie, in erster Linie bezüglich der Braunkohlenbriketts, die an Heizwert guter Steinkohle im Allgemeinen nicht nachstehen und dabei den Vorzug handlicher Form, bequemer Lagerung und fast rauchloser Verbrennung genießen.
Eine noch weitergehende Verbesserung eines Brennmaterials kann durch die Vergasung erzielt werden. Durch Vergasung von Steinkohle von etwa 7000 WE erhält man neben anderen wertvollen Produkten ein Leuchtgas von 11 – 12 000 WE. Da man Leuchtgas jedoch nie nach Kilogramm kauft, sondern nach Kubikmetern, so füge ich gleich hinzu: 1 kg Leuchtgas nimmt ungefähr 2 m³ Raum ein, 1 m³ Leuchtgas hat demnach etwa 5500 WE. Wenn sich der Leser die kleine Mühe machen will und etwas mit nachrechnen, wird er hieraus sofort wieder eine interessante Schlussfolgerung über die Wirtschaftlichkeit der Gasheizung ziehen können:
Ein Zentner guter Steinkohle von 7000 WE kostet ungefähr 1,50 Mark. Ein Zentner sind 50 kg, folglich bezahle ich für ein kg der Steinkohle 3 Pfennige. Jedes kg gibt mir 7000 WE, also erhalte ich für 1 Pfg. etwa 2333 WE.
1 m³ Leuchtgas kostet etwa 13 Pfennige, es enthält 5000 WE, also für 1 Pfg. 385 WE, mithin ist Gas zu Heizzwecken sechsmal teurer als Steinkohle.
Aber auch hier möchte ich gleich vor voreiligen Schlüssen warnen: in der Praxis, namentlich beim Kochen, ist es möglich, die vom Gas erzeugte Wärme weit besser auszunutzen als die Kohlenwärme, die zum großen Teil verloren geht. In der Praxis stellt sich die Sache so, dass in allen Fällen, wo bloß zeitweilig gekocht wird, Gas billiger im Gebrauch ist wie Kohle. Anders schon zu Heizzwecken. Die für die Winterheizung von Räumen erforderliche große Gasmenge verlangt unbedingt einen Schornsteinabzug für die Verbrennungsprodukte, sonst könnten die Menschen bald ersticken. Mit dem Schornstein wachsen aber sofort die Wärmeverluste, der Gasheizofen ist dem Kohlenheizofen bei weitem nicht so überlegen wie der Gaskocher dem Kohlenherd. In der Tat ist auch in der Praxis das Heizen mit Gas ein Luxus, die damit verbundene Bequemlichkeit muss in Gestalt klingender Münze besonders bezahlt werden.
Ein einigermaßen reichliches Vollbad z. B., in dem der Körper wirklich vom Wasser bedeckt wird, erfordert etwa 300 Liter Wasser, diese müssen von 10° Wasserleitungstemperatur auf etwa 35° gebracht werden, wozu rund 7500 WE theoretisch erforderlich sind. In der Praxis werden es natürlich mehr, selbst in guten Öfen vielleicht das Dreifache, wir wollen jedoch nur rechnen 15 000 WE. Auf Grund des oben ausgerechneten Beispiels zum Vergleich von Kohlen- und Gaspreisen berechnen wir hieraus unter der Annahme, dass der Gasofen etwas besser die Wärme ausnutzt, überschläglich die Kosten des Bades bei Verwendung von Gas zu etwa 30 Pfennig, bei Verwendung von Kohle zu etwa 7 Pfennig. Da eine Aufwärterin die Stunde höchstens 20 Pfennige bekommt und die Bereitung eines Bades keinesfalls länger dauert, so spart man selbst dann noch 3 Pfennig, wenn man durch eine menschliche Arbeitskraft einen Kohlenbadeofen heizen lässt, als wenn man aus großer Bequemlichkeit mit Gas heizt.
Ich möchte vorweg bemerken, dass ich nicht die Absicht habe, mit diesen Auseinandersetzungen gegen die Gasbadeöfen zu agitieren. Ich meine nur, dass das Publikum ein Recht darauf hat, auch über die Wirtschaftlichkeit technischer Fortschritte aufgeklärt zu werden. Ich habe alle Zahlen so deutlich gegeben, dass es jedermann leicht möglich ist, bei anderen Kohlenpreisen und anderen Gaspreisen und anderem Wasserbedarf für ein Bad sich die für seine Verhältnisse passenden Werte selbst auszurechnen.
Ich bin etwas von meinem eigentlichen Thema, der Plauderei über die Wärmeeinheiten, abgekommen. Aber ich wollte dem verehrten Leser vor Augen führen, wie jenes so wenig gekannte Maß, die ›Wärmeeinheit‹, tief eingreift in das tägliche Leben, wie seine Kenntnis und Beherrschung uns einen tieferen Einblick in mancherlei alltägliche Erscheinungen gewährt und uns in den Stand setzt, die Dinge richtiger und objektiver zu beurteilen. Zur Beurteilung der Nahrungsmittel ist die WE weniger wichtig; ich hätte mich jedenfalls mehr gefreut und hätte es für nützlicher gehalten, Angaben über Wärmeeinheiten auf Kohlenpreislisten zu finden als auf Anpreisungen von Bienenhonig. Dort, wo ihr ein Platz mit Recht gebührt, kämpft die alte, ehrwürdige ›Kalorie‹ vergeblich, und wo sie nicht hingehört, weist man ihr einen Platz an, so dass sie Gefahr läuft, in schlechten Ruf zu kommen.