Das ideale Gas-Luft-Gemisch – Wie viel Luft braucht eine Verbrennung?

Akademie
August 19, 2026

Grundlagen 5 von 30: Das ideale Gas-Luft-Gemisch – Wie viel Luft braucht eine Verbrennung?

Warum Luftbedarf, Luftüberschuss und Lambda die Grundlage jeder Abgasmessung bilden.

Vorkenntnisse

Für dieses Kapitel empfehlen wir folgende Grundlagen:

Grundlagen 1 – Was ist eine Verbrennung?
Grundlagen 2 – Brennstoffe – Die Grundlage jeder Verbrennung
Grundlagen 3 – Erdgas – Aufbau, Eigenschaften und Bedeutung für die Verbrennung
Grundlagen 4 – Luft und Sauerstoff – Die Grundlage jeder sicheren Verbrennung

Warum beschäftigen wir uns mit dem Gas-Luft-Gemisch?

Damit eine Verbrennung vollständig und sauber ablaufen kann, müssen Brennstoff und Sauerstoff im richtigen Verhältnis zueinander stehen.

Zu wenig Luft bedeutet Sauerstoffmangel. Dies führt zu unvollständiger Verbrennung, erhöhten CO-Werten und unter ungünstigen Bedingungen zu Rußbildung.
Zu viel Luft führt dazu, dass unnötig große Luftmengen aufgeheizt und ungenutzt mit dem Abgas abgeführt werden.

Für den Servicetechniker dreht sich bei der Brennereinstellung und Abgasmessung alles um genau dieses Verhältnis. Die Auswirkungen zeigen sich direkt auf dem Messgerät:

Sauerstoff ( $O_2$ )
Kohlendioxid ( $CO_2$ )
Kohlenmonoxid ( $CO$ )
Luftzahl Lambda ( $\lambda$ )

💬 Aus der Praxis – Wenn Theorie zur Routine wird

Bei modernen Gas-Brennwertgeräten stellen wir die Verbrennung selten über einen festen Düsendruck ein. Die Hersteller geben meist einen Zielwert für den $CO_2$ -Gehalt im Abgas vor.

Verändern wir das Verhältnis zwischen Gas und Verbrennungsluft (z. B. am Gaskombiventil), reagieren $O_2$ , $CO_2$ und $CO$ im Abgas direkt. Wer die Zusammenhänge versteht, weiß genau, wie der Brenner reagiert.

Wichtig: Entscheidend bleiben immer die individuellen Herstellervorgaben des jeweiligen Gerätes!

Wie viel Luft benötigt Erdgas zur Verbrennung?

Betrachten wir den Hauptbestandteil von Erdgas: Methan ( $CH_4$ ). Für eine vollständige Verbrennung lautet die chemische Reaktionsgleichung:

CH_4 + 2\ O_2 \rightarrow CO_2 + 2\ H_2O + \text{Energie}

Ein Methanmolekül benötigt zwei Sauerstoffmoleküle. Da Luft jedoch nur zu ca. 20,95 Vol.-% aus Sauerstoff besteht (der Rest ist hauptsächlich Stickstoff), müssen wir dem Brenner eine wesentlich größere Luftmenge zuführen.

Der theoretische Luftbedarf

Die Luftmenge, die theoretisch exakt erforderlich ist, um einen Brennstoff vollständig zu verbrennen, nennen wir den stöchiometrischen Luftbedarf (theoretischer Mindestluftbedarf).

Für Erdgas liegt dieser – abhängig von der Gasbeschaffenheit – als Orientierungswert bei:

ca. $9{,}5\text{ m}^3$ Luft je $1\text{ m}^3$ Erdgas.

Stöchiometrische Verbrennung ( $\lambda = 1{,}0$ )

Wenn exakt so viel Luft zur Verfügung steht, wie theoretisch benötigt wird, sprechen wir von einer stöchiometrischen Verbrennung ( $\lambda = 1{,}0$ ). Nach der Verbrennung wäre im idealisierten Modell kein Restsauerstoff mehr vorhanden.

Warum arbeiten Heizungsanlagen mit Luftüberschuss ( $\lambda > 1{,}0$ )?

In der Praxis vermischen sich Gas und Verbrennungsluft nie an jeder Stelle vollkommen gleichmäßig. Strömungen, Brennerkonstruktion und Druck schwanken. Würden wir eine Heizungsanlage exakt mit $\lambda = 1{,}0$ betreiben, entstünden lokale Zonen mit Sauerstoffmangel – hohe $CO$ -Emissionen wären die Folge.

Deshalb werden Feuerungsanlagen in der Praxis immer mit einem gezielten Luftüberschuss betrieben.

Was bedeutet die Luftzahl Lambda ( $\lambda$ )?

Das Verhältnis zwischen der tatsächlich zugeführten Luftmenge und dem theoretischen Mindestluftbedarf wird als Luftzahl Lambda ( $\lambda$ ) bezeichnet:

$\lambda = 1{,}0$ : Die zugeführte Luftmenge entspricht exakt dem theoretischen Bedarf.
$\lambda > 1{,}0$ : Es wird mehr Luft zugeführt als theoretisch notwendig (Luftüberschuss). Beispiel: $\lambda = 1{,}2$ entspricht $20\%$ Luftüberschuss.
$\lambda < 1{,}0$ : Es steht weniger Luft zur Verfügung als theoretisch benötigt (Luftmangel).

Ein gewisser Luftüberschuss stellt ausreichend Sauerstoff für eine saubere Verbrennung bereit. Doch ein zu hoher Luftüberschuss erhöht die Abgasverluste und verschlechtert die Effizienz. Die Aufgabe besteht darin, den Brenner genau in dem vom Hersteller vorgesehenen Bereich zu betreiben.

Beispielrechnung: Wie viel Luft bewegt eine Heizungsanlage?

Um die Dimensionen der bewegten Luftmengen in der Praxis zu verdeutlichen, betrachten wir ein vereinfachtes Beispiel:

Feuerungsleistung: $18\text{ kW}$
Heizwert Erdgas: ca. $10\text{ kWh/m}^3$
Gasverbrauch bei Volllast: $18\text{ kW} \div 10\text{ kWh/m}^3 = 1{,}8\text{ m}^3\text{ Erdgas/h}$
Theoretischer Luftbedarf: $1{,}8\text{ m}^3\text{ Gas/h} \times 9{,}5\text{ m}^3\text{ Luft/m}^3\text{ Gas} = 17{,}1\text{ m}^3\text{ Luft/h}$
Tatsächlicher Luftbedarf bei $\lambda = 1{,}2$ : $17{,}1\text{ m}^3\text{/h} \times 1{,}2 \approx \mathbf{20{,}5\text{ m}^3\text{ Verbrennungsluft pro Stunde}}$

Läuft dieses Gerät an einem kalten Wintertag zusammengerechnet 8 Stunden auf Volllast, strömen mehr als $160\text{ m}^3$ Luftan einem einzigen Tag durch das Gerät. Über eine Heizperiode summiert sich dies auf viele Tausend Kubikmeter.

Bedeutung für die Wartung: Verschmutzung durch Luftmengen

Über diese enormen Luftmengen gelangen kontinuierlich Verunreinigungen in das Verbrennungssystem:

Raumluftabhängige Geräte: Ansaugung von Hausstaub, Textilfasern (z. B. aus Waschküchen) und Tierhaaren.
Raumluftunabhängige Geräte: Ansaugung von Pollen, Staub und Feinstaub aus der Außenluft.

Diese Partikel lagern sich an Brenneroberflächen und Wärmetauschern ab. Wartung bedeutet daher nicht einfach nur „Messgerät reinhalten“, sondern die Komponenten gründlich zu reinigen. Erst danach kann das System wieder bestimmungsgemäß arbeiten und korrekt eingestellt werden.

Das Zusammenspiel der Abgaswerte ( $O_2$ , $CO_2$ und $CO$ )

Je nach Luftzahl verändern sich die Konzentrationen der Gase im Abgas in charakteristischer Weise:

Luftmangel ( $\lambda < 1{,}0$ ): Der Brennstoff verbrennt unvollständig. Es entsteht das farb-, geruchlose und hochgiftige Kohlenmonoxid ( $CO$ ) sowie ggf. Ruß.
Luftüberschuss ( $\lambda > 1{,}0$ ): Der nicht benötigte Sauerstoff verbleibt als Restsauerstoff im Abgas. Die zusätzliche Luft verdünnt zudem das entstandene Kohlendioxid ( $CO_2$ ).

Merke für die Abgasanalyse:

$O_2\text{ steigt} \rightarrow CO_2\text{ sinkt}$ | $O_2\text{ sinkt} \rightarrow CO_2\text{ steigt}$

Übersicht der Betriebszustände

Betriebszustand	$O_2$	$CO_2$	$CO$	Auswirkung / Bewertung
Hoher Luftüberschuss	Hoch ( $\uparrow$ )	Niedrig ( $\downarrow$ )	Unauffällig	Abgasvolumen steigt, Effizienz sinkt.
Soll-Bereich (Hersteller)	Herstellervorgabe	Herstellervorgabe	Minimal	Vorgesehener, optimaler Betriebsbereich.
Luftmangel ( $\lambda < 1{,}0$ )	Niedrig ( $\downarrow$ )	Zunächst hoch ( $\uparrow$ )	Stark erhöht ( $\uparrow$ )	Gefahr unvollständiger Verbrennung & $CO$ -Vergiftung!

Warum misst das Abgasmessgerät eigentlich $O_2$ ?

Frische Umgebungsluft enthält ca. 20,95 Vol.-% Sauerstoff. Ein Teil davon wird bei der Verbrennung verbraucht. Das Messgerät misst den verbleibenden Restsauerstoff im Abgas. Aus diesem Wert und den hinterlegten Brennstoffdaten berechnet das Messgerät weitere wichtige Größen wie $CO_2$ , die Luftzahl $\lambda$ sowie den Abgasverlust.

💡 Praxis mit CheckWerk

Bei einer fachgerechten Wartung müssen mehrere Messwerte gemeinsam betrachtet und sauber dokumentiert werden. In CheckWerk können Messwerte unterstützter Abgasmessgeräte über den standardisierten QR-Code übernommen und direkt der jeweiligen Anlage zugeordnet werden.

So entstehen lückenlose Messhistorien, über die der Servicetechniker Veränderungen über mehrere Jahre hinweg sofort erkennt und bewerten kann.

Zusammenfassung

Für $1\text{ m}^3$ Erdgas werden theoretisch ca. $9{,}5\text{ m}^3$ Luft benötigt ( $\lambda = 1{,}0$ ).
Reale Heizungsanlagen arbeiten immer mit einem gezielten Luftüberschuss ( $\lambda > 1{,}0$ ), um $CO$ -Bildung zu vermeiden.
Zu viel Luft verschlechtert die Effizienz; zu wenig Luft führt zu giftigem Kohlenmonoxid ( $CO$ ).
Tausende Kubikmeter Verbrennungsluft pro Heizperiode bringen Verschmutzungen in die Anlage – eine gründliche Reinigung bei der Wartung ist essenziell.
Es gibt keinen universellen Optimalwert: Entscheidend sind immer die Herstellerunterlagen des jeweiligen Geräts.

Das erwartet Sie im nächsten Kapitel

Grundlagen 6 von 30 – Vollständige und unvollständige Verbrennung

Im nächsten Kapitel betrachten wir genauer, woran eine unvollständige Verbrennung erkannt werden kann, wie $CO$ entsteht und welche Rolle Temperatur und Durchmischung spielen.

Quellen und weiterführende Fachinformationen

DVGW Arbeitsblatt G 260 – Gasbeschaffenheit.
DVGW Arbeitsblatt G 600 (TRGI) – Technische Regel für Gasinstallationen.
Testo – Praxisratgeber & Fachinformationen zur Abgasmessung an Heizungsanlagen.
Fachkunde Sanitär-, Heizungs- und Klimatechnik (Verlag Europa-Lehrmittel).