Wer misst misst oftmals Mist

Diesen Spruch hört man schon in der Schule im Physikunterricht. Er stimmte, stimmt und wird immer stimmen.

Bestimmung des COP als Beispiel


Nehmen wir an, der COP der Wärmepumpe soll bestimmt werden. Die Formel ist ganz einfach:
COP = erzeugte Wärmeleistung/aufgenommene elektrische Leistung

Bestimmung der erzeugten Wärmeleistung

Die erzeugte Wärmeleistung ist das Produkt aus Spreizung, Durchfluss und einer Konstanten

Wärmeleistung = deltaT * Durchfluss * Konstante

DeltaT ist die Spreizung. D.h.

deltaT = Vorlauftemperatur – Rücklauftemperatur

Ein Beispiel:

Vorlauftemperatur = 35°C (Annahme)
Rücklauftemperatur = 30°C (Annahme)
Ergibt ein deltaT = 5K

Durchfluss = 860kg/h (Annahme)
Konstante = 1,16 Wh/(kg*K)

Wärmeleistung = 5K *860kg/h * 1,16Wh/(kg*K) = 4988W

Bestimmung der elektrischen Leistung

Die elektrische Leistung wird mittels eines Wechselstromzählers bestimmt. Dieser zeigt die elektrische Leistungsaufnahme in Watt (W) an.

Finale COP Bestimmung

Wir nehmen eine elektrische Leistung von 1000W an.

COP = Wärmeleistung/elektische Leistung = 4988W/1000W = 4,988

Damit haben wir den COP von 4,988.

Jetzt erinnern wir uns an den Spruch im Titel und fragen uns warum dieser Spruch gelten soll, wenn die Rechnung doch so schön ist.

Fehlerbetrachtung

Eine Messung ohne Fehlerbetrachtung ist Unsinn und damit falsch.

In unserem Beispiel haben wird meherere Größen gemessen. Falsch! Wir haben diese Größen mit ungenauen Meßgeräten gemessen.

Temperaturmessung

Die Temperaturmessung ist fehlerbehaftet. Und das doppelt: Vorlauftemperatur und Rücklauftemperatur werden mit ungenauen Meßgeräten erfaßt. Im Falle der Panasonic Wärmepumpe handelt es sich um NTC Widerstände und eine Auswerteelektronik.
1% Meßabweichung sind noch ein sehr sehr guter Wert. Wenn also der Rücklauffüher 1% zu viel und der Vorlauffühler 1% zu wenig misst, dann haben messen wir Temperaturen von:

Rücklauf: 30°C + 1% = 30,3°C
Vorlauf: 35°C – 1% = 34,65°C
Die Spreizung wird dann statt mit 5K mit 4,35K berechnet.

Das ist auf den echten Wert von 5K bezogen eine Abweichung von 0,65K und damit 13%!

Messung des Durchflusses

Der Durchfluss des Heizungswassers wird in der Wärmepumpe mit einem sehr einfachen Meßgerät erfaßt. Einfache Meßgeräte sind günstig aber ungenau.
Die Abweichung des Durchflusssensors kann mit wohlwollenden 10% angenommen werden.
D.h in unserem Falle kann der Durchfluss von 860kg/h
minimal: 860kg/h-10% = 774 kg/h
maximal: 860kg/h+10% = 946kg/h
gemessen werden.

Konstante

Die Konstante ist konstant und wird nicht (in unserem Falle) durch eine Messung bestimmt.

Elektische Leistung

Der in der Panasonic Wärmepumpe verbaute Wechselstromzähler hat die Eigenschaft die Leistung in 200W Schritten anzuzeigen. Die Genauigkeit in der Messung wird geschätzt 10% betragen.
D.h. bei einer echten el. Leistung von 1000W wird der Stromzähler folgendes anzeigen:
1000W -10% = 900W, angezeigt werden 1000W
1000W + 10% = 1100W, angezeigt werden 1200W

Fehler in der Bestimmung der Wärmeleistung

Der maximale Fehler entsteht, wenn man die Extremwerte betrachtet
Wärmeleistung(gering) = 4,35K * 774kg/h * 1,16Wh/(kg*K) = 3905,604W

Finale COP Berechnung mit extremungenauen Werten

Sollten unsere Annahmen stimmen dann wird die Wärmepumpe uns bei einem COP von ca. 5 (siehe Berechnung am Anfang) im extrem schlechten Fall den folgenden COP anzeigen:

COP (gering) = 3905,6W / 1200W = 3,25

Dieser COP wird im Bedienteil angezeigt. Der echte COP war mit etwa 5 berechnet.

Fazit

Die Bestimmung des COP mit den bordeigenen Mitteln ist sehr ungenau. Damit taugen diese Meßwerte nicht um die Effizienz der Wärmepumpe zu bestimmen.

Soll die Wärmepumpe ausgemessen werden, so sind genaue und geeichte Meßgeräte zu verwenden. Damit reduziert man den Meßfehler.

Für den Vergleich der gemessenen Werte mit den Werten in den Tabellen, muß außerdem die Wärmepumpe unter Normmeßbedingungen betrieben werden. Ohne Meßlabor ist das kaum möglich.