Liebes Forum!

Im Rahmen vieler Arbeiten habe ich hier im Forum Antworten auf unzählige Fragen finden können - nun wird es aber doch Zeit, dass ich selber ein Thema erstellen "muss".

Vorweg: es wird sehr detailliert:

Zentrale Fragestellung: Warum ist der COP augenscheinlich konstant, unabhängig der Auslasstemperatur, und liegt bei gerade einmal circa Faktor 2.

Das Setting:

Diese Pool-Wärmepumpe von Vevor habe ich kostengünstig übernommen. Hier der Link zum Produkt:

Vevor Wärmepumpe auf Ebay

Die Rahmenparameter:

Leistungsaufnahme von circa 1.700 W, maximale Ausgangstemperatur des Wasser 40 °C, angegebene maximale Wärmeabgabe an das System knapp 7 kW

Versuchsaufbau:



An die Wärmepumpe wurde eine Umwälzpumpe mit einer Leistung von 220 W angeschlossen. Diese sitzt in einem Speißfass neben der WP. Die Wassermenge im Speißfass beträgt 35 Liter + Inhalt in der Wärmepumpe + Schlauchinhalt. Also circa 40 Liter Wasser ohne Zusatz.

Das Ziel ist es, die Ausgangstemperatur auf mindestens 50 °C anzuheben. Disclaimer: Mir ist bewusst, dass dies die Lebenszeit der Maschine verkürzt und ggf. zum Totalausfall des Systems führen kann. Dieses Risiko ist bekannt.

Das Vorgehen:

Das System verfügt logischerweise über viele Temperatur- sowie Drucksensoren. Nach ein paar Versuchen steht fest, dass sowohl die Wassereingangstemperatur als auch die des Ausgangs sowie die Differenz zwischen diesen Werten vom System überwacht werden. Ich habe diese beiden Sensoreingänge durch einen fixen Widerstand ausgetauscht, welcher dem System vorgaukelt, dass die Temperatur des Wassers bei konstant 9 °C liegt.

Versuchsdurchführung:



Zu dem Diagramm: Hoffentlich ist die Legende halbwegs zu erkennen, hier sind alle Werte aufgeführt. Also. Die dunkelblaue Linie zeigt die Wasserauslasstemperatur, welche im Verlauf des Versuchs von 14 °C auf 55 °C ansteigt. Das Ziel, eine Temperatur von 50 °C zu erreichen, wurde also erfolgreich erreicht. Die Messdaten wurden minütlich aus dem Diagnosemenü der Wärmepumpe entnommen. Nun zu der Auswertung der Daten und den aufkommenden Frage:

Frage 1:

Das Expansionsventil schließt sich bis zu dem Erreichen einer Temperatur von >103 °C am Verdichterauslass immer weiter. Sobald dieser Wert überschritten wird, öffnet sich dieses auf 100 %. Dies kann anhand des Verlaufs der grünen Linie gut nachvollzogen werden. Die Temperatur/der Druck am Verdichterauslass wird anschließend natürlich kleiner. Die Frage ist nun, inwiefern sich durch das komplette Öffnen des EVs doch Flüssigkeitspartikel durch den Verdampfer mogeln können, welche dem Verdichter als Bauteil Schaden zufügen könnten. Zur Verdeutlichung habe ich die Rahmenpunkte einmal in das Diagramm von R32 eingefügt:



Die Drei Arbeitspunkte:

AP1: Parameter bei einer Auslasstemperatur von 40 °C
AP2: Parameter, die zur Öffnung des Expansionsventils führen
AP3: Parameter, welcher nach dem Öffnen des Expansionsventils vorherrschen

Frage 2:

Natürlich habe ich den Aussagen des chinesischen Verkaufstext keinen Glauben geschenkt. Aber wenn man einmal den COP anhand der Daten berechnet, dann kommt man zu folgendem Ergebnis:

40 Liter Wasser (circa) werden innerhalb von 26 Minuten von 16,5 auf 49,5 °C erwärmt.

m = 40 kg
delta T = 33 K
Q = m x c x dT
Q = 40 kg x 4182 J / (kg x K) x 33 K
Q = 5.519.316 J
t = 26 x 60 s
t = 1560 s
P = Q / t
P = 3538 W

Mittels eines Powermeters habe ich die Leistungsaufnahme der WP ermittelt. Diese liegt kurz vor dem Öffnen des Expansionsventils bei 1550 W.

Von der errechneten Heizleistung in Höhe von 3538 W ist noch die Leistung der Umwälzpumpe abzuziehen.

Preal = 3538 W - 220 W
Preal = 3318 W

COP = Pout / Pin
COP = 3318 W / 1550 W
COP = 2,14

Zur eigentlichen Frage:

Ich hätte erwartet, dass der Anstieg der Wassertemperatur nicht linear verläuft, sondern asymptotisch beschrieben wird. Schaut man sich das Diagramm an, so ist der Anstieg der Wassertemperatur als ziemlich linear zu beschreiben. Daraus schließe ich, dass der COP sich eng um den berechneten Durchschnittswert bewegt - unabhängig vom Betriebspunkt der Wärmepumpe. Und ja, ich bin mir dessen bewusst, dass der COP sich typischerweise an einem bestimmten Betriebspunkt orientiert.

Ich hätte solch eine Aussage erwartet:



Allerdings sagen die Messergebnisse etwas anderes.

Sonstige Hinweise:

Verbucht das Projekt unter "Jugend forscht". Die Wärmepumpe ist während mehrerer Versuche in keinen Fehler gelaufen. Kein Überdruck, keine zu hohe Temperatur - lediglich das Expansionsventil öffnet bei der Überschreitung von 103 °C am Verdichterauslass.


Es wäre super, wenn mir hier einmal jemand den vielleicht fehlenden Denkanstoß geben könnte. Bei Fragen und Unklarheiten stehe ich natürlich zur Verfügung.

Besten Dank bereits für alle Ideen und Anregungen!

Wenn deine Wärmepumpe eine Leistungsaufnahme von 1.700 Watt hat, wie schaffst du dann in den 26 Minuten 1.550 Wh zu verbrauchen?
Immer auch schön auf die Einheiten achten, beim Wasser sind es dann 3.318 Wh.

Zumindest ein Denkfehler in deiner Betrachtung ist deine Annahme, das die el. Leistungsaufnahme konstant ist.
Tatsächlich steigt mit steigendem Temperaturunterschied Quelle-Senke auch die Leistungsaufnahme.

Ich kann deiner Argumentation nicht ganz folgen

Die WP hat eine Leistungsaufnahme von 1550 W. Von Wh war hier nie die Rede.
Der berechnete Wärmestrom beträgt nach Abzug der 220 W also 3318 W.

Um es im Klartext zu formulieren:

Die Wärmepumpe vermag aus einer elektrischen (!) Leistungsaufnahme von 1550 W eine Wärmeabgabe an das Wasser von 3318 W thermisch (!) zu erreichen

3318 W / 1550 W = 2,14

Eine kWh elektrischer Energie kann die Anlage zu 2,14 kWh thermische Energie umwandeln

Q ist der Wärmestrom, welcher in [W] angegeben ist

@ elelom2

Da gebe ich dir vollkommen Recht

Die WP startet mit rund 500 W elektrische Aufnahme und wird dann per Inverter hochgeregelt. Nächster Step sind circa 900 Watt gewesen und dann um die 1400 W als "Endstufe" nach ein paar Minuten.

Wahrscheinlich gleicht der Anstieg der elektrischen Leistungsaufnahme ein wenig den fallenden COP aus. Aber auch ein Unterschied von 1400 W zu 1550 W als maximale Aufnahme gibt hier nicht wirklich Aufschluss über die Daten.

Nein, Q ist die Wärmemenge, durch die Zeit wird Leistung draus, die ist dann in Watt.
Du betrachtest hier aber eine durchschnittliche Leistung mit einer momentanen Leistungsaufnahme der WP.
Hättest du da auch die Arbeit genommen, hätte es ein vernünftiges Ergebnis erzeugt.
So hast du was, mit dem du irgendwas begründen kannst.
Viel Erfolg dabei.

Warum soll eine Pool wp 50 grad machen?

Eine Pool wp soll richtig viel Wasser ggf auf 30 grad etc. heben. Das ganze mit richtig viel volumenstrom. Bei 7kw Leistung im Haus bist du schon bei min 1m3 Wasser pro Stunde. Im Pool sicher mehr.

50 grad ist also nicht das was deine Pool wp gut machen kann.

Du machst also wahrscheinlich zu wenig Wasser viel zu warm… fass weg, häng deinen Pool ran…

Gibts ne Erklärung für den Unsinn?

Was soll der Quatsch? Willst du mit der armen Pool WP WW für seinen Haushalt machen?

Hallo, bei meiner alten on-off Wasser-Wasser-WP kann man sehr schön sehen, wie bei der Warmwasserbereitung die Wärmeleistung der WP nur sehr wenig abnimmt, jedoch die el. Leitungsaufnahme stark ansteigt. Die abgegebene Leistung ist also rel. konstant, deshalb erwärmt sich das Wasser auch rel. konstant.

Warum Unsinn oder Quatsch?! Lasst doch jemanden, der offensichtlich Spaß am basten/experimentieren hat seine Motivation und wenn Ihr ihm helfen könnt, helft ihm (sofern Ihr wollt - ist ja alles freiwillig hier). Manchmal lernt man was, auch wenn am Ende nicht das dabei rauskommt, was man erwartet hat.

Weil es eben Quatsch ist mit manipulierten Sensoren 50°C WW zu erzeugen. Das schafft die WP von 12 bis mittags.

Dabei dann Messungen durchzuführen und irgendwelche Schlüsse daraus zu ziehen ist ebenso Quatsch.

Ziele könnten sein die WP kaputt zu machen. Oder eben WW für ein Haus zu erzeugen. Das mit dem WW ist eben auch nur bis kaputt sinnvoll.

So, ich bin irgendwie nicht überrascht, dass eigentlich kaum auf meine gestellten Fragen eingegangen wird und - typisch Internet - alles irgendwie ins Negative gezogen wird

@ Kai H: So sieht es aus: Ein Bastelprojekt, welches Fragen aufgeworfen hat, die bislang keiner vollständig beantworten kann

@ SebDob: Der Verwendungszweck eine Pool-WP ist mir durchaus bekannt - vor zwei Wochen hat sie auch genau das für einen einmaligen Zweck getan. Nun gibt es halt einen anderen Zweck. Und noch einmal: Mir ist klar, dass dieses Gerät nicht von Werk darauf ausgelegt ist. Aber: Das ist hier auch nicht der hier zu diskutierende Punkt.

@ godek: für seinen Haushalt möchte ich schon einmal gar nichts machen

@ RaHu: Danke der Info

@ godek: warum es Quatsch sein soll ein Messprotokoll mit zur Verfügung stehenden Daten anzufertigen, um im Anschluss daraus Schlüsse zu ziehen..wie soll man es denn sonst machen? Glaskugel danebenstellen und oder die heilige Miesmuschel fragen? Wenn Du nicht konstruktiv an der Beantwortung der Fragen mitarbeiten möchtest, so halte dich bitte von dieser Diskussion fern. Danke! Edit: Ein Blick in dein Profil sagt alles: "Davon gelöschte Beiträge wegen Verstoß gegen Forumsregeln: 18"

wie schon erwähnt, miss die elektrische Energie mal korrekt und rechne nicht mit Leistungen.

neben den 40L Wasser wird natürlich auch noch weiteres Material erwärmt, das hast du nicht berücksichtigt

beides wirkt sich positiv auf die Arbeitszahl aus

Sind die 220W Pumpenstrom nicht auch auf die 26/60h zu beziehen?

Welcher Volumenstrom wurde erreicht?
Welches dT von VL zu RL?
Wenn die Regelung zur Ansteuerung des Inverters "blind" gemacht wird ist doch keine sinnvolle Regelung zu erwarten, denn da wird bestimmt auf ein dT von 2-3K geregelt
Wie kann da ein gescheites Ergebnis zum COP rauskommen...
die rennt ja nur Vollgas, das ist aber nicht unbedingt effizient

Der TE schreibt ja nicht was er erreichen will.

Bei den Temperaturen schafft eine BWWP auch keinen signifikant besseren COP.

Achja, noch was konstruktives, dein Test ist Murks weil die Wassermenge viel zu klein ist. Eine WP braucht einige Minuten bis der Kältekreislauf stabil ist.

Moin,

ich sehe gleich mehrere Fehler in der Rechnung...

1. Es wird nur die Leistung der WP kurz vor abschalten als Wert berechnet, dieser wird dann aber mit der Wärmemenge im Wasser verglichen! Du musst nicht die Leistung der WP nehmen in einem Momentanwert, sondern den Energieverbrauch während des Erwärmens... dann wirst Du sehen, dass die WP am Anfang (kaltes Wasser) eine deutlich geringere Leistungsaufnahme hat als am Ende.

2. Die elektrische Leistung der WP ziehst Du von der erzeugten Wärmemenge ab... warum? Es muss der elektrische Energieverbrauch der Umwälzpumpe vom elektrischen Gesamtenergieverbrauch abgezogen werden.

Diese beiden Fehler mal weglassen, dann kommt da vom COP auch etwas anderes raus...
dass das Wasser natürlich sofort Wärme wieder an die Umgebung abgibt muss dann ebenfalls noch ermittelt werden, denn es zieht den errechneten COP auch deutlich runter.

Ansonsten finde ich das Experiment echt spannend.

Gruß

Vergleich BWP heavy OT

Wassermenge hat er ja nicht genannt, in der Anleitung stehen ~4m³ !!

nach 26 min sollte sie doch stabil gelaufen sein, jedoch erheblich außerhalb ihrer konstruktiven 'sweet spots', immerhin ist der WT auch für die Konstruktions-Parameter definiert ...

wenn man mal nen 1000er zuviel hat und viel Zeit, dann macht man mal nen willkürlichen Test und beschäftigt ein paar Foristen mit Mutmaßungen...

1. Wer einen Messaufbau entwirft muss sich über die Aussagekraft desselben vorher Gedanken machen.

2. Wer misst misst Mist

Falls sich jemand für diese Phnx/Vevor interessiert: Anleitung

@psy.35i:

Natürlich wird auch der kalte Boden, die Umgebungsluft,..whatever miterwärmt. Auch dessen bin ich mir bewusst. Nochmal: Das ist hier kein Prüfstand mit Normbedingungen. Ich lasse hier mal den Begriff Pareto fallen und denke, dass das Ergebnis ausreichend genug ist.

@Effizient:

das mit den 26/60h kann ich gerade nicht genau zuordnen, was meinst du damit?
Volumenstrom kann ich dir morgen sagen, s. u.
dT circa 1 K
Regelung: Ich vermute, dass das Teil nicht sonderlich gut geregelt ist, sondern einfach immer ballert und dann abschaltet. Im "normalen" Betrieb war es auch so, dass das Ding unter Vollgas gelaufen ist und bei 40 Grad dann einfach abgeschaltet hat, um anschließend auf Abkühlung zu warten

@godek:

von nun an werde ich nicht mehr auf deine Posts eingehen

@Zuviel Zeit:

Zu 1: Ja, das haben bisher mehrere angemerkt und ich bin voll dabei: würde man die eingesetzte Energiemenge mit dem Outcome vergleichen, dann hätte man eine super Grundlage. Aber: Auch dann hätten wir einen Durchschnittswert über den gesamten Versuch von kaltem bis zu warmen Wasser. Weiteres dazu s. u.

Zu 2: Nein, ich ziehe die elektrische Leistung der Umwälzpumpe ab, da diese 220 W vollkommen in Wärme umgewandelt werden und somit den COP hochziehen würden. Ich möchte den COP der WP ermitteln, nicht den des gesamten Systems. Deinen Grundgedanken verstünde ich, falls die Pumpleistung nicht vollkommen in Wärme umgesetzt werden würde - tut sie aber

@Effizient:

Die Anlage war auch vor dem Betrieb bereits aktiv, also nicht ein vollkommener "Nullstart". Wie den Parametern zu entnehmen ist, pendelt sich das System relativ zügig ein. Auch hier kann man den Test natürlich auch mit 4000 Litern durchführen, aber da sehe ich keinen deutlichen Mehrwert drin. Deine Anspielung auf den 1000er möchte ich nicht unkommentiert lassen. Ich habe die Pumpe für lau bekommen und könnte jederzeit eine Neue bekommen. Daher ist es auch "Wurst", falls die den Sittich macht.

Nun zum siehe unten:

Die WP hat verschiedene Betriebsmodi. Die Anleitung sagt, dass zwischen den Modi mute, intelligent und strong gewählt werden kann. Morgen werde ich den Versuch wiederholen und dabei den "intelligent" Modus wählen. Zudem werde ich in meiner Tabelle die aktuelle elektrische Leistungsaufnahme notieren sowie unter das Fass zwei Kanthölzer legen, um vom kalten Boden zu entkoppeln. Rest wie gehabt. Die Ergebnisse werde ich in gewohnter Weise hier hochladen.

Danke für die bisherigen Antworten, auch wenn mir bislang niemand die Frage bezüglich des Öffnens des Expansionsventils beantworten konnte. Aber vielleicht findet sich da ja noch ein Wissender.