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物質（通常は燃料または食品（食品エネルギーを参照））の発熱量（またはエネルギー値、カロリー値、燃焼熱）とは、特定の量の物質が燃焼する際に放出される熱量のことです。燃焼エンタルピーは、エンタルピーとして表された同じ値であり、熱の放出は負の数で表されます。
発熱量とは、標準条件下で物質が酸素と完全燃焼した際に放出される熱エネルギーの総量のことです。この化学反応は、一般的に炭化水素またはその他の有機分子が酸素と反応して二酸化炭素と水を生成し、熱を放出する反応です。発熱量は、以下の量で表すことができます。
製品の冷却度合いやHなどの化合物の状態に応じて、発熱量には高発熱量と低発熱量の2種類がある。2 Oは凝縮する。高熱値は従来、ボンベ熱量計。低熱値は高熱値試験データから計算される。また、標準エンタルピー/生成熱ΔH ⦵ fの差として計算することもできる（ただし、ほとんどの生成熱は通常、測定された燃焼熱から計算されるため、この方法はやや人為的である）。 [ 1 ]
慣例として、（より高い）燃焼熱は、標準状態の化合物が完全に燃焼して、標準状態の安定な生成物を形成する際に放出される熱として定義されます。水素は水（液体状態）に、炭素は二酸化炭素ガスに、窒素は窒素ガスに変換されます。つまり、燃焼熱 Δ H ° comb は、次のプロセスの反応熱です。
塩素と硫黄は厳密には標準化されておらず、通常は塩化水素ガスと二酸化硫黄に変換されると想定されている。2またはSO3それぞれガス、またはそれぞれ希釈した塩酸と硫酸水溶液、燃焼は一定量の水を含むボンベ熱量計で行われる。 [ 2 ] [ 3 ]
高位発熱量（HHV、総エネルギー、高位発熱量、総カロリー値GCV、または高カロリー値；HCV）は、燃料の完全燃焼によって生成される利用可能な熱エネルギーの上限を示します。これは、物質の単位質量または単位体積あたりのエネルギーの単位として測定されます。HHVは、生成された蒸気を凝縮することを含め、燃焼生成物すべてを元の燃焼前の温度に戻すことによって決定されます。このような測定では、多くの場合、標準温度25 °C（77 °F、298 K）が使用されます。[ 4 ]これは、反応のエンタルピー変化が燃焼前後の化合物の共通温度を仮定しているため、燃焼の熱力学的熱と同じです。この場合、燃焼によって生成された水は液体に凝縮されます。高い発熱量は、燃焼生成物中の水の蒸発潜熱を考慮に入れたものであり、反応生成物の凝縮が実用的な燃料（例えば、暖房用のガス焚きボイラーなど）の発熱量を計算する際に有用である。
アメリカ石油協会 （API）は、25 ℃における高位発熱量を標準燃焼熱、60 °Fにおける高位発熱量を総燃焼熱と呼んでいます。この2つの値はほぼ等しいです。[ 4 ]
「発熱量」として使用する場合、HHVは燃焼終了時（燃焼生成物中）にすべての水成分が液体状態であり、150 ℃（302 °F）以下の温度で供給されるすべての熱が利用可能であると仮定します。
低位発熱量（LHV、正味発熱量；NCV、または低位発熱量；LCV）は、燃料の燃焼によって生成される利用可能な熱エネルギーのもう一つの尺度であり、物質の単位質量または単位体積あたりのエネルギーとして測定されます。高位発熱量（HHV）とは対照的に、LHVは水の蒸発に使用されるエネルギーなどのエネルギー損失を考慮しますが、その正確な定義については統一的な合意が得られていません。
燃焼生成物がすべて基準温度に戻されるという定義は、他の定義を用いる場合よりも高い発熱量から計算しやすい。実際、わずかに異なる結果が得られる。
HHVとLHVはどちらも、AR（全水分量）、MF、MAF（水素燃焼による水分量のみ）で表すことができます。AR、MF、MAFは、石炭の発熱量を示すためによく用いられます。
総発熱量は、低位発熱量（LHV）と同様に、排気ガス中の水蒸気を考慮に入れていますが、燃焼前の燃料中の液体の水も考慮に入れています。この値は、燃焼前に一定量の水を含むことが多い木材や石炭などの燃料にとって重要です。
ズウォリンスキーとウィルホイトは1972年に、燃焼熱の「総量」と「正味量」を定義した。総量の定義では、生成物は最も安定な化合物、例えばHである。2 O(l)、Br2（l）、I2（s）とH2 SO4（l）正味の定義では、生成物は化合物が裸火で燃焼したときに生成されるガスである。例えばH2 O(g)、Br2（g）、I2 (g) およびSO2 (g) どちらの定義においても、C、F、Cl、Nの生成物はCO2 (g)、HF(g)、Cl2（g）およびN2（g）それぞれ。 [ 5 ]
「グロス」と「ネット」には、他にも多くの定義が存在する。
燃料の発熱量は、燃料の元素分析の結果から推定することができ、元素分析では各元素の質量パーセントが示される。
組成が C c H h O o N nの有機燃料の場合、（より高い）燃焼熱は、通常、良好な近似値 (500 を超える有機化合物に対して ± 3%) で418 kJ/mol × ( c + 0.3 h − 0.5 o )となります。これは、消費されるO 2 1 モルあたり 418 kJ/mol に相当します。[ 6 ] [ 7 ]このような単純な式の精度は、 O 2の非常に高い結合エンタルピーによるもので、他の結合エンタルピーはほとんど関係ありません。[ 6 ]
この推定は、一酸化炭素などの無機燃料にはうまく適用できません。[ a ]また、ニトログリセリン[ b ]などの爆発物や、ニトロ基やアジド基などの高エネルギー官能基を含むその他の物質にも適用できません。
発熱量は、炭素、水素、硫黄を可燃性元素として扱うデュロンの公式を用いて計算できる。
ここで、m C、m H、m O、m Sはそれぞれ、任意の (湿潤、乾燥、または灰分除去) 基準での炭素、水素、酸素、および硫黄の質量分率である。
異なる重み付け項を用いた式には多くの修正が存在します。中には、HHVの代わりにLHVを推定するものもあります。これらの式の比較は、Hokosai et al. (2016) に掲載されています。[ 8 ]
APIは石油液体と合成燃料に関する独自のデュロン式公式を公開している。[ 4 ]
高位発熱量は、ボンベ熱量計を用いて実験的に測定されます。燃料と酸化剤の化学量論的混合物（例えば、水素2モルと酸素1モル）を鋼製容器に入れ、25 ℃（77 °F）で点火装置を用いて燃焼させ、反応が完了するまで放置します。燃焼中に水素と酸素が反応すると、水蒸気が発生します。その後、容器とその内容物を元の25℃まで冷却し、同じ初期温度と最終温度の間で放出された熱量として高位発熱量を求めます。
低位発熱量（LHV）が決定されると、冷却は150℃で停止され、反応熱は部分的にしか回収されない。150℃という温度制限は、酸性ガスの露点に基づいている。
注：高位発熱量（HHV）は、生成物が液体の状態にある場合で計算され、低位発熱量（LHV）は、生成物が水蒸気の状態にある場合で計算されます。
2 つの発熱量の差は、燃料の化学組成によって決まります。純粋な炭素または一酸化炭素の場合、2 つの発熱量はほぼ同じで、その差は 150 °C から 25 °C の間の二酸化炭素の顕熱含有量です (顕熱交換は温度変化を引き起こしますが、潜熱は一定温度での相転移で加算または減算されます。例: 蒸発熱または融解熱)。水素の場合、その差は 150 °C から 100 °C の間の水蒸気の顕熱、100 °C での凝縮潜熱、および 100 °C から 25 °C の間の凝縮水の顕熱が含まれるため、はるかに大きくなります。全体として、水素の高発熱量は低発熱量より 18.2% 高くなっています (142 MJ/kg 対 120 MJ/kg)。炭化水素の場合、その差は燃料の水素含有量によって決まります。ガソリンとディーゼル燃料の場合、高位発熱量は低位発熱量をそれぞれ約10％と7％上回り、天然ガスの場合は約11％上回る。
HHVとLHVの関係を示す一般的な方法は次のとおりです。
ここで、Hvは基準温度（通常25℃）における水の蒸発熱、nHは基準温度（通常25℃）における水の蒸発熱である。2 O,out は蒸発した水のモル数であり、nfuel,in は燃焼した燃料のモル数である。 [ 9 ]
エンジンメーカーは通常、排気ガスがエンジン内で凝縮されないため、低位発熱量に基づいてエンジンの燃費を評価します。これにより、従来の発電所で使用される数値よりも魅力的な数値を公表することが可能になります。従来の発電業界では、排気ガスを凝縮しない発電所がほとんどであるにもかかわらず、数十年にわたり高位発熱量（HHV）のみを使用してきました。アメリカの消費者は、高位発熱量に基づく燃費は、それよりも若干高くなることを認識しておく必要があります。
HHVとLHVの定義の違いは、引用者が使用する慣例を明記しない場合、際限のない混乱を引き起こします。[ 10 ]なぜなら、天然ガスを燃焼する発電所の場合、通常、2つの方法の間には10%の差があるからです。反応の一部を単純にベンチマークする場合はLHVが適切かもしれませんが、混乱を避けるためにも、全体的なエネルギー効率の計算にはHHVを使用すべきであり、いずれにしても、値または慣例を明確に記載する必要があります。
国際エネルギー機関は、標準立方メートルのガスの典型的な高位発熱量を以下のように報告しています。[ 21 ]
天然ガスの低位発熱量は、通常、高位発熱量の約90%です。この表は標準立方メートル（1気圧、15 ℃）単位です。標準立方メートル（1気圧、0 ℃）あたりの値に変換するには、上記の表の値を1.0549倍してください。
